STEAM教育在高職《電力電子技術》課程中的應用

賀大康

（江蘇省南京工程高等職業學校，江蘇 南京 211135）

本文研究STEAM教育在高職《電力電子技術》課程中的應用。STEAM教育是世界流行的培養學生未來競爭力的綜合教育理念，在創新教育模式，是一種以問題為導向（PBL）的跨學科教育。通過跨學科的學習方式培養懂科學、會工程、有藝術的創新綜合性人才。

1 STEAM教育

STEAM教育，是一種融合的創新教育方式。以學生為中心的整合模式，強調“設計教育”者可以主動介入、研究和發現新的教育環境，讓學生在蘊含豐富跨學科知識的環境中進行交互、探究與發現創造[1]。

2 《電力電子技術》課程中應用

電力電子器件、電力電子電路系統是《電力電子技術》課程主要研究內容。隨著現代電力工業自動化水平的提高，電力電子技術在供配電系統、交通運輸、工業生產及居民生活等方面的應用愈發廣泛，這些電力電子電路在生活中也是處處可見，如晶閘管調光燈電路、變頻調速電路等。

單向晶閘管調光燈是最典型的電力電子電路之一，晶閘管整流調光電路通過旋動調光旋鈕，即滑動變阻器，從而改變燈的亮度，燈的明暗發生變化。學生通過數學計算來選擇合適的晶閘管型號。本文以單向晶閘管調光電路的項目化教學過程為例，結合信息化教學平臺介紹了STEAM教育在《電力電子技術》中的應用。

2.1 教學目標

S（科學）：認識元器件單向晶閘管，識別單結晶體管典型電路工作原理。T（技術）：能夠完成電路焊接與調試。E（工程）：讓燈點亮光線可調。A（藝術）：制作臺燈的外觀造型。M（數學）：能夠通過計算選擇器件的型號。

2.2 教學設計

以家用調光臺燈案例引入，通過實踐探究的方式讓學生得出臺燈光線可調，鞏固所學的知識，拓展應用，提高學生的綜合解決問題的能力、創新的意識。要求學生掌握電晶閘管、單結晶體管的檢測與判別，理解調光臺燈的工作原理，分析和設計實際生活中的電熱毯、電熨斗等應用產品。

本次課學習過程由課前、課堂、課后三個環節來完成。其中課前環節包括復習鞏固課前預習；課堂環節包括創設情境新課引入、合作探究獲取新知、制定計劃實施任務、任務總結師生評價；課后環節包括知識鞏固，任務延伸。

任務準備包括學生和教師兩方面的準備。高效教學均離不開課前的精心籌劃和準備。根據需要，此次教學將運用到多媒體課件，所涉及的任務書除了紙質版材料外還會在moodle平臺上發布電子版任務書，同時發布的還包括儀器儀表的使用。首先課前環節，學生在家中或學校利用手機端moodle平臺，閱讀任務書，熟悉實訓內容。觀看電路工作視頻，了解電路基本原理。課前預習中，遇到不懂的問題，學生可以，在任務反饋欄中留下問題，教師則可以根據學生留的問題適當調整課堂教學內容。學生在預習過程中，MOODLE平臺能夠根據學生的預習情況，推送“個性化”的學習資源。如：周仲秋同學焊接工藝需要加強，平臺自動推送焊接的微課視頻。例如：范靜哲同學基本元器件檢測方法，掌握不牢，平臺自動推送相關元器件檢測的仿真學習軟件，點擊打開仿真軟件，可以支持手機端上模擬操作練習。

學生完成課前預習任務后，由系統自動頒發“素質”勛章。學生按綜合能力，互補搭配，三人一組并推舉組長，由組長組織資料查詢，鞏固儀器及軟件使用，做好課前知識準備[2]。

2.2.1 項目導入階段

在項目導入階段，首先由教師播放一段視頻，視頻中是關于家用調光臺燈的控制，引入問題，即家用調光臺燈的燈光溫馨而柔和，調光臺燈有哪些元件構成的？燈光的控制是如何實現的？學生通過觀察視頻與思考，將技能與生活相結合，學生從而覺得學有所用。利用播放器自帶的減速和暫停功能，慢速展示瞬變的電路過程，有利于不同基礎的學生分析電路的功能和元件構成，并制作元件表，上傳到網絡教學平臺，教師審核。

