城軌車輛電力牽引傳動技術(shù)課程教學(xué)的改革與實踐

南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院 江蘇南京 211167

課堂是學(xué)生掌握知識、獲取能力、提高素養(yǎng)的主要場所，是高素質(zhì)人才培養(yǎng)的主要陣地[1]。因此課堂教學(xué)是決定教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，是最基本、最重要的教學(xué)環(huán)節(jié)。改革傳統(tǒng)的教學(xué)模式，讓學(xué)生們在實際的學(xué)習(xí)過程中結(jié)合已經(jīng)掌握的理論知識形成獨立思考、獨立探索的習(xí)慣是迫切需要的[2]。根據(jù)車輛工程專業(yè)城市軌道車輛模塊的實際情況，本著體現(xiàn)專業(yè)優(yōu)勢、突出課堂教學(xué)、強化課程示范的精神，從課堂教學(xué)設(shè)計及管理、教學(xué)方式方法和教學(xué)手段等方面，緊密聯(lián)系城軌車輛電力牽引傳動技術(shù)課程的教學(xué)思考與實踐，圍繞提升課堂教學(xué)質(zhì)量進行了一系列改革探索，取得了明顯成效。

1 城軌車輛牽引傳動技術(shù)理論架構(gòu)

城軌車輛牽引傳動技術(shù)作為車輛工程專業(yè)城市軌道模塊的核心課程，主要包括牽引理論、城市軌道車輛電氣設(shè)備、整流電路、斬波電路、逆變電路、城市軌道交通直流和交流傳動系統(tǒng)等主要內(nèi)容。通過本課程應(yīng)達到以下基本要求：了解牽引理論的基礎(chǔ)知識，熟練分析牽引電動機的牽引特性以及牽引電動機在動車中的應(yīng)用，掌握可關(guān)斷晶閘管、絕緣柵雙極晶體管、智能功率模塊的原理、主要特性和應(yīng)用，掌握整流電路、斬波電路與逆變電路的工作原理、基本電路，了解車輛的基本電器設(shè)備，掌握交流異步電動機的矢量控制與直接轉(zhuǎn)矩控制等。

2 優(yōu)化課堂教學(xué)設(shè)計 開展課堂教學(xué)設(shè)計研究

近二十多年來，中國的高等教育已經(jīng)從精英教育走向大眾教育，從目前各高校的課堂教學(xué)看，以大班課(其中包括兩個班的合班和3個班的合班)為主要形式，在教學(xué)過程中以灌輸為主要方法，教學(xué)雙方的互動比較少，很少有學(xué)生主動參與到教學(xué)當中，這也是在多年的教學(xué)督導(dǎo)過程中了解到教學(xué)普遍存在的問題，這些都與高等教育推行創(chuàng)新教育和素質(zhì)教育的要求存在一定的距離。很多高校提出向課堂要教學(xué)質(zhì)量，因此就要以課堂教學(xué)設(shè)計改革為突破口，既要激發(fā)學(xué)生的求知欲望，使學(xué)生掌握知識點；又要面向有差異的學(xué)生個體，培養(yǎng)他們團體的協(xié)作精神。對課堂教學(xué)進行科學(xué)、合理的設(shè)計是提高課堂教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。課堂教學(xué)設(shè)計是一個系統(tǒng)工程[3]，教師在進行教學(xué)設(shè)計過程中，首先，要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點，充分發(fā)揮學(xué)生主體作用和教師主導(dǎo)作用，前提是要緊扣培養(yǎng)目標；其次，選擇并加工教學(xué)內(nèi)容是核心；最后，運用恰當?shù)慕虒W(xué)方法和媒體是關(guān)鍵。下面結(jié)合城軌車輛電力牽引傳動技術(shù)課程中，受電弓內(nèi)容和降壓斬波器內(nèi)容介紹所運用的課堂教學(xué)設(shè)計方法。

2.1 受電弓內(nèi)容的課堂教學(xué)設(shè)計

受電弓內(nèi)容的學(xué)時是2學(xué)時，有關(guān)課堂教學(xué)設(shè)計分4部分，主要包括教師講述、師生互動環(huán)節(jié)、課堂考核以及小結(jié)，受電弓(單臂弓)的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 受電弓的結(jié)構(gòu)

