國際留學(xué)研究生項目導(dǎo)向式課程教學(xué)探索

但漢兵 許國 熊文靜

摘? 要：隨著“一帶一路”倡議的提出，留學(xué)生教育已成為我國高校教育中的一個重要組成部分。目前國際留學(xué)研究生課程存在的教學(xué)模式傳統(tǒng)單一、考核方式不全面等問題，導(dǎo)致留學(xué)研究生學(xué)習(xí)積極性不高，基礎(chǔ)專業(yè)知識掌握不牢固，教學(xué)質(zhì)量及效果未達(dá)到要求。文章探索了“電力電子系統(tǒng)建模與控制”課程的項目導(dǎo)向式英語教學(xué)模式，圍繞實際工程案例講解專業(yè)知識點，從而激發(fā)留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)興趣；采用期末閉卷考試和課堂項目仿真設(shè)計相結(jié)合的考核方式，提升留學(xué)研究生對專業(yè)知識的實際應(yīng)用能力。通過基礎(chǔ)知識與專業(yè)知識相輔助，理論與實際相結(jié)合的教學(xué)模式，為培養(yǎng)電力電子裝備方面的國際高端應(yīng)用型技術(shù)人才奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：項目導(dǎo)向式教學(xué)；電力電子系統(tǒng)建模與控制；教學(xué)探索；國際留學(xué)研究生

中圖分類號：G643? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）05-0096-04

隨著“一帶一路”倡議的提出，教育合作成為促進(jìn)國際合作的重要紐帶。為加深國際合作，“一帶一路”沿線國家鼓勵學(xué)生來華學(xué)習(xí)，留學(xué)研究生教育已成為我國高校教育中的一個重要組成部分［1-2］。由于來華國際研究生的基礎(chǔ)知識和專業(yè)水平參差不齊，現(xiàn)有課程的理論和實踐體系有待完善以適應(yīng)國際留學(xué)生的培養(yǎng)［３］。國際留學(xué)研究生課程存在教學(xué)模式傳統(tǒng)單一、理論教學(xué)環(huán)節(jié)難和考核方式不全面等問題，導(dǎo)致留學(xué)研究生學(xué)習(xí)積極性不高，基礎(chǔ)專業(yè)知識掌握不牢固［４］。因此，探索“一帶一路”背景下國際留學(xué)研究生的培養(yǎng)模式具有重要意義［５］。

