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电气新技术课程如何引研于教

 论文栏目:机电教育论文     更新时间:2019/1/11 16:01:07   

摘要:为适应电气新技术的发展,我们为电气工程专业的高年级本科生开设了电气新技术课程,尝试将科研引入课堂教学中,在增加知识的前沿性、引入兴趣点、触发多感官学习、科研成果转化为教学素材等方面进行了探索,加强学生对电气新技术的认知、理解,获得较好的教学效果。

关键词:电气新技术;科研;教学效果

随着科学技术的发展和人类生活品质的提高,电气技术取得了很大的进步,涌现了许多新技术,提出了许多新概念,比如新能源发电技术,无线电能传输技术,高性能的电机设计与控制、智能电网概念,绿色电网概念等。笔者以电气新技术课程为平台,结合自己从事科研龙8国际娱乐官方网经历及课程讲授经验,尝试将科学研究融入课堂教学,以期达到提高学生学习兴趣和专注力、灵活掌握知识点、多感官学习、强化知识的认知和理解,从而提高教学质量的目的。

一、以科研实例引入兴趣点

兴趣是最好的老师,能更好地促进学习。学习兴趣是学生对学习对象的一种积极情绪状态,是学好一门学科的重要心理因素。因此,培养和激发学习兴趣,能发掘学生的自身内在潜力,主动投入到学习中,能动地索取知识,这对教学质量的提高有积极的意义[1]。比如在无线电能传输主题讲座中,选取美国麻省理工学院研究人员在2007年用半径为3mm的铜线缠绕5.25圈、线圈半径300mm、高度200mm的谐振线圈,采用谐振频率9.90MHz,在距离2m传输时传输效率约为40%,距离为1m时传输效率可高达90%。用两米外的一个电源,“隔空”点亮了一盏60瓦的灯泡[2-3]。讲授中并配以图片和影视展现给学生,给学生一种神秘感,且能激发学生继续深造的愿望或对无线电能传输细支领域的兴趣。在引入科研实例时,一是选择具有代表性,或对某一细支领域发展有重要影响的人和事。二是注重主次详略得当。科研事例讲解时要主次分明、详略得当。三是合理分配教学时间,不要过多占用重要知识点教学时间。教学实践证明,以科研事例引入课堂教学,不仅能吸引学生的注意力,还能培养学生具有热爱专业、专心科研的精神,起到强化教学效果,激发学习兴趣的作用。

二、以科研器件和材料触发多感官学习

人的感官在认知世界和改造世界的过程中起着独具特色的作用。在课堂教学中,如果教师能对学生的感官进行适当的刺激,则能有效调动学生的听觉、触觉、视觉等感官的学习能力,有助于学生的多感官综合学习,从而能全方位提升和促进学生记忆力、理解力、专注力和思考力等学习能力,能提高学习质量和学习效率,让学生感受到学习的轻松和快乐。因此,实物展示和过程体验是重要的学习手段,对于理解、分析、探究都十分重要[4]。对于电气工程专业来说,将科研电气材料和科研电气元器件展示给学生观察、触摸和体验,是课堂上传授知识的有效途径。比如在大功率电力电子变流器的主题讲座中,笔者在课堂上向学生展示IGBT、IGCT、IEGT等大功率模块,以及在功率器件与散热器之间必须涂抹的导热硅胶等实物。教学实践证明,让学生看一看、摸一摸以及闻一闻这些实物,配上通俗的语言“个头越大,功率越大”,讲解开关器件的功率和散热之间的关系,不仅强化学生认知,还能帮助学生加深记忆和理解、促进思考、提高学习效率。

三、科研项目作为主题讲座,开拓创新意识

通常企业技术开发、项目开发是利用已有成熟的技术和知识、或者从外部引进技术和知识,为生产新产品、新设备、新装置而建立新的工艺和系统。科研项目特别是纵向基金项目不同于技术开发,而是一种具有探索性、前瞻性、创新性的研究龙8国际娱乐官方网。因此,将科研项目作为课程主题讲座不仅是与教育部推荐的新工科目标一致,更是一种教学思维方式的变革和创新。科研项目是开展科学技术研究的一系列独特的、复杂的并相互关联的活动。一个科研项目从选题到结题要经历文献查阅、课题确定、项目开展、理论分析、实验验证、数据整理和分析、成果发表和总结等一系列过程[5]。这些活动有着一个明确的研究目标和预期成果,必须在一定的时间周期内按照科研项目进度,依据研究内容完成。因此,将科研项目细化和分解的每个过程以及过程实施中都要求研究人员具有唯一性、独特性、能动性和团队协作精神。对科研龙8国际娱乐官方网实施过程中遇到的每个问题都要仔细分析、研讨、实验,保证下一个过程能顺利进行。因此将教师的科研龙8国际娱乐官方网过程、方法、思维引入到教学中,可以开拓和激发学生的创新能力。在课堂教学中,笔者将自己主持的科研项目“电力电子变流器的相位补偿控制技术”以及“高效率无线电能传输技术”等作为电气新技术课程的主题讲座。比如在讲解三线圈能提高无线电能传输效率的创新内容时,笔者先以“创新来源于细节发现”作为引语。然后讲解在对两线圈建模和理论分析中发现,如果传输距离拉长,无线传输效率显著下降。对于这个问题,团队进行了多次研讨。最终选定在发射线圈和接收线圈之间加入一个中继线圈的方案。确定方案之后,研究团队将龙8国际娱乐官方网分解细化到个人。通过理论分析和与仿真分析得出结论,三线圈能显著提高传输效率。最后,搭建了实验平台验证了理论的正确。2018年,研究团队将取得的研究成果以中英文形式发表了几篇论文。在论证“创新来源于反复实践”时,笔者例举了谐振电容的选择案例。研究团队刚开始采用一般普通交流电容,可是在实验中发现,谐振电压严重畸变,输出波形和理论分析出入太大。课题组经过分析和判断,普通交流电容寄生电感太大,是造成波形严重畸变的主要原因。课题组购买了不同厂家和不同类型的电容,经过反复实验,历时3个月才确定法国苏伦聚丙烯无极电容作为谐振电容。教学实践证明,将亲身经历的科研项目作为主题讲座不仅有说服力和信服力,还能培养学生勤于思考、激发探索新知的意识,同时有助于解决工程应用的难题、增强学生的团队意识。

