［摘 要］文章圍繞新工科背景下的一流課程建設(shè)，分析電力電子技術(shù)課程的教學(xué)現(xiàn)狀及問題、改革的理念和思路、改革的方案與路徑，以及通過建知識樹、知識圖譜、思維導(dǎo)圖，制定考核方式與成績評定量規(guī)，建設(shè)具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度的電力電子技術(shù)國家級一流本科課程的成功經(jīng)驗，助力推進“中國制造2025”進程。

［關(guān)鍵詞］電力電子技術(shù)；一流課程；高階性；創(chuàng)新性；挑戰(zhàn)度

［中圖分類號］G642.3 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）22-0028-06

站在中華民族偉大復(fù)興戰(zhàn)略全局和世界百年未有之大變局的戰(zhàn)略交叉口，教育部提出“兩性一度”的金課標準，即高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，目的是淘汰“水課”，培養(yǎng)具有獨立思考能力、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維，敢于質(zhì)疑的人才，以滿足社會發(fā)展需要。

“中國制造2025”和“工業(yè)4.0”需要工科院校培養(yǎng)出多元化、創(chuàng)新型的卓越工程人才。而傳統(tǒng)教學(xué)模式存在很多痛點問題，如以教師講授為主，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)的地位；課堂活力不夠，教學(xué)過程培養(yǎng)學(xué)生能力不足；百人課堂難以互動，課程教學(xué)評價方式單一；等等。為此，須從以教師為中心轉(zhuǎn)向以學(xué)生為中心的探究性學(xué)習(xí)。國內(nèi)外多所知名高校的教學(xué)改革實踐證明，混合式創(chuàng)新模式教學(xué)可滿足培養(yǎng)具備高階思維能力的人才的需求，是適合高階學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。

一、教學(xué)現(xiàn)狀及問題

電力電子技術(shù)課程旨在使學(xué)生了解電力電子技術(shù)的發(fā)展歷史、行業(yè)現(xiàn)狀和應(yīng)用領(lǐng)域，熟悉各種電力電子器件的特點及使用方法；了解與電力系統(tǒng)相關(guān)的技術(shù)標準、知識產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策、法律規(guī)范要求和工業(yè)生產(chǎn)標準；熟悉半導(dǎo)體器件的性能，包括耐壓、通流、出廠成本等基本指標；能夠獨立完成Buck、Boost、反激等基本電力電子變換器的實驗，對電力電子電路進行定性分析、定量計算，能夠選用或搭建實驗裝置，采用科學(xué)的實驗方法，安全地開展實驗；能夠根據(jù)工程實際的需要，對四種變流主電路進行設(shè)計，給出設(shè)計方案，并進行器件選型、參數(shù)計算、控制方案確定以及諧波分析等工作；能夠?qū)⒐こ袒A(chǔ)和專業(yè)知識用于電力系統(tǒng)工程問題的分析和優(yōu)化；能夠根據(jù)用戶需求確定設(shè)計目標。

目前，該課程任課教師通常以教科書的目錄結(jié)構(gòu)為藍本提煉出知識結(jié)構(gòu)體系和知識點，在課程中逐一講授并輔以實驗教學(xué)。這種教學(xué)模式在實際操作中存在如下幾個問題。

第一，教學(xué)安排上出現(xiàn)了內(nèi)容多、課時少的問題。電力電子技術(shù)課程面向電氣工程及其自動化、自動化工程、建筑電氣工程等專業(yè)，內(nèi)容十分豐富，而課程總學(xué)時為40學(xué)時，其中實驗8學(xué)時。該課程全面具體地介紹電力電子器件和電力電子變流技術(shù)，時間安排上非常緊湊。

