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应用型本科专业基础课程教学的特点与改革

  • 教育论文
  • 2021-05-04

吴新开 舒薇

[摘 要] 该文基于应用型本科院校的学生基础、课程联系和毕业生去向的现状,应用布卢姆教学目标分类理论、建构主义的学习理论、布鲁纳的认知主义学习理论和STS教育理论,找出困扰学生学习专业基础课程的难点,指出现有专业基础课程教材知识体系及教学方法的局限性,构建适用于应用型本科院校的电力电子技术及应用专业基础课程的知识体系,并就理论与实践教学的内容与方法提出相应的改革措施,连续四届学生的教学实践验证了该课程体系改革的有效性。

[关键词] “电力电子技术”;知识体系;理论教学;实践教学;应用型本科

[中图分类号] G641   [文献标识码] A   [文章编号] 1674-9324(2021)01-0090-04    [收稿日期] 2020-11-29

隨着我国社会经济的持续发展,高等教育不断由“精英教育”向“大众化教育”转变,应用型本科顺应时代需要而诞生了[1]。近年来,随着高等教育出现的人才需求的结构性矛盾,社会发展对高级技术应用型人才的呼唤,在全国普通本科院校中,将有近半数学校逐步向技术应用型大学转变。

一、处理两个关系,明确应用型本科的定位

应用型本科院校来自老高校所办的技术学院、高职升本院校、某些部属专升本院校、师专升本变为多科性学院[2]。

在特定背景下,应用型本科是具有特定内涵的一种概念,它既与传统本科教育不同,也与高职高专教育不同。应用型本科应当遵循本科人才培养的教育规律,同时要在培养过程中强化实践教学环节,强化学生的技术应用能力培养。这类院校既不能借培养本科层次的人才之说沿袭普通本科的教育模式;也不能借突出技术应用之说而削弱基础理论的教学。因此,任何以应用型本科教育为借口,随意降低质量标准的理念与行为都是不正确的。这类院校要接受本科教学工作水平评估方案的监控;其毕业生一般授予学士学位;要求应用型本科院校的毕业生比专科毕业生具备更扎实的专业基础,更易进入研究生阶段学习。总之,应用型本科教学比专科教学的要求更高,既要具备完善的知识体系,又要具备先进技术的应用能力。因此,区别应用型本科与高职高专的异同、应用型本科与普通本科的异同,是应用型本科院校定位的基础。

应用型本科是基于本科与高职高专教育模式相结合的探索,以培养适应社会经济发展的高级专业技术人才。应用型本科应当具有突出的技术应用特征。所谓技术应用特征,是指这类院校培养的学生不是学术型、研究型人才,而是培养适应现代企业建设、生产、管理等第一线需要的高级技术应用型人才;这类院校的培养模式,应当始终以培养技术应用能力为主线,精心设计知识、能力、素质结构与培养目标相适应的培养方案,构建基础课—专业基础课—专业课的课程教学内容体系。

应用型本科院校的定位[3]决定了院校的发展目标、策略和格局。

二、认清实际,构建专业基础课程标准

应用型本科既具有本科教育的共性,更注重其实践性、应用性、技术性。由于它的培养目的是培养以生产一线工程师为主体的高层次技术应用人才,通过对现代企业的调查,要求这些人才应当具有扎实的理论基础、广阔的知识面、较强的工程综合能力,并具有较强的科技应用、技术推广和技术转换能力。因此,这类本科的人才培养目标是实基础、宽口径、强能力、重应用。

然而,目前应用型本科院校基本处于高考招生录取第二批次。这部分学生素质比起一本院校来说是有差距的,具体体现在:知识面不广、基础欠扎实、缺乏良好的学习习惯。而这类本科院校的学制同样也是四年制。因此应用型本科院校的教学特点是:要求高、基础差、基础理论与工程实践两方面教学任重道远。因此,必须应用现代教育理论认真建立课程标准。

按照布卢姆的教学目标分类理论[4],专业基础课程的教学目标是使学生具备相应的知识目标、情感目标和技能目标。在具体课程知识目标的达成过程中,建构主义学习理论[5]强调采用学习者在教师指导下,以学生为中心的学习过程。而布鲁纳认知结构学习理论[6]强调掌握知识体系结构,通过学习事物间的相互联系,从而增强长期记忆,提高学习兴趣;工程创新型人才要求具备较强的工程创新能力,这种能力只能在对本专业领域有了完整的知识结构体系,又具备扎实的数理基础与相关技能的基础上才能形成。教学的目的就是促进学生通过探究活动发现自然科学的原理和规律,从而具备创新能力。STS是科学(Science)、技术(Technology)、社会(Society)的缩写,通过研究科学、技术与社会之间的互动关系,有效地培养学生的兴趣。

