時間:2022-02-20 01:40:29
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇電子技術課程論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
1“電力電子技術”教學內容改革
“電力電子技術”課程教學的基本框架還是以所選教材為基礎,但在具體內容上應當以讓學生認識該課程的用途與重要性為出發點進行設計,緊扣行業應用,提高學生的學習積極性與主動性。首先,注意開好頭,要重視緒論課的教學,如在介紹“1.3電力電子技術的應用”時應將重點側重到交通運輸和電子這一領域中,重點介紹電力電子技術在汽車與軌道車輛上的應用。針對新能源汽車專業學生可舉例介紹車輛能源系統的“骨架結構”,如油電混合動力汽車等新能源汽車的能量系統的基本結構圖與基本工作原理;針對城市軌道車輛專業學生介紹地鐵車輛的電源系統結構圖等等,緊緊抓住行業應用為起始點引發學生的興趣。另外針對電子裝置用電源可從大家時刻不離身的手機充電器說起,讓學生認識到電力電子技術無處不在,實用性很強,提高學生積極性。其次,隨著課程內容教學的深入,應繼續圍繞專業行業應用,將原來的“骨架結構”補充上“血肉”,即實際具體電路,進行內容的豐富。如介紹DC/DC變換時,可以將原先介紹的地鐵車輛電源系統中DC/DC的變流電路具體化,在知識認知的體系結構中進一步具體化,加深知識點的理解和印象。最后為提高學生對電力電子技術的關注度,提高學生資料收集與自學能力,一方面對部分內容調整為課后自學內容,要求學生利用網絡、圖書館等資源條件完成學習,如器件中IGCT、功率集成電路、脈寬調節電路等的相關內容將由學生進行資料收集并選擇部分主題由學生在課堂上給大家進行介紹,提高學習的相關性。另外一方面提供一些已經完成的電源板,讓有興趣的同學進行實際調試,在實踐中體會電能的變換與控制,實現“自主行走”。這些同學能在今后相關的實踐設計中有較好的基礎,且能幫助并帶動其他同學提高實踐能力。
2“電力電子技術”課程設計改革
“電力電子技術”課程應用性強,因此要求學生有較強的動手實踐能力。課程開設了6個學時的實驗,對學生來說實踐時間較少。因此率先在車輛工程專業新能源汽車專業方向開設了“汽車電力電子技術課程設計”課題,時間為一周,精選了“太陽能電動車SPWM控制逆變電路設計”、“車載逆變電源—推挽式直流變換電路設計”、“車載逆變電源—工頻逆變電路設計”等設計課題,要求學生通過課程設計能充分了解電力電子技術在汽車上的應用以及應用設計,要求學生“腳踏實地”進行電路方案論證比較,完成電力電子電路的參數計算、器件的選型、繪制電路原理圖等過程,掌握電力電子電路的設計,并能夠掌握電力電子器件常用的驅動電路設計,合理設計保護電路。同時對于電路原理圖要求采用EDA(電子設計自動化,ElectronicDesignAu-tomation)軟件進行繪圖,將學生所學的電力電子技術、自動控制技術、EDA技術等幾門課程在汽車電力電子技術課程設計中進行融合,提高學生的實際設計能力。對multisim實踐能力較強、學有余力的同學進一步指導其采用仿真手段(Matlab或者Multisim)進行仿真實習,論證設計結果。通過緊張而充實的課程設計,大部分的同學對電力電子技術在汽車上的應用有了進一步的認識,并對所學的相關課程進行貫通融合,充分了解所學專業課程之間的相互聯系,增強了對自身所學專業知識架構的認識,能夠熟練利用相關課程、相關技術手段進行電路設計,實現在專業知識架構中的“自由天地”。
3總結
課程教學內容和實踐環節改革在近三屆學生中的教學實踐證明,教學效果較好,學生學習積極性高,對專業的理解較以往有所加深。這也說明,教師教好一門課,需結合行業實際,應結合科學技術的實際情況適時適當地進行教學改革,要注重教學內容理論與實踐的結合,努力將學生培養成厚基礎、實踐強的應用型人才。
作者:顧新艷 單位:南京工程學院汽車與軌道交通學院
關鍵詞:電子技術;創新意識;創新能力
中圖分類號:G633文獻標識碼:A 文章編號:1003-2851(2011)07-00-01
創新是現代科學技術發展的原動力,現代社會各方面的發展都要依靠新的發現、發明和創新,其中創新是其核心,創新的實現取決于人的創新意識和創新能力。大學階段是學生進入社會實踐、科學研究的起步階段,在知識無限膨脹、陳舊周期快速縮短的情況下,大學階段如何培養學生的創新意識和創新能力就顯得尤為重要。
電子技術課程是電子信息類的一門重要的技術基礎課。電子技術課程的性質和特點對于培養學生思維能力有著重要的作用,因此,在電子技術課程教學中加強學生的創新意識和創新能力的培養,可以為學生在以后走上工作崗位,服務社會打下堅實的基礎。
一、電子技術課程中對學生創新意識的培養
電子技術課程是電類專業的重要基礎課,課程中涉及到的常用電子元器件、電路形式、電路分析方法、電路基本概念十分繁多。目前隨著電子技術的飛速發展,新器件、新應用電路層出不窮,內容還在不斷增多。所以面對這些問題我們必須思考如何改革教學模式,讓學生既學到知識又提高學生的學習能力以及創新意識。
在過去的電子技術課程教學中比較普遍存在的問題是忽視學生創新意識的培養,不少教師僅僅注重知識的講授,考試偏重知識的記憶性。因此我們在電子技術課程的教學中必須改進傳統的教學模式,要注重激發學生的學習興趣,鼓勵學生主動思考,幫助學生樹立“求新,求異”的觀點,走出傳統教學中“尋求標準答案”的誤區。給予學生更多自我學習和鉆研的空間,以此點燃學生創新思維的火花。
在電子技術課程實踐環節中,改變過去那種由教師設定題目,固定實驗內容的實驗教學模式。增加新技術講解,激發學生的好奇心,創新動機,利用學生沒有先入為主的成見,使其在獨立思考下,發揮想象力、勇于探索、發現、創新,從而創新電子技術實驗內容。在課程設計中,改變以往定題目、定要求、定時間的模式,只提供一個實際應用的小項目如電子小產品、應用程序、功能電路等,然后由學生自己查找資料,分析實際應用項目的功能、設計方法、設計思想等是否完善,并根據自己的想法加以完善或改進,該類型的課程設計沒有具體的限制,只有鼓勵和促進,因為不管學生完成的程度如何,他都是對現有項目的發展和創新。
創新意識的培養是一個長期過程,我們在電子技術課程的教學過程中要不斷地鼓勵、引導學生敢于思考、敢于創新的意識,激發他們的創新激情,在潛移默化中培養學生的創新思維。
二、電子技術課程中對學生創新能力的培養
創新意識和創新能力對學生的創新思維來說,兩者都不可或缺。我們認為創新意識是基礎,而創新能力則是對創新意識的實現,如果只有創新意識而無創新能力,那么就不能對創新進行升華。電子技術課程的教學和實踐中,我們一方面注重培養學生的創新意識,另一方面也注重創新能力的建立,具體來說,我們可以通過以下幾個方面的努力,來加強學生創新能力的培養創新能力。
1.探討在本科教育中,結合學生個性能力引入項目培養制,學生自選課題或與教師、同學合作完成科研課題,獲得科研實踐能力;2.嘗試挑選優秀的學生,開展個性化培養,在場地、實驗儀器等方面給予積極的支持;3.建立層次化、開放式的創新教學體系;對綜合性實驗,采用開放式實驗教學模式,在老師指導下,樹立學生主體觀,培養學生的主動精神,調動學生的主體積極性,學生自主地開展實驗研究,處于主動探索的狀態,養成獨立思考和積極進取的精神。4.舉辦各種電子技術應用的實踐活動,比如說電子競賽等相關活動,作為引導學生興趣,開拓思維,提高實踐及創新能力的一種途徑。
在這樣的學習過程中,知識的單一接受變得并不重要,重要的是知識的選擇、整合、轉換和操作,這些知識不是靠課堂單一教學能“傳授”的,它只能通過學生主動地“構建”和“再創造”而獲得。由此,使學生的學習能力和創新能力得到提高。
三、電子技術課程中對學生創新環境的建設
在電子課程教學中對學生進行創新意識和創新能力的培養,教師在初期的地位居于主導,在教學中采取開放式的多元化、個性化的培養模式,由被動教育變為主動教育、由應試教育變為素質教育,這就是教師和學生兩方的相互配合,在此過程中,教師、學校需要注意創新環境的建設。結合教學體會,創新環境的建設主要涉及:
1.開設多種可以選修的拓展知識面的課程;2.提供電子技術開放實驗室;3.組織各種興趣小組;4.組織參加各種技術交流、專題講座;5.聯系科技創業中心,為科技發明與實際應用相結合尋找突破口。
四、電子技術課程中對學生創新意識和能力的評價體系建設
成績的評定標準通常是引導學生學習的指揮棒。傳統的考試方法以及以考試分數定優劣的評價標準引導學生死讀書本,束縛了學生的創新意識和創造能力。因此,建立科學的評價體系,是培養創新人才的重要保證。對學生的評價不僅要重視知識的全面性考查,更要重視創新能力的考查。我們要改變過去考試模式單一、成績評定標準單一的現狀,提倡考試方式多樣化,不采用標準答案,鼓勵和支持學生提出新的方法、新的見解。開展非考評學,通過寫專題研究、參與科研實踐項目、撰寫學術論文等多種形式評分。
關鍵詞:電工電子技術;教材;教學方法;實際操作能力;應對措施
【中圖分類號】TM1-4
引言:培養崗位技能型人才是當前學院教學改革的目標,更是用人單位對大學生綜合素質的社會要求。對于工科類大學生,其實踐能力主要依靠在實驗和工程實踐課程文化的培養,在校大學生如何通過實驗與實踐課程的教學改革提升理論應用化、能力實踐化的專業素質,是目前在本科教學中需要特別關注并解決的問題。本文以學院工科專業發展為研究方向,闡述電工電子課程獨立設課與網絡虛擬平臺建設對崗位技能型人才培養的重要意義和作用。
1 電工電子技術課程的教學現狀
1.1 教材缺乏合理性
