雙碳目標下《電源變換技術》課程教學改革探討

劉偲艷 葛慶 張要鋒 劉陽京

摘要：電源變換技術作為光伏工程技術專業(yè)核心課，是提高新能源消納及儲存能力關鍵支撐技術，“雙碳”戰(zhàn)略目標的提出對崗位技能需求、人才培養(yǎng)需求以及技術標準等提出新的要求，原有課程體系及傳統教學模式難滿足“雙碳”背景下人才培養(yǎng)目標。針對這一問題，開展課程教學改革探討及實踐。結合學院光伏工程技術專業(yè)《電源變換技術》課程教學現狀，從教學模式、教學目標、課堂教學及教學評價四個方面進行改革探索，旨在提升課堂教學質量、改善教學效果，為碳時代培養(yǎng)社會和國家需要的科技創(chuàng)新人才。

關鍵字：雙碳目標；教學目標；課堂教學；教學模式；評價方式

中圖分類號：G712??文獻標識碼：A

鑒于全社會正處于“雙碳”戰(zhàn)略目標建設初期，需要全社會參與并踐行低碳綠色理念及“雙碳”目標意識，同時努力培養(yǎng)既懂專業(yè)知識又懂相關領域和行業(yè)碳排放的復合型創(chuàng)新型技術技能人才。因此對新能源類專業(yè)課程進行改革及實踐顯得尤為重要。

近年來，國內高校許多教師在“雙碳”戰(zhàn)略目標和課程教學改革相互結合方面開展頗具意義的探索及實踐。文獻[1-3]從課程內容設計及課程授課模式方向進行探討，通過在課程教學內容設計中融入綠色低碳理念，從而滿足“雙碳”目標對課程教學所提出的新要求；文獻[4]基于線上學習平臺制定多元評價體系，通過提升課程教學質量實現教學實踐過程中符合當前“雙碳”類課程內涵要義；以上研究雖然對“雙碳”建設目標和課程教學進行改革探索，但大多從單方面進行改革，如從手段和內容上進行優(yōu)化調整，課程改革效果不明顯。

因此對《電源變換技術》課程進行改革，在課程教學目標、教學手段及內容、教學方法等多方面進行改革實踐，將“雙碳”戰(zhàn)略目標融入課程教學全過程，有效培養(yǎng)符合國家“雙碳”戰(zhàn)略目標創(chuàng)新型技術技能人才，滿足碳時代社會和國家新人才需求。

1?課程教學現狀及存在的問題

《電源變換技術》課程是光伏工程技術專業(yè)核心課，該課程是一門綜合性課程，應用性、實踐性都很強，知識內容涵蓋廣，包括前期學習的《電子技術》、《電工技術》、《單片機應用技術》等專業(yè)基礎課，學生已對常見電子器件特性、電路工作原理、電路焊接以及驅動信號產生機理等基礎知識有所掌握，為學習《電源變換技術》提供理論和實踐支持。然該課程傳統教學存在教學模式單向、教學內容融合度低、教學評價單一等問題，教學效果難以滿足“雙碳”背景下人才培養(yǎng)目標。

1.1?教學模式單向

《電源變換技術》課程教學知識目標為掌握電源變換技術及其在新能源領域中的應用和相關知識；掌握四大電力變換電路的組成、工作原理、數量分析特點和適用范圍。知識內容廣而難，學生對電路工作原理、輸出波形及輸出計算上存在大的問題，因此在教學過程中多從知拓撲、懂原理、析波形、會計算等方面進行。多以教師教學生學的單向模式開展，學生被動接受相關知識，這樣就形成了教師在重難的講解、分析及應用方面缺乏針對性的引導，學生學習興趣不高，課堂參與度低及教學效果不佳。