第二，部分教師在課堂上全程講授、“滿堂灌”，讓學(xué)生全程聽講，知識單向傳輸，學(xué)生被動接受知識，導(dǎo)致課堂沉默、活力不足。

第三，課程教材內(nèi)容和實驗內(nèi)容陳舊，實驗手段落后，導(dǎo)致授課質(zhì)量難以提高，課程顯露出低階性。

第四，教學(xué)過程培養(yǎng)學(xué)生能力不足。工程教育專業(yè)認證考查的是能力產(chǎn)出，而只通過理論知識講授是難以讓學(xué)生達到能力目標的，特別是工科專業(yè)的應(yīng)用性課程，必須讓學(xué)生有所實踐。實驗和第二課堂作為理論教學(xué)的良好補充，是培養(yǎng)學(xué)生工程應(yīng)用能力的重要途徑，但是當(dāng)前的實驗課程內(nèi)容多是驗證性實驗，難以激發(fā)學(xué)生興趣，更難以培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新思維。對于實際應(yīng)用中的具體變流電路，學(xué)生很難獨立進行建模和檢驗。這就導(dǎo)致學(xué)生難以有效將理論與實際相結(jié)合。

第五，考核方式較為單一。傳統(tǒng)課程考核方式主要是“試卷+實驗+平時”，在學(xué)生能力培養(yǎng)和科學(xué)化考核方面存在不足。“平時”包括出勤和作業(yè)，作業(yè)方面存在部分學(xué)生相互抄襲的現(xiàn)象，因此該考核方式不能反映學(xué)生學(xué)習(xí)過程的真實情況。實驗存在準備不充分、分析不到位、同組學(xué)生互相依賴的情況。部分學(xué)生平時學(xué)習(xí)熱情不高，缺乏學(xué)習(xí)積極性，而期末考試“一考定結(jié)果”的考核方式很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和熱情。

綜上所述，雖然電力電子技術(shù)課程采用了一定的現(xiàn)代化教學(xué)方法和手段，但教學(xué)成果與專業(yè)培養(yǎng)目標和課程目標還有距離。為響應(yīng)教育部“新工科”研究實踐要求，改革現(xiàn)有的電力電子技術(shù)課程教學(xué)模式、建設(shè)一流課程是一項緊迫且有意義的任務(wù)。

二、改革理念和思路

要解決電力電子技術(shù)課程目前存在的問題，需對課程內(nèi)容進行重構(gòu)優(yōu)化。聚焦“雙碳”國家戰(zhàn)略，加大可再生能源發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)比重，體現(xiàn)思政性、前沿性、時代性。基于能力培養(yǎng)的教學(xué)模式改革，要著力于改變教學(xué)理念、加強學(xué)生實踐能力培養(yǎng)、注重過程培養(yǎng)以及過程質(zhì)量控制，以充分調(diào)動教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)兩方面的積極性，著眼于增強學(xué)生自主探索的主動性，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)學(xué)科獨特的魅力以提高學(xué)習(xí)的積極性，提高教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生真正從一門課程的學(xué)習(xí)中獲益，更重要的是讓學(xué)生能夠以一門課程為出發(fā)點構(gòu)建學(xué)科知識樹。

（一）改變教學(xué)理念

將灌輸式的、以理論為中心的教學(xué)方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙越處煘橹鲗?dǎo)、學(xué)生為主體”的啟發(fā)式、研討式、互動式以及案例式的教學(xué)方式，使得講授與討論相結(jié)合，引領(lǐng)學(xué)生領(lǐng)略電力電子學(xué)科的魅力，提升學(xué)生自主探究的主動性，增強學(xué)生的試驗工程技能以及團隊合作能力。

擬采用的方法有：擴充課程內(nèi)容，增加與前續(xù)課程知識點的銜接內(nèi)容，采用“線上課前導(dǎo)學(xué)—線下課中研學(xué)—線上課后促學(xué)”三位一體的教學(xué)體系，構(gòu)建“線上有資源、線下有活動、課前有任務(wù)、課中有項目、課后有實踐、師生有協(xié)作、平臺有監(jiān)測、過程有評價”的教學(xué)組織模式，用翻轉(zhuǎn)課堂、在線課程、啟發(fā)、案例、討論等教學(xué)手段， 實現(xiàn)過程跟蹤控制。

（二）加強對學(xué)生實踐能力和綜合能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識鏈，完成課程思維導(dǎo)圖

