PBL式教學法在電力電子技術(shù)課程中的應用研究

王玉萍 鄭爽 李一丹 湯旭日 于雁南

【摘 ?要】突出以學生為主的教學模式，應用PBL式教學法對電力電子技術(shù)課程進行教學改革與實踐。通過優(yōu)化教學模式、應用以問題為導向的教學方法、構(gòu)建多層次實驗與實踐平臺等舉措，提升教學質(zhì)量，創(chuàng)新教育理念，構(gòu)建滿足電力特色人才培養(yǎng)的的教學模式。

【關鍵詞】PBL;問題導向;教學改革

近年來，以我國加入《華盛頓協(xié)議》為契機，我校在工程教育認證倡導的理念與要求下，提出對工程師培養(yǎng)的新要求，并積極引導和促進專業(yè)建設與教學改革，保障和提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量。

“電力電子技術(shù)”課程作為具有電力特色的應用型人才培養(yǎng)的重要課程之一，在學生的專業(yè)素養(yǎng)塑造、實踐能力提高中具有重要作用。該課程在教學中具有實踐性強，更新發(fā)展快，強調(diào)理論而又偏重實踐，與生產(chǎn)實際和工程應用結(jié)合緊密的特點。在傳統(tǒng)的“以教師為主導”的教學模式中，教師作為知識的傳授者往往忽略學生的實際需求和興趣點，導致教學過程成了“復制”知識的過程。在被動的環(huán)境中學習，限制了學生思維的活躍性，不利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和合作精神。所以在教學方法的改革上，我們以“工程應用”為目標，設計課程的教學內(nèi)容、制定學生的學習成果和評估方法，突破傳統(tǒng)的大課堂授課模式，在以學生為中心的主動學習環(huán)境中，通過以問題為引導的學習，力求使學生在獲取知識的過程中，同步提高自身的綜合素質(zhì)與能力。本文主要探討PBL式“以問題為導向，以學生為主體”的教學方法在電力電子技術(shù)課程中的應用。

1.PBL教學模式

PBL，是基于問題式學習的簡稱，是1969年由美國神經(jīng)學教授Barrows創(chuàng)立的。PBL教學模式起源于醫(yī)學教育類專業(yè)的教學改革，據(jù)不完全統(tǒng)計，全球已有上千所醫(yī)學院進行了PBL教學模式的實踐?；谠卺t(yī)學專業(yè)的成功探索與實踐，在近幾年非醫(yī)學類課程已經(jīng)開始進行PBL教學模式的研究與探索，目前已成為國際上各專業(yè)教學中較為流行的一種教學模式。在我國的應用和研究還是主要集中在臨床醫(yī)學教學過程中?；赑BL教學模式的電氣類相關課程教學模式改革研究較少。

PBL教學模式是突出“以問 題為導向，以學生為主體”的教學思想，將知識點通過問題或者任務的方式發(fā)布給學習者，學習者在自主探究或?qū)W習者之間相互協(xié)作基礎上，通過解答問題或者完成任務達到學習目標。教學過程中，教師不再是單純的知識傳遞著，而是知識的引導者、促進者。通過引導學生解決復雜的、實際的問題，使學生建構(gòu)起寬厚而靈活的知識基礎，發(fā)展有效的問題解決技能，發(fā)展自主學習和終身學習的能力，促使他們成為有效的合作者，并培養(yǎng)學生成為合格的電氣工程師。

2.PBL教學模式在電力電子技術(shù)課程中的應用探索

2.1 更新教學內(nèi)容

“電力電子技術(shù)”課程的教學內(nèi)容，從最初單一的晶閘管整流電路，發(fā)展到今天集四種電力變換電路為一體。它是應用于各行各業(yè)的一門支撐技術(shù)，凡是有能源的地方都離不開電力電子技術(shù)。同時它也是電氣工程領域發(fā)展較快、應用最為廣泛的技術(shù)，這就要求對該門課程教學內(nèi)容體系要及時更新。

以前的教學重點在整流電路的原理分析和設計，按照課時安排這部分內(nèi)容占比達到50%。但是現(xiàn)在的工程實際應用中整流往往采用整流模塊直接實現(xiàn)，且電路簡單、實現(xiàn)方便，學生較容易掌握其應用方法。相對應用較多的是直流-直流變換電路和逆變電路的原理分析和設計，結(jié)合我校電氣工程專業(yè)畢業(yè)生的信息反饋、實際工程應用和電子設計大賽的實際情況，對電力電子課程教學大綱進行修訂，教學內(nèi)容逐漸將整流電路的比例弱化，提高逆變電路和直流-直流變換電路的教學與實踐比重。