1.2?教學內容融合度低

《電源變換技術》課程教學內容多從電力電子器件、電力電子四大變換拓撲結構及其波形分析、電力電子控制技術三個維度開展，傳統教學主要有理論分析、實踐驗證的形式。課程內容沒有融入碳時代科技前沿知識，課程內容陳舊；課程教學流程主要為先完成理論分析后進行實踐驗證，受實驗實現率、實驗耗材、實驗課時等因素的限制，使得理論與實踐融合度不高。故傳統課程教學內容難以滿足“雙碳”背景下人才培養(yǎng)目標。

1.3?教學評價單一

課程是教育教學活動的核心，對課程教學的評價可直接反映課程結構的合理性，課程教學評價的建構進一步引導課程教學者對課程理念的滲透。傳統課程教學評價以終結性考核為主，主要分為三個方面，課中表現+實習實訓情況+期末考試。“碳時代”背景下要求課程教學過程堅持以學生為主體，構建多元化、多樣化的評價方式，從而促進學生的全面發(fā)展。終結性教學評價方式忽略對學生素養(yǎng)、能力的培養(yǎng)，缺乏對學生自主學習能力的引導，學生學習積極性不高，課程教學效果不佳。

2?以關鍵目標成果為導向的教學模式

“雙碳”戰(zhàn)略目標對高職院校人才培養(yǎng)目標提出新的要求，要求培養(yǎng)素養(yǎng)高、技能高、主動學習能力高、創(chuàng)新應用能力高的“四高”人才。傳統基于知識點的教學模式側重知識點的講解及其相互聯系的理解掌握，從各個分散的知識點入手，最終完成課程內容的教學，在理論知識學習完后輔以驗證性試驗，加強學生的理解，最后通過試卷形式的考核對學生學習效果進行評價。這種單向輸入性教學模式，學生學習興趣低、主動性差，難以實現“四高”人才的培養(yǎng)。

而以關鍵目標成果為導向的教學模式包括三個過程，首先需要激發(fā)學生的學習興趣提升主動性，通過崗位的分析及科技前沿知識的引入，讓學生有直觀的應用意識，從而提升學習主動性，再根據學生的學情制定項目任務；然后進行教學內容學習，通過仿真及實驗的調試測驗，讓學生發(fā)現問題，再進行相關理論知識的探究學習，該方法能激發(fā)學習熱情和興趣；最后對學生全過程進行評價，包括課前導學評價、課中目標完成評價、課后能力素養(yǎng)評價。以關鍵目標成功為導向的教學模式考核方式多樣，相比與傳統試卷測驗，該方法包含學生全過程評價，并設計合理權重對學生進行考核評價。

3?課程教學內容建設

3.1構建具有時代特征和思政育人相融合的項目化課程體系

該課程主要針對新能源類專業(yè)開設，是能源綠色低碳轉型的支撐技術，緊跟“雙碳”目標，因此在課程內容設計上打破傳統四大變換的結構，課程內容以項目化、任務化的形式開展，以新能源類電力變換設備“風電變流器”、“控制器”、“光伏逆變器”為項目案例背景，主要選取項目有——“功率半導體器件識讀及應用、可控整流電路分析及制作、DC-DC變換電路分析及應用、逆變電路分析及應用、新能源變換設備應用”。課程教學過程主要針對光伏發(fā)電、風力發(fā)電、新能源汽車等新能源技術崗位所需的知識、技能，并對課程內容進行任務分解。課程主要任務包括功率半導體器件識別與選用、功率半導體器件驅動、保護電路分析、實用調光電路制作、可控整流電路仿真測試及分析、直流變換電路仿真測試及分析、實用光伏控制器電路分析、太陽能LED驅動電路制作、逆變電路仿真測試及分析、小型光伏逆變器制作，光伏逆變器認知、故障診斷及風電變流器認知及故障診斷等。