借助學(xué)生熟悉的交流平臺和多媒體平臺，引導(dǎo)學(xué)生就某一個知識點逐步展開，循序漸進地尋找知識點之間的關(guān)聯(lián)，逐步建立知識鏈，逐步培養(yǎng)學(xué)生對電力電子變流電路的分析設(shè)計和應(yīng)用能力。

（三）注重過程培養(yǎng)，加強過程質(zhì)量控制

通過典型任務(wù)驅(qū)動，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。項目驅(qū)動教學(xué)模式的執(zhí)行更注重教師和學(xué)生的配合。在準備課程項目時，教師需要將基礎(chǔ)理論知識融入其中，引導(dǎo)學(xué)生在做項目的過程中，根據(jù)項目實施要求，主動學(xué)習(xí)和鍛煉完成項目的必備技能，從而進一步提高學(xué)生的動手能力。教師應(yīng)以項目為依托，加強與學(xué)生針對工程上的問題的探討，避免學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的過程中覺得知識抽象、枯燥無味，使學(xué)生能夠產(chǎn)生并保持學(xué)習(xí)的熱情。不同于傳統(tǒng)教學(xué)方法，項目驅(qū)動的教學(xué)方法更加貼近實際，通過引導(dǎo)學(xué)生解決工程中可能會碰到的問題，讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握理論知識。

三、改革方案與路徑

隨著時代的發(fā)展，高等教育人才培養(yǎng)迎來一場“質(zhì)量革命”。課程思政、突出學(xué)生中心、注重能力培養(yǎng)、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進，提升課程的“兩性一度”，成為未來工程教育培養(yǎng)人才的必然要求。筆者所在電力電子技術(shù)課程教學(xué)團隊重構(gòu)課程內(nèi)容，改變教學(xué)理念和教學(xué)模式，致力于建設(shè)混合式一流本科課程。

（一）教學(xué)方法改革

更新教學(xué)模式：采用PBL（問題驅(qū)動教學(xué)法）、SPL（層次遞進教學(xué)法）相結(jié)合的教學(xué)模式，采用基于翻轉(zhuǎn)課堂、發(fā)散式話題課堂、案例探究的線上線下混合式教學(xué)方法。

按類劃分模塊：圍繞四種變流電路展開，將內(nèi)容連成知識網(wǎng)絡(luò)進行教學(xué)。

把握各教學(xué)環(huán)節(jié)：線上教學(xué)以知識點細講為主，拓展學(xué)習(xí)的“廣度”。線下教學(xué)采用啟發(fā)、提問、討論、講評等方式，將智慧課堂與信息技術(shù)深度融合，加強互動，拓展學(xué)習(xí)的“深度”。通過項目設(shè)計、仿真案例分析等教學(xué)活動，理論結(jié)合實踐，培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力，結(jié)合多種大學(xué)生學(xué)科競賽，提高課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

（二）混合式教學(xué)設(shè)計

課程教學(xué)團隊根據(jù)學(xué)校的辦學(xué)要求以及立德樹人的辦學(xué)宗旨，對課程內(nèi)容進行重構(gòu)優(yōu)化，聚焦“雙碳”國家戰(zhàn)略，加大可再生能源發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)比重，體現(xiàn)思政性、前沿性、時代性。課堂共32學(xué)時：線下24學(xué)時，突破重點難點，訓(xùn)練思維能力，完成能力目標；線上8學(xué)時，完成知識目標。線上教學(xué)與線下教學(xué)優(yōu)勢互補，使得課堂更加靈活，學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識的渠道更加便捷。

課程教學(xué)團隊建設(shè)的電力電子技術(shù)在線開放課程2019年成為山東省高校聯(lián)盟跨校資源共享課，截至2024年2月，已在智慧樹平臺上運行10個學(xué)期，選課學(xué)生超1萬人，選課學(xué)校46所，公眾學(xué)習(xí)者所屬學(xué)校166所，可為在線學(xué)習(xí)考核提供保障。所有學(xué)生都可以通過互聯(lián)網(wǎng)展開在線自主學(xué)習(xí)，也可以通過在線課程的章測試、章討論來鞏固所學(xué)知識。

