线上线下混合式一流课程建设与实践

［摘 要］文章围绕新工科背景下的一流课程建设，分析电力电子技术课程的教学现状及问题、改革的理念和思路、改革的方案与路径，以及通过建知识树、知识图谱、思维导图，制定考核方式与成绩评定量规，建设具有高阶性、创新性和挑战度的电力电子技术国家级一流本科课程的成功经验，助力推进“中国制造2025”进程。

［关键词］电力电子技术；一流课程；高阶性；创新性；挑战度

［中图分类号］G642.3 ［文献标识码］A ［文章编号］2095-3437（2024）22-0028-06

站在中华民族伟大复兴战略全局和世界百年未有之大变局的战略交叉口，教育部提出“两性一度”的金课标准，即高阶性、创新性和挑战度，目的是淘汰“水课”，培养具有独立思考能力、创新能力和创新思维，敢于质疑的人才，以满足社会发展需要。

“中国制造2025”和“工业4.0”需要工科院校培养出多元化、创新型的卓越工程人才。而传统教学模式存在很多痛点问题，如以教师讲授为主，学生处于被动学习的地位；课堂活力不够，教学过程培养学生能力不足；百人课堂难以互动，课程教学评价方式单一；等等。为此，须从以教师为中心转向以学生为中心的探究性学习。国内外多所知名高校的教学改革实践证明，混合式创新模式教学可满足培养具备高阶思维能力的人才的需求，是适合高阶学习的教学模式。

一、教学现状及问题

电力电子技术课程旨在使学生了解电力电子技术的发展历史、行业现状和应用领域，熟悉各种电力电子器件的特点及使用方法；了解与电力系统相关的技术标准、知识产权、产业政策、法律规范要求和工业生产标准；熟悉半导体器件的性能，包括耐压、通流、出厂成本等基本指标；能够独立完成Buck、Boost、反激等基本电力电子变换器的实验，对电力电子电路进行定性分析、定量计算，能够选用或搭建实验装置，采用科学的实验方法，安全地开展实验；能够根据工程实际的需要，对四种变流主电路进行设计，给出设计方案，并进行器件选型、参数计算、控制方案确定以及谐波分析等工作；能够将工程基础和专业知识用于电力系统工程问题的分析和优化；能够根据用户需求确定设计目标。

目前，该课程任课教师通常以教科书的目录结构为蓝本提炼出知识结构体系和知识点，在课程中逐一讲授并辅以实验教学。这种教学模式在实际操作中存在如下几个问题。

第一，教学安排上出现了内容多、课时少的问题。电力电子技术课程面向电气工程及其自动化、自动化工程、建筑电气工程等专业，内容十分丰富，而课程总学时为40学时，其中实验8学时。该课程全面具体地介绍电力电子器件和电力电子变流技术，时间安排上非常紧凑。

第二，部分教师在课堂上全程讲授、“满堂灌”，让学生全程听讲，知识单向传输，学生被动接受知识，导致课堂沉默、活力不足。

第三，课程教材内容和实验内容陈旧，实验手段落后，导致授课质量难以提高，课程显露出低阶性。

第四，教学过程培养学生能力不足。工程教育专业认证考查的是能力产出，而只通过理论知识讲授是难以让学生达到能力目标的，特别是工科专业的应用性课程，必须让学生有所实践。实验和第二课堂作为理论教学的良好补充，是培养学生工程应用能力的重要途径，但是当前的实验课程内容多是验证性实验，难以激发学生兴趣，更难以培养学生实践能力和创新思维。对于实际应用中的具体变流电路，学生很难独立进行建模和检验。这就导致学生难以有效将理论与实际相结合。

第五，考核方式较为单一。传统课程考核方式主要是“试卷+实验+平时”，在学生能力培养和科学化考核方面存在不足。“平时”包括出勤和作业，作业方面存在部分学生相互抄袭的现象，因此该考核方式不能反映学生学习过程的真实情况。实验存在准备不充分、分析不到位、同组学生互相依赖的情况。部分学生平时学习热情不高，缺乏学习积极性，而期末考试“一考定结果”的考核方式很难激发学生学习的积极性和热情。

综上所述，虽然电力电子技术课程采用了一定的现代化教学方法和手段，但教学成果与专业培养目标和课程目标还有距离。为响应教育部“新工科”研究实践要求，改革现有的电力电子技术课程教学模式、建设一流课程是一项紧迫且有意义的任务。

二、改革理念和思路

要解决电力电子技术课程目前存在的问题，需对课程内容进行重构优化。聚焦“双碳”国家战略，加大可再生能源发电系统相关内容的教学比重，体现思政性、前沿性、时代性。基于能力培养的教学模式改革，要着力于改变教学理念、加强学生实践能力培养、注重过程培养以及过程质量控制，以充分调动教师教学和学生学习两方面的积极性，着眼于增强学生自主探索的主动性，使学生发现学科独特的魅力以提高学习的积极性，提高教学质量，让学生真正从一门课程的学习中获益，更重要的是让学生能够以一门课程为出发点构建学科知识树。

