“電力電子技術”課堂教學中融入“課程思政”的方法實踐

馬銘遙，賴紀東，黃海宏，張 興

（合肥工業大學 電氣與自動化工程學院，安徽 合肥230009）

0 引言

專業課程是課程思政建設的基本載體。在2020年5月28日發布的《高等學校課程思政建設指導綱要》（以下簡稱《綱要》）中明確指出并具體要求：要緊緊抓住教師隊伍“主力軍”、課程建設“主戰場”和課堂教學“主渠道”，讓所有高校，所有教師，所有課程都承擔好育人責任，守好一段渠，種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，將顯性教育和隱性教育相統一，形成協同效應，構建全員全程全方位育人大格局［1～5］。全面推進課程思政建設，就是要寓價值觀引導于知識傳授和能力培養之中，幫助學生塑造正確的世界觀、人生觀、價值觀，這是人才培養的應有之義，更是必備內容。“電力電子技術”作為電氣與自動化本科專業的基礎專業課程，具有鮮明的學科特色，其本身的發展歷程就體現了新興學科發展的創新規律、思想價值與精神內涵。深入挖掘這些元素，更能夠讓學生認識和領會推動科學進步的普適性規律，理解和掌握工程創新的價值性與可實現性［6～7］。

1 “電力電子技術”課程的學情分析

在能源枯竭和環境惡化的雙重壓力下，全球能源發展格局正在發生重大而深刻的變化。多年來我國的新能源發電已取得舉世矚目的成就。而新能源發電并網、柔性直流輸電、交流傳動等等重大應用場景的技術實現都離不開電力電子技術的支撐。電力電子技術是使用功率電力電子器件進行電力控制和精準變換的電子技術。它是支撐我國電力能源、航空航天、國防軍工等國家重大需求的關鍵基礎性技術之一。其面向行業和學科前沿，是兼具知識基礎性和工程應用性的具有重大發展潛力的新型學科。

而“電力電子技術”課程，面向大學三年級電氣工程及其自動化、智能電網信息工程、自動化等專業本科生，重點講述電力電子器件的特性和選取方法以及電力電子四種典型功率變換的拓撲結構、電路分析和參數計算方法，使學生具備變流裝置的基本調試能力以及電力電子電路的特性分析和計算能力。通過課程的學習，培養學生的實踐探索精神以及科學創新精神。

基于“電力電子技術”的應用背景，我們在授課時要主動將前沿科研方向、科研成果反哺本科教學，實現科教深度融合，培養學生科學思維、批判性思維和創新能力。而思維的塑造和能力的培養與學生價值觀、世界觀、人生觀的引領息息相關，因此將思政教育融入和貫穿到專業課程的教授中是非常必要，且刻不容緩。

2 思政元素與課程教學設計的有機融合

提升課程育人質量，須圍繞立德樹人這一根本任務。并遵循思想政治工作規律、教書育人規律和學生成長規律，不斷創新教學內容，才能激活其蘊含的思政元素。認真梳理專業課程所蘊含的思想政治教育元素和所承載的思想政治教育功能，賦予課程價值引領的重任，實現思想政治教育與知識體系教育的有機統一。因此，提升課程育人質量，需要在“融入”上下功夫，即通過創新教學內容，將豐富的思想政治教育元素潤物無聲地融入到課程之中。

2.1 思政元素與教學內容的融合

工科課程專業知識本身就具有明顯的價值傾向，尤其是很多交叉學科及新興學科課程。一方面專業知識點反應了科技發展歷史上某些重要的新發明和新創造。授課中如果能夠厘清科技歷史發展脈絡，講述當時技術探索的過程，結合知識點的理論內容，更容易讓學生深刻理解知識原理的意義和其產生的必然性。另一方面專業知識點反應了當下某些重大技術應用的基礎性原理。授課中如果能夠結合技術應用的工程需求，以需求為牽引，啟發學生逐步改進，最終獲得最優化的效果，更容易讓學生理解組成元素的真正價值和意義。這些專業知識點內容其實都具有明顯的時代性，只要將知識原理與價值意蘊有機結合，使教學內容與主流價值觀同向同行，有效回應學生的普遍關切，都會取得非常好的育人效果。

2.2 思政元素與導學方法的結合

大部分工科課程的知識點和知識點之間具有一定的邏輯關系。這種邏輯關系可以輔助學生從整體或全局上學習和理解知識的內在構造和價值。授課中要注重把握這些邏輯的明線和暗線，以邏輯構成為牽引，引導學生體驗聚焦與發散的有機結合，局部與全局的不同認知，順序與逆序的不同結果等等。將導學方法與認知過程有機結合，使教學內容與認知規律同頻共振，著力培養學生的拓展能力與創新精神。

