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摘 要 采用应用背景和PBL教学法完成功率因数提高教学设计，探索启发式、参与式教学。教学设计以实验室设备更新建设中遇到的问题为切入点，引出本节课主要内容——功率因数提高；围绕功率因数提高，分解为四个逐步深入的小问题，引导学生主动思考、探究、讨论、总结，找出解决问题的方法。教学实践证明，教学设计提高了课堂吸引力，增强了学生的学习热情和课堂参与度。
关键词 参与式教学；功率因数提高；PBL教学法；工程应用；教学设计
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：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
随着科技发展，对电力的需求不断增加。但是能源紧缺，如何使用电更加高效节能，是全社会关注的一个焦点问题。培养学生掌握提高电能利用率的方法，建立节能意识，具有重要意义。提高功率因数是提高电能利用率的一种重要途径。作为电工与电子技术课程的一节内容，功率因数提高教学中存在如下难题：
1）课程内容介绍中只有笼统的大背景，与具体工程及专业应用的结合度不够紧密，学生学完内容后不知可以用在哪些地方；
2）如何提高教学过程的趣味性，变填鸭式教学为启发式、讨论式、参与式教学[1]，是课程教学设计考虑的重点。
以问题为导向的教学方法（Problem-based Learning，PBL）[2-3]是将学习与问题挂钩，使学习者投入于问题中；它强调把学习设置到有意义的问题情境中，通过学习者的自主探究和合作來解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。
本次课程设计将应用背景和PBL教学法结合，以实验室设备更新建设中遇到的问题为切入点，引出本节课主要内容——功率因数提高，让学生从熟悉的场景进入主题，带着应用问题探究学习内容。围绕功率因数提高，理出一个学习的主线：从功率因数提高的意义、造成功率因数低的原因、提高功率因数方法、所用元件的参数四个方面，层层剥茧式逐步探索，完成课堂内容的学习，同时解决实验室的应用问题。用实验结果分析并辅助相量图说明应用中需要注意的过补偿问题，也为后面学生进入实验室做实验时理解实验过程和测试数据做好铺垫。
整个教学过程环环相扣，以问题为主线，启发学生思考，主动寻找答案，使学习变为有趣的探索，问题的解决让学生充满成就感。
2 功率因数提高教学设计
教学目标
1）知识目标：理解功率因数提高的实际意义，掌握功率因数提高的基本理论知识、基本分析方法和参数计算。
2）能力目标：培养学生应用基本理论知识分析问题和解决工程实践问题的能力。
教学方法 与工程应用相结合的问题教学法，教师引导、学生思考，开展启发讨论式教学。由工程应用场景引入所学内容，引导学生思考，层层剥茧式地和学生一起探寻，逐步解决问题。
教学内容 将主要教学内容分解为四个问题：提高功率因数的意义；造成电网电源功率因数低的原因；提高功率因数的方法；提高功率因数所用元件的参数如何确定。 教学设计
1）问题引入。动画制作：
随着社会和科技发展，实验室设备更新，买入新设备，增加了负载，从数值上看实验室电源的容量够用，但是接入新设备后过载了，是什么原因呢？功率因数太低，有功功率少。如果可以提高功率因数，问题就解决了。
对应课件图片见图1，一方面，熟悉的场景引起学生共鸣，对即将学习的新知识产生期待；另一方面引导学生发现学习与生活、科技，所学新知识与熟悉的事物之间的联系，帮助学生理解所学知识可以解决什么样的实际问题。
2）简短回顾。回顾功率因数和功率因数角的概念，以及与三个交流电路功率的联系，为理解本节课内容做铺垫。
3）本节课知识框架。将本节课内容按逻辑分析的思路分解为四个待研究问题（见上文），帮助学生建立本节课的知识框架，理出一个思考的主线。
4）逐步分析解决框架中的四个问题。
①从用电环节、发电和输配电环节两个方面，引导学生理解提高功率因数对于国民经济发展的重要意义。
②点出感性负载和容性负载工作时都会造成电网功率因数低，但是分析常用负载，大部分呈感性，所以感性负载是造成电网功率因数低的主要原因。
③详解提高功率因数的方法。这部分是学生理解的难点，也是学习的重点。针对感性负载，由提高功率因数的原则，结合瞬时功率波形图动画，使学生清楚直观地理解感性负载在每一瞬间的功率分配，以及感性电路中无功部分的能量交换过程，分析得到解决问题的关键——减少感性负载与电源的无功能量交换。什么元件能分担电感所需的无功呢？引导学生思考相关知识，利用旧知识解决新问题，得到解决思路——加入电容。电容该如何连接到电路中？要保证感性负载的额定电压不变——并联电容。对比电容和电感的瞬时功率波形，形象展示电路的无功能量交换过程，使学生直观理解为什么增加元件后，整个电路给相同的感性负载供电，电源提供的总能量反而减少了。对应课件图片见图2。画出电路相量图，结合相量图分析并联电容后电路中各个量的变化，加深学生对提高功率因数相关知识的理解。
