“電力電子技術”課程思政教學改革與實踐

任曉芳 郭志成 李雙科

(蘭州工業學院 電氣工程學院, 蘭州 730050)

立德樹人是高校教育的中心任務。長期以來,“德”“能”教育融入性不夠、契合度不高的現象比較普遍。習近平總書記在2019年3月指出,“要堅持顯性教學和隱性教學相統一,挖掘其他課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源,實現全員全程全方位育人”[1]。專業課課程思政教育研究及實踐迫在眉睫。

“電力電子技術”是蘭州工業學院是自動化類、電氣工程類專業的專業基礎課,課程理論性與實踐性結合緊密。課程主要研究通過功率器件的控制實現電能變換和提供工業所需的電源,以及利用器件的控制技術來完成電網的質量管理和電力裝置的驅動控制。

蘭州工業學院“電力電子技術”課程于2018年被評為省級精品資源共享課,2020年被評為省級一流課程,通過持續的課程教學改革、課程思政建設及實踐,取得一定成果。但也存在以下問題,主要有:

1)思政案例較多,缺乏核心價值引領,在專業教學體系中與專業總德育目標關系不明確。

多門課程配合開展是推動“課程思政”良好建設的有效途徑,也是推動專業人才培養目標實現的最直接的方法。根據專業人才培養目標的思政要求,將目標劃分到各個課程中,進行“課程思政”教改精細化管理,從而在多個課程協調開展下,實現預期的思政教育目標,全面推進素質教育發展。

2)思政案例多以教師講授為主,學生未直接參與德育教學。

課程思政的特點是知識傳授過程中滲透思想政治教育。現階段思政案例是以教師講、學生聽的方式教授,學生并未深入了解。改革課程思政的教學方法和策略,推動學生主動思考、積極探究總結,學生將直接參與到德育教學中。

3)課程考核方式中,課程思政效果的體現途徑與評價方式需進一步探索嘗試。

思想政治教育與知識教育不一樣,考核方式也不一樣,需要更多地關注學生在學習過程中的表現和變化[2]。因此過程考核評價指標應包括知識、技能、素質三個方面。制定科學有效的課程考核形式和考核標準,注重德育滲透教學效果的評估,有利于實現對課程目標達成及教學成效的有效評價。

遵循思想政治教育的規律與本質,開展“電力電子技術”課程思政教育教學改革,是以人為本教育理念的內涵,也是時代發展的選擇。為滿足社會發展需要,實現一流課程與課程思政相結合,本課程在課程思政視角下進行教學改革與實踐。

1 課程教學目標確定(自動化專業)

依托學校人才培養定位,自動化專業以培養能在裝備制造、能源等領域從事工程設計、技術開發、生產制造、運行維護等方面工作的應用型人才為目標,培養學生能成為自動化及相關工程領域的工程師或技術骨干。工程師、技術骨干應具有嚴謹、責任心、工程師良知等品質。

“電力電子技術”課程作為自動化專業的專業基礎課程,在教學體系中有著承上啟下的作用。為支撐專業培養目標及總德育目標,本課程教學目標分為知識與技能目標、思政育人目標。

1)知識與技能目標

(1)掌握典型電力電子器件的工作特性、基本特征和主要技術參數。了解其他新型電力電子器件的發展前沿。

(2)掌握電力電子變換電路的基本構成和控制規律,及在不同負載時的工作原理、波形分析和參數計算方法。了解電力電子技術的應用。

(3)了解軟開關技術的基本原理,掌握PWM控制的基本原理和控制方法。

(4)通過單相橋式全控整流電路、三相橋式全控整流及有源逆變電路、降壓斬波電路、單相交流調壓電路等實驗,掌握電力電子電路原理、參數計算、設計、分析實驗、調試方法。

2)思政育人目標

(1)通過引入電力電子技術應用領域中的標志性成果、我國電力電子技術攻關事跡、電力電子技術在學科競賽中的應用等案例,引導學生以勤為本,明確社會責任,培養學生具有求真務實、探索創新的科學精神與嚴謹認真、精益求精的工匠精神,加強學生的愛國情懷培養,樹立學生科技強國的信念,增強學習專業知識的時代責任和歷史使命感,為今后從事自動化領域有關的技術工作奠定良好的職業道德素養。

(2)采用引導式的實驗教學方法,使學生運用所學知識指導自己的實踐,引申出辯證唯物主義的核心內容——實踐和認識的辯證關系。

2 教學內容重構

重組、優化教學內容,增加工程案例,科教融合、賽教融合,并合理融入課程思政,根據知識傳授、重點內化、技術外化三個層次劃分教學內容,形成網絡化的教學內容體系。

知識傳授是“線上”學習,課程內容為課程基礎知識及較容易理解的知識點,講授新課前學生在雨課堂上完成教師提前發布的預習課件及測試,該環節以自學為主;重點內化為“線下”學習,課程內容為學生在雨課堂中留言未學會的知識點及課程中綜合的、較難的內容,教師在課堂內講授、答疑、檢查和總結,該環節以課堂教授為主;技術外化是“線上”+“線下”學習,課程內容為拓展知識及課后作業,學生自學為主,閱讀教師在雨課堂上發布或者課程資源網站上的資料完成學習報告及課后拓展作業,同時通過實驗、課程設計、畢業設計等方式,進一步加深學生對課程的理解。