課程緊跟“雙碳”目標，針對“雙碳”目標對課程要義的新要求，通過將“雙碳”意識與課程思政目標有機融合，幫助學生養(yǎng)成可持續(xù)發(fā)展的理念及低碳環(huán)保的生活方式，以及幫助學生樹立正確的價值觀。不同任務學習階段分別融入不同的思政要點、目標。每個任務在實施過程中考慮三個目標，即理論學習目標、實踐操作目標和思政目標，其中思政融入任務核心思路為培養(yǎng)學生的“雙碳”意識，從五個維度進行，即“行業(yè)認同”、“社會責任”、“工匠精神”、“守正創(chuàng)新”、“持續(xù)學習”，分五個融入點（科技前沿知識、課前一分鐘、行業(yè)企業(yè)、行為規(guī)范、榜樣作用）在教學過程中貫穿始終，達到專業(yè)學習與思政融入相輔相成，德技并修的效果。

3.2實施“理虛實一體化”教學改革策略

電源變換技術課程實驗涉及電力變換電路的調試及故障排除，受實驗實現率、實驗耗材、實驗課時等因素的限制，導致理論學習與實踐操作脫節(jié)。因此課堂實施采用項目化、任務化教學，開展“理虛實一體化”教學改革。教學改革主要包括“課前探索、仿真練習、理論學習、電路制作、電路調試、效果評估”六個步驟，采用線上線下混合式教學方法等多樣化教學手段攻克教學重難點。

3.2.1?“探”——課前探索

課前，教師利用錄屏軟件制作教學視頻，對本次課學習目標、學習內容進行概述，基于學習通網絡平臺發(fā)布課前任務：課前學習任務書、微課視頻任務點以及知識點測試。學生領取課前任務書并觀看微課視頻自主學習，完成知識點測試，各工作小組按照要求完成任務，讓學生了解任務基本理論，培養(yǎng)學生自主學習習慣。教師通過學習通平臺與學生互動，解惑答疑，收集學生課前探索時遇到的問題、困難，聚焦教學難點，有針對性調整教學策略。

3.2.2?“仿”——電路仿真

以DC-DC變換電路仿真測試為例。教師先錄制DC-DC變換電路仿真模型的搭建、調試、模型常見故障及排除方法視頻，學生課前接收任務并進行學習，自形搭建仿真電路模型并測試；課中教師發(fā)布本次課仿真測試任務，教師對課前情況進行總結分析，聚焦教學重難點，有針對性的開展教學過程。

學生接收仿真測試任務，并根據任務書要求使用PSIM仿真軟件完成電路模型的搭建及電路調試。教師隨堂進行巡查，對仿真操作中學生問題較多的地方，如脈沖信號電壓、脈沖設置、觸發(fā)導通角等模型參數設置，示波器波形分析進行講解及示范。教師查看學生的實際操作及任務完成情況，邀請任務完成情況好的學生進行演示及經驗分析，引導學生主動發(fā)現和解決仿真操作過程中遇到的問題。學生通過虛擬仿真電路的實現及波形的輸出分析，引起學生對后期理論探析的學習興趣。

3.2.3?“析”——理論分析

理論探析主要在線下課堂教學進行，在完成仿真測試及調試后，學生對DC-DC變換電路的實現過程充滿了興趣，教師組織學生對仿真現象進行總結，針對仿真測試現象及過程中遇到問題，教師對學生進行分組，小組討論探析DC-DC變換電路拓撲結構、工作原理、波形輸出及電路計算，采用分組討論法、任務驅動法攻克教學重點。并采用交互式動畫有效破解電路原理與波形分析難點。對DC-DC變換電路進行工作原理與波形的分析，強化重點知識的掌握。

3.2.4?“制”——電路制作

以DC-DC變換電路的實踐任務“光伏手機充電控制器的設計與制作”為例，該任務涵蓋了功率半導體器件—晶體管以及隔離式DC-DC變換電路—反激式變換電路，知識點涵蓋全面，難度適中，且融入新技術，非常適合。教師利用學習通平臺發(fā)布虛擬實操動畫或手工操作等電路制作示范視頻任務并要求學生完成。課中教師通過分析職業(yè)新技術，新規(guī)范，使學生明確電路制作重點步驟。通過交互式動畫、互動游戲、直播投屏、步驟排序等師生互動活動來化解電路制作難點問題。