④参数确定。结合相量图动画，分析电路中三个电流的大小关系，列出方程式，推导整理，得到所需电容C的表达式。对应课件图片见图3。
5）相关知识拓展。
①过补偿问题。用动画展现实验结果分析，并辅助相量图说明应用中需要注意的过补偿问题，也为后面学生进入实验室做实验时理解实验过程和测试数据做好铺垫。对应课件图片见图4。
②居民用电和工业企业用电的一般补偿方式。
教学总结 回顾整节课内容，帮助学生理清整节课学习的思路，强调提高功率因数的重要性和解决问题的方法，培养学生的社会责任感和节能意识。
实践安排 安排学生去电工实验室，自己动手搭建电路对感性负载提高功率因数，改变参数值，测量电路中的电压、电流和功率，分析各个量的变化规律。
教学反思
1）为什么要提高功率因数？为什么采用并联电容的方法？并联电容可以提高功率因数的本质是什么？如何使学生建立所学知识和实际应用的联系？这些问题该如何更好地引导学生理解？平铺直叙的讲解容易显得枯燥乏味，缺乏吸引力。这次课程的设计以教师—学生双主体形式，一起分析探索、层层深入，逐步解决问题。理出一个研究的主线，启发引导学生循着思路，利用以往所学知识，通过分析、思考、发现、应用，解决实际问题，真正做到理解掌握。每一部分内容的理解、问题的解决都是学生经过思考、讨论解决的，而不是教师直接给予的东西，有利于对学习活动本身产生兴趣。
2）在课上以问题教学法、學生探索为主，激发学生积极的学习态度，增强知识探索的信心，体验学以致用的快乐。
3 结语
本次教学设计将应用背景和PBL教学法结合，以实验室设备更新建设中遇到的问题为切入点，引出本节课主要内容——功率因数提高。把学习设置到有意义的问题情境中，围绕功率因数提高，分解为四个逐步深入的小问题，让学生带着应用问题探究学习内容。教师在课堂的角色是引导和组织者，学生成为学习的主体，主动思考、探究、讨论、总结，找出解决问题的方法。教学实践证明，本文的教学设计提升了课堂吸引力和教学质量，大大增强了学生的学习主动性和课堂参与度。
参考文献
[1]国务院办公厅印发《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》[EB/OL].[2015-05-13].http：//www.gov.cn/
xinwen/2015-05/13/content_2861327.htm.
[2]Torp L，Sage S.基于问题的学习：让学习变得轻松而有趣[M].刘孝群，李小平，译.北京：中国轻工业出版社，
2004.
[3]朱智，张雄飞，周克勇，等.PBL教学模式应用在我国教育教学中的思考[J].黑龙江畜牧兽医，2014（11）：199-201.
关键词 参与式教学；功率因数提高；PBL教学法；工程应用；教学设计
中图分类号：G642 文献标识码：B
文章编号：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
随着科技发展，对电力的需求不断增加。但是能源紧缺，如何使用电更加高效节能，是全社会关注的一个焦点问题。培养学生掌握提高电能利用率的方法，建立节能意识，具有重要意义。提高功率因数是提高电能利用率的一种重要途径。作为电工与电子技术课程的一节内容，功率因数提高教学中存在如下难题：
1）课程内容介绍中只有笼统的大背景，与具体工程及专业应用的结合度不够紧密，学生学完内容后不知可以用在哪些地方；
2）如何提高教学过程的趣味性，变填鸭式教学为启发式、讨论式、参与式教学[1]，是课程教学设计考虑的重点。
以问题为导向的教学方法（Problem-based Learning，PBL）[2-3]是将学习与问题挂钩，使学习者投入于问题中；它强调把学习设置到有意义的问题情境中，通过学习者的自主探究和合作來解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。
本次课程设计将应用背景和PBL教学法结合，以实验室设备更新建设中遇到的问题为切入点，引出本节课主要内容——功率因数提高，让学生从熟悉的场景进入主题，带着应用问题探究学习内容。围绕功率因数提高，理出一个学习的主线：从功率因数提高的意义、造成功率因数低的原因、提高功率因数方法、所用元件的参数四个方面，层层剥茧式逐步探索，完成课堂内容的学习，同时解决实验室的应用问题。用实验结果分析并辅助相量图说明应用中需要注意的过补偿问题，也为后面学生进入实验室做实验时理解实验过程和测试数据做好铺垫。
整个教学过程环环相扣，以问题为主线，启发学生思考，主动寻找答案，使学习变为有趣的探索，问题的解决让学生充满成就感。
2 功率因数提高教学设计
教学目标
1）知识目标：理解功率因数提高的实际意义，掌握功率因数提高的基本理论知识、基本分析方法和参数计算。
2）能力目标：培养学生应用基本理论知识分析问题和解决工程实践问题的能力。
