双碳目标下《电源变换技术》课程教学改革探讨

刘偲艳 葛庆 张要锋 刘阳京

摘要：电源变换技术作为光伏工程技术专业核心课，是提高新能源消纳及储存能力关键支撑技术，“双碳”战略目标的提出对岗位技能需求、人才培养需求以及技术标准等提出新的要求，原有课程体系及传统教学模式难满足“双碳”背景下人才培养目标。针对这一问题，开展课程教学改革探讨及实践。结合学院光伏工程技术专业《电源变换技术》课程教学现状，从教学模式、教学目标、课堂教学及教学评价四个方面进行改革探索，旨在提升课堂教学质量、改善教学效果，为碳时代培养社会和国家需要的科技创新人才。

关键字：双碳目标；教学目标；课堂教学；教学模式；评价方式

中图分类号：G712  文献标识码：A

鉴于全社会正处于“双碳”战略目标建设初期，需要全社会参与并践行低碳绿色理念及“双碳”目标意识，同时努力培养既懂专业知识又懂相关领域和行业碳排放的复合型创新型技术技能人才。因此对新能源类专业课程进行改革及实践显得尤为重要。

近年来，国内高校许多教师在“双碳”战略目标和课程教学改革相互结合方面开展颇具意义的探索及实践。文献[1-3]从课程内容设计及课程授课模式方向进行探讨，通过在课程教学内容设计中融入绿色低碳理念，从而满足“双碳”目标对课程教学所提出的新要求；文献[4]基于线上学习平台制定多元评价体系，通过提升课程教学质量实现教学实践过程中符合当前“双碳”类课程内涵要义；以上研究虽然对“双碳”建设目标和课程教学进行改革探索，但大多从单方面进行改革，如从手段和内容上进行优化调整，课程改革效果不明显。

因此对《电源变换技术》课程进行改革，在课程教学目标、教学手段及内容、教学方法等多方面进行改革实践，将“双碳”战略目标融入课程教学全过程，有效培养符合国家“双碳”战略目标创新型技术技能人才，满足碳时代社会和国家新人才需求。

1 课程教学现状及存在的问题

《电源变换技术》课程是光伏工程技术专业核心课，该课程是一门综合性课程，应用性、实践性都很强，知识内容涵盖广，包括前期学习的《电子技术》、《電工技术》、《单片机应用技术》等专业基础课，学生已对常见电子器件特性、电路工作原理、电路焊接以及驱动信号产生机理等基础知识有所掌握，为学习《电源变换技术》提供理论和实践支持。然该课程传统教学存在教学模式单向、教学内容融合度低、教学评价单一等问题，教学效果难以满足“双碳”背景下人才培养目标。

1.1 教学模式单向

《电源变换技术》课程教学知识目标为掌握电源变换技术及其在新能源领域中的应用和相关知识；掌握四大电力变换电路的组成、工作原理、数量分析特点和适用范围。知识内容广而难，学生对电路工作原理、输出波形及输出计算上存在大的问题，因此在教学过程中多从知拓扑、懂原理、析波形、会计算等方面进行。多以教师教学生学的单向模式开展，学生被动接受相关知识，这样就形成了教师在重难的讲解、分析及应用方面缺乏针对性的引导，学生学习兴趣不高，课堂参与度低及教学效果不佳。

1.2 教学内容融合度低

《电源变换技术》课程教学内容多从电力电子器件、电力电子四大变换拓扑结构及其波形分析、电力电子控制技术三个维度开展，传统教学主要有理论分析、实践验证的形式。课程内容没有融入碳时代科技前沿知识，课程内容陈旧；课程教学流程主要为先完成理论分析后进行实践验证，受实验实现率、实验耗材、实验课时等因素的限制，使得理论与实践融合度不高。故传统课程教学内容难以满足“双碳”背景下人才培养目标。

1.3 教学评价单一

课程是教育教学活动的核心，对课程教学的评价可直接反映课程结构的合理性，课程教学评价的建构进一步引导课程教学者对课程理念的渗透。传统课程教学评价以终结性考核为主，主要分为三个方面，课中表现+实习实训情况+期末考试。“碳时代”背景下要求课程教学过程坚持以学生为主体，构建多元化、多样化的评价方式，从而促进学生的全面发展。终结性教学评价方式忽略对学生素养、能力的培养，缺乏对学生自主学习能力的引导，学生学习积极性不高，课程教学效果不佳。

2 以关键目标成果为导向的教学模式

“双碳”战略目标对高职院校人才培养目标提出新的要求，要求培养素养高、技能高、主动学习能力高、创新应用能力高的“四高”人才。传统基于知识点的教学模式侧重知识点的讲解及其相互联系的理解掌握，从各个分散的知识点入手，最终完成课程内容的教学，在理论知识学习完后辅以验证性试验，加强学生的理解，最后通过试卷形式的考核对学生学习效果进行评价。这种单向输入性教学模式，学生学习兴趣低、主动性差，难以实现“四高”人才的培养。