項目導(dǎo)向式教學(xué)［６］在電氣工程相關(guān)課程的教學(xué)過程中理論結(jié)合實際，提高了學(xué)生的積極性，扎實了基礎(chǔ)專業(yè)知識，在電氣專業(yè)人才培養(yǎng)和教育質(zhì)量提升方面效果顯著。項目導(dǎo)向式教學(xué)不僅能夠加深學(xué)生對傳統(tǒng)理論知識概念的理解，更能培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維。2011年，西班牙巴利亞多利德大學(xué)的Fernando Martinez等學(xué)者研究了基于項目導(dǎo)向式的電力電子技術(shù)教學(xué)方法，以設(shè)計電源與光伏發(fā)電為項目，培養(yǎng)學(xué)生的項目規(guī)劃、小組管理、文件撰寫和幻燈片演示等方面的能力，取得了不錯的教學(xué)效果［７］。2012年澳大利亞斯威本科技大學(xué)的Nasser Hosseinzadeh等學(xué)者在電力系統(tǒng)建模和分析教學(xué)中，以昆士蘭州的實際電力系統(tǒng)為項目，運(yùn)用項目導(dǎo)向式教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)知識掌握能力和實踐技能［８］。同年，香港大學(xué)的Chi-Un Lei等學(xué)者在教學(xué)中要求學(xué)生以戈德堡機(jī)械為工程對象，利用電子傳感器和執(zhí)行器來重新設(shè)計機(jī)器，以加深學(xué)生對理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)能力和創(chuàng)造力［９］。2015年國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)的劉少克老師等在電力電子技術(shù)教學(xué)過程中，圍繞磁浮列車供電系統(tǒng)的設(shè)計展開教學(xué)，把教學(xué)形式單一的傳統(tǒng)理論知識課堂轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚搶W(xué)習(xí)與實踐能力共同培養(yǎng)的教學(xué)模式［1０］。同年，東南大學(xué)堵國樑老師等在電子電路實驗教學(xué)中，以完整的工程項目研發(fā)為主線開展實驗教學(xué)和研究，促進(jìn)學(xué)生主動思考和學(xué)習(xí)，在一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的實踐和創(chuàng)新能力［11］。2016年丹麥科技大學(xué)的Zhang Zhe等學(xué)者提出了面向開關(guān)電源設(shè)計的項目導(dǎo)向式教學(xué)方法，讓學(xué)生從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇、元器件選型設(shè)計、濾波器設(shè)計和閉環(huán)控制器設(shè)計的學(xué)習(xí)入手，掌握電力電子相關(guān)課程的理論知識，增強(qiáng)了留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)和實踐能力［1２］。近年來，李澤湘教授在松山湖國際機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地開展了新工科教育，通過交叉、結(jié)合、跨學(xué)科的教育教學(xué)方式去引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在學(xué)習(xí)中將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)思維融會貫通。新工科教育理念提倡以社會實際需求為導(dǎo)向的教學(xué)，從而促進(jìn)創(chuàng)業(yè)教育、高新產(chǎn)業(yè)發(fā)展和人才培養(yǎng)，同時松山湖國際機(jī)器人產(chǎn)業(yè)基地孵化出多個硬科技公司，且部分公司已經(jīng)發(fā)展成為各自領(lǐng)域的獨角獸公司。

綜上，文章以“電力電子系統(tǒng)建模與控制”國際留學(xué)研究生課程為例，探索圍繞實際工程應(yīng)用案例，引進(jìn)項目導(dǎo)向式教學(xué)的思路，講解電力電子基礎(chǔ)和專業(yè)知識，從而激發(fā)留學(xué)研究生探索新知識的欲望，進(jìn)一步培養(yǎng)留學(xué)研究生分析和解決實際工程問題的能力。采用期末考試和項目仿真設(shè)計相結(jié)合的考核方式，鞏固留學(xué)研究生的基礎(chǔ)專業(yè)知識，提升留學(xué)研究生實際動手能力，培養(yǎng)電力電子裝備方面的國際高端應(yīng)用型技術(shù)人才。

