項目思維與思政元素驅(qū)動下的“電力電子技術(shù)”教學(xué)改革

何震 曾平良 杭麗君

［摘 要］ “電力電子技術(shù)”課程的傳統(tǒng)教學(xué)模式存在無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、難以有效提高學(xué)生實踐創(chuàng)新能力、缺乏立德樹人落實機(jī)制等問題。通過提出的一種基于項目思維和思政元素的新型教學(xué)模式，將課程重點(diǎn)內(nèi)容拆解成不同的工程子項目，引導(dǎo)學(xué)生利用課余時間將所學(xué)的理論知識轉(zhuǎn)化為實際的工程實踐，提升學(xué)生自主思考、創(chuàng)新實踐的能力。同時，在教學(xué)中巧妙穿插思政案例，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷、工匠精神，落實立德樹人根本任務(wù)。

［關(guān)鍵詞］ 電力電子技術(shù)；教學(xué)改革；項目驅(qū)動式學(xué)習(xí)；課程思政

［基金項目］ 2022年度杭州電子科技大學(xué)高等教育教學(xué)改革研究項目“融合項目驅(qū)動式學(xué)習(xí)和思政元素的‘電力電子技術(shù)課程教學(xué)改革研究”（YBJG202267）

［作者簡介］ 何 震（1991—），男，浙江杭州人，博士，杭州電子科技大學(xué)自動化學(xué)院講師，主要從事基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電技術(shù)和新能源并網(wǎng)的主動支撐控制技術(shù)研究；曾平良（1962—），男，四川簡陽人，博士，杭州電子科技大學(xué)自動化學(xué)院教授（通信作者），主要從事電力系統(tǒng)分析與規(guī)劃和可再生能源并網(wǎng)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）14-0093-04［收稿日期］ 2022-10-21

電力電子技術(shù)是由電力學(xué)、電子學(xué)和控制理論三個學(xué)科交叉形成的，特點(diǎn)是弱電控制強(qiáng)電，通過電力電子器件構(gòu)成的電路實現(xiàn)對電能的變換、控制、分配和應(yīng)用［1］。電力電子技術(shù)可有效提高電能的質(zhì)量、可靠性、效率和功率密度。2020年9月，習(xí)近平主席在聯(lián)合國大會上承諾：“中國二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！保?］（簡稱“雙碳”目標(biāo)）這意味著在能源利用上，我國將更加強(qiáng)調(diào)清潔替代和電能替代，而電力電子技術(shù)也成為達(dá)成“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一。杭州電子科技大學(xué)“電力電子技術(shù)”是一門面向電氣工程和自動化專業(yè)大三學(xué)生的專業(yè)核心課程，其知識體系主要由功率器件、變流電路和控制技術(shù)三大模塊組成。該課程主要向?qū)W生教授電力電子相關(guān)的基礎(chǔ)知識，并培養(yǎng)學(xué)生分析與設(shè)計電力電子電路的實踐能力［3］。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式現(xiàn)狀

“電力電子技術(shù)”除了具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撝R體系外，還具備很強(qiáng)的工程實用性，這也是其區(qū)別于其他專業(yè)核心課程的地方。在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，“電力電子技術(shù)”課程一般由基礎(chǔ)授課教學(xué)和實驗驗證兩部分組成。無論各高校選用哪個版本的教材，基礎(chǔ)授課部分一般都包括電力電子器件原理與特性、AC/DC變換電路、DC/AC變換電路、DC/DC變換電路、AC/AC變換電路、PWM控制技術(shù)等［4］。實驗課程則往往根據(jù)基礎(chǔ)授課內(nèi)容配套設(shè)置，便于學(xué)生驗證課堂所學(xué)知識。這種課程設(shè)置本意是幫助學(xué)生全面掌握各種常用器件及電能變換電路的基本知識，學(xué)會電力電子電路基本分析，進(jìn)而能夠進(jìn)行電力電子電路相關(guān)的設(shè)計與實踐。