通过认真分析“电力电子技术”专业基础课程的教学目标,形成了如下教学理念:

一是坚持以学生为本、因材施教的教学原则,通过不断激发学习者的潜能,力求使其认知与情感、知识与智力、自主性与社会性和谐统一,促进学生的个性发展,培养学生的创造性、批判性思维方法,促进学生的综合素质与综合能力全面提升。

二是在课程教学过程中,概念的形成、运动规律的探索及运用,都离不开学生思维能力的培养。因此,在教学过程中,应当把科学思维的方法教育放在第一位,通过教学实践中的质疑、引导等方法,不断提升学生的科学思维能力与思维方法的应用水平。

三是在繁杂的电力电子器件、控制方式、触发与驱动、保护电路、拓扑变换电路中精选教学内容。通过减少与前学课程的重复,精简一些耗能的传统内容,突出介绍基本定律和公式的物理意义和思维方法,增加现代电力电子技术的内容,特别是增加现阶段本学科的新理念、新器件、新技术、新工艺,使学生跟上电力电子技术的发展步伐。

四是根据不同的教学内容,采取不同的教学方法。强化课堂教学的主渠道建设,结合建模仿真、多媒体虚拟演示等教学方法,培养学生对电能变换的观察能力,拓宽教学内容,提高教学效率。

五是在教学中充分利用课内实验、实践和课外开放式探索、创新活动,引导学生观察和分析电能变换的现象,启发学生思维,提高学生的系统分析与设计能力。

六是评价内容既有知识的理解与掌握,又有学生的综合素质和能力。评价方法既有形成性测验,也有总结性测验;既有闭卷考试,也有通过工程系统的设计报告、仿真研究报告、小论文等形式,测试学生的工程综合能力。

三、围绕课程标准,抓好课程教学改革

“电力电子技术”课程的培养目标是:使学生对电力电子技术的基本内容和分析方法、电能变换的基本原理、发展历史、现状和前沿等内容建立全面的知识体系构架,培养学生的科学思维方法和科学研究能力。课程的具体目标由基础目标、核心目标和动力目标组成。

(一)基础目标

基础目标是指通过“电力电子技术”的课程教学,要求学生在知识与技能方面达到的目标。具体来说,应当包括以下内容:

一是使学生系统地掌握现代电力电子技术的基础原理与发展历史,了解电力电子技术与相关学科的关系,了解电力电子技术与人类生活、技术进步、社会发展的关联,领悟电力电子技术知识体系的科学性、完备性、应用性和发展性。

二是在教学中通过加强电能变换波形观察和实验手段,使学生接触各种电能变换装置,激发学生对“电力电子技术”课程的学习与应用兴趣。

三是通过典型电能变换器拓扑电路结构模型的建立和应用,使学生能抓住主要矛盾,忽略次要因素,培养学生对复杂问题进行合理简化处理的思维能力。

四是培养学生运用电能变换的理论和方法,应用相应的数学工具,通过分析、计算或设计等教学手段,解决电力电子技术在常用电能变换器中的典型应用问题。

五是通过分析与研究,使学生理解电能变换原理,写出条理清晰的观察实践报告,有计划、循序渐进地培养学生独立分析研究的能力。

(二)核心目标

核心目标是指通过课程的教学,使学生掌握科学研究与工程设计的方法。即通过“电力电子技术”课程的教学,使学生在物理概念的理解、电能变换原理的掌握进程中,接受工程综合方法的教育,感悟在电力电子技术基本概念和变换规律过程中所体现的分析与综合、演绎与归纳、类比与联想、模型化方法、定量分析与设计方法、实验调试方法等,培养学生分析问题和解决问题的能力。

(三)动力目标

动力目标是指通过“电力电子技术”课程的教学,使学生在情感、态度、世界观和价值观等素质方面需要达到的质量要求。具体有如下目标:

一是电力电子技术包含整流与逆变、正与负、稳态与动态、连续与断续等矛盾,对学生建立辩证唯物主义的世界观有着重要的作用。通过电能变换基本原理、基本定律的教学,使学生牢固树立辩证唯物主义的世界观。

二是通过电力电子技术发展历史的介绍,引导学生掌握电力电子技术发展的动力,了解电力电子技术与其他学科之间的关系,从而培养学生实事求是的科学态度、勇于探索的工作作风和勇于探索的创新精神。

三是引导学生认识电力电子技术具有的简洁明快、均衡对称、奇异相对、和谐统一的美学特征,培养学生的科学审美观,使学生学会应用美学、对称、制衡、互易等观点,努力发掘相关专业课程的内在规律。

