以學生為中心的《電力電子技術(shù)》課程教學改革研究

馬飛，李琦

（遼寧科技大學 電子與信息工程學院，遼寧鞍山 114051）

創(chuàng)新驅(qū)動，人才為本的指導思想對新時代的教學提出了新的要求。高等學校教師需要幫助學生提高知識掌握水平，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，以最終達到提高人才培養(yǎng)質(zhì)量、提升科學研究水平的目的。

我國現(xiàn)行教學模式主要是知識型教學，以教師圍繞課程知識點講授、學生以被動聽課為主，學生主要把注意力放在對知識要點的掌握上，并不關心知識點的來龍去脈，只關心如何通過考試。學生花費巨大的精力和時間去獲得“標準知識答案”。傳統(tǒng)教學模式對于培養(yǎng)一些流水線上的工程師或者是中層管理干部可能是有效的，但不能適應新工業(yè)“4.0”的要求[1]。

近幾年在國家的大力倡導下，高校采用互動式教學方法，嘗試各種新的教學模式，鼓勵學生學會主動思考，提高批判思維的能力，與教師充分互動共同學習。目前，國際國內(nèi)流行翻轉(zhuǎn)課堂和慕課網(wǎng)絡教學方式，這些模式在一定程度上提高了學生的互動性和自學能力，體現(xiàn)了以學生為本的教學理念。但是這些也只能在部分主動性較強的學生中起到很好的作用，對于從小形成被動接受式學習模式的學生收效不大。這就體現(xiàn)出教育是系統(tǒng)工程，傳授學習的能力比傳授知識更為重要[2]。

本文嘗試以學生為本，以教師為引，融合多種教學方法，注重因材施教，采取靈活多變的策略，構(gòu)建系統(tǒng)化、多元化思維體系，推進向能力型教學模式轉(zhuǎn)變。

1 《電力電子技術(shù)》課程特點及教學情況

我校的《電力電子技術(shù)》課程是自動化專業(yè)的一門傳統(tǒng)課程，隨著技術(shù)的發(fā)展，課程名字與內(nèi)容也歷經(jīng)《半導體變流技術(shù)》《電力電子學》兩代，2010年后改為現(xiàn)在的《電力電子技術(shù)》。課程跟隨技術(shù)進步，不斷改進完善教學資源，教學形式持續(xù)改進?，F(xiàn)課程共48 學時（理論38 學時，實驗10 學時）。主要任務是培養(yǎng)學生熟悉電力電子技術(shù)的發(fā)展概況、技術(shù)動向和新的應用領域。了解與熟悉常用的電力電子器件的工作機理、電氣特性和主要參數(shù)。理解和掌握基本的電力電子電路的工作原理、電路結(jié)構(gòu)、電氣性能、波形分析方法和參數(shù)計算，并使學生具有一定的電力電子電路實驗和調(diào)試的能力及初步的系統(tǒng)設計能力。并在此基礎上，使學生學會電力電子系統(tǒng)的設計，繼而培養(yǎng)學生在實際中分析問題和解決問題的能力，尤其是面對未來我國對電子技術(shù)發(fā)展的巨大需求，更需要培養(yǎng)學生在電子技術(shù)領域的基本素養(yǎng)，適應國家發(fā)展需要。

2 課程與教學改革要解決的重點問題

2.1 教學內(nèi)容更新問題

電力電子技術(shù)是一門發(fā)展較快的學科，與時代的發(fā)展聯(lián)系較為緊密。這樣就導致教課內(nèi)容需要不斷調(diào)整，需要跟隨國家對相關領域的發(fā)展要求來適時調(diào)整教學內(nèi)容和培養(yǎng)目標。但是在傳統(tǒng)教學中，受限于教學大綱設定、課時有限以及考核方式側(cè)重點等原因，內(nèi)容更新有限。同時對長期存在的“重理論，輕應用”問題的解決還不夠理想。盡管在這方面不斷進行局部調(diào)整，但實際效果仍然不夠理想，此問題有待在教學改革中進一步解決。