該課程2021年被評為山東省線上線下混合式一流課程，2022年被評為教育部在線教育“拓金計劃”示范課程，并在國家高等教育智慧教育平臺上線，2023年被評為智慧樹專業(yè)精品課程、山東省課程思政示范課程、國家級線上線下混合式一流課程。

（三）實施方案與路徑

電力電子技術(shù)課程教學(xué)模式改革方案路線圖如圖1所示，其具體實施過程如下：

1.構(gòu)建知識樹和知識圖譜

把電力電子技術(shù)內(nèi)容比作一棵樹，以核心內(nèi)容“變流技術(shù)”為樹根，“電力電子器件及其應(yīng)用、PWM控制技術(shù)”為樹的主干，以不同的應(yīng)用領(lǐng)域為樹枝，建成知識樹，使知識點展開，形成清晰的知識樹（如圖2所示），也可以相應(yīng)地形成知識圖譜（如圖3所示）。

2.遷移拓展

溫故知新，遷移拓展，知識升華。

3.項目討論案例教學(xué)

項目引領(lǐng)，競賽支撐。結(jié)合全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽、智能車大賽、機器人大賽等各種學(xué)科競賽，將反映學(xué)科新知識、新技術(shù)、內(nèi)容創(chuàng)新的新成果通過具體案例體現(xiàn)在教學(xué)中。

4.過程跟蹤控制

采用“線上課前導(dǎo)學(xué)—線下課中研學(xué)—線上課后促學(xué)”三位一體的教學(xué)體系，實現(xiàn)“線上有資源、線下有活動、課前有任務(wù)、課中有項目、課后有實踐、師生有協(xié)作、平臺有監(jiān)測、過程有評價”的教學(xué)組織模式，運用翻轉(zhuǎn)課堂、在線課程、啟發(fā)、案例、討論等教學(xué)手段，結(jié)合調(diào)查問卷實現(xiàn)過程跟蹤控制。

5.將課程思政建設(shè)明確寫入課程教學(xué)大綱中

緊密結(jié)合學(xué)習(xí)強國和國家新能源發(fā)展戰(zhàn)略，不斷提升教學(xué)質(zhì)量。不僅要豐富學(xué)生的知識儲備，更要讓學(xué)生了解工程倫理道德要求。 電力電子技術(shù)課程思政教學(xué)案例設(shè)計聚焦電氣工程及其自動化本科專業(yè)的教學(xué)實際和最新發(fā)展前沿，主動對接我國碳達峰、碳中和、電氣強國、人工智能等方面的重大戰(zhàn)略對電力電子與電氣傳動領(lǐng)域高質(zhì)量人才培養(yǎng)所提出的新要求，融入“對接戰(zhàn)略+前沿教學(xué)+拓撲技術(shù)創(chuàng)新+共性‘卡脖子’難題+課程思政”“五位一體”的教學(xué)模式。

6.持續(xù)改進

以學(xué)生為中心，通過直接反饋、間接反饋、問卷調(diào)查等各種反饋途徑，改進教學(xué)方法，提高線上線下混合式教學(xué)水平，并視反饋結(jié)果持續(xù)改進。

四、考核方式與成績評定

考核方式為過程考核，實行教考分離。過程考核與課程目標對應(yīng)，包括在線課程、線下作業(yè)、項目驅(qū)動設(shè)計、討論課、實驗課和期末考試。

課程成績評定包括過程性（50%）和總結(jié)性（50%）兩種評定方式。

過程性評定中，項目驅(qū)動設(shè)計占10%，實驗占10%，討論課占5%，平時占15%，在線學(xué)習(xí)占10%。

過程性評定和總結(jié)性評定均有量規(guī)。其中，項目驅(qū)動設(shè)計成績評定包括項目設(shè)計報告（40%）、電路設(shè)計（20%）、系統(tǒng)仿真運行（20%）、組內(nèi)互評（10%）、項目設(shè)計答辯（10%）。實驗成績評定標準為實驗過程占20%，實驗報告質(zhì)量占60%，實驗結(jié)果占20%。學(xué)生參與教師指導(dǎo)下的實驗平臺建設(shè)，實驗考核可加分，加分上限為10%。平時成績包括過程測試、線下作業(yè)和翻轉(zhuǎn)課堂成績，線下作業(yè)占比66.7%，過程測試和翻轉(zhuǎn)課堂成績占33.3%。