四、科研设备和实验平台服务教学

实践是人类认识世界的基础,而实验是教学的重要组成部分,是培养学生实践能力的重要手段。教科书的实验教学已经不能满足电气新技术发展的需要,更会限制创新人才培养的质量[5]。以科研目的建设的科研设备和实验平台用于教学是一种创新模式的尝试。其实践内容具有科学性、创新性和先进性,符合电气新技术发展的特点,能够提升学生综合实践能力。比如在无线电能传输课题讲座中,笔者利用一个课时带领学生参观了无线能量传输实验平台、演示了无线能量传输过程、介绍了实验所需的设备和仪器、讲解了平台龙8国际娱乐官方网原理。学生们非常感兴趣,很珍惜进入实验室和研究人员一起交流学习的机会。有学生私下里找老师希望能参与科研活动。教学实践证明,采用具有创新技术的实验教学既能培养学生勤于思考、敢于探索新知的精神,也能培养学生发现和分析问题的能力、增强协作意识和献身科学研究的意识。

五、科研成果转化教学素材

如果一本教材或者讲义用了几年甚至十几年都不更新,这样的素材显然跟不上时代的发展,这也与教育部提出新工科的目标相悖。科研成果应用于教学可以将实际问题搬上讲台,不仅能引导学生自主学习和应用知识解决实际问题,还能培养学生增强科研兴趣,激发课内学习和课外探索兴趣,拓展科学视野等。因此,笔者结合自身科研龙8国际娱乐官方网,归纳和总结了近10年主持和参与的科研项目,将取得的科研成果、参加的学术会议、课题小组科研讨论、团队课外活动等内容,编入教学大纲以及电气课程建设和教改建设中。将科研成果转化为毕业论文、课程设计、学术讲座、科技创新等素材。例如,笔者将自己的科研项目“高效率无线电能传输技术”取得的科研成果转化为毕业设计素材。笔者将成果细化以下几个部分:(1)电路拓扑研究与建模,仿真和理论分析;(2)高效率谐振线圈本体设计以及空间结构对效率和功率的影响;(3)无线电能传输系统的硬件实现;(4)无线电能传输系统的控制器设计。通过细化和分解科研成果,让四个学生完成不同侧重点但又相互关联的论文。学生不仅能和教师讨论论文的着重点,又可以和同学讨论论文的相关联部分。具体实施时,笔者将已发表的学术论文作为文献发给学生参考;又将正在研究此课题的研究生推荐给学生,帮助学生尽快进入课程。在电气新技术课程的实践教学中,通过多媒体引入大量科研图片,如研究生在做实验,老师在指导的照片,展现师生融洽和合作的场景;又如研究生一边看着示波器,一边拿着笔记本在认真记录数据,展现研究人员对科研一丝不苟的场景。在参加学术会议的照片展示中,不仅展示了与学术大牛和业内专家学者的交流照片,还展示在主办城市游玩的照片,既强化了参加学术会议交流的重要性,展现了科研的轻松性,也增强了学生从事科研龙8国际娱乐官方网的兴趣。

六、结语

科研是新知识的来源,是教学质量的润滑剂和推进器。将科研引入教学的集成教学模式带来了教学方式、手段、内容以及思维方式的全方位变革,是解决目前教学手段单调、学生整体学术氛围欠佳、专业认知度不足等问题的有效手段之一。高校教师长期坚持做科研,不仅能拓宽眼界、增长学科知识,而且能有效地变革教学,找到教学的信心和动力,提升教学水平。学生走进科研、接触科研、参与科研,在科研氛围中不断熏陶,能增加学习兴趣、提高创新能力、塑造独立思考能力的品质。这种集成教学模式能够明显提高教师的授课水平、丰富教学手段;学生也能更好地掌握电气工程专业涌现的新知识和新概念,增强学习兴趣,意识到专业知识学习的重要性。

参考文献:

[1]张亚丽,陈巍,沈其荣,等.土壤肥料学通论课程教学改革的实践[J].高等农业教育,2004(11):70-72.

[2]KursA,KaralisA,MoffattR,etal.WirelessPowerTransferviaStronglyCoupledMagneticResonances[J].Science,2007,317(5834):83-86.

[3]赵争鸣,刘方,陈凯楠.电动汽车无线充电技术研究综述[J].电工技术学报,2016,31(20):30-40.

[4]傅秀娟,钟志容,王芳.实物教学法在药剂学课堂教学中的应用初探[J].龙8国际娱乐pt官网西部科技,2012,11(11):85-86.

[5]张艳玲,郭四稳.科研方法在实验教学和创新实践能力培养中的应用[J].教育教学论坛,2016(11):257-259.

作者:杨云虎 单位:安徽工业大学 电气与信息工程学院

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