電氣新技術課程引研于教探討

楊云虎

(安徽工業大學 電氣與信息工程學院， 安徽 馬鞍山 243002)

隨著科學技術的發展和人類生活品質的提高，電氣技術取得了很大的進步，涌現了許多新技術，提出了許多新概念，比如新能源發電技術，無線電能傳輸技術，高性能的電機設計與控制、智能電網概念，綠色電網概念等。

筆者以電氣新技術課程為平臺，結合自己從事科研工作經歷及課程講授經驗，嘗試將科學研究融入課堂教學，以期達到提高學生學習興趣和專注力、靈活掌握知識點、多感官學習、強化知識的認知和理解，從而提高教學質量的目的。

一、以科研實例引入興趣點

興趣是最好的老師，能更好地促進學習。學習興趣是學生對學習對象的一種積極情緒狀態，是學好一門學科的重要心理因素。因此，培養和激發學習興趣，能發掘學生的自身內在潛力，主動投入到學習中，能動地索取知識，這對教學質量的提高有積極的意義[1]。

比如在無線電能傳輸主題講座中，選取美國麻省理工學院研究人員在2007年用半徑為3mm的銅線纏繞5.25圈、線圈半徑300mm、高度200mm的諧振線圈，采用諧振頻率9.90MHz，在距離2m傳輸時傳輸效率約為40%，距離為1m時傳輸效率可高達90%。用兩米外的一個電源，“隔空”點亮了一盞60瓦的燈泡[2-3]。講授中并配以圖片和影視展現給學生，給學生一種神秘感，且能激發學生繼續深造的愿望或對無線電能傳輸細支領域的興趣。

在引入科研實例時，一是選擇具有代表性，或對某一細支領域發展有重要影響的人和事。二是注重主次詳略得當。科研事例講解時要主次分明、詳略得當。三是合理分配教學時間，不要過多占用重要知識點教學時間。教學實踐證明，以科研事例引入課堂教學，不僅能吸引學生的注意力，還能培養學生具有熱愛專業、專心科研的精神，起到強化教學效果，激發學習興趣的作用。

二、以科研器件和材料觸發多感官學習

人的感官在認知世界和改造世界的過程中起著獨具特色的作用。在課堂教學中，如果教師能對學生的感官進行適當的刺激，則能有效調動學生的聽覺、觸覺、視覺等感官的學習能力，有助于學生的多感官綜合學習，從而能全方位提升和促進學生記憶力、理解力、專注力和思考力等學習能力，能提高學習質量和學習效率，讓學生感受到學習的輕松和快樂。因此，實物展示和過程體驗是重要的學習手段，對于理解、分析、探究都十分重要[4]。對于電氣工程專業來說，將科研電氣材料和科研電氣元器件展示給學生觀察、觸摸和體驗，是課堂上傳授知識的有效途徑。

比如在大功率電力電子變流器的主題講座中，筆者在課堂上向學生展示IGBT、IGCT、IEGT等大功率模塊，以及在功率器件與散熱器之間必須涂抹的導熱硅膠等實物。教學實踐證明，讓學生看一看、摸一摸以及聞一聞這些實物，配上通俗的語言“個頭越大，功率越大”，講解開關器件的功率和散熱之間的關系,不僅強化學生認知,還能幫助學生加深記憶和理解、促進思考、提高學習效率。

三、科研項目作為主題講座，開拓創新意識

通常企業技術開發、項目開發是利用已有成熟的技術和知識、或者從外部引進技術和知識，為生產新產品、新設備、新裝置而建立新的工藝和系統。科研項目特別是縱向基金項目不同于技術開發，而是一種具有探索性、前瞻性、創新性的研究工作。因此，將科研項目作為課程主題講座不僅是與教育部推薦的新工科目標一致，更是一種教學思維方式的變革和創新。科研項目是開展科學技術研究的一系列獨特的、復雜的并相互關聯的活動。一個科研項目從選題到結題要經歷文獻查閱、課題確定、項目開展、理論分析、實驗驗證、數據整理和分析、成果發表和總結等一系列過程[5]。這些活動有著一個明確的研究目標和預期成果，必須在一定的時間周期內按照科研項目進度，依據研究內容完成。

因此，將科研項目細化和分解的每個過程以及過程實施中都要求研究人員具有唯一性、獨特性、能動性和團隊協作精神。對科研工作實施過程中遇到的每個問題都要仔細分析、研討、實驗，保證下一個過程能順利進行。因此將教師的科研工作過程、方法、思維引入到教學中，可以開拓和激發學生的創新能力。

