项目思维与思政元素驱动下的“电力电子技术”教学改革

［摘 要］ “电力电子技术”课程的传统教学模式存在无法调动学生学习积极性、难以有效提高学生实践创新能力、缺乏立德树人落实机制等问题。通过提出的一种基于项目思维和思政元素的新型教学模式，将课程重点内容拆解成不同的工程子项目，引导学生利用课余时间将所学的理论知识转化为实际的工程实践，提升学生自主思考、创新实践的能力。同时，在教学中巧妙穿插思政案例，培养学生的家国情怀、工匠精神，落实立德树人根本任务。

［关键词］ 电力电子技术；教学改革；项目驱动式学习；课程思政

［基金项目］ 2022年度杭州电子科技大学高等教育教学改革研究项目“融合项目驱动式学习和思政元素的‘电力电子技术’课程教学改革研究”（YBJG202267）

［作者简介］ 何 震（1991—），男，浙江杭州人，博士，杭州电子科技大学自动化学院讲师，主要从事基于模块化多电平换流器的高压直流输电技术和新能源并网的主动支撑控制技术研究；曾平良（1962—），男，四川简阳人，博士，杭州电子科技大学自动化学院教授（通信作者），主要从事电力系统分析与规划和可再生能源并网研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）14-0093-04 ［收稿日期］ 2022-10-21

电力电子技术是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉形成的，特点是弱电控制强电，通过电力电子器件构成的电路实现对电能的变换、控制、分配和应用［1］。电力电子技术可有效提高电能的质量、可靠性、效率和功率密度。2020年9月，习近平主席在联合国大会上承诺：“中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”［2］（简称“双碳”目标）这意味着在能源利用上，我国将更加强调清洁替代和电能替代，而电力电子技术也成为达成“双碳”目标的关键技术之一。杭州电子科技大学“电力电子技术”是一门面向电气工程和自动化专业大三学生的专业核心课程，其知识体系主要由功率器件、变流电路和控制技术三大模块组成。该课程主要向学生教授电力电子相关的基础知识，并培养学生分析与设计电力电子电路的实践能力［3］。

一、传统教学模式现状

“电力电子技术”除了具有严谨的理论知识体系外，还具备很强的工程实用性，这也是其区别于其他专业核心课程的地方。在传统的教学模式下，“电力电子技术”课程一般由基础授课教学和实验验证两部分组成。无论各高校选用哪个版本的教材，基础授课部分一般都包括电力电子器件原理与特性、AC/DC变换电路、DC/AC变换电路、DC/DC变换电路、AC/AC变换电路、PWM控制技术等［4］。实验课程则往往根据基础授课内容配套设置，便于学生验证课堂所学知识。这种课程设置本意是帮助学生全面掌握各种常用器件及电能变换电路的基本知识，学会电力电子电路基本分析，进而能够进行电力电子电路相关的设计与实践。

但实际上，随着电力电子技术的不断更新，“电力电子技术”课程教学在一定程度上与实际脱节。内容多但学时少，导致实际教学过程中出现了“前松后紧”的现象，即前期花大量时间讲述各种类型的功率器件，而后期对DC/DC和AC/AC变换电路、软开关技术等内容只能粗略讲述。同时，实验课程强调验证性，缺乏实用性和创新性的问题日益凸显。这些情况将导致如下后果：（1）学生主要以听课为主，课内动手实践的机会比较少。课后由于缺乏目标驱动，很少有学生会主动进行实践探索。学生对知识的接收仅停留在“听”的层面，难以完全理解课程知识点。同时，课程内容信息量大，学生往往尚未完全“消化”所授知识便进入下一次课堂，随着课程的深入，很多学生逐渐无法跟上教学进度，从而降低对“电力电子技术”课程的学习兴趣。（2）当前实验课程的设置流于形式，学生往往只需根据实验手册的步骤逐步执行即可完成实验内容，导致学生只知其然，而不知其所以然，缺乏独立思考，无法真正地提高动手能力。（3）教学手段单一，没有充分利用现代教学手段引导学生在课后获取优质资源，主动学习课程相关的延伸知识，进一步拓宽视野和提高课程兴趣。（4）学生对于课程学习不够深入，知识体系建立不全。在学完“电力电子技术”课程之后，除了掌握一些基本的知识点之外，仍然在一定程度上缺乏工程意识和科学思维，对电力电子技术相关知识点的应用无法做到融会贯通。

