線上線下混合式一流課程建設與實踐

［摘 要］文章圍繞新工科背景下的一流課程建設，分析電力電子技術課程的教學現狀及問題、改革的理念和思路、改革的方案與路徑，以及通過建知識樹、知識圖譜、思維導圖，制定考核方式與成績評定量規，建設具有高階性、創新性和挑戰度的電力電子技術國家級一流本科課程的成功經驗，助力推進“中國制造2025”進程。

［關鍵詞］電力電子技術；一流課程；高階性；創新性；挑戰度

［中圖分類號］G642.3 ［文獻標識碼］A ［文章編號］2095-3437（2024）22-0028-06

站在中華民族偉大復興戰略全局和世界百年未有之大變局的戰略交叉口，教育部提出“兩性一度”的金課標準，即高階性、創新性和挑戰度，目的是淘汰“水課”，培養具有獨立思考能力、創新能力和創新思維，敢于質疑的人才，以滿足社會發展需要。

“中國制造2025”和“工業4.0”需要工科院校培養出多元化、創新型的卓越工程人才。而傳統教學模式存在很多痛點問題，如以教師講授為主，學生處于被動學習的地位；課堂活力不夠，教學過程培養學生能力不足；百人課堂難以互動，課程教學評價方式單一；等等。為此，須從以教師為中心轉向以學生為中心的探究性學習。國內外多所知名高校的教學改革實踐證明，混合式創新模式教學可滿足培養具備高階思維能力的人才的需求，是適合高階學習的教學模式。

一、教學現狀及問題

電力電子技術課程旨在使學生了解電力電子技術的發展歷史、行業現狀和應用領域，熟悉各種電力電子器件的特點及使用方法；了解與電力系統相關的技術標準、知識產權、產業政策、法律規范要求和工業生產標準；熟悉半導體器件的性能，包括耐壓、通流、出廠成本等基本指標；能夠獨立完成Buck、Boost、反激等基本電力電子變換器的實驗，對電力電子電路進行定性分析、定量計算，能夠選用或搭建實驗裝置，采用科學的實驗方法，安全地開展實驗；能夠根據工程實際的需要，對四種變流主電路進行設計，給出設計方案，并進行器件選型、參數計算、控制方案確定以及諧波分析等工作；能夠將工程基礎和專業知識用于電力系統工程問題的分析和優化；能夠根據用戶需求確定設計目標。

目前，該課程任課教師通常以教科書的目錄結構為藍本提煉出知識結構體系和知識點，在課程中逐一講授并輔以實驗教學。這種教學模式在實際操作中存在如下幾個問題。

第一，教學安排上出現了內容多、課時少的問題。電力電子技術課程面向電氣工程及其自動化、自動化工程、建筑電氣工程等專業，內容十分豐富，而課程總學時為40學時，其中實驗8學時。該課程全面具體地介紹電力電子器件和電力電子變流技術，時間安排上非常緊湊。

第二，部分教師在課堂上全程講授、“滿堂灌”，讓學生全程聽講，知識單向傳輸，學生被動接受知識，導致課堂沉默、活力不足。

第三，課程教材內容和實驗內容陳舊，實驗手段落后，導致授課質量難以提高，課程顯露出低階性。

第四，教學過程培養學生能力不足。工程教育專業認證考查的是能力產出，而只通過理論知識講授是難以讓學生達到能力目標的，特別是工科專業的應用性課程，必須讓學生有所實踐。實驗和第二課堂作為理論教學的良好補充，是培養學生工程應用能力的重要途徑，但是當前的實驗課程內容多是驗證性實驗，難以激發學生興趣，更難以培養學生實踐能力和創新思維。對于實際應用中的具體變流電路，學生很難獨立進行建模和檢驗。這就導致學生難以有效將理論與實際相結合。

第五，考核方式較為單一。傳統課程考核方式主要是“試卷+實驗+平時”，在學生能力培養和科學化考核方面存在不足。“平時”包括出勤和作業，作業方面存在部分學生相互抄襲的現象，因此該考核方式不能反映學生學習過程的真實情況。實驗存在準備不充分、分析不到位、同組學生互相依賴的情況。部分學生平時學習熱情不高，缺乏學習積極性，而期末考試“一考定結果”的考核方式很難激發學生學習的積極性和熱情。

綜上所述，雖然電力電子技術課程采用了一定的現代化教學方法和手段，但教學成果與專業培養目標和課程目標還有距離。為響應教育部“新工科”研究實踐要求，改革現有的電力電子技術課程教學模式、建設一流課程是一項緊迫且有意義的任務。