教学方法 与工程应用相结合的问题教学法，教师引导、学生思考，开展启发讨论式教学。由工程应用场景引入所学内容，引导学生思考，层层剥茧式地和学生一起探寻，逐步解决问题。
教学内容 将主要教学内容分解为四个问题：提高功率因数的意义；造成电网电源功率因数低的原因；提高功率因数的方法；提高功率因数所用元件的参数如何确定。 教学设计
1）问题引入。动画制作：
随着社会和科技发展，实验室设备更新，买入新设备，增加了负载，从数值上看实验室电源的容量够用，但是接入新设备后过载了，是什么原因呢？功率因数太低，有功功率少。如果可以提高功率因数，问题就解决了。
对应课件图片见图1，一方面，熟悉的场景引起学生共鸣，对即将学习的新知识产生期待；另一方面引导学生发现学习与生活、科技，所学新知识与熟悉的事物之间的联系，帮助学生理解所学知识可以解决什么样的实际问题。
2）简短回顾。回顾功率因数和功率因数角的概念，以及与三个交流电路功率的联系，为理解本节课内容做铺垫。
3）本节课知识框架。将本节课内容按逻辑分析的思路分解为四个待研究问题（见上文），帮助学生建立本节课的知识框架，理出一个思考的主线。
4）逐步分析解决框架中的四个问题。
①从用电环节、发电和输配电环节两个方面，引导学生理解提高功率因数对于国民经济发展的重要意义。
②点出感性负载和容性负载工作时都会造成电网功率因数低，但是分析常用负载，大部分呈感性，所以感性负载是造成电网功率因数低的主要原因。
③详解提高功率因数的方法。这部分是学生理解的难点，也是学习的重点。针对感性负载，由提高功率因数的原则，结合瞬时功率波形图动画，使学生清楚直观地理解感性负载在每一瞬间的功率分配，以及感性电路中无功部分的能量交换过程，分析得到解决问题的关键——减少感性负载与电源的无功能量交换。什么元件能分担电感所需的无功呢？引导学生思考相关知识，利用旧知识解决新问题，得到解决思路——加入电容。电容该如何连接到电路中？要保证感性负载的额定电压不变——并联电容。对比电容和电感的瞬时功率波形，形象展示电路的无功能量交换过程，使学生直观理解为什么增加元件后，整个电路给相同的感性负载供电，电源提供的总能量反而减少了。对应课件图片见图2。画出电路相量图，结合相量图分析并联电容后电路中各个量的变化，加深学生对提高功率因数相关知识的理解。
④参数确定。结合相量图动画，分析电路中三个电流的大小关系，列出方程式，推导整理，得到所需电容C的表达式。对应课件图片见图3。
5）相关知识拓展。
①过补偿问题。用动画展现实验结果分析，并辅助相量图说明应用中需要注意的过补偿问题，也为后面学生进入实验室做实验时理解实验过程和测试数据做好铺垫。对应课件图片见图4。
②居民用电和工业企业用电的一般补偿方式。
教学总结 回顾整节课内容，帮助学生理清整节课学习的思路，强调提高功率因数的重要性和解决问题的方法，培养学生的社会责任感和节能意识。
实践安排 安排学生去电工实验室，自己动手搭建电路对感性负载提高功率因数，改变参数值，测量电路中的电压、电流和功率，分析各个量的变化规律。
教学反思
1）为什么要提高功率因数？为什么采用并联电容的方法？并联电容可以提高功率因数的本质是什么？如何使学生建立所学知识和实际应用的联系？这些问题该如何更好地引导学生理解？平铺直叙的讲解容易显得枯燥乏味，缺乏吸引力。这次课程的设计以教师—学生双主体形式，一起分析探索、层层深入，逐步解决问题。理出一个研究的主线，启发引导学生循着思路，利用以往所学知识，通过分析、思考、发现、应用，解决实际问题，真正做到理解掌握。每一部分内容的理解、问题的解决都是学生经过思考、讨论解决的，而不是教师直接给予的东西，有利于对学习活动本身产生兴趣。
2）在课上以问题教学法、學生探索为主，激发学生积极的学习态度，增强知识探索的信心，体验学以致用的快乐。
3 结语
本次教学设计将应用背景和PBL教学法结合，以实验室设备更新建设中遇到的问题为切入点，引出本节课主要内容——功率因数提高。把学习设置到有意义的问题情境中，围绕功率因数提高，分解为四个逐步深入的小问题，让学生带着应用问题探究学习内容。教师在课堂的角色是引导和组织者，学生成为学习的主体，主动思考、探究、讨论、总结，找出解决问题的方法。教学实践证明，本文的教学设计提升了课堂吸引力和教学质量，大大增强了学生的学习主动性和课堂参与度。
参考文献
[1]国务院办公厅印发《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》[EB/OL].[2015-05-13].http：//www.gov.cn/
xinwen/2015-05/13/content_2861327.htm.
[2]Torp L，Sage S.基于问题的学习：让学习变得轻松而有趣[M].刘孝群，李小平，译.北京：中国轻工业出版社，
2004.
[3]朱智，张雄飞，周克勇，等.PBL教学模式应用在我国教育教学中的思考[J].黑龙江畜牧兽医，2014（11）：199-201.