但實際上，隨著電力電子技術(shù)的不斷更新，“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)在一定程度上與實際脫節(jié)。內(nèi)容多但學(xué)時少，導(dǎo)致實際教學(xué)過程中出現(xiàn)了“前松后緊”的現(xiàn)象，即前期花大量時間講述各種類型的功率器件，而后期對DC/DC和AC/AC變換電路、軟開關(guān)技術(shù)等內(nèi)容只能粗略講述。同時，實驗課程強(qiáng)調(diào)驗證性，缺乏實用性和創(chuàng)新性的問題日益凸顯。這些情況將導(dǎo)致如下后果：（1）學(xué)生主要以聽課為主，課內(nèi)動手實踐的機(jī)會比較少。課后由于缺乏目標(biāo)驅(qū)動，很少有學(xué)生會主動進(jìn)行實踐探索。學(xué)生對知識的接收僅停留在“聽”的層面，難以完全理解課程知識點(diǎn)。同時，課程內(nèi)容信息量大，學(xué)生往往尚未完全“消化”所授知識便進(jìn)入下一次課堂，隨著課程的深入，很多學(xué)生逐漸無法跟上教學(xué)進(jìn)度，從而降低對“電力電子技術(shù)”課程的學(xué)習(xí)興趣。（2）當(dāng)前實驗課程的設(shè)置流于形式，學(xué)生往往只需根據(jù)實驗手冊的步驟逐步執(zhí)行即可完成實驗內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生只知其然，而不知其所以然，缺乏獨(dú)立思考，無法真正地提高動手能力。（3）教學(xué)手段單一，沒有充分利用現(xiàn)代教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生在課后獲取優(yōu)質(zhì)資源，主動學(xué)習(xí)課程相關(guān)的延伸知識，進(jìn)一步拓寬視野和提高課程興趣。（4）學(xué)生對于課程學(xué)習(xí)不夠深入，知識體系建立不全。在學(xué)完“電力電子技術(shù)”課程之后，除了掌握一些基本的知識點(diǎn)之外，仍然在一定程度上缺乏工程意識和科學(xué)思維，對電力電子技術(shù)相關(guān)知識點(diǎn)的應(yīng)用無法做到融會貫通。

二、基于項目思維與思政元素的“電力電子技術(shù)”教學(xué)模式

（一）基于項目驅(qū)動的課程教學(xué)法

在我校教改項目的支持下，課程教學(xué)組將現(xiàn)代工程教育思想融入“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)，采用項目驅(qū)動式學(xué)習(xí)的方式，依托信息化教學(xué)平臺，進(jìn)行課程教學(xué)改革探索［5-7］?；陧椖框?qū)動的課程教學(xué)法是將“電力電子技術(shù)”課程中的重點(diǎn)章節(jié)拆解成不同工程子項目的方式來組織授課。每個工程子項目將會覆蓋專業(yè)課程不同的核心知識點(diǎn)，不同的工程子項目之間又相互關(guān)聯(lián)，層層遞進(jìn)，逐步深入。在發(fā)布工程子項目的同時，除了詳細(xì)列出該項目需要實現(xiàn)的一些基本功能以外，還會給出項目所需要的基本資源及相關(guān)知識查找方式，明確各個資源在項目中承擔(dān)的角色，幫助學(xué)生建立對“電力電子技術(shù)”課程相關(guān)知識點(diǎn)及意義的認(rèn)識。該教學(xué)模式能夠通過現(xiàn)代輔助工具提升學(xué)生的動手能力，驅(qū)動學(xué)生主動思考課程知識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［8-9］。

1.構(gòu)建信息化教學(xué)資源平臺。為了保證項目驅(qū)動式學(xué)習(xí)教學(xué)方法的順利實施，需向?qū)W生提供項目案例實施必備的配套資源。因此，本課題組構(gòu)建了如圖1所示的“電力電子技術(shù)”課程信息化教學(xué)平臺。該教學(xué)平臺的構(gòu)建主要以先進(jìn)的信息技術(shù)為依托，以多媒體教室、課程網(wǎng)站和項目資料庫為核心，以培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)造性為目標(biāo)。

“電力電子技術(shù)”課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站依托于學(xué)校校園網(wǎng)構(gòu)建，為課程教學(xué)提供一系列相互交流的工具和學(xué)習(xí)資源。通過該網(wǎng)站，學(xué)生可不受現(xiàn)有硬件條件、時間和空間的限制，充分發(fā)揮其創(chuàng)造力。在項目的學(xué)習(xí)計劃中，學(xué)生可根據(jù)項目的功能要求自行設(shè)計各種實施方案，并通過各類軟件構(gòu)建仿真模型，對其可行性加以驗證。在項目實施過程中，學(xué)生可以在課堂上分享自己遇到的問題和學(xué)習(xí)心得。網(wǎng)站主要包括學(xué)習(xí)導(dǎo)航、學(xué)習(xí)研討和教學(xué)資料三大模塊。教師可以在學(xué)習(xí)導(dǎo)航模塊中設(shè)置聊天室，實時對學(xué)生進(jìn)行同步交流輔導(dǎo)，也可以利用發(fā)送電子郵件等方式進(jìn)行異步交流輔導(dǎo)。學(xué)習(xí)研討模塊與學(xué)習(xí)導(dǎo)航模塊的功能類似。通過該平臺，生生之間以及師生之間能自由地進(jìn)行交互學(xué)習(xí)，實現(xiàn)交流探討和資源共享。教學(xué)資料模塊則匯集了教學(xué)計劃安排、教學(xué)大綱、教師授課課件等重要教學(xué)資料。同時，通過教學(xué)資料模塊還可以拓展建立項目資料庫，鏈接項目所需各類電子資料庫網(wǎng)址。

