新生研討課之探

吳紅飛， 邢 巖

(南京航空航天大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院， 江蘇 南京 210096)

0 引言

高校開設(shè)新生研討課，美國(guó)起步較早，歷史已久，其前身是誕生于19 世紀(jì)后期的“新生教育課程”[1]。國(guó)內(nèi)清華大學(xué)于2003年起開設(shè)，一開始便倍受重視，此風(fēng)也很快波及各高校，由眾多院士、教學(xué)名師等親自開課，至2005年兩年間就成功開設(shè)了150余門新生研討課, 涉及文、理、工、管、法等各個(gè)學(xué)科, 接納約2500名大一新生選修[2]。迄今已有眾多文獻(xiàn)研究新生研討課的課程教學(xué)形式、方法和作用[1～5]。

新生研討課多采用小班化教學(xué)，并且承繼了seminar 的課程組織形式和教學(xué)特征[3]，其設(shè)置目的是幫助新生盡快適應(yīng)全新的大學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)方法，順利完成由中學(xué)階段向大學(xué)階段的過渡，同時(shí)在這個(gè)過程中學(xué)生能夠接觸知名教授，體驗(yàn)入學(xué)教育的功能、幫助學(xué)生為進(jìn)行專業(yè)的選擇做好準(zhǔn)備，提升學(xué)生聽說讀寫的能力、構(gòu)建一種融洽的師生關(guān)系和培養(yǎng)學(xué)生從事學(xué)術(shù)活動(dòng)所必需的科研探索精神等[3]。新生研討課沒有固定的教材，開課專題可以涉及任何學(xué)科領(lǐng)域。

1 對(duì)新生研討課的認(rèn)識(shí)

如上所述，新生研討課選題自由，功能多樣，靈活性極強(qiáng)。如何正確選題，上好新生研討課，筆者有如下體會(huì)。

筆者研究方向?yàn)殡娏﹄娮优c電力傳動(dòng)，主要講授課程包括大一必修課“電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)導(dǎo)論”和大三必修課“電力電子技術(shù)”。導(dǎo)論課對(duì)本專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃和專業(yè)主干課程都有一些介紹，但據(jù)教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生對(duì)這門課的理解和重視程度并不理想，導(dǎo)致后續(xù)選課、知識(shí)積累和個(gè)人能力發(fā)展等方面的一些盲目性。新生研討課這種互動(dòng)性很強(qiáng)、課程選題和課程內(nèi)容自由度很大的課程，提供了一個(gè)很好的方式和機(jī)會(huì)以彌補(bǔ)上述缺憾。為此，結(jié)合本學(xué)科的特色并立足于筆者的研究積累和教學(xué)科研條件，針對(duì)對(duì)高年級(jí)本科新生在專業(yè)認(rèn)識(shí)和能力方面的不足之處，試圖在新生研討課上，通過一個(gè)日常生活中極為常見的功率變換器(穩(wěn)壓電源)實(shí)例，借助于樣機(jī)和部件實(shí)物，采用對(duì)比法的教學(xué)方法，令新生對(duì)電氣工程專業(yè)的研究?jī)?nèi)容和社會(huì)貢獻(xiàn)有直觀理解，激發(fā)學(xué)生的好奇心和專業(yè)興趣；借助于本裝置的相關(guān)部件和原理，對(duì)電氣工程專業(yè)的課程設(shè)置加以介紹，更便于學(xué)生了解課程體系以及各門課程之間的相關(guān)性[6]。

2 新生研討課的設(shè)想

計(jì)劃開設(shè)的新生研討課為“電力電子變換技術(shù)的基本原理和實(shí)踐”，其基本設(shè)想如下：

2.1 課程內(nèi)容

課程面向?qū)﹄姎夤こ瘫究萍把芯可律?，最大選課人數(shù)為20人。

課程以一種最基本的直流電源變換器的設(shè)計(jì)為示例，深入淺出介紹線性電源和高頻開關(guān)電源的基本知識(shí)、原理和實(shí)現(xiàn)手段，并通過示例樣機(jī)建立感性認(rèn)識(shí)，從而使學(xué)生理解電力電子變換的理論和方法，并通過具體問題分析、解決和實(shí)驗(yàn)的過程引導(dǎo)，使學(xué)生對(duì)科研的內(nèi)涵、方法和過程有所領(lǐng)悟。同時(shí)希望通過本課程的具體研究示例，反映電氣工程技術(shù)的研究方法和應(yīng)用價(jià)值，反映電氣工程學(xué)科的知識(shí)體系和結(jié)構(gòu)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

在課程學(xué)習(xí)過程中，涉及到磁性材料、半導(dǎo)體器件和金屬工藝等對(duì)該選題性能和價(jià)格的影響，有助于學(xué)生理解學(xué)科交叉和相互影響與制約關(guān)系。

在課程學(xué)習(xí)過程中，教師課堂講授、學(xué)生自主查找資料和課堂報(bào)告互動(dòng)討論相結(jié)合，使學(xué)生在主動(dòng)參與和充分交流中激發(fā)研究和探索的興趣，體驗(yàn)學(xué)術(shù)活動(dòng)的一般過程，了解科學(xué)的思維方式與研究方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力。

2.2 課程目標(biāo)