2.2.2 任務實施階段

該階段分為四個任務，化整為零，逐個突破。利用任務引領，幫助學生掌握新知。

任務一、元件識別和檢測。按照企業工作模式，由組長領取項目套件，簽字確認后分發組員，培養學生責任意識。并選擇工具，通過元件明細表找出本次任務所需元器件，完成晶閘管和單結晶體管等元器件好壞的檢測，極性的判別。從而養成嚴謹細致的工作作風和工匠精神。

任務二、單向晶閘管調光電路的安裝。影響電路功能的實現的關鍵技術是焊接質量，為此組織學生觀看平臺，上傳的焊接視頻，幫助學生鞏固裝配焊接工藝，提升實踐能力。然后根據原理圖進行自主探究實踐操作，在整個裝配實施環節中要求學生安全用電、熟悉7S法則，培養學生的安全意識，實現學生做中學，老師做中教。

任務三、單向晶閘管調光電路的調試。該任務通過一查、二斷、三通、四測這四個步驟完成。“一查”：查看電路有無漏焊、虛焊等。“二斷”：斷電接電源。“三通”：通電觀察燈是否亮，能否可調。“四測”：根據任務書要求，測試并記錄數據和繪制波形。組織學生觀看平臺發布的測試視頻，簡化調試。從而突破本次課的重點[3]。

任務四、晶閘管調光電路排故。我們將故障檢修流程總結為“一析、二查、三修”三個步驟。“一析”即分析電路工作原理。“二查”即使用萬用表查找故障點。“三修”即修理故障點。教師之所以能夠迅速判斷故障范圍，檢測出故障點。一是因為教師能夠熟練運用電路原理和依據故障現象分析可能發生的故障原因，進一步判斷出故障范圍。二是因為教師有較豐富的故障檢修經驗，而學生缺乏故障檢修的經驗，依據故障現象，進一步判斷故障范圍的能力有待提高。因此，我們將典型故障制作成軟件案例包。學生利用仿真軟件，進行故障模擬檢修練習。在練習過程中，分析故障現象、原因和原理三者之間的聯系，積累故障檢修經驗。學生依據故障檢修導引，進行硬件電路故障檢修，如果學生無法自主完成檢修任務，由老師引導學生完成電路的故障原因分析和檢修。從而化解教學難點。

以上各項任務完成后，學生進行電路焊接工藝的互評，并將評分上傳到手機端MOODLE平臺上，完成在線自測，檢驗學生課內知識掌握情況，測試結果由系統自動給出，并作為學生過程學習成績。

根據學生的學習能力，差異性進行分層次教學，適應不同層次學生學習需求，培養學生的持續學習能力，我設計了三個不同層次的拓展思考題，供不同學生選擇，做到學有所思、學有所悟、學有所得，最大程度地挖掘學生的潛能[4]。

3 結束語

基于生活情境，結合科學、技術、藝術、數學和工程項目解決實際問題，最終通過具體化產品或設計呈現學生在這個過程中的提升。

以STEAM項目作為教學載體，有助于激發學生的學習興趣，同時建立科學思想方法。項目探究式流程如下：①描述問題，包括找出限制條件。②探索，找出輸入的方法，收集資料。③設計，用你所擁有的知識找出一些解決方法，選出你認為最好的一個，建立模型。③創造，實現你的方法。⑤嘗試、測試你的作品。⑥改進、為你的作品作出評估并且考慮如何進一步完善設計。

多元化的教學手段使教學方針策略得以實現。Moodle教學平臺全過程記錄學習過程數據，實現線上線下混合式教學，構建了做中學，學中做的學習大數據分析環境。通過學生邊練邊分析的教學活動安排，讓學生在實踐中學習方法，積累經驗、提升技能。功在課前、效在課中、思在課后。學生通過實踐操作、觀察思考，思索如何進行后期電路改進成產品，將白熾燈換成電熨斗、電熱毯或電風扇，是否可以實現連續可調。讓制作源于生活而用于生活，從而達到學以致用的目的。