建立項目資料庫是本課程教學(xué)改革的核心，也是學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)、拓寬視野的關(guān)鍵。項目資料庫中主要包括課程相關(guān)工程項目的組織方式、涉及的前期課程資源、項目介紹專題課件，以及各學(xué)習(xí)模塊的功能要求、參考案例詳情、工具軟件安裝包等。利用這些項目資料，可以幫助學(xué)生完成自主學(xué)習(xí)。同時，在學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生可以通過與教師交流或互聯(lián)網(wǎng)搜索等手段查閱資料，解決自己遇到的各種難題，保留了學(xué)生進(jìn)一步思考的空間，能夠很好地激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和科學(xué)思維。

2.課程整體介紹以及子項目布置。在課堂教學(xué)中，首先利用多媒體教室配置的數(shù)字投影儀向?qū)W生展示電力電子技術(shù)在生活和生產(chǎn)領(lǐng)域的各種應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)其重要性。其次，標(biāo)注課程各章節(jié)的重點(diǎn)知識點(diǎn)和對應(yīng)的各個子項目，并梳理各子項目間的關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生初步建立課程知識體系。最后，將項目已有資源及后續(xù)知識查找路徑共享給學(xué)生，并將學(xué)生分為2～3人一組，確認(rèn)好各項目組組長。每個學(xué)生在組內(nèi)的角色由組長分配，對不同的子項目，每個學(xué)生應(yīng)該擔(dān)任的角色需進(jìn)行輪換。

3.利用課余時間分組研討，提出解決方案。在布置完項目任務(wù)后，由教師組織學(xué)生分組研討，帶領(lǐng)學(xué)生利用課程網(wǎng)站對每個子項目涉及的模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)。引導(dǎo)學(xué)生按照模塊學(xué)習(xí)，并利用課程學(xué)習(xí)平臺以及互聯(lián)網(wǎng)資源查閱相關(guān)資料。鼓勵學(xué)生提出不同的解決方案，完成子項目的設(shè)計要求，并通過Matlab、Psim等軟件進(jìn)行仿真驗證。對于學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，由教師帶領(lǐng)學(xué)生共同在課堂上進(jìn)行研究討論。

4.課上學(xué)習(xí)模塊重點(diǎn)與難點(diǎn)講解，評選最佳實施方案。由教師在課上對模塊學(xué)習(xí)過程中存在的重點(diǎn)與難點(diǎn)進(jìn)行講解，針對學(xué)生遇到的相關(guān)設(shè)計問題進(jìn)行解答，引導(dǎo)學(xué)生共同歸納總結(jié)解決此類問題的思路與方法。組織各項目組分別展示所提出的解決方案，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行討論。根據(jù)所取得效果的差異，對比不同解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)，評選出最佳實施方案。

5.項目任務(wù)達(dá)成和總結(jié)匯報。在每個章節(jié)結(jié)束時，由教師發(fā)布一個完整的工程項目，該工程項目由前期學(xué)習(xí)的各子項目組成，每個項目有明確的實現(xiàn)要求。規(guī)定各個小組在限定時間內(nèi)完成該工程項目，并根據(jù)要求完成對應(yīng)的文字報告，同時制作PPT進(jìn)行項目總結(jié)匯報。教師根據(jù)各個項目小組人員的配合、目標(biāo)的實現(xiàn)、文字報告、匯報展示等情況綜合評價項目完成度。

（二）融合思政元素的課程教學(xué)法

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議發(fā)表重要講話。強(qiáng)調(diào)，要堅持把立德樹人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實現(xiàn)全程育人、全方位育人。指出，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)。［9］將思想政治教育與課程教學(xué)相結(jié)合，培養(yǎng)具有工匠精神和創(chuàng)新思維的復(fù)合型人才是弘揚(yáng)社會主義核心價值觀的大勢所趨。在“電力電子技術(shù)”課程教學(xué)中融入艱苦奮斗、家國情懷、工匠精神等思政元素，發(fā)揚(yáng)優(yōu)良傳統(tǒng)，有助于進(jìn)一步培養(yǎng)實學(xué)實干、開拓進(jìn)取、德才兼?zhèn)涞那嗄耆瞬?，真正做到立德樹人?/p>

