楊云虎

(安徽工業(yè)大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院， 安徽 馬鞍山 243002)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類生活品質(zhì)的提高，電氣技術(shù)取得了很大的進步，涌現(xiàn)了許多新技術(shù)，提出了許多新概念，比如新能源發(fā)電技術(shù)，無線電能傳輸技術(shù)，高性能的電機設(shè)計與控制、智能電網(wǎng)概念，綠色電網(wǎng)概念等。

筆者以電氣新技術(shù)課程為平臺，結(jié)合自己從事科研工作經(jīng)歷及課程講授經(jīng)驗，嘗試將科學(xué)研究融入課堂教學(xué)，以期達到提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和專注力、靈活掌握知識點、多感官學(xué)習(xí)、強化知識的認知和理解，從而提高教學(xué)質(zhì)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(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)興趣是學(xué)生對學(xué)習(xí)對象的一種積極情緒狀態(tài)，是學(xué)好一門學(xué)科的重要心理因素。因此，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，能發(fā)掘?qū)W生的自身內(nèi)在潛力，主動投入到學(xué)習(xí)中，能動地索取知識，這對教學(xué)質(zhì)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(xué)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(xiàn)給學(xué)生，給學(xué)生一種神秘感，且能激發(fā)學(xué)生繼續(xù)深造的愿望或?qū)o線電能傳輸細支領(lǐng)域的興趣。

在引入科研實例時，一是選擇具有代表性，或?qū)δ骋患氈ьI(lǐng)域發(fā)展有重要影響的人和事。二是注重主次詳略得當(dāng)?？蒲惺吕v解時要主次分明、詳略得當(dāng)。三是合理分配教學(xué)時間，不要過多占用重要知識點教學(xué)時間。教學(xué)實踐證明，以科研事例引入課堂教學(xué)，不僅能吸引學(xué)生的注意力，還能培養(yǎng)學(xué)生具有熱愛專業(yè)、專心科研的精神，起到強化教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的作用。

二、以科研器件和材料觸發(fā)多感官學(xué)習(xí)

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(xué)中，如果教師能對學(xué)生的感官進行適當(dāng)?shù)拇碳ぃ瑒t能有效調(diào)動學(xué)生的聽覺、觸覺、視覺等感官的學(xué)習(xí)能力，有助于學(xué)生的多感官綜合學(xué)習(xí)，從而能全方位提升和促進學(xué)生記憶力、理解力、專注力和思考力等學(xué)習(xí)能力，能提高學(xué)習(xí)質(zhì)量和學(xué)習(xí)效率，讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的輕松和快樂。因此，實物展示和過程體驗是重要的學(xué)習(xí)手段，對于理解、分析、探究都十分重要[4]。對于電氣工程專業(yè)來說，將科研電氣材料和科研電氣元器件展示給學(xué)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?qū)W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(dǎo)熱硅膠等實物。教學(xué)實踐證明，讓學(xué)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(guān)器件的功率和散熱之間的關(guān)系,不僅強化學(xué)生認知,還能幫助學(xué)生加深記憶和理解、促進思考、提高學(xué)習(xí)效率。

三、科研項目作為主題講座，開拓創(chuàng)新意識

通常企業(yè)技術(shù)開發(fā)、項目開發(fā)是利用已有成熟的技術(shù)和知識、或者從外部引進技術(shù)和知識，為生產(chǎn)新產(chǎn)品、新設(shè)備、新裝置而建立新的工藝和系統(tǒng)?？蒲许椖刻貏e是縱向基金項目不同于技術(shù)開發(fā)，而是一種具有探索性、前瞻性、創(chuàng)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(biāo)一致，更是一種教學(xué)思維方式的變革和創(chuàng)新?？蒲许椖渴情_展科學(xué)技術(shù)研究的一系列獨特的、復(fù)雜的并相互關(guān)聯(lián)的活動。一個科研項目從選題到結(jié)題要經(jīng)歷文獻查閱、課題確定、項目開展、理論分析、實驗驗證、數(shù)據(jù)整理和分析、成果發(fā)表和總結(jié)等一系列過程[5]。這些活動有著一個明確的研究目標(biāo)和預(yù)期成果，必須在一定的時間周期內(nèi)按照科研項目進度，依據(jù)研究內(nèi)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(xié)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(xué)中，可以開拓和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

