《功率器件熱管理及應用》課程思政建設構思

李月鋒 鄒 軍 李 楊 郭春鳳 楊波波 石明明 胡蓉蓉

（上海應用技術大學 上海 201418）

《功率器件熱管理及應用》是一門理論與實驗相結合的研究生專業課程。本課程基于工程傳熱學、功率半導體封裝工藝、微納傳熱學、新型熱界面材料、功率器件機械結構、先進的傳熱和散熱方法、有限元熱分析為基礎，以分立器件和功率IC的熱分析和熱設計為研究對象，以設計系統綜合散熱效果從而有效控制功率半導體器件結溫為目的，詳細闡述了功率器件的熱管理的基本原理和常用方法，并且講述了國內外功率器件的最新研發成果和進展，在解決熱管理方面的最新工藝和成就。功率半導體器件不僅關系到各國民生問題，還逐漸成為各國科技競爭地和戰略性領域。中國功率半導體發展之路，尤其是最近幾年中美在該領域的制裁與自我崛起，出現了許多名人軼事，留下了許多可歌可泣的事跡，展示了中華兒女的勵志愛國情懷[1]。但是，在功率半導體的相關課程教學與人才培養中，缺乏大國工匠精神的引領、奮斗激情的激勵、危難時刻的擔當意識。

1 初步構想

本課程以功率器件熱管理為主線，結合工程傳熱學、電子設備熱設計及分析技術和FLoEFD有限元熱仿真等相關知識，融合工程案例，將功率器件熱管理的基礎知識點組合為傳熱學基本知識、功率器件基本熱結構和系統散熱設計三大模塊，通過凝練理論知識點，增加應用性工程案例，融入思政元素，強化工程實際應用能力的培養，強化立德樹人的教育初心。

1.1 構建功率器件熱管理及應用新工科教學體系

基于工科教育專業認證，結合教學實踐和經驗，吸收行業先進技術和最新發展成果，注重工程實踐和學生就業，注重實訓項目知識點的重構與整合，補充完善課程內容，修訂教學大綱，編制基于校企合作的專業鏈和產業鏈相銜接的教學內容，探索線上線下混合式深入互融教學方法，構建多維考核機制和方法，吸納半導體前沿技術，打造功率器件熱管理及應用新工科知識體系，在工程傳熱學的基礎上，從功率器件本身特征出發，收集整理以SiC、GaN為代表的第三代半導體在高鐵、新能源汽車、5G通訊、雷達、機器人等前沿應用中的熱管理問題，結合前沿的材料工藝，形成具有專業特色的功率器件熱管理及應用的新工科教學知識體系。

1.2 構建散熱設計基礎新工科知識體系

該課程涉及工程傳熱學、流體力學、強化傳熱技術及應用、熱界面材料、微納米尺度流動與傳熱學基礎、有限元熱分析、熱工測量技術與方法等多門學科和技術。隨著5G通信、“互聯網+”、人工智能、新能源汽車等技術的發展，功率半導體器件迅速向高電壓、大電流、高頻化、模塊化、智能化的方向發展，功率器件的散熱設計越來越成為電力電子產品穩定工作的保障，該課程的授課內容及知識框架也需要不斷更新及優化，同時也應該吸收相關行業的新材料、新工藝，形成散熱設計基礎新工科知識體系。

1.3 構建多維考核體系

課程考核的目的不在于分數，而在于對學生的學風、學習方法、人生觀價值觀的正面引導。加大平時學習及實踐實驗環節的比重，引入課程思政分值比重，激發學生的學習主動性，實現立德樹人的目的。在理論知識考核的基礎上加入能力素質考核、思政元素考核，使考試成績不僅反映了學生對知識的掌握程度，還考察了其創造力、想象力以及專業素養、家國情懷等綜合素質。

總之，通過該課題的建設，能夠吸收先進的知識和技術，構建功率器件熱管理及應用新工科教學體系，實現線上線下無縫銜接，積極滲透價值引領，培養適應企業需求和為社會服務的應用人才。