電力電子技術(shù)具備的強(qiáng)實用性和創(chuàng)新性特質(zhì)，對融合思政元素具有天然優(yōu)勢，無需“生搬硬套”，只需在日常課程中挖掘?qū)W科發(fā)展歷史和技術(shù)創(chuàng)新歷程中涵蓋的工匠精神和創(chuàng)新思維，巧妙穿插，就能夠做到潛移默化地引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。

1.思想教育元素。分析電力電子器件發(fā)展史與時事芯片“卡脖子”問題，鼓勵學(xué)生為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的中國夢不懈奮斗，激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感；結(jié)合株洲中車自主研發(fā)IGBT以及國家在柔性直流輸電等電力電子領(lǐng)域的不斷突破，激發(fā)學(xué)生民族自豪感。

2.創(chuàng)新教育元素。一方面，通過講述電力電子電路拓?fù)溥M(jìn)化演變過程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維；另一方面，通過完成課程項目，鼓勵學(xué)生勇于通過實踐驗證所學(xué)知識，自主分析思考所遇難題，并在完成基本目標(biāo)的基礎(chǔ)上不斷開拓進(jìn)取，培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力，幫助學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)思維、創(chuàng)新習(xí)慣和大工程觀，切實提高具有工匠精神的新工科人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

3.道德教育元素。以小組形式組織課程項目研究，在不同子項目的角色輪換中幫助學(xué)生認(rèn)識自身優(yōu)勢和劣勢，取長補(bǔ)短，共同完成每章節(jié)的總結(jié)任務(wù)，從而培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作、表達(dá)交流的能力。此外，讓學(xué)生切身感受成果來之不易，加強(qiáng)知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)意識。

三、新模式下的教學(xué)效果

項目思維與思政元素驅(qū)動下的“電力電子技術(shù)”教學(xué)改革模式將理論知識與實踐應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，能夠增強(qiáng)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)興趣，最大限度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，提升學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力。該模式有助于培養(yǎng)具有核心競爭力、德才兼?zhèn)涞膹?fù)合型人才，是全面落實立德樹人根本任務(wù)的一次全新的探索。其教學(xué)效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（一）增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

通過項目驅(qū)動式教學(xué)，課堂由教師“一言堂”轉(zhuǎn)變成為師生、生生相互交流，促進(jìn)提升。課堂講解不再局限于枯燥的理論，而是穿插時事、歷史、趣聞等各類案例，有助于使學(xué)生意識到課程學(xué)習(xí)的意義。同時，在項目的激勵下，學(xué)生課后仍需要自主學(xué)習(xí)、積極思考、實踐驗證。以上舉措通過增強(qiáng)學(xué)生的參與感，幫助學(xué)生全面認(rèn)識電力電子技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生課后學(xué)習(xí)的習(xí)慣，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）培養(yǎng)學(xué)生的動手能力

在項目驅(qū)動下，學(xué)生由“死背公式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白灾髟O(shè)計應(yīng)用”。學(xué)生不僅需要自己計算電路參數(shù)、設(shè)計實施方案，還需要利用仿真軟件不斷優(yōu)化輸出結(jié)果。這是實際工程不可或缺的重要步驟，能夠有效提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

（三）樹立學(xué)生的責(zé)任意識

通過小組協(xié)作完成課程項目，樹立學(xué)生在團(tuán)隊中的責(zé)任意識。結(jié)合課程思政，傳遞時事信息，弘揚(yáng)社會主義核心價值觀，將團(tuán)隊中的責(zé)任意識升華為家國情懷，鼓勵學(xué)生肩負(fù)起實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的光榮使命。

結(jié)語

基于項目思維和思政元素的“電力電子技術(shù)”教學(xué)改革采用了更成熟的教學(xué)手段。實踐發(fā)現(xiàn)該模式能夠有效增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，樹立學(xué)生的責(zé)任意識，具有良好的教學(xué)效果。

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Abstract： The traditional teaching mode of Power Electronics exists certain problems， such as the inability to mobilize students enthusiasm for learning， the inability to effectively improve students practical and innovative ability， and the lack of a mechanism to establish morality and cultivate people. This paper proposes a new teaching mode based on project thinking and ideological and political education. By splitting the key contents of course into different sub-projects， the students are guided to use their spare time to transform the theoretical knowledge into practical engineering practice， so as to enhance the students ability of independent thinking and innovative practice. At the same time， ideological and political cases are skillfully interspersed to cultivate students patriotism， craftsmanship spirit. Thus， the fundamental task of building students morality is comprehensively implemented.

Key words： Power Electronics; teaching reform; project-driven learning; curriculum ideology and politics