四是通过视频虚拟演示、建模仿真和自主探索的创新实验等手段,为学生提供探索和发现相关学科规律的条件,激发学生的求知欲,发挥学生在学习、工作和生活中的主体作用。

根据“电力电子技术”的教学目标,需要结合实际,对“电力电子技术”的课程知识体系、理论教学内容与方法、实践教学内容与方法、知识的工程应用与学科发展方向等进行全面、系统的改革。

(一)知识体系与教材的改革

现有的《电力电子技术》教材很难满足应用型本科院校的教学要求,主要表现在[7]:一是知识体系方面,新知识、新器件、新工艺、新技术的推广应用不足;二是变换电路拓扑和工作原理的介紹方法,不匹配应用型本科学生的数学基础;三是现有教材缺乏变换电路拓扑结构的性能比较和工程应用技术,与应用型本科院校的实践教学不适应。在分析现有教材的基础上组织编写了《电力电子技术及应用》的教材,构建了适应于应用型本科院校的电力电子技术与应用的知识体系,如下图所示。

知识体系的特点是:根据相控型电力电子技术、脉冲宽度调制型电力电子技术及应用问题,将原有知识内容分为三个部分,特别是在相控型和PWM控制型中仍然保持器件、触发与保护、控制技术和四大变换电路拓扑结构组织教材,删减了许多移相控制中工程应用不多的内容,使之更适应于应用型本科教学。在电力电子技术及应用方面,增加了软开关技术和电力电子装置及应用。本教材已由机械工业出版社正式出版发行。

(二)“电力电子技术”理论教学的改革

一是在课程的概述讲授过程中,要重点讲授电力电子技术的概念,与控制、电气等学科的关系,发展历史,传统技术与现代技术之间的区别与特点,应用领域等方面知识,以调动学生学习本课程的兴趣与积极性。

二是在变换电路拓扑结构与工作原理的讲授过程中,加强工作原理的语言描述,应用等效电路的方法加深理解,适当采用解析方法进行推导。

三是在介绍控制技术和方法时,应当使学生体会到不同控制技术之间的差异与适用范围。

四是坚持从实用系统出发,通过分析该实用系统对电力电子变换电路的要求,培养学生的工程系统概念和分析问题、解决问题的能力。

五是系统介绍电力电子技术的工程应用方法,即从系统角度提出电力电子变换电路的性能指标,工程设计步骤与方法,电力电子器件的选择与计算、热设计等。

(三)“电力电子技术”的实践教学改革

一是围绕培养学生的工程综合能力和工程设计应用能力来设计实验教学内容。在16学时的实践教学中,我们设计了以综合性[8]、设计性和研究性实验为主的实践教学内容。从器件特征、电路拓扑和控制方式设计了装配与调试、系统仿真、系统设计三种不同类型的实践形式,既克服了实验设备的约束,又能适应不同的教学实践环境。

二是坚持预习—质疑—制作—调试—实践报告的实践环节。

三是针对实践教学过程中出现的现象,我们要求学生能够自己独立进行分析研究,找出该现象出现的原因,并提出解决办法。

四是在实践过程的考核中,我们坚持以考核学生的分析研究能力和工程设计能力为主,全面提高学生在电能变换器的故障分析与工程设计方面的技能。

四、结论

针对应用型本科院校“电力电子技术”课程教学所遇到的问题,分析研究了出现这种问题的原因,并对该课程的知识体系提出了构建办法,还在理论教学和实践教学环节进行了相应的改革,取得了较好的成效。在连续四届本科教学的实践中,学生的工程设计与综合能力得到了显著的提高,是一种适合于应用型本科院校教学的教材与方法。

参考文献

[1]任淑淳.新建应用型本科院校共性问题研究[J].教育发展研究,2003(11):58-60.

[2]李桦.构建应用型本科院校工科大学物理课程标准初探[D].上海师范大学,2008.

[3]侯长来.机械设计基础课程与行业项目关联教学法初探[J].辽宁科技学院学报,2016,18(3):46-47.

[4]本杰明·布鲁姆.教育目标分类法[EB/OL].(2009-12-06)[2020-11-20]https://baike.baidu.com/item.

[5]李方.教育知识与能力[M].北京:高等教育出版社,2011.

[6]武霞.浅谈布鲁纳的认知结构学习理论[J].文学教育(中),2011(3).

[7]王兆安,刘进军.电力电子技术[M].第5版.北京:机械工业出版社,2009.

[8]吴新开,等.综合性实验的综合原则[J].实验室研究与探索,2007(06):89-91.

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