2.3 思政元素與教學教具的組合

很多工科課程的教學案例與現實生產和生活息息相關。采用虛擬情境、現實產品、現場視頻等等教學手段，可以輔助學生更加深刻的體會學科價值。而真實案例背后的學科故事，既立體又豐富，課程講授中娓娓道來，用真實的故事明晰道理，用道理獲得認同，更易于引發學生的情感共鳴。更易于激發學生在時代洪流中，注重厚植情懷，持續創新思維，不斷拓展視野。

3 “電力電子技術”課程思政的實踐案例

“電力電子技術”課程的主要教學內容和課程思政融入如表1所示。“電力電子技術”課程思政的創新教學設計，從以下幾方面開展了教學探索工作。

表1 “電力電子技術”課程的主要教學內容與課程目標

3.1 “電力電子技術”課程思政教學內容的設計

思政元素與課程內容的融入要恰到好處，才能夠做到潤物無聲。思政元素的融入可以在課前、課中、課后的各個環節中開展。例如在課前，在安排小組討論或者預習環節時，就可以推送一些相關的現場應用場景、技術現狀、重要的演講等等的視頻資源供學生們先行學習，課上再匯集學生們的問題，開展教學相關環節。課中適合針對相關知識點介紹專業發展歷史主線，引導學生關注未來技術發展的方向；介紹具體成果背后的人物故事，鼓勵學生勇于抓住時代的機遇，堅韌不拔打破國外封鎖；介紹我院電力電子科技創新的相關技術應用，鼓勵學生凝練精華不斷創新，樹立工業報國的遠大志向。課后環節可以推送一些可以拓展視野的視頻、電影或者文獻，挖掘學生學與思、思以用的潛能。多種形式相互結合，形成思想政治教育與知識體系教育的有機統一。

（接續表1）

3.2 “電力電子技術”課程思政導學方法的設計

“電力電子技術”課程的講授內容，涉及非常多的電路拓撲類型，如果簡單的讓學生進行記憶和學習，很難取得非常好的教學效果。這些電路拓撲結構之間其實存在一定的關聯性，為了便于學生理解和掌握拓撲推導之間的辯證關系，我們引入古代先賢老子其《道德經》中的經典內容：“道生一，一生二，二生三，三生萬物。”其推演思路如圖1所示。將電力電子半橋“I”型集成功率模塊作為基本單元，通過輸入輸出端口的電源和適當負載接入就可以構成電流可逆的二象限DCDC直流變換拓撲，繼續并聯就可以獲得最為廣泛的單相全橋變換拓撲。通過增加相數可以獲得三相橋式逆變器拓撲，或多相橋式交流電機驅動拓撲；通過用晶閘管功率器件替換全控功率器件以及負載調整，可以獲得相控整流電流拓撲；通過封鎖全控功率器件的驅動信號，可以獲得不控整流電路拓撲等等。

圖1 知識點的有機串聯與拓撲推演

通過引入中國古代先賢的辯證法思想，用古代經典哲學串聯本課程所有拓撲結構的推演與拓展，自然融入思政元素，厚植家國情懷。

3.3 “電力電子技術”課程思政教學教具的選取

針對“電力電子技術”課程中的直流-直流變換章節，其涉及的內容與現實生活中手機充電器、充電寶、電腦適配器等等學生們日常使用頻率非常高的消費類電子產品的基本工作原理一致。在授課中，我們以真實的手機充電器或電腦適配器作為課堂教具，讓學生認識電能變換的工程設計需求。并拆卸教具讓學生認真觀察內部的元器件結構，真切感受各類功率元器件的體積和重量的相對大小。直觀感受電感、電容、變壓器等元器件的體積和重量在整體電路中占主導成份。例如在講授BUCK電路特性分析時，可以推導得出輸出電壓紋波的表達式如下所示：

公式表明當輸出紋波要求一定的前提下，如果想要減小電路的體積和重量，最優化的方法就是提高開關頻率fs。若開關頻率顯著提高，傳統的硅材料功率器件就難以滿足工程需求，需要采用近幾年才開始商業化應用的寬禁帶半導體材料構成的新型碳化硅或者氮化鎵功率器件。我們以小米GaN氮化鎵65 W充電器實物為例，其尺寸為30.8×30.8×56.3 mm，功率密度高達1.21 W/cm3，重量82 g。與傳統充電器的對比如表2所示。通過這樣的實物展示和對比教學，讓同學深刻認識科技快速發展和應用創新的巨大魅力。激發學生主動創新意識和關注科技最新發展的熱情。

表2 不同類型充電器的對比

4 結語

創新精神與工匠精神，是作為工科學生最應該具備的優良品質。通過專業課程與思政教育的有機結合，通過真實的歷史、人物、企業等等故事內容的有機融入，為學生講述一段段科技歷史進程中的家國情懷，為學生展現一代代科技工作者的努力創新的精神風貌，在學習專業知識的同時，更易于引發學生的情感共鳴。