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疫情背景下《电力电子技术》实验环节线上教学探索


电力电子技术》是电气工程及其自动化专业的专业必修课,横跨电力、电子和控制等领域,课程内容兼具理论性和实用性。受新冠肺炎疫情影响,2020年初,线上教学在我国高校全面铺开,且形成“常态化”。2019-2020学年第二学期整个学期采取了线上教学的方式,不仅理论课采取线上教学的方式进行,实验课程也只能借助计算机与网络将原本实验室之中完成的实验操作迁移到线上,如何达到原定的教与学的效果,这无疑对教师与学生双方都提出了挑战。


实验环节从线下教学转变为线上教学,整个教学过程也随之产生了变化和调整,主要体现在对课中和课后环节进行了调整,同样先是教师讲授和演示,而学生的上机实践往往与教师演示同步进行,由于实验结果可通过计算机很方便地进行截图与记录,因此要求学生课中或当天之内必须完成实验报告,强调了实时性,利用网络及时上传实验报告也能够使得教师可以根据学生完成情况给予及时的反馈。

教学方式发生转变的同时,也带来了一些益处与弊端。以往的实验在实验室依托实验台进行,由于实验室设备数目有限,通常需要学生分组合作完成,这种情况下有部分学生容易出现注意力不集中、依赖同伴等情况,导致实验参与度下降,且由往年《电力电子技术》实验的教学经历来看,实验过程中由于学生操作不当引起的器件及实验台损坏情况时有发生,给实验台的维修维护造成了不小的工作量。

通过软件进行电路建模具有接线清晰、对应关系直观的特点,同时更易调节实验参数、观察各种实验现象与测量数据,无需担心实验设备的损坏问题。此外不再受限于实验室设备资源,每名学生都有充分时间深入掌握实验全过程的操作,不会由于设备性能欠佳导致实验效果不理想。且实验内容得以扩展与延伸,有些实验内容在实验室内完成可能条件不足或者实验过程中容易引起设备损坏的,也得以利用仿真顺利开展。

但仿真实验也存在一定问题,例如学生没有接触电力电子器件、装置的实物仍会与实际有所脱离,这需要教师通过其他手段帮助学生了解相关内容。

期末阶段通过问卷形式收集了学生的反馈意见,问卷题目的设置上主要围绕学生的学习情况和体验进行调研,以掌握基本情况,问卷要求学生根据自身情况客观填写,有一定参考价值。

针对实验环节学生参与情况,列出三种选项,对应实验环节学生参与的三种层次:(1)学生仅能够完成每次课安排的基本实验内容;(2)学生会进一步认真地去思考教师留下的思考题;(3)学生除完成实验内容之外还能够利用仿真进行一些探索。问卷反馈结果如图1所示。

1学生参与情况反馈结果

约三成学生仅能达到第一层次,即根据教师要求完成指定的实验内容,一般此类学生多是抱着完成任务的心态;而约五成学生能达到第二层次,能对教师提出的思考题进行较为认真的思考,与理论课的知识相联系,注重实验报告的完成质量;最后有将近两成的学生可达到第三层次,能够利用仿真软件调节参数、调整电路从而验证自己的一些想法,已具备一定的研究精神。

为掌握实验环节采取线上教学方式后学生的学习效果,问卷中也让学生针对本学期线上教学以及以往其他专业课的实验室线下教学的体验进行对比,问卷反馈结果如图2所示。


2学生学习体验反馈结果

可以看到,32.79%的学生认为线下动手实践收获较大,其余学生认为效果基本相同甚至线上仿真实验收获更大。究其原因主要在于仿真实验提供了更为灵活宽松的实验环境,在实验的自由度上有所提升,学生可以自行调节参数进行仿真,更便捷准确地观测实验结果,且不受实验设备及仪器性能的制约。

总体而言,从实验室线下动手操作转变为线上仿真实验,既有优势也有弊端,通过教师科学合理的设计能够使得教学效果得以保证。从学生反馈结果来看,对实验环节的教学效果基本满意。此外,仿真实验的学习不仅是停留于实验内容上,更重要的一点是强化了学生的一项技能,仿真技术的掌握为学生提供了一种便捷的检验所学知识和探索自己想法的工具,能够实现课堂的进一步延伸。