二、基于项目思维与思政元素的“电力电子技术”教学模式

（一）基于项目驱动的课程教学法

在我校教改项目的支持下，课程教学组将现代工程教育思想融入“电力电子技术”课程教学，采用项目驱动式学习的方式，依托信息化教学平台，进行课程教学改革探索［5-7］。基于项目驱动的课程教学法是将“电力电子技术”课程中的重点章节拆解成不同工程子项目的方式来组织授课。每个工程子项目将会覆盖专业课程不同的核心知识点，不同的工程子项目之间又相互关联，层层递进，逐步深入。在发布工程子项目的同时，除了详细列出该项目需要实现的一些基本功能以外，还会给出项目所需要的基本资源及相关知识查找方式，明确各个资源在项目中承担的角色，帮助学生建立对“电力电子技术”课程相关知识点及意义的认识。该教学模式能够通过现代辅助工具提升学生的动手能力，驱动学生主动思考课程知识，激发学生的学习兴趣［8-9］。

1.构建信息化教学资源平台。为了保证项目驱动式学习教学方法的顺利实施，需向学生提供项目案例实施必备的配套资源。因此，本课题组构建了如图1所示的“电力电子技术”课程信息化教学平台。该教学平台的构建主要以先进的信息技术为依托，以多媒体教室、课程网站和项目资料库为核心，以培养学生自主学习能力和增强学生创造性为目标。

“电力电子技术”课程学习网站依托于学校校园网构建，为课程教学提供一系列相互交流的工具和学习资源。通过该网站，学生可不受现有硬件条件、时间和空间的限制，充分发挥其创造力。在项目的学习计划中，学生可根据项目的功能要求自行设计各种实施方案，并通过各类软件构建仿真模型，对其可行性加以验证。在项目实施过程中，学生可以在课堂上分享自己遇到的问题和学习心得。网站主要包括学习导航、学习研讨和教学资料三大模块。教师可以在学习导航模块中设置聊天室，实时对学生进行同步交流辅导，也可以利用发送电子邮件等方式进行异步交流辅导。学习研讨模块与学习导航模块的功能类似。通过该平台，生生之间以及师生之间能自由地进行交互学习，实现交流探讨和资源共享。教学资料模块则汇集了教学计划安排、教学大纲、教师授课课件等重要教学资料。同时，通过教学资料模块还可以拓展建立项目资料库，链接项目所需各类电子资料库网址。

建立项目资料库是本课程教学改革的核心，也是学生在课后自主学习、拓宽视野的关键。项目资料库中主要包括课程相关工程项目的组织方式、涉及的前期课程资源、项目介绍专题课件，以及各学习模块的功能要求、参考案例详情、工具软件安装包等。利用这些项目资料，可以帮助学生完成自主学习。同时，在学习的过程中，学生可以通过与教师交流或互联网搜索等手段查阅资料，解决自己遇到的各种难题，保留了学生进一步思考的空间，能够很好地激发学生的兴趣，提高学生的实践能力，培养学生的工程意识和科学思维。

2.课程整体介绍以及子项目布置。在课堂教学中，首先利用多媒体教室配置的数字投影仪向学生展示电力电子技术在生活和生产领域的各种应用，强调其重要性。其次，标注课程各章节的重点知识点和对应的各个子项目，并梳理各子项目间的关联，帮助学生初步建立课程知识体系。最后，将项目已有资源及后续知识查找路径共享给学生，并将学生分为2～3人一组，确认好各项目组组长。每个学生在组内的角色由组长分配，对不同的子项目，每个学生应该担任的角色需进行轮换。

3.利用课余时间分组研讨，提出解决方案。在布置完项目任务后，由教师组织学生分组研讨，带领学生利用课程网站对每个子项目涉及的模块进行学习。引导学生按照模块学习，并利用课程学习平台以及互联网资源查阅相关资料。鼓励学生提出不同的解决方案，完成子项目的设计要求，并通过Matlab、Psim等软件进行仿真验证。对于学生在学习过程中遇到的问题，由教师带领学生共同在课堂上进行研究讨论。