二、改革理念和思路

要解決電力電子技術課程目前存在的問題，需對課程內容進行重構優化。聚焦“雙碳”國家戰略，加大可再生能源發電系統相關內容的教學比重，體現思政性、前沿性、時代性。基于能力培養的教學模式改革，要著力于改變教學理念、加強學生實踐能力培養、注重過程培養以及過程質量控制，以充分調動教師教學和學生學習兩方面的積極性，著眼于增強學生自主探索的主動性，使學生發現學科獨特的魅力以提高學習的積極性，提高教學質量，讓學生真正從一門課程的學習中獲益，更重要的是讓學生能夠以一門課程為出發點構建學科知識樹。

（一）改變教學理念

將灌輸式的、以理論為中心的教學方式逐漸轉變為“以教師為主導、學生為主體”的啟發式、研討式、互動式以及案例式的教學方式，使得講授與討論相結合，引領學生領略電力電子學科的魅力，提升學生自主探究的主動性，增強學生的試驗工程技能以及團隊合作能力。

擬采用的方法有：擴充課程內容，增加與前續課程知識點的銜接內容，采用“線上課前導學—線下課中研學—線上課后促學”三位一體的教學體系，構建“線上有資源、線下有活動、課前有任務、課中有項目、課后有實踐、師生有協作、平臺有監測、過程有評價”的教學組織模式，用翻轉課堂、在線課程、啟發、案例、討論等教學手段， 實現過程跟蹤控制。

（二）加強對學生實踐能力和綜合能力的培養，引導學生構建知識鏈，完成課程思維導圖

借助學生熟悉的交流平臺和多媒體平臺，引導學生就某一個知識點逐步展開，循序漸進地尋找知識點之間的關聯，逐步建立知識鏈，逐步培養學生對電力電子變流電路的分析設計和應用能力。

（三）注重過程培養，加強過程質量控制

通過典型任務驅動，激發學生的探究欲望。項目驅動教學模式的執行更注重教師和學生的配合。在準備課程項目時，教師需要將基礎理論知識融入其中，引導學生在做項目的過程中，根據項目實施要求，主動學習和鍛煉完成項目的必備技能，從而進一步提高學生的動手能力。教師應以項目為依托，加強與學生針對工程上的問題的探討，避免學生在學習知識的過程中覺得知識抽象、枯燥無味，使學生能夠產生并保持學習的熱情。不同于傳統教學方法，項目驅動的教學方法更加貼近實際，通過引導學生解決工程中可能會碰到的問題，讓學生學習和掌握理論知識。

三、改革方案與路徑

隨著時代的發展，高等教育人才培養迎來一場“質量革命”。課程思政、突出學生中心、注重能力培養、產出導向、持續改進，提升課程的“兩性一度”，成為未來工程教育培養人才的必然要求。筆者所在電力電子技術課程教學團隊重構課程內容，改變教學理念和教學模式，致力于建設混合式一流本科課程。

（一）教學方法改革

更新教學模式：采用PBL（問題驅動教學法）、SPL（層次遞進教學法）相結合的教學模式，采用基于翻轉課堂、發散式話題課堂、案例探究的線上線下混合式教學方法。

按類劃分模塊：圍繞四種變流電路展開，將內容連成知識網絡進行教學。

把握各教學環節：線上教學以知識點細講為主，拓展學習的“廣度”。線下教學采用啟發、提問、討論、講評等方式，將智慧課堂與信息技術深度融合，加強互動，拓展學習的“深度”。通過項目設計、仿真案例分析等教學活動，理論結合實踐，培養學生高階思維能力，結合多種大學生學科競賽，提高課程的創新性和挑戰度。

（二）混合式教學設計

課程教學團隊根據學校的辦學要求以及立德樹人的辦學宗旨，對課程內容進行重構優化，聚焦“雙碳”國家戰略，加大可再生能源發電系統相關內容的教學比重，體現思政性、前沿性、時代性。課堂共32學時：線下24學時，突破重點難點，訓練思維能力，完成能力目標；線上8學時，完成知識目標。線上教學與線下教學優勢互補，使得課堂更加靈活，學生學習理論知識的渠道更加便捷。

課程教學團隊建設的電力電子技術在線開放課程2019年成為山東省高校聯盟跨校資源共享課，截至2024年2月，已在智慧樹平臺上運行10個學期，選課學生超1萬人，選課學校46所，公眾學習者所屬學校166所，可為在線學習考核提供保障。所有學生都可以通過互聯網展開在線自主學習，也可以通過在線課程的章測試、章討論來鞏固所學知識。

該課程2021年被評為山東省線上線下混合式一流課程，2022年被評為教育部在線教育“拓金計劃”示范課程，并在國家高等教育智慧教育平臺上線，2023年被評為智慧樹專業精品課程、山東省課程思政示范課程、國家級線上線下混合式一流課程。

（三）實施方案與路徑

電力電子技術課程教學模式改革方案路線圖如圖1所示，其具體實施過程如下：

1.構建知識樹和知識圖譜

把電力電子技術內容比作一棵樹，以核心內容“變流技術”為樹根，“電力電子器件及其應用、PWM控制技術”為樹的主干，以不同的應用領域為樹枝，建成知識樹，使知識點展開，形成清晰的知識樹（如圖2所示），也可以相應地形成知識圖譜（如圖3所示）。