目前關于電工電子技術課程方面的教材很多,通過對大量的電工和電子技術課程的材料研究可以發現,很多教材在編制上不太合理。電工電子技術課程是一門綜合性的課程,著重與理論與實踐的結合,但電工電子技術課程的大部分教材都是關于理論知識方面的,很少涉及實踐崗位應用。并且,相關教材知識更新周期較長,許多教材的教學內容已經不能適應行業飛速發展的市場需求,這些問題導致在電工電子技術課程的講解與學習方面容易導致教師講解困難,學生難以提高學習主動性的局面,并且學生所W知識難以滿足企業的上崗要求。
1.2 教師教學方法陳舊
電工電子技術課程是一個基礎性的課程,理論性強,傳統的教學主要是教師講解理論的書籍,講解的內容不形象、直觀,而且方式枯燥,并多采用“滿堂灌”式的教學方式,在教學活動中,教師占據主導地位,課堂上學生沒有時間消化與理解知識點,也沒有提供展示自己的機會與平臺,學生與教師缺乏互動、交流,也缺乏對學生主動性的培養模式,長期以往,學生的學習激情與學習愿望必將會降低,學生不能提高對課程知識內容的興趣,教學效率也得不到提升。
1.3 學生實際操作能力不足
在學校,實驗教學是培養學生的重要途徑,因此,有必要進行適當的培訓課程,充分的運用實踐教學實際上是一個很好培養學生學習興趣的過程,提高他們的實際動手能力,增強學生對知識的渴求欲,繼而提升他們學習的主動性。但是由于很多學校的實踐教學編制的不合理性,導致學生實際操作的機會不多。在課程的教學中主要存在以下問題:(1)實踐教學得不到學校的重視,導致學生在實踐教學中學不到適應崗位要求的技能;(2)如果實踐教學課程安排較多,會導致在設備投入方面成本較高,學校不能滿足資金投入的需求,使得學生實際操作能力更加不足,這些原因都導致了學生實際動手能力較差,不能在校培育成實用技能型人才。
2 電工電子技術課程教學的應對措施
2.1 對電工電子技術課程的教材進行科學地補充及重組
教材是教學的基礎,是提高教學質量的保證。隨著我國經濟和技術的進步,電工電子技術也在進行著跨越式發展。與此同時,與電工電子技術相依相伴的電子元器件也在不斷更新與發展,因此,與之對應的電工電子技術教程的教材也需要不斷的豐富、充實內容。針對原有教材中不適應當前社會發展的一些內容,對其進行深入分析,取其精華、去其糟粕。添加適用于電工電子技術課程中的器件、電路等方向的內容,使得電工電子技術課程的教材能夠適應時代、技術的發展。在教學中,教師應根據學生的實際情況重新整合電工電子技術教學資料,編排出一個適合教學的順序,即遵循由淺到深、從簡單到復雜的原則,這樣就有助于學生逐漸接受電工電子技術課程的知識,奠定堅實的基礎,為以后的學習和工作做好充足的準備。
2.2 教學方法改進
針對陳舊的教學方法,枯燥的教學方式等問題,教師可以采用靈活的創設問題情境及活動情境,引導學生積極思考,盡可能地吸引學生的注意力,使他們自覺遵循老師的思路,因為有趣的提問方式不僅能夠提升學生對學習的興趣,也能使學生有強烈的求知欲,有效調動學生的學習積極性和自覺性,從而豐富教學課堂內容,提高電工電子技術課程的教學質量。其次,在教學過程中,可以用直觀的手段和實踐教學培養學生的學習興趣。例如,對電容和電感的教授,可以設置在主板電容器和電感器作為視覺輔助,學生在主板上尋找各種電容和電感,并讓他們記下相應的型號。
2.3 問題分析
首先,充分調動學生的積極性和主動性,在遇到問題時,學生會根據自己的知識和經驗,分析問題的成因,以此問題的方向以及結果做出判斷;其次,討論,教師根據學生的認知水平、興趣、學習能力等,將學生分成若干學習小組,以小組的形式討論和分析的問題,通過小組的討論列出從問題中獲得的信息和未知的信息,明確互動之間的目的以及學習要點,在討論的過程中可以促進學生之間的互動,提高學生的自我溝通能力和分析問題的能力;最后,對團隊成員進行試驗,小組成員根據分析問題獲得的試驗方案,并根據教師所提供的設備和資源進行試驗,在試驗的過程中,小組成員需要各司其職,認真的做好小組分配的任務,制定科學、合理的解決方案,通過小組成員的共同努力,順利、高效的完成試驗。教師在這個過程中起到引導學生制定正確的研究計劃的作用。
2.4 解決方案
當制定了有效的探究計劃后,由學生開始動手實踐,在試驗的過程中,學生應該認真的觀察整個試驗過程,并對試驗過程中的數據進行采集、記錄,然后通過各種途徑獲得和問題相關的信息,最后通過小組成員的共同合作,對獲得的數據進行分析、計算、整理以及評價,獲得試驗結果。
2.5 反思和概括
當試驗結束之后,應該由學生發現的問題進行分析、探索和提出解決方案,尋找隱藏的規律,有效鞏固和檢測學生所學的知識。教師根據學生掌握知識的實際狀況,對知識的要點、重點進行總結,并解答學生的疑難問題,保證所有的學生都能夠理解和記憶教學內容,培養學生對新知識的理解和應用能力,提高學生的實踐動手能力、創造力、分析能力以及解決問題的能力。
3 結束語
電工電子技術課程是高等學校工科非電類專業的一門技術基礎課程,在教學過程中應逐步建立起更合理、更有效的教學模式,培養學生對電工電子技術課程的興趣,使學生通過本課程的學習,既具有扎實的理論基礎,又具有較強的實踐動手能力,成為行業需要的專業人才。
參考文獻:
根據高職醫學影像技術專業電工電子技術課程教學中存在的問題,針對高職生特點,從教學內容選取,教學方法、教學手段、考核方法改革等方面進行分析、總結。
關鍵詞:
高職;醫學影像技術專業;電工電子技術
電工電子技術是醫學影像技術專業一門重要的專業基礎課程,理論性和實踐性都非常強。本文針對醫學影像技術專業高職生專業和職業能力需求,根據高職生特點,以實踐、應用為主線淺談其教學改革。
1存在問題
1.1理論與實踐脫節
傳統教學中理論教學與實踐教學是分開的,且過分追求教學內容的系統性與完整性,忽視了電工電子技術作為應用學科的實用價值,學生缺乏明確的學習目標,難以理解課程目的和意義,影響了教學質量提高和應用型、技能型人才培養。
1.2教學方法陳舊
教學基本上采用“教師講,學生聽”的灌輸式方法,有些教師對新的教學方法和手段不熟悉、不適應,課堂上講得過多、過細,缺乏新意,沒有留出足夠的時間供學生思考回味。此外,課后作業過多也使學生無暇思考,導致其始終處于被動狀態,無法產生學習興趣和熱情。
1.3考核方式單一,內容片面
電工電子技術課程考核采用閉卷筆試方式,主要考查學生理論知識掌握情況。這樣既不利于學生對知識的全面掌握,又不符合高職生學習特點。
2改進措施
2.1課程整合和優化
打破學科體系,改革課程設置,實施課程內容的簡約、集成與重組,體現高職教育特色。以實際應用能力培養為主線,精簡教學內容,去除理論推導、證明、驗證內容,注重技術重現和技術實現。實現做中學,弱化過深、偏難的理論,突出知識的實際應用。以適用、實用為原則,優化知識技能結構,形成與職業崗位需要相一致的教學內容。從職業崗位需要出發,將課程知識與技能有機結合起來,增加實用性和針對性,刪去與今后工作關系不大的內容。例如,很多教材大篇幅講解二極管如何形成單向導電性、三極管內部載流子的傳輸情況,然而在實踐中,只有專門從事研究的人員才可能用到這些原理,對于高職生而言,教學重點應該放在二極管、三極管的作用,如何判斷二極管正負極,三極管的標號及管腳判別鑒定,如何通過參數來選擇二極管、三極管的型號等內容上。對電子電路應強化集成電路方面內容(特別是集成電路的應用),而難度較大、求解過程復雜的例題、習題應予以刪減。
2.2加強與專業課程的對接
電工電子技術是專業基礎課,一般在大一第一學期開設。此時,學生對專業還不夠了解,授課內容既要注意與各學科專業基礎知識的銜接,又要兼顧同后續課程的聯系。教學內容應滿足各層次學生對課程深度和廣度的要求。
2.3課堂教學方法靈活多樣
高職生基礎相對薄弱,教師應根據學生實際水平,對基礎知識、基本內容和重點內容精心組織,運用多種教學方法,如比喻法、類比法、啟發質疑法、講練法、實驗演示法,使學生克服厭學心理,樹立自信心,提高學習興趣。對于理論性較強的內容,教師要耐心講解,引入各種案例,多講多練,反復強化,務必使學生掌握。
2.4充分利用現代科技,豐富教學手段
抽象的電工原理講解起來容易使學生覺得枯燥乏味且生澀難懂,如電容的充放電等,若合理巧妙地使用輔助教具,往往能收到事半功倍的效果。教師可以通過教學錄像、實物模型、幻燈片、投影以及生動詳盡、圖文并茂的教學課件,激發學生學習興趣,開闊學生視野,進一步強化對基礎理論的掌握。為了適應目前既要減少教學時數又要增加課堂信息量的教學改革形勢,培養學生學習主動性,提高自學能力,充分利用網絡資源是有效可行的方法之一。在理論教學中引入仿真技術來提升教學質量,使理論得以驗證。比如,對于一些較抽象的內容,教師用語言不易描述,學生也難以理解,還有許多概念需要通過實驗闡述和驗證。在講授需要實驗演示的電路時,可利用事先建立的仿真電路文件進行現場演示,不但提高了教學效率,而且降低了教學難度。實驗教學中引入仿真技術,具有3個優點:(1)實驗信號存在時間過短,用常規儀器往往很難觀察到,借助仿真技術可以方便觀察;(2)將實驗任務布置給學生,讓學生先進行理論設計,然后按照設計要求進行計算機仿真設計,再到實驗室按照仿真電路裝配實際電路進行測量;(3)進行虛擬仿真實驗,根據教學內容和專業要求,聯系生產實際提出簡單的設計題目,讓學生進行理論設計,然后在計算機上完成仿真實驗,檢驗和完善自己的設計。
2.5理論教學與實踐教學相結合