2.1.1 教師講述

首先由教師介紹教學(xué)目標，讓學(xué)生了解有關(guān)受電弓部分應(yīng)該掌握的重點以及要點，做到有的放矢，目標明確。其次介紹受電弓結(jié)構(gòu)和作用。在結(jié)構(gòu)方面，受電弓有單臂弓和雙臂弓之分，目前大多城市軌道交通車輛均采用單臂弓。根據(jù)受電弓驅(qū)動源分為壓縮空氣和電力驅(qū)動兩種，根據(jù)受電弓驅(qū)動形式分為氣缸式受電弓、氣囊式受電弓、電動式受電弓3種形式，安裝在列車B車或MP車車頂上，同時詳細介紹單臂弓的15個組成部分。然后講述受電弓升弓和降弓的工作原理。最后以幾分鐘的視頻短片讓學(xué)生更加直觀地了解受電弓升弓和降弓的過程。在講述過程中，以板書+PPT的模式進行。有關(guān)受電弓教師講述部分的流程圖如圖2所示。

圖2 有關(guān)受電弓教師講述部分的流程圖

2.1.2 師生互動環(huán)節(jié)設(shè)計

師生互動環(huán)節(jié)設(shè)計是整個課堂教學(xué)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)[4]。畢竟教學(xué)是教師教、學(xué)生學(xué)的過程，需要的是相互配合。通過此環(huán)節(jié)讓學(xué)生更好地掌握教學(xué)內(nèi)容，并且做到知其然、知其所以然[5]。在此環(huán)節(jié)的設(shè)計過程中，主要以問題的形式呈現(xiàn)，了解掌握受電弓的機械結(jié)構(gòu)、在材料選擇上采用鋁合金的原因，在后期的檢修調(diào)節(jié)過程中如何根據(jù)具體情況進行調(diào)節(jié)等。在師生互動的同時，學(xué)生之間可以4人或8人組成小組進行討論，盡量調(diào)動每一名學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，帶著問題進行思考，這樣既可以活躍課堂氣氛，同時又可以掌握并鞏固知識點[6]。

有關(guān)師生互動環(huán)節(jié)設(shè)計的問題如圖3所示。在此環(huán)節(jié)，在學(xué)生進行思考和小組探討的過程中，教師可以走下講臺和學(xué)生進行友好的互動，可以將大課堂變?yōu)樾≌n堂，及時了解和掌握學(xué)生對于知識點的掌握情況，這樣可以在最后環(huán)節(jié)的小結(jié)過程中，對于學(xué)生存在的主要疑慮做重點講述。

2.1.3 課堂考核以及小結(jié)

課堂考核主要是每組學(xué)生根據(jù)教師提出的問題，經(jīng)過自己的討論給出一份答案，最后將作為平時成績記入最終的考核成績當中。這樣可以適當增強學(xué)生的參與意識以及思考問題的積極性[7]。

小結(jié)是對前幾個環(huán)節(jié)做總結(jié)，可以檢驗教師在講述過程和學(xué)生在聽講過程中存在的一些漏洞，學(xué)生在互動環(huán)節(jié)，對于問題的思考情況以及存在的問題，教師可以在最后的環(huán)節(jié)做重點講述，查缺補漏。

圖3 師生互動環(huán)節(jié)設(shè)計的問題框圖

2.2 降壓斬波器內(nèi)容的課堂教學(xué)設(shè)計

降壓斬波器內(nèi)容的學(xué)時是2學(xué)時，有關(guān)課堂教學(xué)設(shè)計分4部分，主要包括教師講述、降壓斬波器MatLab仿真和課堂考核以及小結(jié)。降壓斬波器的電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 降壓斬波器的電路拓撲結(jié)構(gòu)