課程思政建設聚焦專業背景、崗位核心素養及時事要點三個方向,將愛國情懷、敬業精神、創新能力與責任擔當、工匠精神等要素,有機融合到知識傳授中[3],使專業教育與思想教育相結合,同頻共振,全方位育人。同時,契合新工科建設背景下專業轉型升級,將電力電子技術應用領域中出現的新器件、新產品、新技術融入到課程教學內容中,將科學技術發展過程中出現的先進人物、標志性成果、攻關事跡融入到知識點講解中,增加課程思政的寬度和高度。

各教學單元融入課程思政內容如表1所示。

3 教學模式改革

以學生為中心,按照OBE教育理念,形成“線上”與“線下”混合式教學反饋閉環模式。以實現課程教學目標為導向,通過前序課成績、與學生交談、調查問卷、往屆考試成績分析等方式分析學情,反向推導,確定線上線下教學方案,形成良性的教學反饋閉環。基于OBE理念的混合式教學模式如圖1所示。

圖1 基于OBE理念的混合式教學模式

“線上”學習以學生自主學習為主,課前進行,完成教師布置的學習任務及測試,并就不懂、有疑問的地方在信息平臺上留言[4]。

“線下”學習以課堂講授為主,教師提前在信息平臺檢查學生預習的情況及收集、匯總、提煉線上學習中存在的共性與個性問題。在課堂學習中,按照“創設情境、引出知識-講師講解、獲取知識-啟發探究、運用知識-教師點評、升華知識-總結歸納”五個步驟進行。

“線上線下”為課后學習,“線上”通過課程資源網站學習拓展知識,“線下”完成作業、實驗、設計及參加各級各類學科競賽。作業分為基礎性作業、補充作業和大作業。基礎性作業是理解、識記課程主要知識點;補充作業是教材之外的練習題;綜合性作業是結合競賽及教師科研成果布置的大作業,學生通過理論計算后進行仿真驗證,并做出實物。

教師在每節課課后通過課前線上掌握的學情信息及課堂中教學反饋,及時對授課做出調整、補充,課后不斷反思,優化教學方案。

4 課堂教學設計

課堂教學實施知識傳授、能力培養、價值塑造的主要渠道,做到科學性與價值性、知識性與思想性的辯證統一[5]。一方面要在教學內容、教學方法進行不斷改進,另一方面要精心設計課堂教學環節,將課程思政的元素有機地融入到教學中,潛移默化地開展課程思政,提高課程學習的趣味性,同時幫助學生樹立正確的“三觀”,為學生成為一名合格的自動化工程師奠定基礎。

4.1 理論教學

圍繞核心價值觀塑造,緊扣教學大綱要求設計思政元素,“課堂內外、校園內外、線上線下”結合,通過“聽故事-查資料-做調研-自己講”的多元化方式開展課程思政教學,提升了學生學習的參與度,使學生自然接受,并在掌握課程專業知識的同時,了解工程師良知、嚴謹、責任心的品質,引起學生情感共鳴,激發學生成為一名自動化工程師的決心。例如:講解電力電子技術的應用時,引入中國制造的電力機車的發展這一案例。課前,信息平臺發布討論題“中國鐵路的標志性成果”,學生發表各自觀點。課中,通過圖片、視頻等多種方式講解中國制造的電力機車發展;通過實物作品展示整流電路在電子競賽中的應用。課后,學生查閱資料,完成電力機車運行時速調研。學生深刻體會到“中國速度”及專業知識的重要性,達到了課程育人與育才目標的統一。

4.2 實驗教學

電力電子技術在大功率電能變換場合應用較多,考慮安全性因素,課程實驗使用實驗箱完成,學生自主完成電路設計、調試的機會不多。因此以學生為本,改革課程實驗教學,增加設計性實驗項目,采用半開放性管理、引導式實驗教學方法,每一次實驗前學生先預習實驗教學視頻,再通過Matlab仿真驗證實驗結果,最后在實驗室中獨立操作、調試。學生領悟到實踐的重要性,認識到實踐是檢驗真理的唯一標準。

通過實驗,一方面提高學生動手能力和學習專業知識的熱情,另一方面培養學生樹立科學的發展觀,養成吃苦耐勞、艱苦奮斗的精神。

5 考核方式改革

從學生的學習成效、綜合能力、能動性三方面設計多元考核標準。通過考查學生對課程知識點的掌握情況、預習能力、聽課效果和總結、歸納能力評價學習效果;通過考查學生是否按時上課、課堂內小組合作、誠信考試評價綜合能力;通過考查學生課后作業的完成率、實驗的出勤與紀律評價能動性。

“電力電子技術”課程成績由過程成績(40%)、實驗成績(10%)、期末考試成績(50%)三部分組成。過程成績考核分別從考堂考勤、課后作業、線上測、學習報告、課堂討論、視頻學習六方面進行評價。課后作業評價學生掌握課程知識點的程度;線上測試評價學生預習能力、聽課效果、掌握能力;學習報告評價學生的總結、歸納能力;課堂討論評價了學生運用所學知識解決實際問題的能力,反映課堂上學習的效果、表達及交流溝通能力;視頻學習評價學生自學能力。課程考核內容及考核標準如表2所示。

表2 過程性考核具體考核內容及考核標準

通過多元化考核方式改革,在整個教學過程中考查學生專業能力及德育素質,提升了課程學習的廣度、深度與挑戰度,同時對學生德育素質進行了有效的評價。

6 結語

結合“一流課程”建設要求及“課程思政”要求,從課程育人目標、教學方法、教學實施、考核方式等方面對“電力電子技術”課程改革,將顯性知識與隱性知識結合,將教育活動與不斷發展的社會科技接軌,切實貫徹“知識、能力、價值”三位一體的育人目標,為學生成為一名合格的自動化工程師或技術骨干奠定基礎,為其他工科課程教學改革提供參考。