而以关键目标成果为导向的教学模式包括三个过程，首先需要激发学生的学习兴趣提升主动性，通过岗位的分析及科技前沿知识的引入，让学生有直观的应用意识，从而提升学习主动性，再根据学生的学情制定项目任务；然后进行教学内容学习，通过仿真及实验的调试测验，让学生发现问题，再进行相关理论知识的探究学习，该方法能激发学习热情和兴趣；最后对学生全过程进行评价，包括课前导学评价、课中目标完成评价、课后能力素养评价。以关键目标成功为导向的教学模式考核方式多样，相比与传统试卷测验，该方法包含学生全过程评价，并设计合理权重对学生进行考核评价。

3 课程教学内容建设

3.1构建具有时代特征和思政育人相融合的项目化课程体系

该课程主要针对新能源类专业开设，是能源绿色低碳转型的支撑技术，紧跟“双碳”目标，因此在课程内容设计上打破传统四大变换的结构，课程内容以项目化、任务化的形式开展，以新能源类电力变换设备“风电变流器”、“控制器”、“光伏逆变器”为项目案例背景，主要选取项目有——“功率半导体器件识读及应用、可控整流电路分析及制作、DC-DC变换电路分析及应用、逆变电路分析及应用、新能源变换设备应用”。课程教学过程主要针对光伏发电、风力发电、新能源汽车等新能源技术岗位所需的知识、技能，并对课程内容进行任务分解。课程主要任务包括功率半导体器件识别与选用、功率半导体器件驱动、保护电路分析、实用调光电路制作、可控整流电路仿真测试及分析、直流变换电路仿真测试及分析、实用光伏控制器电路分析、太阳能LED驱动电路制作、逆变电路仿真测试及分析、小型光伏逆变器制作，光伏逆变器认知、故障诊断及风电变流器认知及故障诊断等。

课程紧跟“双碳”目标，针对“双碳”目标对课程要义的新要求，通过将“双碳”意识与课程思政目标有机融合，帮助学生养成可持续发展的理念及低碳环保的生活方式，以及帮助学生树立正确的价值观。不同任务学习阶段分别融入不同的思政要点、目标。每个任务在实施过程中考虑三个目标，即理论学习目标、实践操作目标和思政目标，其中思政融入任务核心思路为培养学生的“双碳”意识，从五个维度进行，即“行业认同”、“社会责任”、“工匠精神”、“守正创新”、“持续学习”，分五个融入点（科技前沿知识、课前一分钟、行业企业、行为规范、榜样作用）在教学过程中贯穿始终，达到专业学习与思政融入相辅相成，德技并修的效果。

3.2实施“理虚实一体化”教学改革策略

电源变换技术课程实验涉及电力变换电路的调试及故障排除，受实验实现率、实验耗材、实验课时等因素的限制，导致理论学习与实践操作脱节。因此课堂实施采用项目化、任务化教学，开展“理虚实一体化”教学改革。教学改革主要包括“课前探索、仿真练习、理论学习、电路制作、电路调试、效果评估”六个步骤，采用线上线下混合式教学方法等多样化教学手段攻克教学重难点。

3.2.1 “探”——课前探索

课前，教师利用录屏软件制作教学视频，对本次课学习目标、学习内容进行概述，基于学习通网络平台发布课前任务：课前学习任务书、微课视频任务点以及知识点測试。学生领取课前任务书并观看微课视频自主学习，完成知识点测试，各工作小组按照要求完成任务，让学生了解任务基本理论，培养学生自主学习习惯。教师通过学习通平台与学生互动，解惑答疑，收集学生课前探索时遇到的问题、困难，聚焦教学难点，有针对性调整教学策略。

3.2.2 “仿”——电路仿真

以DC-DC变换电路仿真测试为例。教师先录制DC-DC变换电路仿真模型的搭建、调试、模型常见故障及排除方法视频，学生课前接收任务并进行学习，自形搭建仿真电路模型并测试；课中教师发布本次课仿真测试任务，教师对课前情况进行总结分析，聚焦教学重难点，有针对性的开展教学过程。

学生接收仿真测试任务，并根据任务书要求使用PSIM仿真软件完成电路模型的搭建及电路调试。教师随堂进行巡查，对仿真操作中学生问题较多的地方，如脉冲信号电压、脉冲设置、触发导通角等模型参数设置，示波器波形分析进行讲解及示范。教师查看学生的实际操作及任务完成情况，邀请任务完成情况好的学生进行演示及经验分析，引导学生主动发现和解决仿真操作过程中遇到的问题。学生通过虚拟仿真电路的实现及波形的输出分析，引起学生对后期理论探析的学习兴趣。