電工電子技術是一門基礎學科,也是一門應用學科,學生不僅要掌握必要的理論知識,還要把這些理論靈活應用于實踐。但是,學生到企業實踐的機會很少,無法了解具體工作流程。為此,教學中,每章都從最基本的應用實例出發,由實際問題入手引入相關知識和理論,由實訓引出相關概念。首先,教師提出學習內容、目的、要求及注意事項,學生自主學習,再通過自己動手來加深對所學知識的理解,同時訓練相關技能。這種在教師指導下,感性認識與理性認識的交互,對學生自主學習能力的培養起到了促進作用。教學所選實訓項目應與醫學影像技術專業相關,這樣會極大地激發學生學習興趣。此外,實踐教學場所應按照職業環境來布置,突出職業特點。同時,實踐教學嚴格按照生產、建設、管理、服務第一線的現場有關規定,強化學生職業技能和職業素質,促使學生形成一絲不茍、嚴格認真的工作作風。
2.6建立以能力為中心的課程考核體系
改變傳統考核方式,強調學生能力考核,實現向過程考核的轉變。學生學習效果的好壞主要取決于教學過程,與之相對應的考核也應貫穿整個教學過程。考試不再局限于單一的閉卷形式,而是采用開放靈活的方式,包括開卷考試、課程論文、口試、實際操作、調查報告、綜合考查等。不同內容采用不同考核形式,如基本理論考核采用閉卷形式;實訓技能考核采用項目任務形式,根據學生態度和操作情況,綜合評定實驗實訓成績;平時作業可以結合生產實際寫課程論文和調查報告。課程結業成績由平時成績、實驗實訓成績、期末成績(試卷)組成。為使學生全程參與,將其注意力轉移到日常學習上來,可擴大平時成績和課程測驗比例,具體為:平時成績占20%,課程測驗成績占40%,期末成績占40%。另外,改革平時測試和實驗考核記分方式,實行實質性評價,部分考核可按照A、B、C、D級評分,淡化分數,促進學生全面發展。注重考核反饋,通過反饋使學生了解自己的不足,使教師調整教學方式。
3結語
關鍵詞:數字電子技術;教材;探索
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2012)03-0098-02
隨著數字電子技術、集成電路設計、制造技術的高速發展和廣泛應用,大量學科紛紛出現在高等教育的課程設置中,如DSP、嵌入式系統、SOPC、PLD、EDA、硬件描述語言等。這些課程引領電子技術的發展方向,把作為這一領域專業基礎課的《數字電子技術》的地位和重要性也推到了前所未有的高度,同時也對數字電子技術課程的教學內容提出了極大的挑戰!然而,難以樂觀的是目前國內多數著名高校該課程的教材多少年來隨著版本的更新,內容變化并不大。可喜的是,近年來有個別教師對《數字電子技術》教材做了非常大膽的改革,比如,有教材大篇幅地增加了可編程邏輯器件及應用,使學生在課堂上的大部分時間用于學習掌握現代電子技術設計方法;也有教材將微型計算機原理和數字電子技術合二為一,將微處理器結構作為數字電子技術的一個應用實例,這樣不僅消除了傳統數字電子技術內容零散的缺陷,同時也將微型計算機原理課程和數字電子技術課程有機地結合在一起,并可以減少學時數,方便課程安排。作者早在參考文獻[1]中也提出這種改革方案,但由于教學內容的大量改動往往牽扯到教學計劃和幾門課程的改革等問題,影響面比較大。因此,多年來各著名高校依然按兵不動。本文在盡量不影響教學計劃的前提下,針對目前的多數教材內容提出幾點建議。
一、數字電子技術的發展和課程重要性介紹
國內外多數教材的開篇都是直入主題,對《數字電子技術》課程的重要性、電子技術的發展、課程特點及學習方法等問題很少介紹。這樣使得學生在剛開課時就接受大量新概念,畢竟數字電子技術是走進數字時代的第一入門課程,由模擬世界到數字世界有些轉彎太急。另外,開篇不介紹電子技術發展和一個典型應用,往往使學生學到最后都會感覺內容零散,慢慢失去了學習興趣。這種大轉折性課程有必要介紹電子技術的發展和廣泛應用,介紹電子技術的發展,不僅使學生可以了解該學科前沿技術及目前應用狀態,啟發學生創新能力,也可以讓學生體會EDA軟件在現代電子技術設計中的作用,在課程學習過程中自發學習和利用EDA軟件進行仿真實驗,激發學生學習興趣,引起學生對課程的足夠重視,同時也給學生一個適應過程。教材中介紹課程的重要性是非常必要的,數字電子技術已逐漸滲透到各個行業及領域,推動著世界步入數字化時代,進入21世紀,數字電子技術將繼續促進人類在各個領域的全面進步。作為走向數字化時代的第一門課程,重要性不言而喻。另外,應該強調學生應該學習一些什么?課程各章節的重要性和相互關系等。《數字電子技術》作為一個轉折性和走向數字化時代的基礎課程,也能鼓勵之前學習較差的學生,將《數字電子技術》課程作為一個新的學習起點,走向美好未來。另外,電子技術課程也是很多高校某些專業的考研課程,對于以后想考研的學生提前告知也可以引起學生對該課程的高度重視。《數字電子技術》課程實踐性很強,要在教材中強調高度重視實驗環節,介紹使用EDA軟件進行電路的設計和分析方法。鼓勵學生在實驗中遇到問題時要有積極主動分析問題和解決問題的心態,在不斷解決問題的中提高自信和科研動手能力。
二、理論教學和實驗內容的配合
目前多數教材不包含實驗內容,而且EDA內容介紹很少甚至沒有,實驗與教學配合不是很緊密。如果教材中實驗內容像每章后的作業一樣安排,在教材中每章之后直接給出驗證性實驗和設計性實驗內容,并增加EDA仿真實驗,使學生一開始就學習和利用現代電子設計不可或缺的一些EDA工具,使數字電子技術的教學環節采取“黑板+PPT+EDA仿真”的模式,這樣不僅使課程與實驗銜接緊密,加深學生對所學理論知識的理解,利用課外學時也解決了實驗時間有限的問題。同時,EDA仿真環境的開放性為設計性和探索性實驗提供了實驗環境,克服了實物實驗中硬件損耗帶來的資金壓力和實驗平臺數量和開放時間的限制,對提高學生的綜合素質、培養學生的自主學習和創新能力、激發學生主動探索未知事物的學習熱情具有特殊的作用。當然,走進實驗室熟悉硬件、搭接電路、調試電路等實驗過程對于培養學生實際動手能力、分析問題和解決問題的能力具有重要意義。
三、增強實際應用例子
參考微處理器硬件電路,更新教材內容,使理論與實際相結合。《數字電子技術》的重點是分析和設計電路,也是微處理器課程的重要基礎。如果能將部分內容和后續微處理器課程結合將會極大提高學生學習興趣。目前教材中的很多應用實例陳舊且不結合實際,參考文獻[1]中詳細說明了存在的問題,在此舉例說明并提出建議,例如:組合邏輯電路中的中規模集成器件(MSI)及應用,幾乎所有的教材都是介紹概念、具體某器件符號圖、功能表及應用等,介紹的多數器件型號比較陳舊且應用介紹與實際都有很大距離。比如,編碼器從學生熟悉的鍵盤引出編碼的概念和編碼器的作用后,多數教材給出的集成編碼器型號在實際中很少用到,應該增加實際鍵盤掃描原理電路介紹和實用的鍵盤編碼器,比如16鍵盤編碼電路74C922(CMOS工藝技術制造,工作電壓3-15V,“二鍵鎖定”功能,編碼輸出為三態輸出,可直接與微處理器數據總線相連,內部能完成4x4矩陣鍵盤掃描)。譯碼器應用幾乎所有教材都是介紹用74LS138譯碼器實現邏輯函數、多路分配器等,而沒有介紹其最為重要的地址譯碼作用,如果介紹三態門時增加或增強總線結構,在譯碼器應用中就很容易引入地址譯碼器的地址譯碼作用。其實,在介紹數字電子技術相關內容時,將其應用延伸到微型計算機的結構,比如,中斷控制邏輯需要的優先編碼器、地址譯碼器、總線結構、鍵盤編碼、存儲器、時鐘和復位電路等,在《數字電子技術》課程最后將很容易搭建起一個計算機簡化結構模型。這不僅將《數字電子技術》零散的內容融為一體,而且在學習各個部分時,學生也會更有興趣,也有助于后續課程相應內容的理解和學時壓縮。
四、思考經典應用
很多教材或多或少都引用了之前教材的一些經典應用實例,導致再版或新出版教材都沒有慎重考慮也照搬前人的實例,結果造成大多數的《數字電子技術》教材中都存在有問題的設計實例。比如,串行序列檢測電路設計,在參考文獻[2]中作者已提出該問題并引起了一些老師的重視,但多數教材問題依然存在;還有同步JK觸發器,個別教材認為在CP=J=K=1時,JK觸發器狀態翻轉一次,有教師就針對該問題發表了論文,認為根據JK觸發器狀態變化關系:00不變、11翻轉、其它隨J變。因此,CP=J=K=1時,JK觸發器狀態應該按照Qn+1=■n=1的規律并以各級門電路延遲時間之和為時間間隔,不斷地翻轉,直到CP有效高電平結束為止。其實這些說法都不正確,通過理論分析和仿真實驗可以證明,CP=J=K=1時,JK觸發器輸出為:,Qn=■n=1,0n和■n不再互補,而且當CP變為低電平時,輸出不確定。這是因為觸發器中構成反饋的兩個門的輸入,在CP=J=K=1時,都為Qn,■n=0。這些問題說明即使是多數教材中都引用的內容也需要編寫教材的老師仔細推敲和思考。
五、增強可編程邏輯器件原理以及應用介紹
許多大規模、超大規模及專用集成電路產品的問世,特別是高密度可編程邏輯器件的快速發展,使得現代數字控制系統幾乎成為兩片系統――微處理器+可編程邏輯器件。作為工科院校專業基礎課程之一的《數字電子技術》,其大部分內容和實際應用顯然存在較大差別,不適應現代電子技術發展和應用需要,改革教材內容迫在眉睫。教材中的經典內容比如,數字邏輯基礎、集成邏輯門、存儲器等需要保留,對小規模集成邏輯門的解剖有利于理解集成器件的外特性和性能指標,正確使用器件合理設計電路,也利于掌握同一數字邏輯系列大規模集成器件的使用方法;觸發器、基于門或觸發器的組合或時序電路的分析和設計、中規模器件電路、脈沖產生與整形等要進一步精簡;擴充可編程邏輯器件應用,增強現代電子設計方法的介紹和實驗訓練非常必要,很多教材雖然增強了PLD內容,但教學并沒跟上。本文在盡量不影響教學計劃的前提下,對目前的教材內容提出幾點建議,旨在逐步更新課程內容,適應現代電子技術飛速發展和應用的需要。期望和同行們共同探索出更好的教材和教學改革方案。
參考文獻:
[1]寧改娣,楊拴科,王建校.數字電子技術課程教學改革探討[C].中國電子教育學會會刊.2000.
