“双碳”目标背景下“三阶+四化+五步”混合式教学创新与实践

摘  要：为有效服务国家“双碳”目标，为高校在低碳领域专业、学科建设以及人才培养方面尽一份力，团队教师对“电工电子学”系列课程进行改革，创新性地构建了“双碳”目标背景下的“三阶+四化+五步”教学创新模式。该模式从课程目标确立、教学内容设计、教学手段运用、考核方式改革等方面入手，以慕课资源为前导，从生活实例出发，以问题驱动展开，以课程思政贯穿，以低碳技术为拓展。教学实践表明效果较好，有利于学生低碳意识的觉醒和能力价值的培养。

关键词：“双碳”目标；电类基础课程；教学改革

中图分类号：TP39；G434    文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2023）05-0175-05

Blending Learning Innovation and Practice of“Three-Stage + Four-Modernization + Five-Step”under the Background of “Double Carbon”Goal

—A Case of “Electrician Electronics”

YANG Yang

（School of Mechanical and Control Engineering， Shandong Institute of Petroleum and Chemical Technology， Dongying  257061， China）

Abstract： In order to effectively serve the national“double carbon”goal and make a contribution to the specialty， discipline construction and personnel training in low-carbon field in colleges and universities， team teachers have reformed the series of courses of “Electrician Electronics”， and innovatively constructed the “three-stage + four-modernization + five-step” teaching innovation mode under the background of“double carbon”goal. This model starts with the establishment of curriculum objectives， the design of teaching contents， the use of teaching means， the reform of assessment methods， and other aspects， takes the MOOC resources as the forerunner， starts with life examples， develops with problem-driven， runs through the ideological and political courses， and expands with low-carbon technology. The teaching practice shows that the effect is good， which is conducive to the awakening of students' low-carbon consciousness and the cultivation of ability value.

Keywords： “dual carbon”goal; basic courses of electricity; teaching reform

0  引  言

我國二氧化碳排放力争2030年前达到峰值、2060年前实现碳中和，是党中央经过深思熟虑作出的重大战略决策，也是我国政府对世界作出的庄严承诺[1]。为实现该目标，国务院发布了《关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》[2]，明确提出要“创新人才培养模式，鼓励高等学校加快新能源、储能、氢能、碳减排、碳汇、碳排放权交易等学科建设和人才培养”，再次强调了高校在低碳领域的专业、学科建设以及人才培养对我国碳达峰碳中和目标的实现具有重要的助推作用[3，4]。虽然我国在大力推进双碳目标过程中，意识到低碳教育的重要性，但是缺乏对低碳专业人才系统性的培养，更别说具体到某个专业某门课程进行改革。

1  课程基本情况

“电工电子学”是面向“机械、材控、化工、储运等非电类理工科”等专业开设的公共基础课，是整个本科期间唯一一门系统学习“电的理论与基本应用”的课程。我校该课程由“电工电子学[2-1]”和“电工电子学[2-2]”两部分组成，分别在两个学期讲授，共64理论学时（2学分），实验独立成课。2021—2022—1学期课程加大专业相关碳中和技术知识拓展，着重培养学生理解“碳达峰、碳中和”的深刻内涵和重大意义，形成简约、适度、绿色、低碳生活方式。

为有效服务国家“双碳”目标课题组教师认为提供科技与管理复合型人才，首先应注重教师和学生“双碳”战略目标重要性意识的觉醒和提升，其次教师在课堂教学过程中，除基础理论传授外，应加大相关科技前沿知识的引入，例如电类基础教学中引入可再生能源、智慧能源、智慧电网、清洁功能氢能储能等领域科技发展[5，6]，最后应重视交叉学科教师间有效沟通和交流，实现低碳专业学科交叉有效融合。

2  教学“痛点”问题

我校是应用型普通本科高校，多数学生踏实好学，但是部分学生大学物理、高等数学等先修课程学习基础较差，同时缺乏自主学习、实践动手能力。学生在学习这门课时通常会面临不知道知识学了有什么用，上课一听就懂、下课一做就错等问题。这些学生遇到的难题，也是教学痛点问题。

2.1  思想引领不足

教学目标思想引领不足，学生个体需求没有满足。学生思想引领不足，没有针对不同层面的学生，制定不同培养目标。同时知识目标和德育目标融合不足，难以实现润物无声的德育效果。

2.2  理论与实际严重脱节

教学内容理论与实际严重脱节，社会前沿性不强。教学过度追求公式推导、理论分析，导致部分学生只会死记硬背，甚至连知识基本应用都不了解，更别说将所学理论应用于实践。与此同时，学生对“双碳”目标理解不够，与专业相关的知识点没有引起重视。教师如何重构拓展课程内容，密切联系生产生活的同时，提高学生低碳意识，是亟待解决的问题。