以一種最基本的直流電源變換為例，深入淺出地介紹線性電源和高頻開關(guān)電源的基本原理和手段，從而使學(xué)生理解電力電子變換的基本原理和方法，并通過問題分析、解決和實(shí)驗(yàn)的過程引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式與研究方法，使其對(duì)科研的內(nèi)涵、方法和過程有所領(lǐng)悟。通過設(shè)計(jì)過程，讓學(xué)生理解學(xué)科交叉和相互影響與制約。

在此過程中，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和能力，鍛煉學(xué)生書面和口頭表達(dá)的能力。

2.3 教學(xué)大綱

課程課內(nèi)計(jì)劃學(xué)時(shí)為16學(xué)時(shí)。

(1)緒論： 主要是示例直流變換器的應(yīng)用場(chǎng)合和基本要求，尤其結(jié)合日常生活中的應(yīng)用；介紹基本的電學(xué)知識(shí)。

(2)解決方案一(線性變換)：即傳統(tǒng)的解決方法，首先由教師講解變換的基本原理和方法、相關(guān)器件知識(shí)，學(xué)生自主查閱資料、學(xué)習(xí)了解簡(jiǎn)單的器件和電路知識(shí)；討論設(shè)計(jì)方案、部件及其工作原理。

(3)解決方案二(高頻開關(guān)變換)：即應(yīng)用現(xiàn)代電力電子學(xué)(大三專業(yè)主干課程)的解決方案。課堂上教師講解其基本原理和方法、相關(guān)器件知識(shí)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)器件和電路資料查閱，討論設(shè)計(jì)方案。

(4)利用事先制作的示例樣機(jī)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)試演示，同時(shí)認(rèn)識(shí)其關(guān)鍵部件實(shí)物，學(xué)生通過觀測(cè)關(guān)鍵波形領(lǐng)會(huì)電路的基本工作原理，建立對(duì)示波器等儀器設(shè)備的感性認(rèn)識(shí)；對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)試、處理和分析方法有初步認(rèn)識(shí)

(5)比較研究：通過兩種方案在性能、體積、重量和成本等方面的比較，學(xué)生理解效率、功率密度等電力電子學(xué)的基本概念，從而理解電力電子技術(shù)學(xué)科對(duì)社會(huì)進(jìn)步的貢獻(xiàn)。

(6)課程總結(jié)和學(xué)習(xí)報(bào)告：學(xué)生在課堂上交流，總結(jié)分析、解決問題和達(dá)成目標(biāo)的方法和過程，理解工程學(xué)科科研的方法和目的；以小組形式做口頭報(bào)告并討論。

3 實(shí)施效果與感想

本課程目前已經(jīng)開設(shè)了一屆，選課生源八成來自本專業(yè)學(xué)生，也有一些其它專業(yè)的學(xué)生是希望籍此開拓視野或有助于自己未來選擇研究方向。

(1)選生對(duì)新生研討課的期望值很高，好奇心強(qiáng)、也充滿熱情。作為新生接觸本專業(yè)為數(shù)不多的機(jī)會(huì)和窗口，可以預(yù)料本課程的教學(xué)效果將在很大程度上影響到他們對(duì)本專業(yè)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)熱情。

(2)大一新生的電學(xué)理論基本上為零，如何深入淺出、簡(jiǎn)明扼要地組織和介紹必要的電學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，架起跨越到電力電子變換基本原理和方法的橋梁，是一個(gè)挑戰(zhàn)。本研討課著重從物理概念結(jié)合數(shù)學(xué)表達(dá)和樣機(jī)實(shí)驗(yàn)測(cè)試的角度，理性和直觀認(rèn)識(shí)相結(jié)合以及比對(duì)的手法，令電力電子變換的基本原理和本質(zhì)特性給學(xué)生留下沖擊性的深刻印象。并舉一反三，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)電力電子學(xué)就在我們的身邊、極大地影響著我們的生活。

(3)學(xué)生對(duì)“動(dòng)手實(shí)踐”的興趣濃厚，因此，在課程進(jìn)行過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，增加學(xué)生動(dòng)手操作和互動(dòng)片斷、而盡量減少理論性講述的時(shí)間比例。比如印刷電路板的繪制、焊接和波形觀測(cè)等。當(dāng)然這意味著需要較多的研究生助教的投入。

4 結(jié)語

新生研討課是一種相對(duì)新鮮的教學(xué)形式，其作用和意義在國(guó)內(nèi)外知名大學(xué)已經(jīng)得到充分驗(yàn)證，而我們初涉新生研討課，對(duì)其作用、定位和目標(biāo)的理解尚為粗淺，需要在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中不斷改進(jìn)，與時(shí)俱進(jìn)，使其發(fā)展成熟。本文介紹了設(shè)計(jì)題為“電力電子變換技術(shù)的基本原理和實(shí)踐”的新生研討課的初衷、課程的主要教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱以及實(shí)施效果和感想。我們通過本研討課，希望能使學(xué)生理解電力電子變換的基本原理和方法，并通過問題分析、解決和實(shí)驗(yàn)的過程引導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式與研究方法，使其對(duì)科研的內(nèi)涵、方法和過程有所領(lǐng)悟，并理解學(xué)科交叉和相互影響與制約。同時(shí)，激發(fā)起學(xué)生對(duì)電氣工程專業(yè)的好奇心和探索興趣。