學生實物制作過程主要在線下課程進行，教師組織學生進行實物電路的焊接及制作。學生首先需要根據電路原理圖及器件清單，完成器件的測試，電路的布局及焊接以及上電試驗，觀察光伏控制器電路是否能輸出正確的電壓并對電池進行充電。教師通過課堂巡視，及時了解學生的實踐操作情況并及時進行指導教學。

3.2.5?“調”——電路調試

電路制作結束后，各小組使用示波器、信號發(fā)生器對所制作光伏手機充電控制器進行調試驗證，記錄原始電壓數據及示波器輸出波形。各小組對電路制作過程遇到的故障現象、故障波形及故障排除方法進行總結梳理，對比故障前后波形的異同，完成電路制作及調試討論，經過反復訓練強化學生對DC-DC變換電路重難點知識的掌握。

3.2.6?“評”——效果評估

各小組在完成任務訓練后進行成果展示，相互觀察或驗證，并開展小組互評，培養(yǎng)公正的價值觀。結合“雙碳”素養(yǎng)指標、成果目標完成指標、實踐能力指標、教師點評，共同評出最優(yōu)小組。

實施“理虛實一體化”教學改革后，教學過程遵循做中學、做中教的理念，注重學生動手能力的鍛煉及行為意識的培養(yǎng)。課堂實施采用項目化任務化教學，開展線上線下混合式教學，學生利用學習通平臺開展課前學習并完成相應測試，課中圍繞任務重難點、學生課前學習問題開展，課后進行持續(xù)學習和效果鞏固，課程實施可總結為“三大目標、六個步驟”。使學生在“理論學習—虛擬仿真操作—實踐操作”的學習過程中激發(fā)學習熱情和興趣，教學反饋良好。在教學過程中不斷鼓勵學生創(chuàng)新改進技術、理解科技前沿，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

4實施“4Z”課程教學評價體系

該課程采用形成性評價和終結性評價相結合的課程考核評價體系，融入“雙碳”素養(yǎng)指標、成果目標完成指標、綜合實踐能力指標以及課堂素養(yǎng)指標等，實施全課程全過程評價（課前導學評價、課中目標完成評價、課后能力素養(yǎng)評價）和終結性評價（測試測驗評價）；評價主題由學生個人、小組、教師組成；評價內容則是根據是否達成“三大目標”，從學習目標（變換電路的知拓撲、懂原理、析波形、會計算），實踐操作目標（拓撲圖繪制、仿真模型搭建、電路搭建、電路調試及故障分析、波形測試、匯報展示6個方面），思政目標（雙碳意識、行業(yè)認同、社會責任、工匠精神、守正創(chuàng)新、持續(xù)學習）等多方面進行考核；評價手段利用數據化信息平臺和項目實現，線上線下相結合的方式，另外還增設了拓展維度，融入競賽知識點：如光伏電子設備的開發(fā)和調試項目以及智能微電網項目，鼓勵和幫助較為優(yōu)秀和積極的學生參加比賽提升自身的能力，并對畢業(yè)生就職情況進行追蹤調查，了解學生在企業(yè)的工作情況，及時調整教學和思政目標。

結語

本文對“雙碳”目標下《電源變換技術》課程教學改革方法及途徑進行探討，首先分析該課程現狀及存在的問題，針對現有問題開展研究，研究過程中首先從教學模式改革入手，提高學生主動學習能力；然后分別從教學目標、教學過程、教學評價方式等多方面對課程進行改革探討，以及課程教學實施，課程實施效果及學生調查報告均證明該課程改革的有效性。

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