2.2 課程的難度與學生整體接受程度的矛盾

該課程教學方式經(jīng)過多次改進，從按部就班地依照指定教材進行灌輸式教育，到多媒體融合教學，再到翻轉(zhuǎn)課堂的應用，可以使學生在一些理論結(jié)構(gòu)比較清晰、易懂的知識點上取得較好的學習效果，但在講授難度較高的知識點時收效甚微。出現(xiàn)過一個知識點換了多種方法教學，學生都難以掌握的窘境。這對學生和教師都有影響，學生方面，導致學生的學習興趣降低、主觀學習動力下降；教師方面，產(chǎn)生挫敗感，降低教學積極性。大學生需要有更高的電子技術(shù)方面的素養(yǎng)，這就要求這門課從傳統(tǒng)的以變流為主的教學內(nèi)容向注重變流器件的量子物理學原理和變流原理相結(jié)合的教學方向發(fā)展，讓學生更能適合未來社會發(fā)展的需求。在這種情況下，加入的量子力學內(nèi)容更凸顯了這種矛盾。為了讓學生更好地接受，需要更有效的教學方式，以更形象的教學內(nèi)容吸引學生。

2.3 考試模式問題

傳統(tǒng)的課程考核形式是以筆試成績?yōu)橹?，結(jié)合實驗成績和平時成績來決定最后成績。此考核方式相對比較合理，但是考題標準化，容易使學習模式和教學模式流于“應試”，過于靈活又會使學生難于把握方向，大量增加記憶量和難度，使學生將更多精力用到背書上，不利于提高應用能力和創(chuàng)造能力。由此，制定與該門課程相適應的新的考核體系是體現(xiàn)課程側(cè)重點的方式之一，也能夠使學生進一步明確學習方向，領略課程精髓，達到教學目的。

以上是這門課程開設以來遇到的較為普遍的問題。在教學改革過程中，教師團隊長期致力于嘗試各種優(yōu)秀的教學模式和有效的考核方式來提高教學效果，真正幫助學生做到學以致用，靈活掌握知識，以培養(yǎng)出符合社會需要的人才[3]。

3 課程教學改革思路及措施

教學是為了讓學生學會自學，否則以有限的學時是無法將專業(yè)知識講全面的。學生如果不能學會自學，畢業(yè)工作以后也很難實現(xiàn)自我提升。“教”的最終目標是“學”，因此“教”是“學”的外部條件，離開“學”，便沒了“教”，教法、學法與學習效果三者之間是復雜的因果關系[4]。因此我們提出以腦科學為依托，構(gòu)建深度學習模式，倡導終身學習理念，深度激發(fā)學生的自我認知、認可，激發(fā)學生自我學習的動力和能力，使學生真正愿意學習、學會學習。

3.1 構(gòu)建問題為導向的深度學習模式[5]

先讓學生思考起來，不是被動枯燥地接受知識，產(chǎn)生探究電力電子技術(shù)奧秘的學習動機。我們把課程內(nèi)容以問題形式拋給學生，針對每節(jié)內(nèi)容設計不同的問題引入課程。

比如在第一部分電力電子器件工作原理的教學中，我們設計了如下的問題引起學生思考。

（1）電力電子技術(shù)解決的是什么問題（緒論中講過）？

（2）以前學的知識中有沒有相關內(nèi)容（允許學生互相討論）？

（3）在這些應用中電力電子器件都發(fā)揮了什么樣的功能？

（4）電力電子器件如果要發(fā)揮開關的功能，需要有什么樣的特性？

通過這些問題，學生會變得踴躍思考，有的翻書，有的在網(wǎng)上搜尋答案，在經(jīng)過一些提示，基本就能把定性的問題總結(jié)得比較全面。在此基礎上我們稍加指導，概念性的問題就都解決了。

3.2 形象化的教學方法消除學生對抽象理論的畏懼

學生對網(wǎng)上教學資源的利用率較高，喜歡形象化的教學內(nèi)容，我們就合理采用流行的“嗶哩嗶哩”“YouTube”等視頻網(wǎng)站的視頻內(nèi)容，結(jié)合國家建設的慕課資源，更靈活地給學生提供豐富多彩的教學內(nèi)容。比如講緒論時我們就使用了特斯拉電動車宣傳視頻，通過視頻，學生不但了解了電動車的工作原理，也了解了電力電子技術(shù)的內(nèi)容和應用。在講器件原理時應用了PN 節(jié)形成的動畫、電子能級變化的動畫等，這些動畫視頻增加了學生的興趣，降低了學生理解難度，非常受學生歡迎。同時向?qū)W生推薦相關的教學資源，讓他們課后參照學習，多角度學習這門課程，更深入地理解知識。