[2]寧改娣,楊栓科.串行序列檢測同步時序電路設計探討[C].西安交通大學2003.8.全國高校電子經驗交流會論文集。
關鍵詞:案例教學法;教學改革;電力電子技術
作者簡介:王曉剛(1976-),男,吉林長春人,廣州大學機械與電氣工程學院,副教授;王清(1963-),女,黑龍江哈爾濱人,廣州大學機械與電氣工程學院自動化系主任,副教授。(廣東 廣州 510006)
基金項目:本文系廣州大學“專業綜合改革試點”項目的研究成果。
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)02-0077-02
2010年教育部提出實行“卓越工程師教育培養計劃”,其主要目標是培養一大批創新能力強、適應社會經濟發展需要的高質量工程技術人才,促進工程教育改革和創新,全面提高我國工程教育人才培養質量。[1]在此背景下,必須對現有的課堂教學模式進行改革。本文在廣州大學“專業綜合改革試點”項目的資助下,以“電力電子技術”課程為對象,對課堂教學方法進行了改革,應用案例教學法,改善了教學效果,使學生的知識、能力和素質滿足社會的要求。
一、“電力電子技術”課堂教學現狀
“電力電子技術”是電氣工程及其自動化專業的重要專業基礎課,也是“運動控制系統”的先修課程,在專業培養中占據十分重要的位置。但從國內各高等院校的現狀來看,課堂教學存在著較大的不足,主要表現為:
1.教學內容陳舊
電力電子技術的發展日新月異,許多新型電路、控制方法和應用在教材中并未提及,造成學生學與用脫節,該問題在畢業設計中表現得比較突出。
2.教學方法落后
傳統的教師教和學生學的授課方式仍大行其道,課堂氛圍沉悶,教師與學生、學生與學生之間缺乏交流與互動,學生學習的主動性不高,許多學生將學習目標降低為通過考試獲得學分,這與卓越計劃中“強化培養學生的工程能力和創新能力”的培養特點相背離。
3.教學手段單一
目前大多數院校已經采用多媒體教學,有的還利用各種仿真軟件演示電路的波形。但多媒體的利用并不充分,基本上還是教師演示給學生看,效果必然要大打折扣。
針對目前課堂教學中存在的問題,各學校的相關教師或教學團隊紛紛嘗試教學改革。三峽大學開發了電力電子電路flash動態演示課件,直觀生動地再現了電路的動態特性;[2]重慶科技學院采用工程案例教學法,通過實際案例使學生將平時分散學習的知識綜合起來,形成解決實際問題的應用過程,讓學生知道學有所用,體會到解決實際問題的成就感;[3]合肥工業大學采用從果到因的逆向思維教學法,培養學生思考問題的能力和創新意識;[4]北京科技大學提出了在CDIO工程教育模式下的“電力電子技術”課程教學改革方法。[5]上述“電力電子技術”教學改革為廣州大學該課程的改革提供了參考和借鑒。
二、案例教學法的可行性
案例教學法是一種先進的教學方式,教師根據工程生產實際給出若干案例,學生分成若干研究小組,在教師地引導下組織文獻查閱、研究和討論,在規定時間內完成案例的設計后,通過報告的形式匯報研究成果,匯報完成后由教師和學生共同進行對相關問題的討論。在這種教學方式下,學生由被動的接受者轉變為知識的發掘者,實現教師與學生、學生與學生間的互動。與傳統教學方式相比,案例教學法的優勢十分突出,大大改善了教學效果,因此已經在我國高校的課堂教學中得到應用。[6,7]
電力電子技術在工業生產和國民生活中應用廣泛,同時也綜合了電子技術、電路、自動控制等多個學科,因此具有很強的工程性和綜合性。同時,“電力電子技術”強調理論聯系實際,因此必須重視實踐性教學。
在“電力電子技術”的教學中引入案例教學法,對于達到課程的實踐性和綜合性要求,調動學生學習的自覺性和主動性,提高學生自學能力和實踐能力,改善教學效果,大有裨益。
三、案例教學法的實施過程
新型教學法的實施步驟為:
1.提出課題(案例)
將全班學生分為5個課題小組,小組可由教師劃定,學生也可以自由組合。根據“電力電子技術”教學大綱和教學目標要求,選取實踐性較強的5個案例,分配給5個課題小組,每個小組負責1個課題,課題的選擇由各組自行協商。由于學生剛剛接觸“電力電子技術”,因此教師在選擇案例時需注意案例的難度,案例不能過于簡單,需具有挑戰性,但也不能難度過大,占用學生過多的時間,甚至令學生失去興趣。經過實踐,筆者給出的第一批5個案例為:級聯式晶閘管整流器的設計、高功率因數PWM整流器的設計、SPWM逆變電源的設計、矩形波交流電源的設計、高頻高壓脈沖電源的設計。當然,案例的選擇并不是一成不變的,為了防止部分學生向上一屆學生索要案例設計結果,同時考慮到電力電子技術發展迅速,每一屆教學中都將對案例進行修改或更換。
2.研究學習
各課題小組根據案例的要求,進行分工合作,首先要充分理解教材,判斷案例涉及教材中的哪部分章節的內容,深入閱讀教材,然后根據教師提供的文獻資料及學習方法,通過圖書館、期刊網等文獻檢索工具的幫助,查閱相關文獻,對課題進行拓展學習。由于課題涉及的電路、自動控制等方面的理論較多,需要學生閱讀較多的文獻。小組成員之間需要經常溝通和討論,并進行材料的整合并為報告做準備。
3.仿真研究
由于學時以及實驗條件所限,學生無法對每個設計出的電路進行實驗研究,為了檢驗設計結果的正確性,可采用仿真驗證的方法。目前,有多種仿真軟件可以仿真電力電子電路,其中最常用的是Matlab/Simulink和PSIM。這兩種軟件已被許多教師用于課堂教學中,但學生動手使用的并不多,實際上,這兩種軟件易學易用,學生無需在學習軟件的使用方法上花費太多的時間。在案例設計過程中,學生可以隨時用設計的仿真程序驗證設計的正確性;設計完成后,要給出不同拓撲結構、不同控制策略、不同電路參數和控制參數下的主要波形,并由此確定最佳拓撲和參數。在第二和第三階段,學生可通過網絡課程平臺與教師交流。
4.報告討論
報告和討論是案例教學法的重要環節,一般安排在課程結尾階段進行。由于學時的限制,為每個案例分配的時間為20分鐘~30分鐘。課題組推舉一位報告人,報告人應在報告前做好PowerPoint講稿,報告時用5分鐘的時間介紹案例的要求和設計結果。余下時間由全體學生討論設計的合理性,學生也可以提出各種問題,由報告人進行解答,報告人解答不了的,由該課題組的其他成員解答。教師在此過程中應對討論的深度和廣度加以把握,最后對案例設計的結果進行點評,并記錄學生在報告和討論過程中的表現,作為考核的依據。
5.撰寫小論文
通過一個學期的學習與實踐,每個學生提交一份與案例相關的研究性小論文,教師應要求每個課題組內各成員間的小論文內容有區別,即應側重于自己所研究的那一部分。
6.期末考核
期末考核的成績由三部分組成:報告和討論過程中的表現以及小論文的質量。為了保證考核的公平性,教師在布置任務時要為課題組的每個成員分配不同的工作。以“SPWM逆變電源的設計”為例,可將案例拆分為若干子課題,如:單相逆變電源的設計、三相逆變電源的設計、常規SPWM調制方法研究、梯形波SPWM調制方法研究、鞍形波SPWM調制方法研究等幾個子課題。在小組成員較多的情況下,可令其中一部分同學用Matlab/Simulink仿真,其余同學用PSIM仿真,這樣不僅使每個學生都有相互獨立的任務,還可將不同仿真軟件得到的結果進行相互驗證。
四、案例舉例
本節以“矩形波交流電源的設計”為例來說明案例的實施效果。
教師給出的案例為:矩形波交流電源在原油脫水等工業現場的應用較為廣泛。本案例中矩形波電源的設計指標為:輸入為三相380V/50Hz交流電;輸出為單相矩形波,幅值5kV~20kV可調,頻率0.1kHz~20kHz連續可調。要求學生設計出系統框圖、主電路、驅動控制電路,并對原理進行仿真,給出仿真波形。
經過研究、討論以及教師指導,學生給出了詳細的設計方案。其中系統框圖如圖1所示。
此外,學生畫出了主電路,并選擇IGBT作為降壓變換器和全橋逆變電路的開關器件,選擇SG3525作為控制芯片,選擇EXB841作為驅動芯片,畫出了控制和驅動電路。
學生的設計方案得到教師的肯定。但是在仿真中,學生遇到困難,不知如何調節輸出矩形波的幅值,這是因為教材中電路原理講得較多,而與控制有關的內容有限。學生在網絡課程平臺的論壇提出這一問題后,教師及時給出了建議,即將采樣得到的矩形波幅值除以變壓器變比后得到全橋逆變器輸出電壓的幅值,此幅值與降壓變換器的輸出相同,與給定電壓比較后得到誤差,再用PI調節器產生占空比信號。學生獲得建議后并經過小組的進一步討論,最終得出了仿真結果。
此案例將電力電子技術教材中不同章節的內容,以及自動控制技術的內容聯系起來,學生在完成此案例后,對電力電子技術的原理和應用有了更深入地了解和體會。
五、結論
與傳統教學方式相比,案例教學法在提高學生工程實踐能力、調動學生學習主動性、培養團隊精神等方面具有較大優勢。一個學期的實踐表明,這種方法的教學效果明顯優于傳統教學法,與“卓越工程師教育培養計劃”的理念相符合,值得進一步研究和推廣。當然,這種方法也存在著一定的不足,如對教師和學生的要求較高,部分學生積極性不高,教學法的實施與有限的學時存在矛盾等,筆者將這些問題的解決方法在今后的實踐中進行更深入的探索。
參考文獻:
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[2]孫堅,王強.數字環境下“電力電子技術”教學方式的改進[J].電氣電子教學學報,2011,33(5):115-116.