2.2.1 教師講述

針對降壓斬波器內(nèi)容，教師在授課過程中，首先，結(jié)合城市軌道交通的專業(yè)背景，介紹斬波器在城市軌道車輛上的實際應(yīng)用情況，以及這一部分的教學(xué)目標。其次，介紹降壓斬波器的結(jié)構(gòu)組成和工作原理，主要電子器件(主要是IGBT、電感L和續(xù)流二極管VD)在降壓斬波電路工作過程中所起的作用?；诜侄尉€性的思想，從4個方面對降壓斬波電路進行分析。第一，當V導(dǎo)通期間，負載電流的表達方程；第二，當V 關(guān)斷期間，負載電流的表達方程；第三，負載電流連續(xù)情況下，最大值電流和最小值電流的表達方程；第四，在負載電流連續(xù)情況下，最大值電流和最小值電流的表達方程。通過動畫，向?qū)W生演示降壓斬波電路的電流走向以及電流在連續(xù)情況和斷續(xù)情況下電流和電壓的波形圖。最后，介紹平波電抗器電感量的確定方法以及平波電抗器在降壓斬波電路中的作用。在講述過程中，以板書+PPT的模式進行。有關(guān)降壓斬波器，教師講述部分的流程圖如圖5所示。

圖5 有關(guān)降壓斬波器教師講述部分的流程圖

2.2.2 師生互動環(huán)節(jié)設(shè)計

在此環(huán)節(jié)的設(shè)計過程中，首先可以提前告知學(xué)生攜帶筆記本電腦進入課堂，由于本專業(yè)模塊的學(xué)生之前已經(jīng)有了MatLab建模的基礎(chǔ)，這一環(huán)節(jié)主要通過MatLab建模仿真的形式呈現(xiàn)，這樣既可以將原有的建模仿真加以應(yīng)用，同時可以進一步掌握平波電抗器電感量的確定方法，了解平波電抗器電感量的大小在降壓斬波器電路拓撲中的作用，深刻體會電感量小，可能造成電流斷流。本環(huán)節(jié)的設(shè)計，要求學(xué)生以4人或8人組成小組進行協(xié)作，這樣既可以活躍課堂氣氛和掌握并鞏固知識點，又可以培養(yǎng)學(xué)生之間的團體協(xié)作精神[8]。

2.2.3 課堂考核以及小結(jié)

課堂考核主要根據(jù)任務(wù)要求，經(jīng)過小組學(xué)生建立的模型，主要考查學(xué)生對于降壓斬波電路拓撲結(jié)構(gòu)以及最后的電壓和電流波形的掌握情況。這樣既可以考查學(xué)生對于以前學(xué)習(xí)內(nèi)容進行鞏固的情況，同時又可以考查學(xué)生對于新的知識點的掌握情況。最后將作為平時成績記入到最終的考核成績當中。小結(jié)是對前幾個環(huán)節(jié)的總結(jié)，針對學(xué)生在仿真過程中存在的問題，教師可以在這一環(huán)節(jié)做重點講述。

3 結(jié)語

經(jīng)過15年的教學(xué)實踐，在城軌車輛電力牽引傳動技術(shù)課程教學(xué)上總結(jié)出了一系列方法和經(jīng)驗，總體安排上已經(jīng)逐漸趨向合理，既充分發(fā)揮了教師在教學(xué)工作中的主導(dǎo)作用，又體現(xiàn)了以學(xué)生為主體的教學(xué)思想，加強了綜合性和系統(tǒng)性實踐的教學(xué)內(nèi)容，取得了非常好的教學(xué)效果。

課堂教學(xué)中采用適當?shù)慕虒W(xué)方法和教學(xué)設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生進行有效的學(xué)習(xí)，充分利用好課堂時間，真正實現(xiàn)向課堂要教學(xué)質(zhì)量。在有關(guān)課堂教學(xué)設(shè)計的4部分中，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容合理設(shè)計師生互動環(huán)節(jié)是課堂教學(xué)的關(guān)鍵。課堂教學(xué)設(shè)計的成功與否，對相關(guān)課程知識的鞏固和學(xué)生將來的工作實踐都將有非常重要的意義。當然，課堂教學(xué)設(shè)計是一個系統(tǒng)工程，課堂教學(xué)也要與時俱進，在教學(xué)過程中不斷更新和調(diào)整，更好地提高教學(xué)質(zhì)量。