（一）改变教学理念

将灌输式的、以理论为中心的教学方式逐渐转变为“以教师为主导、学生为主体”的启发式、研讨式、互动式以及案例式的教学方式，使得讲授与讨论相结合，引领学生领略电力电子学科的魅力，提升学生自主探究的主动性，增强学生的试验工程技能以及团队合作能力。

拟采用的方法有：扩充课程内容，增加与前续课程知识点的衔接内容，采用“线上课前导学—线下课中研学—线上课后促学”三位一体的教学体系，构建“线上有资源、线下有活动、课前有任务、课中有项目、课后有实践、师生有协作、平台有监测、过程有评价”的教学组织模式，用翻转课堂、在线课程、启发、案例、讨论等教学手段， 实现过程跟踪控制。

（二）加强对学生实践能力和综合能力的培养，引导学生构建知识链，完成课程思维导图

借助学生熟悉的交流平台和多媒体平台，引导学生就某一个知识点逐步展开，循序渐进地寻找知识点之间的关联，逐步建立知识链，逐步培养学生对电力电子变流电路的分析设计和应用能力。

（三）注重过程培养，加强过程质量控制

通过典型任务驱动，激发学生的探究欲望。项目驱动教学模式的执行更注重教师和学生的配合。在准备课程项目时，教师需要将基础理论知识融入其中，引导学生在做项目的过程中，根据项目实施要求，主动学习和锻炼完成项目的必备技能，从而进一步提高学生的动手能力。教师应以项目为依托，加强与学生针对工程上的问题的探讨，避免学生在学习知识的过程中觉得知识抽象、枯燥无味，使学生能够产生并保持学习的热情。不同于传统教学方法，项目驱动的教学方法更加贴近实际，通过引导学生解决工程中可能会碰到的问题，让学生学习和掌握理论知识。

三、改革方案与路径

随着时代的发展，高等教育人才培养迎来一场“质量革命”。课程思政、突出学生中心、注重能力培养、产出导向、持续改进，提升课程的“两性一度”，成为未来工程教育培养人才的必然要求。笔者所在电力电子技术课程教学团队重构课程内容，改变教学理念和教学模式，致力于建设混合式一流本科课程。

（一）教学方法改革

更新教学模式：采用PBL（问题驱动教学法）、SPL（层次递进教学法）相结合的教学模式，采用基于翻转课堂、发散式话题课堂、案例探究的线上线下混合式教学方法。

按类划分模块：围绕四种变流电路展开，将内容连成知识网络进行教学。

把握各教学环节：线上教学以知识点细讲为主，拓展学习的“广度”。线下教学采用启发、提问、讨论、讲评等方式，将智慧课堂与信息技术深度融合，加强互动，拓展学习的“深度”。通过项目设计、仿真案例分析等教学活动，理论结合实践，培养学生高阶思维能力，结合多种大学生学科竞赛，提高课程的创新性和挑战度。

（二）混合式教学设计

课程教学团队根据学校的办学要求以及立德树人的办学宗旨，对课程内容进行重构优化，聚焦“双碳”国家战略，加大可再生能源发电系统相关内容的教学比重，体现思政性、前沿性、时代性。课堂共32学时：线下24学时，突破重点难点，训练思维能力，完成能力目标；线上8学时，完成知识目标。线上教学与线下教学优势互补，使得课堂更加灵活，学生学习理论知识的渠道更加便捷。

课程教学团队建设的电力电子技术在线开放课程2019年成为山东省高校联盟跨校资源共享课，截至2024年2月，已在智慧树平台上运行10个学期，选课学生超1万人，选课学校46所，公众学习者所属学校166所，可为在线学习考核提供保障。所有学生都可以通过互联网展开在线自主学习，也可以通过在线课程的章测试、章讨论来巩固所学知识。

该课程2021年被评为山东省线上线下混合式一流课程，2022年被评为教育部在线教育“拓金计划”示范课程，并在国家高等教育智慧教育平台上线，2023年被评为智慧树专业精品课程、山东省课程思政示范课程、国家级线上线下混合式一流课程。

（三）实施方案与路径

电力电子技术课程教学模式改革方案路线图如图1所示，其具体实施过程如下：

1.构建知识树和知识图谱

把电力电子技术内容比作一棵树，以核心内容“变流技术”为树根，“电力电子器件及其应用、PWM控制技术”为树的主干，以不同的应用领域为树枝，建成知识树，使知识点展开，形成清晰的知识树（如图2所示），也可以相应地形成知识图谱（如图3所示）。