一、基于項目導(dǎo)向式教學(xué)理念的教學(xué)改革

（一）課程教學(xué)改革思路

傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教材內(nèi)容的傳授為依托，以教師講授為主導(dǎo)，其目標(biāo)是學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)和理解。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師缺乏激情，學(xué)生失去活力。“師者，所以傳道授業(yè)解惑也”。教師，不能照本宣科去做知識的講解員和搬運(yùn)工，而應(yīng)該想方設(shè)法地調(diào)動學(xué)生的積極性和主觀能動性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，發(fā)掘?qū)W生提問質(zhì)疑的勇氣，激發(fā)迎難而上的決心。此外，傳統(tǒng)教學(xué)方式存在“學(xué)”“用”分離，理論與實踐脫節(jié)的問題，也會導(dǎo)致學(xué)生缺乏解決實際問題的能力。留學(xué)研究生教育主要是培養(yǎng)電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用型人才，為了解決上述問題，“電力電子系統(tǒng)建模與控制”國際留學(xué)研究生課程采用項目導(dǎo)向式教學(xué)方法，以實際的應(yīng)用案例為導(dǎo)向，弱化教師的“授業(yè)”功能，教師主要為學(xué)生創(chuàng)造學(xué)習(xí)機(jī)會，解答疑惑，引導(dǎo)學(xué)生思考和實踐。在解決實際應(yīng)用問題的過程中，學(xué)生的參與度大大提高，不僅能夠掌握理論知識，還培養(yǎng)了自主探索實踐的能力。課程教學(xué)分為理論教學(xué)模塊、仿真設(shè)計模塊和課程考核模塊。理論教學(xué)模塊用于幫助留學(xué)研究生鞏固電力電子系統(tǒng)建模與控制的基礎(chǔ)知識。平時的課后作業(yè)作為理論教學(xué)的一個反饋，教師根據(jù)課后作業(yè)情況了解留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)情況，從而調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。針對專業(yè)基礎(chǔ)較差、無法跟上教學(xué)節(jié)奏的留學(xué)研究生，教師進(jìn)行一對一交流溝通。培養(yǎng)學(xué)生不僅要關(guān)注留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)成果，也要關(guān)注他們的心理健康狀態(tài)。在仿真設(shè)計過程中如果碰到困難，留學(xué)研究生容易產(chǎn)生厭學(xué)和放棄的想法，此時教師需要對學(xué)生進(jìn)行鼓勵，同時提供必要的幫忙讓留學(xué)研究生解決目前的仿真設(shè)計問題。

項目導(dǎo)向式教學(xué)的重中之重還是對實際案例的研究，即課程中的仿真設(shè)計模塊。理論教學(xué)模塊為留學(xué)研究生的仿真設(shè)計模塊奠定了電力電子建模與控制的理論基礎(chǔ)。仿真設(shè)計模塊通過仿真設(shè)計將理論知識與實際問題相結(jié)合，幫助留學(xué)研究生進(jìn)一步加深對理論知識的理解和掌握。課程考核模塊是檢驗留學(xué)研究生對理論教學(xué)和仿真設(shè)計知識掌握度的有效方式。雖然課程考核在一定程度上能反映留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)效果，但是考核不是最終目的，而是督促留學(xué)研究生投入精力學(xué)習(xí)的一種手段。通過課程考核激發(fā)留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)動力，提高留學(xué)研究生分析和解決問題的能力。

1. 課程教學(xué)特征

課程面向來華工科留學(xué)研究生，留學(xué)研究生來自不同的國家，漢語基礎(chǔ)不牢固，英語水平也參差不齊，因此本門課程教學(xué)主要有以下三個特點：

（1）采用優(yōu)秀英文教材

留學(xué)研究生雖然有一年的中文學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，但主要偏向于日常用語，對電氣專業(yè)相關(guān)詞匯還比較陌生。因此，中文教材對于漢語基礎(chǔ)薄弱的留學(xué)研究生而言難度較大，不太適合本課程的教學(xué)。因此本課程選用英文教材Fundamentals of Power Electronics，該英文教材詳細(xì)講述了電力電子變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、穩(wěn)態(tài)模型、動態(tài)模型和控制方法。在合理使用英文教材的基礎(chǔ)上，教師將所有的理論知識內(nèi)化成自身的教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)留學(xué)研究生的不同情況和特點，因材施教。

（2）采用英文教學(xué)

留學(xué)生大多通過英文授課模式完成本科學(xué)位，英文授課可以使留學(xué)生更好地理解和掌握這些專業(yè)知識。教師使用英文講授專業(yè)知識需要具有國際化視野，有留學(xué)的相關(guān)經(jīng)驗，且具有較好的英語理解能力和口語表達(dá)能力。英文課程教學(xué)非常考驗教師的水平，既能便于留學(xué)生理解相關(guān)專業(yè)知識，又鍛煉了青年教師的教學(xué)能力。

（3）采用項目導(dǎo)向式教學(xué)