3.2.3 “析”——理论分析

理论探析主要在线下课堂教学进行，在完成仿真测试及调试后，学生对DC-DC变换电路的实现过程充满了兴趣，教师组织学生对仿真现象进行总结，针对仿真测试现象及过程中遇到问题，教师对学生进行分组，小组讨论探析DC-DC变换电路拓扑结构、工作原理、波形输出及电路计算，采用分组讨论法、任务驱动法攻克教学重点。并采用交互式动画有效破解电路原理与波形分析难点。对DC-DC变换电路进行工作原理与波形的分析，强化重点知识的掌握。

3.2.4 “制”——电路制作

以DC-DC变换电路的实践任务“光伏手机充电控制器的设计与制作”为例，该任务涵盖了功率半导体器件—晶体管以及隔离式DC-DC变换电路—反激式变换电路，知识点涵盖全面，难度适中，且融入新技术，非常适合。教师利用学习通平台发布虚拟实操动画或手工操作等电路制作示范视频任务并要求学生完成。课中教师通过分析职业新技术，新规范，使学生明确电路制作重点步骤。通过交互式动画、互动游戏、直播投屏、步骤排序等师生互动活动来化解电路制作难点问题。

学生实物制作过程主要在线下课程进行，教师组织学生进行实物电路的焊接及制作。学生首先需要根据电路原理图及器件清单，完成器件的测试，电路的布局及焊接以及上电试验，观察光伏控制器电路是否能输出正确的电压并对电池进行充电。教师通过课堂巡视，及时了解学生的实践操作情况并及时进行指导教学。

3.2.5 “调”——电路调试

电路制作结束后，各小组使用示波器、信号发生器对所制作光伏手机充电控制器进行调试验证，记录原始电压数据及示波器输出波形。各小组对电路制作过程遇到的故障现象、故障波形及故障排除方法进行总结梳理，对比故障前后波形的异同，完成电路制作及调试讨论，经过反复训练强化学生对DC-DC变换电路重难点知识的掌握。

3.2.6 “评”——效果评估

各小组在完成任务训练后进行成果展示，相互观察或验证，并开展小组互评，培养公正的价值观。结合“双碳”素养指标、成果目标完成指标、实践能力指标、教师点评，共同评出最优小组。

实施“理虚实一体化”教学改革后，教学过程遵循做中学、做中教的理念，注重学生动手能力的锻炼及行为意识的培养。课堂实施采用项目化任务化教学，开展线上线下混合式教学，学生利用学习通平台开展课前学习并完成相应测试，课中围绕任务重难点、学生课前学习问题开展，课后进行持续学习和效果巩固，课程实施可总结为“三大目标、六个步骤”。使学生在“理论学习—虚拟仿真操作—实践操作”的学习过程中激发学习热情和兴趣，教学反馈良好。在教学过程中不断鼓励学生创新改进技术、理解科技前沿，培养学生的创新能力。

4实施“4Z”课程教学评价体系

该课程采用形成性评价和终结性评价相结合的课程考核评价体系，融入“双碳”素养指标、成果目标完成指标、综合实践能力指标以及课堂素养指标等，实施全课程全过程评价（课前导学评价、课中目标完成评价、课后能力素养评价）和终结性评价（测试测验评价）；评价主题由学生个人、小组、教师组成；评价内容则是根据是否达成“三大目标”，从学习目标（变换电路的知拓扑、懂原理、析波形、会计算），实践操作目标（拓扑图绘制、仿真模型搭建、电路搭建、电路调试及故障分析、波形测试、汇报展示6个方面），思政目标（双碳意识、行业认同、社会责任、工匠精神、守正创新、持续学习）等多方面进行考核；评价手段利用数据化信息平台和项目实现，线上线下相结合的方式，另外还增设了拓展维度，融入竞赛知识点：如光伏电子设备的开发和调试项目以及智能微电网项目，鼓励和帮助较为优秀和积极的学生参加比赛提升自身的能力，并对毕业生就职情况进行追踪调查，了解学生在企业的工作情况，及时调整教学和思政目标。

结语

本文对“双碳”目标下《电源变换技术》课程教学改革方法及途径进行探讨，首先分析该课程现状及存在的问题，针对现有问题开展研究，研究过程中首先从教学模式改革入手，提高学生主动学习能力；然后分别从教学目标、教学过程、教学评价方式等多方面对课程进行改革探讨，以及课程教学实施，课程实施效果及学生调查报告均证明该课程改革的有效性。

参考文献：

[1]张楚虹，聂敏，刘新刚，等.双碳背景下《材料科学与工程选论》课程教学改革探讨[J].高分子材料科学与工程，2022，38（06）：178-181.

[2] 曹昆，陈淑芬.“双碳”目标下《太阳能电池材料及技术》课程的教学改革探索[J].广东化工，2021，48（24）：171-172.

[3]张大全，辛志玲，李瑾.“双碳”目标下《大气污染控制工程》课程建设要求[J].中国电力教育，2021（S1）：95-96.

[4] 刘丽娜，漆新华，孙妍，等.新工科与“双碳”背景下生物质能源转化与利用技术课程教学改革[J].高教学刊，2021，7（S1）：121-122+125.