4.课上学习模块重点与难点讲解，评选最佳实施方案。由教师在课上对模块学习过程中存在的重点与难点进行讲解，针对学生遇到的相关设计问题进行解答，引导学生共同归纳总结解决此类问题的思路与方法。组织各项目组分别展示所提出的解决方案，带领学生进行讨论。根据所取得效果的差异，对比不同解决方案的优缺点，评选出最佳实施方案。

5.项目任务达成和总结汇报。在每个章节结束时，由教师发布一个完整的工程项目，该工程项目由前期学习的各子项目组成，每个项目有明确的实现要求。规定各个小组在限定时间内完成该工程项目，并根据要求完成对应的文字报告，同时制作PPT进行项目总结汇报。教师根据各个项目小组人员的配合、目标的实现、文字报告、汇报展示等情况综合评价项目完成度。

（二）融合思政元素的课程教学法

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议发表重要讲话。强调，要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人。指出，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。［9］将思想政治教育与课程教学相结合，培养具有工匠精神和创新思维的复合型人才是弘扬社会主义核心价值观的大势所趋。在“电力电子技术”课程教学中融入艰苦奋斗、家国情怀、工匠精神等思政元素，发扬优良传统，有助于进一步培养实学实干、开拓进取、德才兼备的青年人才，真正做到立德树人。

电力电子技术具备的强实用性和创新性特质，对融合思政元素具有天然优势，无需“生搬硬套”，只需在日常课程中挖掘学科发展历史和技术创新历程中涵盖的工匠精神和创新思维，巧妙穿插，就能够做到潜移默化地引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观。

1.思想教育元素。分析电力电子器件发展史与时事芯片“卡脖子”问题，鼓励学生为实现中华民族伟大复兴的中国梦不懈奋斗，激发学生的社会责任感；结合株洲中车自主研发IGBT以及国家在柔性直流输电等电力电子领域的不断突破，激发学生民族自豪感。

2.创新教育元素。一方面，通过讲述电力电子电路拓扑进化演变过程，培养学生的创新思维；另一方面，通过完成课程项目，鼓励学生勇于通过实践验证所学知识，自主分析思考所遇难题，并在完成基本目标的基础上不断开拓进取，培养学生的实践创新能力，帮助学生养成科学思维、创新习惯和大工程观，切实提高具有工匠精神的新工科人才的培养质量。

3.道德教育元素。以小组形式组织课程项目研究，在不同子项目的角色轮换中帮助学生认识自身优势和劣势，取长补短，共同完成每章节的总结任务，从而培养学生团队协作、表达交流的能力。此外，让学生切身感受成果来之不易，加强知识产权保护意识。

三、新模式下的教学效果

项目思维与思政元素驱动下的“电力电子技术”教学改革模式将理论知识与实践应用有机结合，能够增强学生的课程学习兴趣，最大限度地调动学生学习的主观能动性，提升学生的实践创新能力。该模式有助于培养具有核心竞争力、德才兼备的复合型人才，是全面落实立德树人根本任务的一次全新的探索。其教学效果主要体现在以下几个方面。

（一）增强学生的学习兴趣

通过项目驱动式教学，课堂由教师“一言堂”转变成为师生、生生相互交流，促进提升。课堂讲解不再局限于枯燥的理论，而是穿插时事、历史、趣闻等各类案例，有助于使学生意识到课程学习的意义。同时，在项目的激励下，学生课后仍需要自主学习、积极思考、实践验证。以上举措通过增强学生的参与感，帮助学生全面认识电力电子技术，培养学生课后学习的习惯，增强学生的学习兴趣。

（二）培养学生的动手能力

在项目驱动下，学生由“死背公式”转变为“自主设计应用”。学生不仅需要自己计算电路参数、设计实施方案，还需要利用仿真软件不断优化输出结果。这是实际工程不可或缺的重要步骤，能够有效提高学生的动手能力，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。

（三）树立学生的责任意识

通过小组协作完成课程项目，树立学生在团队中的责任意识。结合课程思政，传递时事信息，弘扬社会主义核心价值观，将团队中的责任意识升华为家国情怀，鼓励学生肩负起实现中华民族伟大复兴的光荣使命。

结语

基于项目思维和思政元素的“电力电子技术”教学改革采用了更成熟的教学手段。实践发现该模式能够有效增强学生的学习兴趣，培养学生的实践能力，树立学生的责任意识，具有良好的教学效果。