[3]飛,李正中,鄔紅,等.工程案例在“電力電子技術”課堂教學中的應用探討[J].中國電力教育,2011,(25):101-102.
[4]杜少武,張毅,黃海宏,等.電力電子技術課程的逆向思維教學法研究[J].電氣電子教學學報,2007,29(4):94-97.
[5]董冀媛,李曉理,董潔,等.CDIO模式下電力電子技術課程教學改革思考[J].中國電力教育,2011,(35):97-98.
關鍵詞:電工電子技術;教學;創新
中圖分類號:F407.6 文獻標識碼:B文章編號:1009-9166(2009)011(c)-0105-01
隨著電子信息技術的快速發展,電氣化和自動化程度不斷提高,新方法新技術的不斷涌現,同時向其他學科領域的日益滲透,要求工程技術人員掌握越來越多的電工和電子技術知識和技能。然而,隨著專業課程設置改革,電工電子技術課程的教學學時不斷減少,教學內容越來越豐富,教學要求也越來越高。因此及時對電工電子技術課程的教學內容、教學方法、教學手段和實驗實踐等不斷改革完善,才能滿足知識經濟時代對創新人才的需要,培養出更多的高素質人才。
一、調整優化教學內容以適應新形勢下的教學要求:教學內容和課程體系的改革是教學改革的重點和難點。《中國教育改革和發展綱要》中提出要“進一步轉變教育思想,改革教學內容和教學方法,要按照現代化科學技術文化發展的新成果和社會主義現代化建設的實際需要,更新教學內容,調整課程結構。”教學有其自身的規律,作為理論基礎的基本內容不可能隨意刪減,而新知識不斷地涌現,學時又不能增加。為解決這個矛盾,我們根據不同非電專業人才培養要求,及時修訂教學大綱,同時按課程內容的系統性要求,合理取舍,以便為不同專業學生打下寬厚、扎實的專業基礎。例如:機電設備類專業要求比較全面,所有內容都應列為教學內容,而計算機類專業則不然,除要學習必要的電路基本理論外,應側重電子技術,特別是數字電子技術。
二、改進教學方法和教學手段培養學生的素質和能力:電工電子技術課程具有內容繁多,涵蓋面廣的特點。以往,常常是教師在課堂上不厭其煩地講授,以求“當堂弄懂,課內解決”,而學生總是處于被動接受的地位,極大地妨礙了學生的主動學習性和積極發揮性,不利于學生的素質和能力培養。為此我們采用:1、精講多練、互動教學。精講需要任課教師精心考慮講什么,如何講,以什么為起點講,以及講授深度和向哪個方向引導等問題。多練需要學生具有主動學習性,并積極參與教學活動。因此,教師可在講授基本電路的計算分析和公式推導,以及電工與電子學科的各個領域的基本理論與基礎知識,選擇一部分內容留給學生自學,寫讀書報告,然后開展課堂討論。實踐證明,這種教學互動式的課堂討論教學方法是積極有效和切實可行的。它有利于幫助學生克服依賴性,培養和發展自學能力、思維能力以及面對困難的勇氣和自信。精講對教師就提出了更高的要求。2、采用多媒體技術實現教學手段現代化。隨著科學技術的發展,教學手段的現代化是教育發展的必然結果。多媒體教學手段的應用,改變了以往單一的黑板、粉筆的課堂教學模式。做到聲像并行、視聽并行、感知直接、理解更容易,把形、聲、色、光、動、情、意融為一體,充分表達了教學內容,提高了課堂教學效果,使得學生更易于理解、接受和掌握課程的重點內容,激發了學生學習興趣,為學生掌握一項分析問題與解決問題的有利工具打下了良好基礎。3、提高學生閱讀和利用科技文獻的能力。為擴大學生的視野、增強知識面,提高學生閱讀和利用科技文獻的能力,可以在課程教學后期組織學生閱讀有關電工電子技術的專業期刊,上網搜索相關信息,使學生了解自己目前所學知識在該領域所處的位置,引導學生了解電工電子技術的最新發展動態,同時要求學生根據所查資料學習撰寫科技小論文。這樣做,既達到了對課程教學的總結目的,又為以后的專業學習打下基礎。
三、注重實踐環節訓練加強實踐能力的培養:實驗環節是教學過程中的重要一環,是課堂教學的重要補充,對理解和鞏固課堂知識有重要作用,對加強學生工程技能訓練,提高學生的動手能力有不可替代的作用。電工電子技術是應用性、實踐性很強的一門課程,要想真正學好這門課,很重要的環節就是實踐教學。1、重視綜合型層次實驗實踐環節的教學。綜合型層次實驗教學是以加強學生的工程技術綜合訓練為主,讓學生自己動手設計、制作、調試完成一個產品的制作。基礎型層次實驗的目標是以基本訓練為主,完成了上述方面的基本訓練之后,也就達到了教學要求。電工電子技術的實驗教學在電工電子實驗系列課程中起著承上啟下的作用,如果僅滿足于教材規定的必做試驗,動手能力的培養還不夠,因此還需要進行綜合訓練,開展綜合訓練實驗教學。綜合訓練是為了達到增強學生的實驗興趣,開闊學生的思路,提高學生的動手能力和分析處理問題的能力的目的。同時,對教師業務水平的提高和指導能力的提高也起到了促進作用。2、開展研究型層次實驗實踐環節的教學。研究型層次實驗教學方法是通過組織各種競賽等綜合實踐環節,指導學生查閱資料、選擇儀器、實驗操作,培養學生自覺探索和創新的能力、分析問題和解決問題的能力的實驗教學方法。研究型層次實驗教學方法能讓學生體會到自身知識、能力在科學研究和工程實踐中的應用與發揮,并體會到學以致用的樂趣。開放實驗室是這一層次教學的實施主體。通過大型綜合實驗和多環節綜合實驗,讓學生豐富體驗,增長見識,增強綜合判斷的意識和能力,提高工程素養。
四、完善考核辦法:改變傳統的理論考試,將考核分理論知識和實踐知識兩部分。理論考試形式可多樣化,可選用閉卷、開卷或半閉半開等形式;實踐知識考核分平時小實驗、階段檢測實驗和專業設計實驗三部分,理論和實踐部分均按單獨考核機制,分別評定成績。
結束語:在我們的教學改革過程中,堅持遵循以人為本、以學生為中心,促進學生知識、能力、素質的協調發展,按照理論、實踐、創新全面提高的總體思路,不斷改革教學和實驗模式,加強硬件建設,加大多媒體教學的比例,加大計算機仿真教學的全面應用,逐步增大應用型、綜合型、設計型、研究型、創新型實驗項目。不斷加強師資隊伍建設。總之,一定要在加強學生工程實踐能力培養的基礎上,培養出具有創新意識、知識全面、訓練有素的適應社會需求的應用型工程技術人才
作者單位:廣州工程技術職業學院
參考文獻:
首先將模擬電子技術課程的教學體現在三個方面:課堂理論教學、計算機仿真技術輔助教學和實踐教學。其次,模擬電子技術相關知識點的實踐應用則貫穿于大二(下)到四年級的畢業設計,如大二的電子技術基本技能訓練、模擬電子技術課程設計,大三的綜合電子系統設計,大四的畢業設計等。其三,除了這些必修科目以外,在一些選修類項目,如大學生科技創新、電子設計競賽、社團組織中也體現了模擬電子技術知識的運用。通過培養方案的調整,可以行之有效的保證學生在校學習期間不斷學習、實踐模擬電子的相關知識,將學以致用的理念貫穿于整個在校學習期間,使學生在反復學習實踐中不斷拓展知識的深度和廣度,具有分析問題、解決問題的工程實踐能力。
二、改革探索更加有效的教學模式
(一)教學手段不斷改革
為了改進教學質量,提高教學效果,為培養應用型人才提供有力支持,近年來,我們在教學手段的不斷改進方面做了有益的嘗試。第一,引入計算機仿真技術,將理論與實踐有機結合。在教學中引入仿真技術,有效的改進了教學效果,增強了學生分析問題、解決問題的能力。首先,站在教師的角度,仿真技術的使用,使教師在原有電子課件的基礎上,加入了對實際電路的分析過程,使得教學生動直觀,加深學生對概念和規律的理解和掌握。通過仿真軟件,不僅可以幫助學生理解一些抽象概念,并且可以使其深刻理解在電路中,各元件參數對電路的影響。其次,從學生的角度看,將計算機仿真技術與模擬電子技術教學內容有效結合,使學生通過仿真直觀的了解本課程研究中所能解決的實際問題,有利于激發學生的學習興趣與參與探索的求知欲。如在學習完相關理論后,引導學生利用仿真軟件自行設計波形信號發生器、多路輸出的直流穩壓電源、心電圖信號放大器、低頻功率放大器、光電報警器等。學生通過這樣一些模擬電路的實際應用,了解了課程的作用,明確了學習目標,產生了好奇心,激發了學習動力。在教學中引入計算機仿真技術,使學生在教師的引導下帶著問題進行自發學習,使整個學習過程始終處于探索研究、再探索研究到最終驗證的良性循環過程。第二,開放實驗室,提供探究和創新的良好環境。模擬電子技術是一門實踐性很強,并且面向工程的課程,基本的應用電路在掌握了基本理論后,都需要實驗來驗證。通過實驗驗證理論→發現問題→結合理論修正問題→再次進行實驗驗證,通過這樣一個螺旋式過程,學生學習知識的深度和廣度均不斷拓展。同時,也讓學生深刻體會到了實踐和理論的差異,在實踐中切實鍛煉了學生分析解決問題的能力。院系面向電子信息類學生開放電子技術實驗室,為學生提供了理論聯系實踐的場所,更為學生進行探究式學習提供了不可取代的自主學習平臺,是培養學生探究未知能力、實踐能力和創新能力的必要途徑。除集中實驗外,課后及其他學期學生根據自己的興趣及時間安排,自行登記到實驗室進行實驗和研究。電子技術實驗室安排值班教師為實驗學生答疑,幫助學生探究和創新。實驗室的開放,滿足了不同層次學生培養實踐能力的要求,體現了因人而異、因材施教的教育理念。第三,充分利用網絡資源,引導學生自主學習。模擬電子技術課程為校級精品課程,目前在建校級資源共享課程。現有的精品課程網站,為學生的課外學習提供了一個高效的研究型學習平臺。精品課程網站提供了豐富的和教學相關的資訊。學生可以根據自己的興趣和愛好,進行探索式研究式自主學習。這樣的學習模式不受空間和時間的制約,延伸了學生獲取知識的途徑,不僅使得學生的學習變得更加便捷,而且學習起來更加自主、高效,更重要的是在學生能力培養方面起到了不可或缺的作用。