2.3  缺乏系统性设计

教学活动缺乏系统性设计，学生深度学习不够。教师主导课堂，学生被动学习，单向性的知识传递方式和应试考核评价手段占主导地位，以学为中心的教学模式没有真正构建起来。

3  课程改革与创新

3.1  创新教学理念

为解决上述教学“痛点”问题，本课程秉承“理论知识传授、低碳科技融合、工科价值塑造”的理念，课程组重构教学内容、创新教学模式，通过引入优质MOOC课程、自建本土SPOCS课程，从课前、课中和课后三个阶段展开“引、导、探、测、练”五步教学法；针对不同学生学习基础、学习能力与学习预期设定的“初阶、中阶和高阶”三阶教学目标；整个过程体现学习自主化、互动参与化、课程思政化、能力拓展化。

3.2  创新教学目标

通过本课程学习，应具备如下知识、能力：

（1）知识目标。学生理解电工电子理论知识，掌握电工电子电路基本分析方法。

（2）能力目标。培养学生自主、合作学习能力，培养分析解决专业中电工电子工程问题能力和建立与电学知识相关的终身学习能力。

（3）素质目标。培养学生实事求是、科学严谨的工作作风、逻辑辩证思维，具备科学研究素养与家国情怀。

（4）创新目标。课程融入相关专业碳中和技术知识，培养学生对“双碳”目标有感性、直接的认识。

3.3  创新教学内容

在滿足教学大纲和课程目标的前提下，重构教学内容，将课程内容划分为四个大项目、15个小项目，如图1所示。课前团队教师精选“中国大学MOOC”国家级、省级课程视频，将基本原理、基础概念采取线上视频学习+自测方法。

3.3.1  课中基于生活实例导入课程

因为我校部分学生基础较弱，对公式、定理有一定的抵触畏难情绪。课题组教师教学中结合生活实例进行课程导入，如图2所示，从应用出发引出原理，保证课堂理论教学不脱离实际生活。例如：从手机充电器实现交流电到直流电的转换后才能给手机充电引出整流电路的功能和原理、从介绍日光灯工作过程引出提高功率因数意义和方法等。

以问题为突破口反向设计教学内容，例如在讲授“整流电路”这一节，通过引入“为什么手机充电器必须将交流电转换成直流电才能使用”“为什么日常生活中碰到的设备几乎都用直流电，但进户的电线却是交流电”“直流电好还是交流电好”等多个环环相扣、层层递进的一系列问题，激发学生学习兴趣，引导学生更好地掌握整流电路定义、工作原理、参数计算等问题，如图3所示。

3.3.2  “双碳”目标下的课程思政和能力拓展

在借助实际应用实例进行基础知识传授的同时，低碳科技相关的前沿性、高阶性、创新性的内容也被融入课程，而随着近年来产业技术进步、效率提升，新建光伏发电、风电项目成本不断下降，风电、光电平价上网的条件已经具备[7，8]，可以更好体现光伏发电、风电的绿色电力价值。特高压直流输电具有远距离、大容量、低损耗、少占地的综合优势，是实现双碳目标的有效途径之一[9]。智能电网通过调整能源结构，实现煤和天然气的清洁、高效利用，发展可再生能源、分布式能源系统，助力我国走能源为主的低碳、无碳能源之路[10，11]。将课程思政融入低碳科技，提炼课程思政元素，让学生自己体会到课程内容中的思政，实现对学生家国情怀、创新精神、工程素养、职业道德的培养。将课程思政和低碳科技有效融入，在学习相关专业前沿知识的同时，助力大学生提升生态文明素养，让绿色生活方式成为青春时尚，为打造美丽中国贡献力量。

本课程在融入专业相关碳中和技术的同时，提高专业课教师人文素养和掌握学生思政状态，建立课程德育目标、充分挖掘专业课程的思想政治资源，最后利用新媒体引入启发式、案例式、混合式等先进的教学理念和教学手段，引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观，做到“全方面、全方位”育人，实现对学生家国情怀、创新精神、工程素养、职业道德的培养[12，13]。