以實際應(yīng)用案例為導(dǎo)向，引導(dǎo)國際留學(xué)研究生在實際應(yīng)用案例中提煉科學(xué)問題，在解決實際案例中科學(xué)問題的過程中，培養(yǎng)留學(xué)研究生探索發(fā)現(xiàn)的樂趣和科研興趣，激發(fā)創(chuàng)新的潛力，鍛煉解決實際問題的能力。這種教學(xué)模式能最大程度地將留學(xué)研究生培養(yǎng)成高端應(yīng)用型人才。通過分組合作完成仿真設(shè)計的實踐模式也可以鍛煉留學(xué)研究生的團(tuán)隊協(xié)作精神。

2. 課程教學(xué)方式與內(nèi)容

電力電子系統(tǒng)建模與控制課程是培養(yǎng)國際留學(xué)研究生電氣專業(yè)高端應(yīng)用型人才的一門基礎(chǔ)專業(yè)課程。該課程涉及功率變換器及其調(diào)制技術(shù)、電力電子技術(shù)和自動控制原理等，是一門多學(xué)科交叉的應(yīng)用型技術(shù)課程。通過課程教學(xué)，旨在使國際留學(xué)研究生了解電力電子系統(tǒng)及其基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，了解電力電子技術(shù)及其發(fā)展方向，掌握電力電子系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型的建立方法以及控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。通過項目仿真設(shè)計，使留學(xué)研究生具有電力電子系統(tǒng)的設(shè)計和系統(tǒng)分析的能力。

考察過多個實際案例后，本課程教學(xué)應(yīng)用案例最終選擇最經(jīng)典的BUCK變換器拓?fù)浜虰OOST變換器拓?fù)洌ㄟ^理論課程學(xué)習(xí)在MATLAB/SIMULINK仿真中實現(xiàn)兩個變換器拓?fù)涞闹绷髯儞Q功能。理論課程學(xué)習(xí)分為以下幾個部分：①電力電子變換器的簡介；②電力電子變換器的穩(wěn)態(tài)分析方法；③電力電子變換器的穩(wěn)態(tài)等效模型、損耗分析和效率計算方法；④電力電子變換器的斷續(xù)導(dǎo)通模式；⑤電力電子變換器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；⑥電力電子變換器系統(tǒng)的動態(tài)模型；⑦電力電子變換器系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；⑧電力電子變換器系統(tǒng)控制器的設(shè)計方法。課程共計32個學(xué)時，主要圍繞本課程的實際應(yīng)用案例進(jìn)行相關(guān)知識點的講解和仿真設(shè)計實踐。通過課堂多媒體教學(xué)讓留學(xué)研究生了解與熟悉電力電子系統(tǒng)建模與控制課程的基礎(chǔ)知識，通過課中提問和討論集中留學(xué)研究生的注意力，通過課后練習(xí)鞏固留學(xué)研究生的電力電子基礎(chǔ)知識。項目仿真設(shè)計按照3—4人組成一個項目組，每個項目通過協(xié)作完成BUCK變換器和BOOST變換器的MATLAB/SIMULINK仿真設(shè)計。雖然每個小組的項目題目一致，但是由于每個小組成員基礎(chǔ)知識的掌握水平不同，會出現(xiàn)各式各樣的問題，導(dǎo)致項目的進(jìn)度不同。在解決問題的過程中，不僅能讓留學(xué)研究生更深刻地理解電力電子系統(tǒng)建模與控制的專業(yè)知識，而且可以培養(yǎng)留學(xué)研究生的團(tuán)隊協(xié)作能力和對知識實際應(yīng)用的積極性和創(chuàng)新性。在整個教學(xué)過程中，教師作為項目參與者而不是決策者，只起輔助作用，引導(dǎo)留學(xué)研究生產(chǎn)生對專業(yè)知識的興趣與實際應(yīng)用的積極性。此外，通過課堂教學(xué)反饋反復(fù)修正，最終形成國際留學(xué)研究生“電力電子系統(tǒng)建模與控制”課程的全部內(nèi)容。