(二)教學方法不斷改進
教學是一個獲取知識、啟迪思想、激發潛能、培養能力的過程,它需要教師根據自己的教學能力設計一種教學策略,通過優化的教學手段和教學方法,在課堂上將教學內容精彩而生動地展示給學生,并且在課后進一步挖掘學生自主學習的潛力。在培養應用型人才思想指導下,我們不斷在教學方法上進行探索和改進,側重培養學生的工程應用能力。
1.采用啟發探索式教學激發學生學習興趣,提高教學質量。
采用啟發探索式教學提高學生的學習興趣,教師在教學中主要承擔主導作用。在對課程進行教學設計時,在保證基本概念的基礎上部分重點采用案例式教學,通過分析實際電路,引入知識點。通過課堂討論、仿真軟件演示、習題研究等環節,引導學生自主學習,讓學生由被動的接受知識轉化為主動的探索知識,充分發揮學生在教學中的主體作用。教師在完成一個知識點或一個章節的教學后,布置兩到三個綜合性的問題,讓學生自由分組形成課題組。利用課余時間自行通過查閱資料完成題目的分析、方案選擇、電路仿真設計、結果分析,并制作出一份多媒體課件及電子文檔說明原理、分析過程、重難點及注意事項,由課題組選派一名同學在課堂上進行講解,并且接受老師和同學的提問,進行討論。在這個過程中,學生不僅從中領會自學的思路,學會分析問題和解決問題,而且還培養了團隊協作能力和科技論文的寫作能力。還有一點也是很重要的,即講解之后還要接受老師和同學的提問,進行討論。在這個環節中,不僅可以查漏補缺,檢查出學生在學習過程中的薄弱環節,及時加以彌補,而且也可以有效的促進教學相長,教師可以根據討論中學生反映出的興趣點對教學過程進行進一步優化。最后,在教與學的位置互換中,學生親身體驗了“教”,這有助于加強師生之間的互相理解。
2.鼓勵支持學生自主學習,拓展知識廣度與深度。
課堂教學無論在時間和內容上都是有限的,除了課堂教學,課后可供學生自主支配的時間很多。引導學生利用好課余時間,是提高學習質量的一個有效工具。如在初期給出參考書目,讓學生閱讀,撰寫讀書報告;給出優秀的模擬電子技術學習網站或電子論壇,指導學生進行自主學習;訂好答疑時間,定期解答學習過程中遇到的問題;鼓勵學生參加專業社團及校省級大學生創新項目;在學生自愿報名的基礎上,優選學生參與省及國家的電子設計競賽和智能車大賽;鼓勵和幫助學生在校學習期間發表學術論文等。參與以上活動的優秀學生,根據培養方案中規定,均獎勵相應的學分,旨在鼓勵和培養學生的研究創新能力。通過近幾年的實踐,反映出學生普遍對面向實際、有挑戰性的課題比較感興趣。而興趣是促進學習的強大動力,在強大的興趣驅動下,在團隊精神的鼓舞下,學生自發學習,分析問題、解決問題的能力得到了迅速的提高。近年來,電信專業的學生在大學生電子設計競賽、智能車大賽中均獲得省級以上獎項。
(三)重組優化教學內容,充分發揮課堂教學的效果
在課時壓縮的客觀條件下,教學內容必須進行優化重組。教學內容在保證本課程基礎及關鍵知識點完整的前提下進行了合適的優選。在電子教案中增加了本學科領域的技術前沿和新科技成果的應用介紹,在不多占用課時的基礎上擴展了知識的廣度,提高了學生的學習興趣,同時也為學生的自主學習指引了方向。
三、教學改革的進一步探索
關鍵詞:模擬電子技術,教學方法,教學手段
1 引言
模擬電子技術課程是電類專業的一門重要的專業基礎課。本課程具有概念抽象、理論性強、電路原理復雜等特點。盡管教師投入較多,學生還是感覺難學、難懂,一頭霧水,稱模擬電路為“魔電”。實踐證明,在講授知識的過程中靈活運用多種教學方法、教學手段,有助于調動學生主動學習的積極性,有助于學生能力的培養。
2 多元的教學方法
2.1 問題情景教學法
問題情景教學法就是教師根據教學任務創設一個或多個具體的問題,將枯燥的知識轉變為一個個生動的問題情景,學生圍繞著這些問題去分析,去思考,去解決問題。例如,在介紹自激震蕩之前先提出“在一個擴音系統中,為什么當話筒對準揚聲器時會發出嘯叫聲?”,引發學生去思考這種現象實質,為什么會產生這種現象?從而激發學生學習興趣、求知欲,積極思考,達到良好的學習效果.
2.2 漸進教學法
漸進教學法是指利用現有的知識作為新知識的基礎和階梯,靈活利用知識點之間的橫向、縱向關聯,由易到難、層層深入的教學方法。例如,在引入甲乙類功率放大電路,說明它不失真且效率高之前,先介紹單管功率電路的特點教學手段,它效率高但嚴重失真,需要改進;然后介紹兩個互補管組成的功率放大器,它的兩個三極管可輪流工作,效率高并可減少失真,但還存在交越失真;之后引導學生尋通過在兩管的兩個B極端之間串上兩個二極管這種方案可消除交越失真,這樣改進的電路不僅效率高而且不失真。通過這種由淺入深,層層遞進地引導,有利于學生深刻地理解甲乙類功率放大電路特性。
3 多元的教學手段
3.1 板書和多媒體相結合
在傳統板書的基礎上,輔助集文、圖、聲、動畫于一體多媒體技術,可激發學生的求知欲,促使學生積極地參與教學,形成“教”與“學”的互動。例如在介紹集成電路時,以圖片和視頻的形式插入元器件到集成電路的演變發展過程,有助于提高學生學習的興趣。再如,在介紹三極管的電流放大作用的微觀機理時,用flash動畫直觀生動地演示內部的粒子的運動,將無形轉為有形,變抽象為具體,讓學生在輕松愉快中學習這一知識點。
3.2 實物演示
反饋是模擬電路課程中的一個教學難點,如果老師在課堂中只是空洞地講授,學生很難接受。實踐證明,我們借助演示實驗平臺,可以提高學生的學習興趣。首先引導學生用示波器觀察一個沒接入反饋的兩級放大電路的輸出,發現輸出波形明顯失真;然后引導學生觀察加入反饋后,即在輸出與輸入端之間搭起一個橋梁,發現輸出信號波形不再失真,一方面說明什么是反饋,另一方面說明反饋對電路的影響,把抽象的概念及理論形象化,具體化。
3.3 仿真演示
在傳統教學的基礎上,引入Multisim 10仿真技術,可彌補傳統實驗不宜實施的缺陷。例如,在介紹正弦波震蕩電路的震蕩過程時,用真實的電路和儀器,我們只能看到穩幅的過程,而對于先起振(︱AF︱>1),而后穩幅的過程卻看不到;然而利用Multisim 10仿真實驗平臺,搭建起正弦波震蕩電路,利用虛擬示波器,我們可以清晰地看到起振和穩幅過程,見圖1.
圖1 正弦波的震蕩過程
又如,對于分壓偏置電路,它相比基本放大電路,溫度穩定性好,溫度變化時,靜態工作點穩定教學手段,輸出波形不易失真。當觀察電路中的三極管由環境溫度從27℃變化到450℃時,靜態工作點的變化,輸出波形的變化,對于真實電路這是不可能的,然而,在Multisim10仿真平臺上,我們可清楚地看到這兩個電路靜態工作點變化及輸出波形的不同,分壓偏置電路的靜態工作點在溫度由27℃變化到450℃時,靜態工作點基本不變,輸出波形不失真;而對于基本放大電路,靜態工作點有很大變化,輸出波形明顯失真。
利用Multisim 10仿真技術,可快速實現各種電路的設計,準確地對電路性能進行分析,可補充有些傳統實驗不能實施的不足,從而進一步掌握電路性能,擴大知識面,提高學生學習興趣。
4 結語
教學過程中,合理地采用多元的教學方法,多元的教學手段,教學中相互補充, 取長補短,可使教學充滿活力,切實提高教學質量。
參考文獻:
[1]閆慧蘭.“模擬電子技術”多元化教學的探索[J]. 北京:電氣電子教學學報:86-88
[2]華成英.模擬電子技術基礎[M] . 北京:高等教育出版社,2002
【關鍵詞】電類專業;數字電子技術;改革
Abstract:“Digital Electronic Technology”is a basic course for electricity speciality and is the foundations of relevant course for students to study other knowledge. This paper gives a number of course practice of teaching methods to stimulate student interest, and investigates to train students' innovative thinking, independent ability, engineering practical ability and other capacity. The above researches hope to able to exchange and share with us.