在課堂教學(xué)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(shù)”以及“高效率無線電能傳輸技術(shù)”等作為電氣新技術(shù)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(chuàng)新內(nèi)容時，筆者先以“創(chuàng)新來源于細節(jié)發(fā)現(xiàn)”作為引語。然后講解在對兩線圈建模和理論分析中發(fā)現(xiàn)，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(fā)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(jié)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(fā)表了幾篇論文。在論證“創(chuàng)新來源于反復(fù)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(fā)現(xiàn)，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(jīng)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(jīng)過反復(fù)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(xué)實踐證明,將親身經(jīng)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(yǎng)學(xué)生勤于思考、激發(fā)探索新知的意識，同時有助于解決工程應(yīng)用的難題、增強學(xué)生的團隊意識。

四、科研設(shè)備和實驗平臺服務(wù)教學(xué)

實踐是人類認識世界的基礎(chǔ)，而實驗是教學(xué)的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力的重要手段。教科書的實驗教學(xué)已經(jīng)不能滿足電氣新技術(shù)發(fā)展的需要，更會限制創(chuàng)新人才培養(yǎng)的質(zhì)量[5]。以科研目的建設(shè)的科研設(shè)備和實驗平臺用于教學(xué)是一種創(chuàng)新模式的嘗試。其實踐內(nèi)容具有科學(xué)性、創(chuàng)新性和先進性，符合電氣新技術(shù)發(fā)展的特點，能夠提升學(xué)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(lǐng)學(xué)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(shè)備和儀器、講解了平臺工作原理。學(xué)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(xué)習(xí)的機會。有學(xué)生私下里找老師希望能參與科研活動。

教學(xué)實踐證明,采用具有創(chuàng)新技術(shù)的實驗教學(xué)既能培養(yǎng)學(xué)生勤于思考、敢于探索新知的精神，也能培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和分析問題的能力、增強協(xié)作意識和獻身科學(xué)研究的意識。

五、科研成果轉(zhuǎn)化教學(xué)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(fā)展，這也與教育部提出新工科的目標(biāo)相悖?？蒲谐晒麘?yīng)用于教學(xué)可以將實際問題搬上講臺，不僅能引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識解決實際問題，還能培養(yǎng)學(xué)生增強科研興趣，激發(fā)課內(nèi)學(xué)習(xí)和課外探索興趣，拓展科學(xué)視野等。

因此，筆者結(jié)合自身科研工作，歸納和總結(jié)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(xué)術(shù)會議、課題小組科研討論、團隊課外活動等內(nèi)容，編入教學(xué)大綱以及電氣課程建設(shè)和教改建設(shè)中。將科研成果轉(zhuǎn)化為畢業(yè)論文、課程設(shè)計、學(xué)術(shù)講座、科技創(chuàng)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(shù)”取得的科研成果轉(zhuǎn)化為畢業(yè)設(shè)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(shè)計以及空間結(jié)構(gòu)對效率和功率的影響；(3)無線電能傳輸系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)；(4)無線電能傳輸系統(tǒng)的控制器設(shè)計。通過細化和分解科研成果，讓四個學(xué)生完成不同側(cè)重點但又相互關(guān)聯(lián)的論文。學(xué)生不僅能和教師討論論文的著重點，又可以和同學(xué)討論論文的相關(guān)聯(lián)部分。具體實施時，筆者將已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文作為文獻發(fā)給學(xué)生參考；又將正在研究此課題的研究生推薦給學(xué)生，幫助學(xué)生盡快進入課程。

在電氣新技術(shù)課程的實踐教學(xué)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(dǎo)的照片，展現(xiàn)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(shù)據(jù)，展現(xiàn)研究人員對科研一絲不茍的場景。在參加學(xué)術(shù)會議的照片展示中，不僅展示了與學(xué)術(shù)大牛和業(yè)內(nèi)專家學(xué)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(xué)術(shù)會議交流的重要性，展現(xiàn)了科研的輕松性，也增強了學(xué)生從事科研工作的興趣。

六、結(jié)語

科研是新知識的來源，是教學(xué)質(zhì)量的潤滑劑和推進器。將科研引入教學(xué)的集成教學(xué)模式帶來了教學(xué)方式、手段、內(nèi)容以及思維方式的全方位變革，是解決目前教學(xué)手段單調(diào)、學(xué)生整體學(xué)術(shù)氛圍欠佳、專業(yè)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(xué)科知識，而且能有效地變革教學(xué)，找到教學(xué)的信心和動力，提升教學(xué)水平。學(xué)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(xué)習(xí)興趣、提高創(chuàng)新能力、塑造獨立思考能力的品質(zhì)。這種集成教學(xué)模式能夠明顯提高教師的授課水平、豐富教學(xué)手段;學(xué)生也能更好地掌握電氣工程專業(yè)涌現(xiàn)的新知識和新概念，增強學(xué)習(xí)興趣，意識到專業(yè)知識學(xué)習(xí)的重要性。