3. 課程考核方式優(yōu)化設(shè)計

為了響應(yīng)提升國際留學(xué)研究生教育質(zhì)量的倡導(dǎo)，課程重視留學(xué)研究生的綜合水平培養(yǎng)。課程考核采取平時考核成績和期末考試成績綜合評估的原則。其中，期末考試成績占總成績的70%，平時考核成績占總成績的30%。平時考核包括課堂考勤、課后作業(yè)和仿真設(shè)計。其中，課堂考勤占平時考核成績的25%，主要考察留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)態(tài)度，課后作業(yè)與仿真設(shè)計占平時考核成績的75%，主要考察留學(xué)研究生是否能夠靈活運(yùn)用所學(xué)理論知識，以及對實際項目問題的處理能力。課后作業(yè)主要以所選英文教材Fundamentals

of Power Electronics中的課后習(xí)題為主。通過考核項目組的仿真設(shè)計是否滿足項目要求來進(jìn)行對留學(xué)生仿真實踐能力的考核。期末考試主要由選擇題和問答題組成，從而考核留學(xué)研究生的專業(yè)基礎(chǔ)知識。期末考試的試卷主要包括20個選擇題目，共計40分；2個計算題，共計25分；2個問答題，共計35分。通過優(yōu)化課程考核方式，鍛煉留學(xué)研究生的電氣專業(yè)綜合應(yīng)用能力。

二、教學(xué)效果

“電力電子系統(tǒng)建模與控制”國際留學(xué)研究生課程圍繞實際工程應(yīng)用案例，引進(jìn)項目導(dǎo)向式教學(xué)的思路，將電力電子系統(tǒng)建模與控制的知識模塊融入項目設(shè)計中，優(yōu)化了傳統(tǒng)教學(xué)方式。教材Fundamentals of Power Electronics的使用，是優(yōu)質(zhì)教學(xué)的前提。英文教材的使用為留學(xué)研究生提供了英語教學(xué)環(huán)境，保證了留學(xué)研究生能夠快速適應(yīng)課程。項目導(dǎo)向式教學(xué)，圍繞實際工程案例，講解專業(yè)知識在日常生活與工業(yè)中的應(yīng)用場景，培養(yǎng)了留學(xué)研究生解決實際問題和團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。在教學(xué)過程中，留學(xué)研究生熟悉了研發(fā)項目的各個環(huán)節(jié)，激發(fā)了創(chuàng)新潛質(zhì)，從而成長為優(yōu)秀的電力電子領(lǐng)域應(yīng)用型人才。通過課程學(xué)習(xí)，國際留學(xué)研究生對電力電子系統(tǒng)建模與控制相關(guān)的知識點有了更深入的理解。課程得到留學(xué)研究生的一致認(rèn)可，激發(fā)了留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)積極性，從而提高了留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)效率。通過課后問卷調(diào)查，留學(xué)研究生對“電力電子系統(tǒng)建模與控制”國際留學(xué)研究生課程的滿意度均在95%以上。

三、結(jié)論

“電力電子系統(tǒng)建模與控制”國際留學(xué)研究生課程采用項目導(dǎo)向式教學(xué)，圍繞實際工程應(yīng)用案例，講授電力電子系統(tǒng)建模與控制課程，提高了留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，鞏固了留學(xué)研究生的電力電子系統(tǒng)建模與控制的基礎(chǔ)專業(yè)知識，使留學(xué)研究生具備解決實際項目問題的能力，從而成長為電力電子領(lǐng)域的國際高端應(yīng)用型技術(shù)人才。采用期末閉卷考試和平時項目仿真設(shè)計考核相結(jié)合的優(yōu)化考核方式，激發(fā)了留學(xué)研究生的學(xué)習(xí)動力。該課程的教學(xué)改革模式及內(nèi)容可為其他國際留學(xué)研究生課程探索和改革提供借鑒。

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（責(zé)任編輯：淳潔）