Key words:Electricity Speciality; Digital Electronic Technology; Teaching Reform
《數字電子技術》是高等院校電子信息、通信工程、計算機應用、工業自動化等電類專業的一門重要的專業基礎課,是為了培養未來的電子電氣、通信、自動化等專業高級人才的最重要的一門基礎課[1],隨著電子技術和電子設計自動化(EDA)技術的發展,《數字電子技術》課程的教學也將順應日新月異的電子技術的發展而改革[2],教學中必須根據學科的特點、遵循學生的心理特征,培養學生的創造性思維能力。通過我們對我校電子信息工程、通信工程、計算機科學與技術等專業的長期教學實踐,談一談這方面的探索和做法。
1.通俗介紹數字電子技術的最新發展和成果,激發學生的學習興趣
在《數字電子技術》第一節課上,我們首先向學生介紹數字電子技術的最新成果,使學生了解到數字化已進入了我們的生活,告訴學生電子計算機正是基于數字電子技術的成果而迅速發展起來的,并簡要介紹數字電視、智能手機等現代家用電器和通信工具的數字化進程。這種方法貫穿于整個教學活動中,極大地激發了學生的學習興趣。
2.通過組織課堂討論,訓練學生的創造性思維能力
《數字電子技術基礎》的研究方法不同于《電路分析》,初步接觸數字電路,對邏輯代數的一些公式、定理不易理解,我們采用討論的方法進行教學,發揮學生在學習中的主體作用,以訓練學生的創造性思維。例如:在講授基本邏輯關系的時候,我們向學生提出一個問題:1+1=?,學生覺得這個問題很可笑,這時我們緊接著講:1+1=1,這是邏輯代數的加法,它反映了一種邏輯關系,即或邏輯關系,等號左邊表示事件發生的條件,右邊表示事件的結果。或邏輯是指影響事件的所有條件中,只要有一個條件具備,事件就會發生。我們進一步激發學生自己思考,向某一學生提問:你們宿舍有幾把鎖?學生答:一把。教師再問:宿舍有多少鑰匙?學生答:七把。教師再問所有學生:這是一個什么邏輯問題?學生答:或邏輯問題。接下去的與邏輯和非邏輯的討論便進入一種良好的課堂情境中。最后組織學生討論邏輯代數中的各個公式,讓學生指出那些與普通代數公式一致,那些不一致。由于教師所提問題與學生的舊知識發生了沖突,這便激發了學生強烈的求知欲,從而觸及學生的精神需要。這種討論式的教學方法縮短了教師與學生的距離,使學生易于掌握基本知識,思維敏捷,創造性能力增強。
3.加強開發性實驗的教學,培養學生的獨立動手能力
數字電路實驗一般采用綜合實驗線路板,或者面包板或者綜合實驗箱,它們的優點是開發性強。實驗中一般不給學生固定的實驗步驟,只作一個大的要求。例如,我們安排的第一個實驗為:邏輯筆與秒脈沖發生器電路設計,要求學生在實驗前就自行設計好電路,進入實驗室后首先向教師提供其實驗設計方案,經教師檢查同意后由實驗員向其提供元器件。實驗結束后對設計的電路和實驗結果進行評比,并作成績記錄。此后每個實驗都要如此進行。又如實驗四為用MSI設計某一組合邏輯電路,教師給出學生實驗室現有MSI芯片清單,鼓勵學生采用不同的芯片實現同一邏輯功能,并分析各個電路的優缺點。這種方法不但鞏固了學生的基礎知識,又使學生熟悉了常用集成電路,為以后的應用打下堅實的基礎。通過這樣的訓練,提高了學生的獨立思維能力和動手能力。
4.加強工程實訓鍛煉,培養學生工程實踐能力
這一環節的教學主要針對應用電子技術或者電子信息工程專業的學生。我們在學生中成立了學習興趣小組,建立工程訓練開放實驗室,購買了常用的電測儀器設備和各種電路開發設計所需元器件以及電路開發軟件,購置PCB制版系統以及金工與電裝實驗設備。組織學生從制作玩具、報警器、音樂門鈴、搶答器等出發,逐步學會電路系統的設計與電路板的制作。我們以參加全國大學生電子設計競賽為目標,連續多年組織學生培訓并參賽,取得了優異的成績。
5.組織學生撰寫小論文,進一步提高學生的理論水平
在學生自主開發、設計電路的基礎上,積極引導成績優秀的學生撰寫這方面的小論文,提高了學生的理論水平,初步培養了學生的科研能力,為以后成材打下結實的基礎。
參考文獻
[1]閆石.數字電子技術基礎(第五版)[M].北京:高等出版社,2008.
[2]程.數字電子技術課程教學改革的探索與實踐[J].浙江樹人大學學報,2002,2(3).
關鍵詞:中職;電子技術應用;課程開發
中圖分類號:F407文獻標識碼: A
一、中職電子技術應用人才培養現狀及存在的問題
1、中職學生的特點
進入中職的學生大多是中考的失敗者,普遍基礎較差,有的甚至連最基本的電流、電壓都分不清,對專業課的學習感覺很頭疼,學不會,不能理解,久而久之對學習就缺乏了主動性與獨立性。老師上課就像是牽著蝸牛去散步一樣,要慢、要細、要深入淺出、要簡單易懂。
2、課程設置不合理,教學內容缺乏針對性
專業開設的課程過多,每學期一般開設4門專業課,每周約15――16課時,有些專業課一周就只有3課時,學時有限,為了完成教學任務,在學期結束時能上完課本內容,教師往往就顧不了講解的深度與速度,學生什么都學但什么都沒學精。此外,電子技術專業課程的內容基本上都是在大學教材的基礎上進行刪減或壓縮,過分強調知識的系統性,難以把握理論“必需、夠用”的原則,沒有考慮到學生職業發展的需要。
3、實踐教學未能反應職業教育的技術性和應用性
一些學校墨守傳統的“理論指導實踐”的教學模式,只是在理論課的基礎上制定一些實習內容,沒有根據當地勞動力市場和社會需求的實際,針對崗位群對學生知識、技能的要求開設相應的實訓課程,導致培養的電子技術學生與用人單位的期望值有較大差距。
4、師資來源相對單一,缺乏實踐經驗
近年來,中職辦學規模不斷擴大,補充的師資主要是高校應屆畢業生,他們雖然具備較扎實的理論基礎知識,但由于沒有或者很少經過專業技能訓練,實踐能力和經驗嚴重不足。在教學中,只能采用知識授受的方式,教出來的學生就沒有實際操作能力。
二、開發研究的主要目標與內容
1、定位專業培養目標
中職電子技術應用專業主要培養面向電子產品生產制造一線的裝配、調試、維修、檢驗及生產設備操作人員;家用電器和辦公自動化設備的裝配、調試、銷售和檢修人員;電氣控制設備和機電一體化設備的運行、安裝、調試與維護人員;即主要面向電子儀器儀表裝配與維修技術、家用電器產品生產與維修技術、電氣設備運行與維護技術三個職業崗位群。涵蓋的職業工種主要有:電子儀器儀表裝配工、電工儀器儀表裝配工、家用電器產品維修工、家用電子產品維修工、電氣設備安裝工、維修電工等。
2、重構專業課程體系
本專業課程體系的開發嚴格按照“能力為本位”的原則進行,突出了課程的職業定向性。以職業崗位群應具備的綜合職業能力為配置課程和界定課程內容的依據,擺脫學科本位的束縛,使專業的業務范圍既具有崗位的定向性,又有適度的適應性。同時,加強職業技能訓練,并以整合的觀念設計綜合課程,以更好地培養學生的創新能力、實踐能力和創業能力。
重構課程體系,打破傳統的三段式,構建“寬基礎、活模塊”的課程體系。搭建三個平臺即基礎平臺、專門化平臺與提高拓展平臺。
(1)基礎平臺。作為培養學生道德素養,為后續專業發展服務的文化、專業基礎知識和基本技能的公共平臺,由德育課程、文化課程、寬基礎專業課程所組成。
(2)專門化平臺。依據廣泛的市場調研,提供三個專門化方向,學生限選其中某一方向的課程學習。各專門化方向限選課程的開發,源自對各職業崗位或崗位群的工作任務分析,開發“任務引領型”的項目化專業課程。
(3)提高拓展平臺。作為提高學生綜合素質與拓展學生專業知識面,更好適應職業變化的發展性平臺,由人文類與專業類任選課程所組成。
3、調整與整合課程內容
改革原有學科型課程內容的“難、繁、舊、偏”的狀況。德育課程與文化課程在內容上適當增刪,遵循淺顯性、廣泛性、生活性的原則,把握其基礎性、應用性、發展性的功能定位。專業課程緊緊圍繞完成工作任務的需要來選擇課程內容,注重技能訓練與職業實踐,強化課程內容與職業崗位對接,開發模塊式的項目化課程體系。開發的《電工技術項目教程》采用任務引領型的項目化課程形式,整合了《電工儀表與測量》、《電工基礎》和《電工技能訓練》等內容;開發的《電子技術項目教程》采用任務引領型的項目化課程形式,整合了《電子測量儀器》、《電子線路》和《電子技能訓練》等內容;開發的《家用電器維修項目教程》和《彩電維修項目教程》通過家電生產企業維修中心的維修任務單來引領課程內容,采用家電行業協會與維修企業的技術資料,展現最新的維修技術,并與職業資格考證緊密聯系。
三、研究成果
1、項目教材的研發
首先制定了電子技術應用專業課程改革實施方案,完成了工作任務與職業能力分析,完成了電子技術應用專業人才培養方案,制定了五門專業核心課程的課程標準,完成了五本項目教材的編寫任務,制訂了專業課程評價體系改革方案。在編寫過程中,先后與熊貓集團、南京市交家電行業協會等專家、同行進行了研討與交流,這些專家對項目教材的編寫開發、項目教學的實施等方面提出了寶貴的意見。
2、論文的撰寫
在研究過程中,做到邊實踐、邊總結、邊提高,要求參與課題研究、課改試驗的成員及時撰寫論文。在課題研究期間,論文《以課程改革為抓手,促進教師專業發展》、《如何讓學生接受項目化學習》、《運用多元智力理論構建項目課程評價體系》、《“電子技術項目教程”實施中的過程評價》、《“任務驅動式”教學模式在電工電子教學中的應用》等30余篇分別發表或獲省級以上獎項。
3、優化教學手段
利用現代化手段,尤其是采用多媒體進行輔助教學。采用多媒體教學,使電子技術教學更趨生動、形象。多媒體教學以圖文并茂、聲像俱佳、動靜皆宜的表現形式,以跨越時空的非凡表現力,將教學中所涉及的難以實現或表達的事情、現象、過程再出現于課堂教學中,加大了課堂教學的容量,大大增強了學生對抽象事物與過程的理解與感受,容易吸引學生的注意力,激發學生的學習興趣,使學生的認知過程更為生動和深刻,并拓寬了學生的認知、想象和思維空間。就如《電熱電動器具原理與維修》的《轉業扇》一節,運用課件,可以讓學生對轉業扇的結構一目了然,對轉業扇的常見類型有了相當的認知,對最新型的轉業扇也能有一定的了解。轉業扇顏色多樣,類型多種,功能多多,極易吸引學生的注意力,激發學生的學習興趣。同時,相比傳統教學模式,采用多媒體教學,教師可以從大量的板書中解脫出來,課堂有效利用時間也將大大延長,從而也提高了課堂教學效率。
4、項目教學的評價
項目教學突顯的是“做、學”合一的學習方式,培養的是學生自主性、研究性學習的能力,項目教學的評價要能激勵學生團隊的合作精神、素養的提升,技能水平的發展,知識的自主形成等。項目教學的學習評價較常規教學而言,評價內容發生了變化,評價方法也發生了變化。根據評價的形式對形成性(過程)評價、階段性(對一個項目)評價和終結性(鑒定性)評價進行了實踐與研究。根據評價主體對學生自評、學生互評、教師點評等三種評價進行了實踐與研究。根據學生的活動過程對自主性、研究性評價、思想(心智機能形成)評價、團隊合作評價、素養形成評價、創新與發明評價、產品與質量評價等方面進行了實踐與研究。
四、結束語
實踐表明,通過教學改革,學生的學習興趣得到了普遍提高,能力也得到了鍛煉,學生們也普遍得到了用人單位的認可。當然,隨著新形勢、新問題的出現,相應的教學改革也必須同步進行。總之,作為電子專業老師,應善于根據具體情況,綜合運用多種教學方法,大膽實踐、勇于改革、追求最佳的教學效果。
參考文獻:
[1]張華.基于工作過程的高職PLC應用技術課程設計與改革[J].商,2012.