2.2 優(yōu)化教學設計

（1）設置問題引新課——課前設置問題

PBL的教學模式的起點是提出問題。那么設置什么樣的問題，如何設置問題就是本課程改革的重點。圍繞應用型人才培養(yǎng)定位，結(jié)合課程教學目標，問題設置主要選自實際的工程項目、生產(chǎn)應用的典型案例以及設計型大賽題目等方面。在課前設置教學導入的問題，并提出學習目標，在問題的導向下引導學生查閱相關資料，并以課程小組的形式展開討論并進行方案設計，形成設計報告，并在課堂上匯報。

（2）帶著問題學理論——課堂解決問題

解決問題是PBL教學模式的核心。課堂上首先聽取學生的設計方案，請同學分析設計是否能滿足設計要求。通過學生互相問答的形式，讓學生發(fā)現(xiàn)設計中存在的問題，最終由教師綜述問題癥結(jié)，并和學生們一塊總結(jié)本次課程內(nèi)容和知識點。采用匯報和提問的形式，既深化和鞏固了學習本節(jié)知識的前置課程知識，又能使學生在問題基礎上激活學生自主學習、深入探究的動力。因此，教師應將相關知識相互串聯(lián)，形成有效的知識體系，并實現(xiàn)知識點遷移，形成良好的認知結(jié)構(gòu)。

（3）驗證問題見實效——課后驗證問題

實踐是檢驗理論的主要手段。課后指導學生應用SIMULINK仿真軟件結(jié)合實際問題，搭建電路拓撲、設計控制程序以及對仿真結(jié)果進行分析和測試等。通過實驗檢驗項目實施情況以及存在問題，進一步提高學生的創(chuàng)新意識以及實踐能力。

3.以PBL教學模式為導向，搭建多層次實驗教學平臺

借助信息技術(shù)和軟件平臺，結(jié)合疫情期間的實驗教學案例，以PBL模式為導向，搭建多層次實驗教學平臺。實現(xiàn)提升自主學習能力、開拓創(chuàng)新意識以及培養(yǎng)工程實際能力的教學目標。

（1）驗證性實驗打基礎

利用學院實驗室平臺，設置基于認知和理解的基礎性實驗。以實現(xiàn)基本的電力變換功能為目標，使學生能夠運用基本理論知識搭建簡單的電力電子電路，并通過實驗過程進行分析說明，結(jié)合實驗數(shù)據(jù)和實驗波形做出分析報告，實現(xiàn)能力和思維從低階向高階晉升。

（2）設計性實驗強能力

結(jié)合工程實際與企業(yè)需求，設置設計型實驗。采用提出問題，學生以小組的形式自主討論、提出設計方案并進行驗證的方式。結(jié)合仿真軟件進行仿真實驗，這部分內(nèi)容難度有所提升，目的在于鍛煉學生工程意識、設計分析能力及解決問題能力。

（3）創(chuàng)新型實驗促挑戰(zhàn)

研究創(chuàng)新型實驗在開放實踐基地完成，學生利用課余時間組隊，目的在于提高學生科研能力和創(chuàng)新能力。所有項目的訓練均采用“學生為主體，教師為主導”的教學模式。定期聘請專家進行學術(shù)講座，組織指導學生參加電子設計競賽，提倡電力電子專業(yè)的本科生參加教師的研究課題和實驗室開放項目，通過撰寫實驗報告和論文等方法充實電力電子技術(shù)實驗教學內(nèi)涵，促進本科生創(chuàng)新思維和科研能力。

4.總結(jié)

基于 PBL 教學模式的《電力電子技術(shù)》課堂教學以驅(qū)動性的問題作為項目引導，鼓勵學生自主分析、合作解答。同時，通過對電力電子實驗平臺的改造，將其與科研實踐平臺融合，豐富教學實驗內(nèi)容與方法，掌握最新的科研成果，訓練科研實踐技能。此外，本課程結(jié)合網(wǎng)絡平臺優(yōu)化教學資源，支持學生個性化發(fā)展，創(chuàng)新化學習。但是，在該教學模式下，如何優(yōu)化網(wǎng)絡教學模式還需進一步研究。

參考文獻：

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[3]曹高輝，陳菁，王丹. 基于PBL的數(shù)據(jù)分析課程實驗設計與實踐[J]. 實驗技術(shù)與管理，2020

基金項目：

黑龍江科技大學教學研究項目（JY17-23）;黑龍江省高等教育改革項目（SJGY20190590）

（作者單位：黑龍江科技大學 ?電氣與控制學院）