3.4  创新教学方法和手段

课前、课堂、课后三个环节，开展“三阶+四化+五步”教学模式。

课前：侧重学生自主学习知识，借助内容重构、发布任务、分析数据、督学答疑引导学生开展自主学习。如图4所示。

课中：课堂关注生生、师生交流应用，通过实例引入、教师精讲、科研思政、促进教学，如图5所示。

课后：课后注重能力提升拓展思维，课后任务、教学反思、团队研讨、提升素养，如图6所示。

以整流电路为例：

引：课前完成MOOC视频+小组作业（生活中常见的直流稳压电源搜集），教学过程体现学生学习自主化。

导：课中基于生活实例、递进式问题导入课程。

问题1：为什么将交流电转换成直流电才能使用？

问题2：为什么进户的电是交流电？

问题3：直流电好还是交流电好？

达成基础概念、基本功能理解的初阶教学目标。

探：课中以问题为导向探究式教学。

测：课中个人测试、小组讨论等检测学习效果。

教学内容体现课程思政化，教学过程体现互动参与化，达成掌握分析、设计电路的中阶教学目标。

练：课中高阶知识拓展+课后竞赛、项目参与。

3.5  多元化考核体系

有效使用超星和雨课堂智慧教学工具，课程成绩体验线上与线下、个人与小组、过程与终结，总成绩课程由四部分组成：课前MOOC学习成绩（10%）：包括视频观看、随堂测验；课堂表现成绩（15%）：包括个人测试、小组测试成绩；课后主观题成绩（15%）：包括小组作业、思维导图、文献阅读和计算题等；期末考试成绩（60%）：期末考试卷面成绩。

4  结  论

经过教学创新，学生主动性和积极性大大提高。2020—2021—2学期采用混合式教学的班级对比平行班，80分以上混合式教学班占87%，平行班占79%；不及格率混合式教学班占6%，平行班占13%；平均成绩混合式教学班85.4%，平行班72%。从结果看出对中上等学生的学习积极性和学习效果有明显提升，对基础较差的学生提供了更有针对性的学习和帮助，教师教学能力显著提升，教师教学成绩优异，师德师风建设、课程建设和团队建设成果丰硕。

本课程经过“三阶+四化+五步”创新的探索和实践，实现了从传统课堂向智慧课堂、理论课堂向能力课堂、封闭课堂向开放课堂的转变。在今后的教学过程中，将继续优化教学内容、更新典型案例、持续迭代碳中和相关技术，将双碳科技和课程教学更好融入。

但是该教学改革还存在以下问题：

“双碳”相关科技没有具体教材可以参考，只能由教师网络搜集相关资料。虽然没有太多的参考教材，但是通过此次教学改革，学生能够理解“碳达峰、碳中和”的深刻内涵和重大意义，培养节约意识、环保意识、生态意识的同时，形成简约、适度、绿色、低碳生活方式，从学生的角度助力国家“碳达峰、碳中和”战略目标实现。

进入“双碳”时代，绿色低碳发展战略已成为各界共识，而智能化、低碳化的产业发展需要更多高水平的专业技能人才支撑。电力行业是低碳减排的主战场，会影响低碳经济的实施与发展，从电类基础课程改革入手，创建双碳目标背景下教学改革实践，有助于为电类相关行业培养和输送高水平应用型人才。

参考文献：

[1] 国务院.国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见 [EB/OL].（2021-02-22）[2022-09-13].https：//www.mee.gov.cn/zcwj/gwywj/202102/t20210222_821923.shtml.

[2] 国务院.关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知 [EB/OL].（2021-10-26）[2022-09-15].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2021-10/26/content_5644984.htm.

[3] 储昭卫.高校参与碳中和行动的意义、策略与评价——基于可持续发展理念 [J].阅江学刊，2021，13（5）：61-71+122.

[4] 陈斌，方艺萍.“双碳”战略背景下环境类新工科“双创”人才培养与实践探究 [J].高教学刊，2021，7（S1）：29-33.

[5] 黄珍，贾明，刘慧.双碳目标下高校建设“低碳科技与管理”专业的探索 [J].新文科教育研究，2021（4）：60-73+143.

[6] 杨萍，王志强.双碳目标下加强气象学科交叉的路径探索 [J].阅江学刊，2022，14（2）：61-67+173.

[7] 王焰新，徐绍红，齐睿.论高校碳中和规划的架构 [J].中国地质大学学报：社会科学版，2021，21（6）：1-9.

[8] 张盖伦.实现“双碳”目标，高校这样贡献智慧 [N].科技日报，2021-10-14（6）.

[9] 张彬，贾强，侯超，等.“双碳”战略下煤炭行业特色院校发展战略与人才培养的探索 [J].煤炭经济研究，2021，41（9）：57-61.

[10] 李莉.低碳環保理念下思政教育对学生素质的影响分析研究 [J].环境科学与管理，2018，43（6）：175-177.

[11] 马伟明.关于电工学科前沿技术发展的若干思考 [J].电工技术学报，2021，36（22）：4627-4636.

[12] 罗廷芳，南江，李伟.“新工科”背景下“电工学”课程教学体系的改革与建设 [J].南方农机，2021，52（22）：150-153+157.

[13] 张浩，刘晔.面向新工科非电类理工科专业的电工学系列课程教学体系改革与探索 [J].电气电子教学学报，2021，43（5）：10-15+156.

作者简介：杨扬（1986—），女，汉族，山东淄博人，副教授，硕士，研究方向：电工基础理论教学、电力系统研究工作。

收稿日期：2022-10-01

基金项目：山东省本科高校教学改革研究项目（Z2016M095）；山东石油化工学院校级课程思政改革项目（JGYB202227）