2 提煉典型思政案例，精心設計課程，構建“三融三促”育人新舉措

系統挖掘課程中的“價值”因素，凝練形成課程思政“案例樹”。以專業技能為載體，將思政融入知識傳授（第一課堂），促進思政因素的學深悟透和工心匠能的培養；以科研實訓（第二課堂）為途徑，促進勇于實踐、敢于創新、為民服務和報效祖國的決心；以潛移默化的文化浸潤（第三課堂）為手段，促進人文知識、家國情懷、民族底蘊的傳承和發揚。通過“三融三促”育人體系，力爭實現顯性教育與潛性教育相統一，崇尚科學和服務社會相統一，家國情懷與社會責任相統一，敬畏生命與人文關懷相統一，實現立德樹人。

2.1 思政融入知識傳授

總書記指出：“守好一段渠，種好責任田，同向同行，協同效應。”作為高校教育工作者，肩負著教書育人的歷史使命，是對學生的思想和成長影響最大的角色，建設好第一課堂（知識傳授）的“課程思政”是落實立德樹人的首要任務。為此，需要深入挖掘專業課程思政元素，并有機融入到課程教學和實踐的各個環節，將純理論的灌輸教學轉為有實踐性的案例教學，并設計評價反饋環節進行修正和改進。近年來，我國功率器件制造水平顯著提升，國產航母、高鐵、C919飛機、大型驅逐艦、天眼等裝備已經投入國防、生活、交通等領域的實際應用中。這些大國重器研發案例不僅包含著一定的半導體內容，還蘊含著大量的思想政治教育因素，因此，可以將其作為在功率器件專業教育中滲透思想政治教育的切入點。

2.2 思政融入科研實踐

功率器件熱管理與應用是一門特別重視實踐和應用的工程學科。課程思政與科研實訓、學科競賽等專業課實習有機結合，可將專業知識體系之外的主題式思政背景有效地融入到實踐環節中。

（1）筆者所在課題組研究生連續三年參加“互聯網+”大學生創新創業大賽，并在第七屆“互聯網+”大賽中以團隊項目《燈欽-深紫外殺菌消毒的領航者》榮獲上海市金獎。基于此項目，團隊基于原創的核心技術，研發了以下三款產品，分別為空氣凈化器、智能殺菌保溫杯和移動加濕器。在產品的研發過程不免會涉及有關功率器件的應用，以及散熱的相關問題，但團隊成員沒有因此就止步不前，而是充分利用團隊合作，結合理論知識，克服重重困難，最終榮獲上海市金獎。

（2）保護熱帶雨林是全球的共識，是成本最低最有效的減碳手段之一。但是目前“退膠還林”政策的提出具備一定的可行性，但是橡膠也是國家的戰略資源之一，也像守住18億畝耕地一樣重要。因此需要提高橡膠林下的生物多樣性，也就是林下套種的模式，不僅能保住農戶在橡膠林下的正常收入，還能增加額外的收入，防止林下土地的營養流失。

本課題組團隊響應號召，研制了林下專用的激光補光系統，照射覆蓋面積可達2畝，可適應草本植物、瓜果類植物、育苗補光等。

2.3 思政融入文化傳承

電力電子學科的發展是靠一輩輩電力電子人接力傳承實現的，功率器件作為電力電子學科的分支，更應該將前輩們的工匠精神、家國情懷、勇于探索、創新實踐、艱苦奮斗等優良基因在新時代得以傳承和發揚；并注重吸收國內外先進理念和行業創新精神，實現中西融通和產學研交融。

本課程借助信息化技術平臺，在知網學習通、微信群等信息化平臺進行討論學習，討論內容國產芯片發展的奮發歷程，有賽貝克發明熱電偶、熱成像的廣泛應用及不足之處，陶文銓院士的數值傳熱情懷和IEC熱學標準，華為手機艱難的結構熱設計過程等，充分展示了科學家和企業技術人員的家國情懷、人文素養、國際視線、創新精神和工匠精神。

3 總結與展望

本課程在教學過程中立足我校服務地方經濟的學校辦學定位，依托功率器件熱管理和應用課程培養具備青年政治特質、適應新時代發展所需要的應用型人才的培養目標，基于“三融三促”育人新舉措，融入愛國精神、工匠精神、團隊精神；提高學生穩定意識、大局意識、協作意識、規劃意識、底線意識；培養工科人文情懷、專業素養等，實現價值觀的引領，使課程內容變得更鮮活、更有感染力。針對本課程的內容特點，深入挖掘思政元素，以“人和事”為主線，由國家到地方，由團隊到個人，由遠及近，由歷史傳承到時政熱點。