2.迁移拓展

温故知新，迁移拓展，知识升华。

3.项目讨论案例教学

项目引领，竞赛支撑。结合全国大学生电子设计竞赛、智能车大赛、机器人大赛等各种学科竞赛，将反映学科新知识、新技术、内容创新的新成果通过具体案例体现在教学中。

4.过程跟踪控制

采用“线上课前导学—线下课中研学—线上课后促学”三位一体的教学体系，实现“线上有资源、线下有活动、课前有任务、课中有项目、课后有实践、师生有协作、平台有监测、过程有评价”的教学组织模式，运用翻转课堂、在线课程、启发、案例、讨论等教学手段，结合调查问卷实现过程跟踪控制。

5.将课程思政建设明确写入课程教学大纲中

紧密结合学习强国和国家新能源发展战略，不断提升教学质量。不仅要丰富学生的知识储备，更要让学生了解工程伦理道德要求。 电力电子技术课程思政教学案例设计聚焦电气工程及其自动化本科专业的教学实际和最新发展前沿，主动对接我国碳达峰、碳中和、电气强国、人工智能等方面的重大战略对电力电子与电气传动领域高质量人才培养所提出的新要求，融入“对接战略+前沿教学+拓扑技术创新+共性‘卡脖子’难题+课程思政”“五位一体”的教学模式。

6.持续改进

以学生为中心，通过直接反馈、间接反馈、问卷调查等各种反馈途径，改进教学方法，提高线上线下混合式教学水平，并视反馈结果持续改进。

四、考核方式与成绩评定

考核方式为过程考核，实行教考分离。过程考核与课程目标对应，包括在线课程、线下作业、项目驱动设计、讨论课、实验课和期末考试。

课程成绩评定包括过程性（50%）和总结性（50%）两种评定方式。

过程性评定中，项目驱动设计占10%，实验占10%，讨论课占5%，平时占15%，在线学习占10%。

过程性评定和总结性评定均有量规。其中，项目驱动设计成绩评定包括项目设计报告（40%）、电路设计（20%）、系统仿真运行（20%）、组内互评（10%）、项目设计答辩（10%）。实验成绩评定标准为实验过程占20%，实验报告质量占60%，实验结果占20%。学生参与教师指导下的实验平台建设，实验考核可加分，加分上限为10%。平时成绩包括过程测试、线下作业和翻转课堂成绩，线下作业占比66.7%，过程测试和翻转课堂成绩占33.3%。

总结性评定有参考答案和评分标准，其中设计题答案不唯一，采用“非标答案”。总结性评定视学情设置强制达标线。

通过问卷调查等实现教学反馈。教学团队会视学情，调整考核比例系数，使之更加合理。

五、教学改革特色

教学资源丰富，线上课程建设完善。综合利用在线教学资源、多媒体教学手段、仿真分析和雨课堂等，将信息技术与课堂教学深度融合，以立体化方式传授知识，多方位考查学生对知识点的掌握，使课堂焕发生机与活力。

采用“‘课前导学—课中研学—课后促学’，使课程‘有用、有料、有趣、有效’”的三位一体、“四有”原则，解决“教与学不能合一”的问题。教学内容多元化，具有专业性、时代性、实践性、创新性、高阶性、挑战度和思政性。知识点体现出重点、难点、疑点和热点。多种教学方法融合，体现互动性、先进性和知识重构性。教学改革特色如下：

第一，从学生中心、产出导向出发，重构课程知识点，促进学生高阶思维能力的发展；将课程思政融入教学，加大可再生能源发电系统相关内容的教学比重，对接国家战略。

第二，理论结合实践，项目引领。在课程教学中采用了仿真、项目驱动、案例探究、PBL等教学方式，结合实验教学和全国大学生电子设计竞赛等多种学科竞赛，培养学生分析问题、解决问题的能力和审辩思维、创新能力，突出课程的创新性和挑战度。

第三，多元化过程考核。采用过程性和总结性评定方式以及“非标答案”，保证教学质量；进行考核审查；教师指导学生参与电力电子技术新型实验平台建设，纳入实验考核。

六、结语

电力电子技术课程教学团队通过电力电子技术国家级一流课程建设的探索与实践，构建了电力电子技术课程创新教学体系，拓展了现有教学方法和手段，创新了教学模式，进一步提高了电力电子技术课程的教学质量，提高了教师教学水平，最重要的是，有效培养和提高了学生解决工程问题的能力。同时，电力电子技术一流课程的教学实践也将对工科院校的同类课程教学起到示范作用，从而在一定程度上促进高等工程教育高质量发展。

［ 参 考 文 献 ］

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［责任编辑：周侯辰］