在課堂教學中，筆者將自己主持的科研項目“電力電子變流器的相位補償控制技術”以及“高效率無線電能傳輸技術”等作為電氣新技術課程的主題講座。比如在講解三線圈能提高無線電能傳輸效率的創新內容時，筆者先以“創新來源于細節發現”作為引語。然后講解在對兩線圈建模和理論分析中發現，如果傳輸距離拉長，無線傳輸效率顯著下降。對于這個問題，團隊進行了多次研討。最終選定在發射線圈和接收線圈之間加入一個中繼線圈的方案。確定方案之后，研究團隊將工作分解細化到個人。通過理論分析和與仿真分析得出結論，三線圈能顯著提高傳輸效率。最后，搭建了實驗平臺驗證了理論的正確。2018年，研究團隊將取得的研究成果以中英文形式發表了幾篇論文。在論證“創新來源于反復實踐”時，筆者例舉了諧振電容的選擇案例。研究團隊剛開始采用一般普通交流電容，可是在實驗中發現，諧振電壓嚴重畸變，輸出波形和理論分析出入太大。課題組經過分析和判斷，普通交流電容寄生電感太大，是造成波形嚴重畸變的主要原因。課題組購買了不同廠家和不同類型的電容，經過反復實驗，歷時3個月才確定法國蘇倫聚丙烯無極電容作為諧振電容。

教學實踐證明,將親身經歷的科研項目作為主題講座不僅有說服力和信服力，還能培養學生勤于思考、激發探索新知的意識，同時有助于解決工程應用的難題、增強學生的團隊意識。

四、科研設備和實驗平臺服務教學

實踐是人類認識世界的基礎，而實驗是教學的重要組成部分，是培養學生實踐能力的重要手段。教科書的實驗教學已經不能滿足電氣新技術發展的需要，更會限制創新人才培養的質量[5]。以科研目的建設的科研設備和實驗平臺用于教學是一種創新模式的嘗試。其實踐內容具有科學性、創新性和先進性，符合電氣新技術發展的特點，能夠提升學生綜合實踐能力。比如在無線電能傳輸課題講座中，筆者利用一個課時帶領學生參觀了無線能量傳輸實驗平臺、演示了無線能量傳輸過程、介紹了實驗所需的設備和儀器、講解了平臺工作原理。學生們非常感興趣，很珍惜進入實驗室和研究人員一起交流學習的機會。有學生私下里找老師希望能參與科研活動。

教學實踐證明,采用具有創新技術的實驗教學既能培養學生勤于思考、敢于探索新知的精神，也能培養學生發現和分析問題的能力、增強協作意識和獻身科學研究的意識。

五、科研成果轉化教學素材

如果一本教材或者講義用了幾年甚至十幾年都不更新, 這樣的素材顯然跟不上時代的發展，這也與教育部提出新工科的目標相悖。科研成果應用于教學可以將實際問題搬上講臺，不僅能引導學生自主學習和應用知識解決實際問題，還能培養學生增強科研興趣，激發課內學習和課外探索興趣，拓展科學視野等。

因此，筆者結合自身科研工作，歸納和總結了近10年主持和參與的科研項目，將取得的科研成果、參加的學術會議、課題小組科研討論、團隊課外活動等內容，編入教學大綱以及電氣課程建設和教改建設中。將科研成果轉化為畢業論文、課程設計、學術講座、科技創新等素材。

例如，筆者將自己的科研項目“高效率無線電能傳輸技術”取得的科研成果轉化為畢業設計素材。筆者將成果細化以下幾個部分：(1)電路拓撲研究與建模，仿真和理論分析；(2)高效率諧振線圈本體設計以及空間結構對效率和功率的影響；(3)無線電能傳輸系統的硬件實現；(4)無線電能傳輸系統的控制器設計。通過細化和分解科研成果，讓四個學生完成不同側重點但又相互關聯的論文。學生不僅能和教師討論論文的著重點，又可以和同學討論論文的相關聯部分。具體實施時，筆者將已發表的學術論文作為文獻發給學生參考；又將正在研究此課題的研究生推薦給學生，幫助學生盡快進入課程。

在電氣新技術課程的實踐教學中，通過多媒體引入大量科研圖片，如研究生在做實驗，老師在指導的照片，展現師生融洽和合作的場景；又如研究生一邊看著示波器，一邊拿著筆記本在認真記錄數據，展現研究人員對科研一絲不茍的場景。在參加學術會議的照片展示中，不僅展示了與學術大牛和業內專家學者的交流照片，還展示在主辦城市游玩的照片，既強化了參加學術會議交流的重要性，展現了科研的輕松性，也增強了學生從事科研工作的興趣。

六、結語

科研是新知識的來源，是教學質量的潤滑劑和推進器。將科研引入教學的集成教學模式帶來了教學方式、手段、內容以及思維方式的全方位變革，是解決目前教學手段單調、學生整體學術氛圍欠佳、專業認知度不足等問題的有效手段之一。高校教師長期堅持做科研，不僅能拓寬眼界、增長學科知識，而且能有效地變革教學，找到教學的信心和動力，提升教學水平。學生走進科研、接觸科研、參與科研，在科研氛圍中不斷熏陶，能增加學習興趣、提高創新能力、塑造獨立思考能力的品質。這種集成教學模式能夠明顯提高教師的授課水平、豐富教學手段;學生也能更好地掌握電氣工程專業涌現的新知識和新概念，增強學習興趣，意識到專業知識學習的重要性。