3.3 以腦科學為基礎養(yǎng)成學習習慣

一旦著手解決某個數(shù)學、科學問題，就會發(fā)現(xiàn)你做到的每個步驟，都會指示下一步的進行。內(nèi)化吸收解題技巧能夠加強神經(jīng)活動，當你看一眼就能看出某題解法，即對題目有真正的了解，說明你已經(jīng)成功構(gòu)建出了一個命令組塊[6]。在學習中很重要的一環(huán)就是如何記憶和內(nèi)化復雜的專業(yè)課知識。這就需要我們遵循大腦的工作規(guī)律去建立自己的學習習慣，構(gòu)建記憶模組。為了幫助學生形成記憶模組，我們對每個重要知識點都設計了循環(huán)教學步驟。

（1）根據(jù)知識點提出一個應用問題，讓學生從定性的角度去思考解決辦法，并將思路記下來在課堂上進行討論。

（2）在討論得到的不同思路的觸發(fā)下再對問題重新思考，修正思路，探討出大家都可以接受的方案。

（3）教師對方案進行啟發(fā)式點評，針對方案優(yōu)缺點具體設問，留作課后思考。

（4）第二節(jié)課就該問題重新討論，得出合理的解決方案。

（5）由教師對該方案從定量的角度進行分析講解。

（6）提出難度進階的問題，然后重復前幾個步驟，直到該章內(nèi)容結(jié)束。

（7）建議學生主動重復這個學習模式，并且在研究方案的時候多借用各種資源拓展知識和思路。

3.4 以學生為本構(gòu)建開放式考核模式

該課程在考試模式的改革上注重以學生為本，充分調(diào)動學生的自覺性和參與意愿，考核的結(jié)果更多地與學生自己的行為掛鉤，改變以往的專注理論知識的考核模式，打破依靠期末一張卷紙決定成績的單一考核模式，將學生能力的培養(yǎng)作為該門課程的終極考核目標。改革后的課程考核體系由課上演講成績、期末筆試成績及項目設計成績?nèi)糠纸M成，分別占20%、50%和30%。演講環(huán)節(jié)是學生課前預習后，對新內(nèi)容發(fā)表個人見解，并由學生和教師共同探討和糾正。項目設計則是學生就自己感興趣的內(nèi)容進行研究設計，不設固定題目。這些措施的施行，不僅能考核學生對理論知識的掌握程度，更能調(diào)動學生的參與感，增強學生學習的內(nèi)驅(qū)力，為培養(yǎng)學生自主學習能力打下了基礎。同時，題型方面也要做出相應的調(diào)整，題型設計更趨靈活化，減少單純記憶性理論題目，增加專業(yè)新技術(shù)、新應用分析類考題，例如結(jié)合新能源的發(fā)展趨勢，增加了風力發(fā)電和太陽能發(fā)電應用等相關內(nèi)容，增強學生對新知識、新應用的了解，有效地提高了學生的應用能力和創(chuàng)新能力。

4 結(jié)語

《電力電子技術(shù)》課程的教學改革主要圍繞課程內(nèi)容和學生的學習方法兩方面進行建設。在內(nèi)容方面不斷跟蹤技術(shù)應用的新發(fā)展，拓展廣度和深度，讓課程內(nèi)容和社會需求緊密結(jié)合，順應國家發(fā)展要求。在健全理論體系的基礎上，遵循“重思想、重方法、重思維訓練”的原則，以綜合提高學生的學識與能力為目標，不斷完善教學內(nèi)容和方法，提高本課程在國內(nèi)同類課程中的水平。

本文所提出的教改方法經(jīng)過了兩輪的實施，已取得較好的效果，學生學習起來更有主動性，也覺得學得輕松了一些，并逐漸習慣把身邊每天密切接觸的“電”與本課程內(nèi)容相對照，把《電力電子技術(shù)》的內(nèi)容應用到實際中。

本次教學改革提高了該課程的教學效果和教學質(zhì)量，但是效果并不能惠及所有學生，內(nèi)驅(qū)力較差的學生受益較小，這也是下一步教學改革努力的方向。