啟發式參與式教學探索

趙麗欣+吳敏+李奇越+張晨彧+徐曉冰

摘 要 采用應用背景和PBL教學法完成功率因數提高教學設計，探索啟發式、參與式教學。教學設計以實驗室設備更新建設中遇到的問題為切入點，引出本節課主要內容——功率因數提高；圍繞功率因數提高，分解為四個逐步深入的小問題，引導學生主動思考、探究、討論、總結，找出解決問題的方法。教學實踐證明，教學設計提高了課堂吸引力，增強了學生的學習熱情和課堂參與度。

關鍵詞 參與式教學；功率因數提高；PBL教學法；工程應用；教學設計

中圖分類號：G642 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）24-0085-03

Research on Heuristic Participatory Teaching： Taking Power Factor Improvement as an Example//ZHAO Lixin， WU Min， LI Qiyue， ZHANG Chenyu， XU Xiaobing

Abstract The application background and PBL teaching method are

used to complete the Power Factor Increase teaching design， explo-

ration of heuristic， participatory teaching. The problems encountered in the laboratory equipment update construction are used as a starting

point in the teaching design， to lead to the main content of this lesson

Power Factor Increase. Then around the power factor increases， it is

broken down into four small problems step by step. Students are gui-

ded to take the initiative to think， explore， discuss， summarize， and

find ways to solve the problem. Teaching practice proves that the tea-

ching design of this article improves the attractiveness of the class-

room and enhances students enthusiasm for learning and participa-tion in the classroom.

Key words participatory teaching； power factor improvement； PBL teaching method； engineering applications； teaching design

1 引言

隨著科技發展，對電力的需求不斷增加。但是能源緊缺，如何使用電更加高效節能，是全社會關注的一個焦點問題。培養學生掌握提高電能利用率的方法，建立節能意識，具有重要意義。提高功率因數是提高電能利用率的一種重要途徑。作為電工與電子技術課程的一節內容，功率因數提高教學中存在如下難題：

1）課程內容介紹中只有籠統的大背景，與具體工程及專業應用的結合度不夠緊密，學生學完內容后不知可以用在哪些地方；

2）如何提高教學過程的趣味性，變填鴨式教學為啟發式、討論式、參與式教學[1]，是課程教學設計考慮的重點。

以問題為導向的教學方法（Problem-based Learning，PBL）[2-3]是將學習與問題掛鉤，使學習者投入于問題中；它強調把學習設置到有意義的問題情境中，通過學習者的自主探究和合作來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，形成解決問題的技能和自主學習的能力。

本次課程設計將應用背景和PBL教學法結合，以實驗室設備更新建設中遇到的問題為切入點，引出本節課主要內容——功率因數提高，讓學生從熟悉的場景進入主題，帶著應用問題探究學習內容。圍繞功率因數提高，理出一個學習的主線：從功率因數提高的意義、造成功率因數低的原因、提高功率因數方法、所用元件的參數四個方面，層層剝繭式逐步探索，完成課堂內容的學習，同時解決實驗室的應用問題。用實驗結果分析并輔助相量圖說明應用中需要注意的過補償問題，也為后面學生進入實驗室做實驗時理解實驗過程和測試數據做好鋪墊。

整個教學過程環環相扣，以問題為主線，啟發學生思考，主動尋找答案，使學習變為有趣的探索，問題的解決讓學生充滿成就感。

2 功率因數提高教學設計

教學目標

1）知識目標：理解功率因數提高的實際意義，掌握功率因數提高的基本理論知識、基本分析方法和參數計算。

2）能力目標：培養學生應用基本理論知識分析問題和解決工程實踐問題的能力。

教學方法 與工程應用相結合的問題教學法，教師引導、學生思考，開展啟發討論式教學。由工程應用場景引入所學內容，引導學生思考，層層剝繭式地和學生一起探尋，逐步解決問題。

教學內容 將主要教學內容分解為四個問題：提高功率因數的意義；造成電網電源功率因數低的原因；提高功率因數的方法；提高功率因數所用元件的參數如何確定。endprint

教學設計

1）問題引入。動畫制作：

隨著社會和科技發展，實驗室設備更新，買入新設備，增加了負載，從數值上看實驗室電源的容量夠用，但是接入新設備后過載了，是什么原因呢？功率因數太低，有功功率少。如果可以提高功率因數，問題就解決了。

對應課件圖片見圖1，一方面，熟悉的場景引起學生共鳴，對即將學習的新知識產生期待；另一方面引導學生發現學習與生活、科技，所學新知識與熟悉的事物之間的聯系，幫助學生理解所學知識可以解決什么樣的實際問題。