關鍵詞:電力電子技術;實踐教學;教案
作者簡介:屈克慶(1970-),男,河南洛陽人,上海電力學院電氣工程學院,副教授。(上海 200090)
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)09-0077-02
“電力電子分析與設計”課程是上海電力學院(以下簡稱“我院”)本科生教育中為電力電子與風力發電專業方向開設的一門專業選修課,也是必選課程。這門課程著重教授現代電力電子技術內容,要求理論課程與實踐緊密結合,以激發學生的學習興趣,培養學生的理論知識和實踐能力為目的,能為本科畢業設計和今后工作奠定良好的基礎,以期滿足當今社會急劇增長的對電力電子技術的知識和人才需求。
一、教學現狀和分析
電力電子技術是一門關于電能變換與利用的學科,涉及到發電、輸電、配用電、傳動等各個環節。隨著當今社會迅速發展,廣泛應用于工業企業、交通運輸、生活醫療、新能源發電等各個方面,這些都與實踐內容密切相關。
電力電子技術是在時展要求下產生的節能與發電技術,是高校電氣專業的一門重要課程,其理論性和工程實踐性都很強,是學生既感興趣,又普遍感覺較難的一門課程。結合多年的教學實踐總結,探討了這其中的主要原因,大概可分為以下三個方面:
1.電力電子技術內容繁多,并且知識點分布廣泛
根據應用的場合和要求不同,電力電子電路形式和內容紛繁多樣。
從應用場合上劃分主要有基本四種變換形式:直流-直流、直流-交流、交流-直流、交流-交流;每種變換形式從電源種類上看包括有單相、三相、多重化、多電平電路,從負載方面上看包括有電阻負載、阻感負載、阻容負載;從電力電子元件上看主要包括有二極管、晶體管、晶閘管、門極可關斷晶閘管GTO、場效應管MOSFET、絕緣柵型場晶體管IGBT;采用不同的元件、電路和負載都會產生不同的效果。
從應用目的上包括有幅值的變化(如電壓的升高與降低)、頻率的改變(如變頻調速)、相位的移動(如無功補償)、相數的改變(如三相到多相)、功率或轉矩的變化(如電機傳動)、諧波的治理(如電力濾波)。
從不同形式的電力電子電路和不同的負載特性上,都可以得到不同的工作波形,對于波形的把握與理解,也是電力電子技術區別于其他學科的顯著特點之一。這需要在理解電力電子器件的特性上掌握電路的功能和結構特點,建立電路的數學模型,并進行多種電路的對比總結,才能具備分析主電路功能的基本能力。
2.電力電子技術涵蓋涉及學科眾多,并且理論內容廣泛
既涵蓋到電氣基礎的課程有:電路、電子技術、電機學、電磁場,又涉及到電氣專業的課程有:控制理論、微機原理、電力系統分析、運動控制系統等。
電力電子技術是一門弱電控制強電的技術,也是所謂將“粗電”變換為“精電”過程,學科跨度和綜合性非常廣。實際的電力電子裝置既包括由電力電子器件等構成的主電路,又包括由DSP等微處理器構成的控制電路。
首先在主電路設計中,根據以電路、電機和電力系統為主的應用對象,進行原理分析和推證,實施具體的功能要求和性能指標。
其次在控制電路設計中,要根據裝置要求和特點,不僅要實現各種功能要求,而且考慮諧波及電磁干擾問題,很多裝置也需要DSP等微處理器來進行算法實現。最后還要進行整體結構設計和測試EMI影響。
大學三年級本科生已具備了電路、電機的基礎知識,講授電力電子技術課程是以主電路作為內容。由于在初步學習各專業課階段,尚未形成多學科知識交叉匯總的全面思維模式。雖然能掌握主電路基本原理,對于涉及控制電路和應用對象,常感到困惑并難以理解。如何培養學生形成對電學各學科的整體意識,而不能“只見樹木,不見森林”,是這項教學課程所要探討的主要內容和目的之一。
3.電力電子技術的理論內容發展迅速,并且實踐應用范圍廣泛多樣
電力電子技術自身的理論體系處于迅速發展階段。其中:電力電子器件的發展起決定性作用,從二極管、三極管、晶閘管、MOSFET、IGBT、IGCT等的發展,推動了主電路結構的本質變化;根據本質不同的器件形成紛繁多樣的主電路拓撲形式,又因不同的實際要求而形成眾多獨立不同的控制方式,其中形成了具有突破性的控制理論,比如PWM技術、軟開關技術、空間矢量等。
如何將電力電子器件、主電路結構、控制方法和理論相結合,培養學生從電力電子技術的發展來全面理解和掌握知識,懂得從發展歷史上進行思考和總結,也是需要探討的內容之一。
電力電子技術的實踐性非常強,這種實踐性體現在對電力電子裝置的設計、調試和操作等諸多方面。在實踐中,需要對電路功能和各項指標進行綜合驗證,不僅要求懂得硬件設計和調試,涉及到主電路、元器件、印刷電路板、布線和布局;也要求懂得軟件設計和配合,包括有匯編、C語言、DSP、FPGA等。電力電子器件對環境和用法要求較高,在使用之前需要對電路非常熟悉,即便是工作經驗豐富的人員,也還有預料不到的情況發生,導致器件和電路損壞。
對于大三學生而言,僅僅具備了有限的初步認識,實踐能力欠缺,體現在實驗教學當中,電力電子器件的損壞現象最為普遍。這當中自然有主觀的因素,但是如何降低損耗,增強學生實踐意識,提高學生動手能力,也是教學改革面臨的難點和重點之一。
二、教學目的和特點
從本科教學計劃上看,大學本科生在第三學年學習了“電力電子技術”,這門課程內容豐富,但因2~3學分課時有限,主要是講授以晶閘管為主的整流和逆變電路,讓學生掌握傳統的相控式電路及應用。此外,也著重講授直流變換電路中的升壓及降壓基本工作原理,初步介紹MOSFET和IGBT為主的斬控式逆變和整流電路。通過對這門課程的教授,使學生掌握四種基本變換的主電路拓撲結構和特點,對電力電子技術有了基本認識,奠定了學生的基本電力電子知識體系。
結合前述情況的分析可知,現有的課程內容不完全適應我院新開辟的“電力電子與風力發電”專業方向的教學需要,除此之外,近十多年間電力電子技術在節能、傳動、新能源、電力系統等行業迅猛發展,因此有必要在課程內容中增加這方面知識的比重,以及通過增設“電力電子分析與設計”專業選修課的方式拓展學生的知識面。
這門課程介紹由IGBT和MOSFET為主要電力電子器件所構成的現代電力電子電路,重點要求掌握直流-直流斬波器、直流-交流逆變器這兩種應用最普遍系統的分析與設計方法。內容包括主電路的選擇、功率器件的選擇、控制電路的設計、驅動和保護電路的設計、變壓器設計及元件參數的技術、仿真實踐等。該課程注重將理論分析和實際應用相結合,使學生掌握新型電力電子電路的分析方法,具備初步的設計能力。
三、課程內容
現代電力電子技術主要是圍繞PWM技術展開的,其中DC/DC和DC/AC變換是基本的兩種電源變換方式,也是實踐生產中最為普遍的應用方式,不僅涉及到基本的變換電路及參數,而且涵蓋了基本的變換理論和技術。
課程內容結合了多年的實踐和教學總結,是從電力電子裝置的角度來傳授相關理論、知識和經驗,培養學生對電力電子的系統知識,樹立整體觀念。教學形式以理論教學和仿真實踐相結合,各占一半課時。這兩部分內容交叉進行,如單周進行理論教學,雙周進行實踐教學。其中:第一部分理論教學內容安排如下表1所示。在理論教學的同時,配合進行以MATLAB的實踐教學,仿真實踐內容安排如下列表2所示。
四、教學效果總結
經過2學期的教學工作,筆者總結了一下教學效果。同學們普遍認為在學習這門課程以后,能夠全面理解和掌握以DC/DC斬波變換,以及DC/AC逆變的基本原理和基本控制方法,學會了應用Matlab仿真軟件對電力電子電路進行分析方法,設計控制電路參數和調試控制參數。在后期的本科畢業設計中,學生能夠輕松上手,對復雜的畢業設計如新能源發電,領悟和掌握較快,較多同學的畢業論文被評為優秀本科畢業設計論文。不足之處在于,由于受制于課時和實踐條件有限,只是通過仿真實踐來掌握學習。如果能進一步聯系實驗教學,更能提高學生的感性認識,提高動手實踐能力。
在今后的教學實踐中,仍然面臨提高本科學習興趣、全面提高學生理論知識水平和動手實踐能力等問題,這些都是值得深入分析和探討,不斷改進完善的重要課題。
參考文獻:
[1]鐘炎平.電力電子電路設計[M].武漢:華中科技大學出版社,
2010.