總結(jié)性評定有參考答案和評分標準，其中設(shè)計題答案不唯一，采用“非標答案”?？偨Y(jié)性評定視學(xué)情設(shè)置強制達標線。

通過問卷調(diào)查等實現(xiàn)教學(xué)反饋。教學(xué)團隊會視學(xué)情，調(diào)整考核比例系數(shù)，使之更加合理。

五、教學(xué)改革特色

教學(xué)資源豐富，線上課程建設(shè)完善。綜合利用在線教學(xué)資源、多媒體教學(xué)手段、仿真分析和雨課堂等，將信息技術(shù)與課堂教學(xué)深度融合，以立體化方式傳授知識，多方位考查學(xué)生對知識點的掌握，使課堂煥發(fā)生機與活力。

采用“‘課前導(dǎo)學(xué)—課中研學(xué)—課后促學(xué)’，使課程‘有用、有料、有趣、有效’”的三位一體、“四有”原則，解決“教與學(xué)不能合一”的問題。教學(xué)內(nèi)容多元化，具有專業(yè)性、時代性、實踐性、創(chuàng)新性、高階性、挑戰(zhàn)度和思政性。知識點體現(xiàn)出重點、難點、疑點和熱點。多種教學(xué)方法融合，體現(xiàn)互動性、先進性和知識重構(gòu)性。教學(xué)改革特色如下：

第一，從學(xué)生中心、產(chǎn)出導(dǎo)向出發(fā)，重構(gòu)課程知識點，促進學(xué)生高階思維能力的發(fā)展；將課程思政融入教學(xué)，加大可再生能源發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)比重，對接國家戰(zhàn)略。

第二，理論結(jié)合實踐，項目引領(lǐng)。在課程教學(xué)中采用了仿真、項目驅(qū)動、案例探究、PBL等教學(xué)方式，結(jié)合實驗教學(xué)和全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽等多種學(xué)科競賽，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和審辯思維、創(chuàng)新能力，突出課程的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。

第三，多元化過程考核。采用過程性和總結(jié)性評定方式以及“非標答案”，保證教學(xué)質(zhì)量；進行考核審查；教師指導(dǎo)學(xué)生參與電力電子技術(shù)新型實驗平臺建設(shè)，納入實驗考核。

六、結(jié)語

電力電子技術(shù)課程教學(xué)團隊通過電力電子技術(shù)國家級一流課程建設(shè)的探索與實踐，構(gòu)建了電力電子技術(shù)課程創(chuàng)新教學(xué)體系，拓展了現(xiàn)有教學(xué)方法和手段，創(chuàng)新了教學(xué)模式，進一步提高了電力電子技術(shù)課程的教學(xué)質(zhì)量，提高了教師教學(xué)水平，最重要的是，有效培養(yǎng)和提高了學(xué)生解決工程問題的能力。同時，電力電子技術(shù)一流課程的教學(xué)實踐也將對工科院校的同類課程教學(xué)起到示范作用，從而在一定程度上促進高等工程教育高質(zhì)量發(fā)展。

［ 參 考 文 獻 ］

[1] 王兆安，劉進軍.電力電子技術(shù)[M].5版.北京：機械工業(yè)出版社，2019.

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[3] 張民，丁新平，周曉燕，等.基于創(chuàng)新人才培養(yǎng)的電力電子技術(shù)教學(xué)內(nèi)容改革[J].課程教育研究，2016（21）：39-40.

[4] 張民，周曉燕. Multisim仿真在電力電子教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 無線互聯(lián)科技，2020，17（24）：170-171.

[5] 張民，田艷兵，陳曉維，等.新工科背景下人才的培養(yǎng)模式探討[J]. 科學(xué)咨詢（科技·管理），2021（5）：191-192.

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[7] 魯明麗，劉燕.基于卓越計劃的“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)改革探索[J]. 中國電力教育， 2014（2）：103-104.

［責(zé)任編輯：周侯辰］