2）簡短回顧。回顧功率因數和功率因數角的概念，以及與三個交流電路功率的聯系，為理解本節課內容做鋪墊。

3）本節課知識框架。將本節課內容按邏輯分析的思路分解為四個待研究問題（見上文），幫助學生建立本節課的知識框架，理出一個思考的主線。

4）逐步分析解決框架中的四個問題。

①從用電環節、發電和輸配電環節兩個方面，引導學生理解提高功率因數對于國民經濟發展的重要意義。

②點出感性負載和容性負載工作時都會造成電網功率因數低，但是分析常用負載，大部分呈感性，所以感性負載是造成電網功率因數低的主要原因。

③詳解提高功率因數的方法。這部分是學生理解的難點，也是學習的重點。針對感性負載，由提高功率因數的原則，結合瞬時功率波形圖動畫，使學生清楚直觀地理解感性負載在每一瞬間的功率分配，以及感性電路中無功部分的能量交換過程，分析得到解決問題的關鍵——減少感性負載與電源的無功能量交換。什么元件能分擔電感所需的無功呢？引導學生思考相關知識，利用舊知識解決新問題，得到解決思路——加入電容。電容該如何連接到電路中？要保證感性負載的額定電壓不變——并聯電容。對比電容和電感的瞬時功率波形，形象展示電路的無功能量交換過程，使學生直觀理解為什么增加元件后，整個電路給相同的感性負載供電，電源提供的總能量反而減少了。對應課件圖片見圖2。畫出電路相量圖，結合相量圖分析并聯電容后電路中各個量的變化，加深學生對提高功率因數相關知識的理解。

④參數確定。結合相量圖動畫，分析電路中三個電流的大小關系，列出方程式，推導整理，得到所需電容C的表達式。對應課件圖片見圖3。

5）相關知識拓展。

①過補償問題。用動畫展現實驗結果分析，并輔助相量圖說明應用中需要注意的過補償問題，也為后面學生進入實驗室做實驗時理解實驗過程和測試數據做好鋪墊。對應課件圖片見圖4。

②居民用電和工業企業用電的一般補償方式。

教學總結 回顧整節課內容，幫助學生理清整節課學習的思路，強調提高功率因數的重要性和解決問題的方法，培養學生的社會責任感和節能意識。

實踐安排 安排學生去電工實驗室，自己動手搭建電路對感性負載提高功率因數，改變參數值，測量電路中的電壓、電流和功率，分析各個量的變化規律。

教學反思

1）為什么要提高功率因數？為什么采用并聯電容的方法？并聯電容可以提高功率因數的本質是什么？如何使學生建立所學知識和實際應用的聯系？這些問題該如何更好地引導學生理解？平鋪直敘的講解容易顯得枯燥乏味，缺乏吸引力。這次課程的設計以教師—學生雙主體形式，一起分析探索、層層深入，逐步解決問題。理出一個研究的主線，啟發引導學生循著思路，利用以往所學知識，通過分析、思考、發現、應用，解決實際問題，真正做到理解掌握。每一部分內容的理解、問題的解決都是學生經過思考、討論解決的，而不是教師直接給予的東西，有利于對學習活動本身產生興趣。

2）在課上以問題教學法、學生探索為主，激發學生積極的學習態度，增強知識探索的信心，體驗學以致用的快樂。

3 結語

本次教學設計將應用背景和PBL教學法結合，以實驗室設備更新建設中遇到的問題為切入點，引出本節課主要內容——功率因數提高。把學習設置到有意義的問題情境中，圍繞功率因數提高，分解為四個逐步深入的小問題，讓學生帶著應用問題探究學習內容。教師在課堂的角色是引導和組織者，學生成為學習的主體，主動思考、探究、討論、總結，找出解決問題的方法。教學實踐證明，本文的教學設計提升了課堂吸引力和教學質量，大大增強了學生的學習主動性和課堂參與度。

參考文獻

[1]國務院辦公廳印發《關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》[EB/OL].[2015-05-13].http：//www.gov.cn/

xinwen/2015-05/13/content_2861327.htm.

[2]Torp L，Sage S.基于問題的學習：讓學習變得輕松而有趣[M].劉孝群，李小平，譯.北京：中國輕工業出版社，

2004.

[3]朱智，張雄飛，周克勇，等.PBL教學模式應用在我國教育教學中的思考[J].黑龍江畜牧獸醫，2014（11）：199-201.endprint