2.遷移拓展

溫故知新，遷移拓展，知識升華。

3.項目討論案例教學

項目引領，競賽支撐。結合全國大學生電子設計競賽、智能車大賽、機器人大賽等各種學科競賽，將反映學科新知識、新技術、內容創新的新成果通過具體案例體現在教學中。

4.過程跟蹤控制

采用“線上課前導學—線下課中研學—線上課后促學”三位一體的教學體系，實現“線上有資源、線下有活動、課前有任務、課中有項目、課后有實踐、師生有協作、平臺有監測、過程有評價”的教學組織模式，運用翻轉課堂、在線課程、啟發、案例、討論等教學手段，結合調查問卷實現過程跟蹤控制。

5.將課程思政建設明確寫入課程教學大綱中

緊密結合學習強國和國家新能源發展戰略，不斷提升教學質量。不僅要豐富學生的知識儲備，更要讓學生了解工程倫理道德要求。 電力電子技術課程思政教學案例設計聚焦電氣工程及其自動化本科專業的教學實際和最新發展前沿，主動對接我國碳達峰、碳中和、電氣強國、人工智能等方面的重大戰略對電力電子與電氣傳動領域高質量人才培養所提出的新要求，融入“對接戰略+前沿教學+拓撲技術創新+共性‘卡脖子’難題+課程思政”“五位一體”的教學模式。

6.持續改進

以學生為中心，通過直接反饋、間接反饋、問卷調查等各種反饋途徑，改進教學方法，提高線上線下混合式教學水平，并視反饋結果持續改進。

四、考核方式與成績評定

考核方式為過程考核，實行教考分離。過程考核與課程目標對應，包括在線課程、線下作業、項目驅動設計、討論課、實驗課和期末考試。

課程成績評定包括過程性（50%）和總結性（50%）兩種評定方式。

過程性評定中，項目驅動設計占10%，實驗占10%，討論課占5%，平時占15%，在線學習占10%。

過程性評定和總結性評定均有量規。其中，項目驅動設計成績評定包括項目設計報告（40%）、電路設計（20%）、系統仿真運行（20%）、組內互評（10%）、項目設計答辯（10%）。實驗成績評定標準為實驗過程占20%，實驗報告質量占60%，實驗結果占20%。學生參與教師指導下的實驗平臺建設，實驗考核可加分，加分上限為10%。平時成績包括過程測試、線下作業和翻轉課堂成績，線下作業占比66.7%，過程測試和翻轉課堂成績占33.3%。

總結性評定有參考答案和評分標準，其中設計題答案不唯一，采用“非標答案”。總結性評定視學情設置強制達標線。

通過問卷調查等實現教學反饋。教學團隊會視學情，調整考核比例系數，使之更加合理。

五、教學改革特色

教學資源豐富，線上課程建設完善。綜合利用在線教學資源、多媒體教學手段、仿真分析和雨課堂等，將信息技術與課堂教學深度融合，以立體化方式傳授知識，多方位考查學生對知識點的掌握，使課堂煥發生機與活力。

采用“‘課前導學—課中研學—課后促學’，使課程‘有用、有料、有趣、有效’”的三位一體、“四有”原則，解決“教與學不能合一”的問題。教學內容多元化，具有專業性、時代性、實踐性、創新性、高階性、挑戰度和思政性。知識點體現出重點、難點、疑點和熱點。多種教學方法融合，體現互動性、先進性和知識重構性。教學改革特色如下：

第一，從學生中心、產出導向出發，重構課程知識點，促進學生高階思維能力的發展；將課程思政融入教學，加大可再生能源發電系統相關內容的教學比重，對接國家戰略。

第二，理論結合實踐，項目引領。在課程教學中采用了仿真、項目驅動、案例探究、PBL等教學方式，結合實驗教學和全國大學生電子設計競賽等多種學科競賽，培養學生分析問題、解決問題的能力和審辯思維、創新能力，突出課程的創新性和挑戰度。

第三，多元化過程考核。采用過程性和總結性評定方式以及“非標答案”，保證教學質量；進行考核審查；教師指導學生參與電力電子技術新型實驗平臺建設，納入實驗考核。

六、結語

電力電子技術課程教學團隊通過電力電子技術國家級一流課程建設的探索與實踐，構建了電力電子技術課程創新教學體系，拓展了現有教學方法和手段，創新了教學模式，進一步提高了電力電子技術課程的教學質量，提高了教師教學水平，最重要的是，有效培養和提高了學生解決工程問題的能力。同時，電力電子技術一流課程的教學實踐也將對工科院校的同類課程教學起到示范作用，從而在一定程度上促進高等工程教育高質量發展。

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［責任編輯：周侯辰］