“電力電子技術(shù)”課堂教學(xué)中融入“課程思政”的方法實(shí)踐

馬銘遙，賴紀(jì)東，黃海宏，張 興

（合肥工業(yè)大學(xué) 電氣與自動化工程學(xué)院，安徽 合肥230009）

0 引言

專業(yè)課程是課程思政建設(shè)的基本載體。在2020年5月28日發(fā)布的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》（以下簡稱《綱要》）中明確指出并具體要求：要緊緊抓住教師隊(duì)伍“主力軍”、課程建設(shè)“主戰(zhàn)場”和課堂教學(xué)“主渠道”，讓所有高校，所有教師，所有課程都承擔(dān)好育人責(zé)任，守好一段渠，種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，將顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，形成協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建全員全程全方位育人大格局［1～5］。全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，就是要寓價(jià)值觀引導(dǎo)于知識傳授和能力培養(yǎng)之中，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，這是人才培養(yǎng)的應(yīng)有之義，更是必備內(nèi)容?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”作為電氣與自動化本科專業(yè)的基礎(chǔ)專業(yè)課程，具有鮮明的學(xué)科特色，其本身的發(fā)展歷程就體現(xiàn)了新興學(xué)科發(fā)展的創(chuàng)新規(guī)律、思想價(jià)值與精神內(nèi)涵。深入挖掘這些元素，更能夠讓學(xué)生認(rèn)識和領(lǐng)會推動科學(xué)進(jìn)步的普適性規(guī)律，理解和掌握工程創(chuàng)新的價(jià)值性與可實(shí)現(xiàn)性［6～7］。

1 “電力電子技術(shù)”課程的學(xué)情分析

在能源枯竭和環(huán)境惡化的雙重壓力下，全球能源發(fā)展格局正在發(fā)生重大而深刻的變化。多年來我國的新能源發(fā)電已取得舉世矚目的成就。而新能源發(fā)電并網(wǎng)、柔性直流輸電、交流傳動等等重大應(yīng)用場景的技術(shù)實(shí)現(xiàn)都離不開電力電子技術(shù)的支撐。電力電子技術(shù)是使用功率電力電子器件進(jìn)行電力控制和精準(zhǔn)變換的電子技術(shù)。它是支撐我國電力能源、航空航天、國防軍工等國家重大需求的關(guān)鍵基礎(chǔ)性技術(shù)之一。其面向行業(yè)和學(xué)科前沿，是兼具知識基礎(chǔ)性和工程應(yīng)用性的具有重大發(fā)展?jié)摿Φ男滦蛯W(xué)科。

而“電力電子技術(shù)”課程，面向大學(xué)三年級電氣工程及其自動化、智能電網(wǎng)信息工程、自動化等專業(yè)本科生，重點(diǎn)講述電力電子器件的特性和選取方法以及電力電子四種典型功率變換的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、電路分析和參數(shù)計(jì)算方法，使學(xué)生具備變流裝置的基本調(diào)試能力以及電力電子電路的特性分析和計(jì)算能力。通過課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐探索精神以及科學(xué)創(chuàng)新精神。

基于“電力電子技術(shù)”的應(yīng)用背景，我們在授課時(shí)要主動將前沿科研方向、科研成果反哺本科教學(xué)，實(shí)現(xiàn)科教深度融合，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、批判性思維和創(chuàng)新能力。而思維的塑造和能力的培養(yǎng)與學(xué)生價(jià)值觀、世界觀、人生觀的引領(lǐng)息息相關(guān)，因此將思政教育融入和貫穿到專業(yè)課程的教授中是非常必要，且刻不容緩。

2 思政元素與課程教學(xué)設(shè)計(jì)的有機(jī)融合

提升課程育人質(zhì)量，須圍繞立德樹人這一根本任務(wù)。并遵循思想政治工作規(guī)律、教書育人規(guī)律和學(xué)生成長規(guī)律，不斷創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，才能激活其蘊(yùn)含的思政元素。認(rèn)真梳理專業(yè)課程所蘊(yùn)含的思想政治教育元素和所承載的思想政治教育功能，賦予課程價(jià)值引領(lǐng)的重任，實(shí)現(xiàn)思想政治教育與知識體系教育的有機(jī)統(tǒng)一。因此，提升課程育人質(zhì)量，需要在“融入”上下功夫，即通過創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容，將豐富的思想政治教育元素潤物無聲地融入到課程之中。

2.1 思政元素與教學(xué)內(nèi)容的融合

工科課程專業(yè)知識本身就具有明顯的價(jià)值傾向，尤其是很多交叉學(xué)科及新興學(xué)科課程。一方面專業(yè)知識點(diǎn)反應(yīng)了科技發(fā)展歷史上某些重要的新發(fā)明和新創(chuàng)造。授課中如果能夠厘清科技?xì)v史發(fā)展脈絡(luò)，講述當(dāng)時(shí)技術(shù)探索的過程，結(jié)合知識點(diǎn)的理論內(nèi)容，更容易讓學(xué)生深刻理解知識原理的意義和其產(chǎn)生的必然性。另一方面專業(yè)知識點(diǎn)反應(yīng)了當(dāng)下某些重大技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)性原理。授課中如果能夠結(jié)合技術(shù)應(yīng)用的工程需求，以需求為牽引，啟發(fā)學(xué)生逐步改進(jìn)，最終獲得最優(yōu)化的效果，更容易讓學(xué)生理解組成元素的真正價(jià)值和意義。這些專業(yè)知識點(diǎn)內(nèi)容其實(shí)都具有明顯的時(shí)代性，只要將知識原理與價(jià)值意蘊(yùn)有機(jī)結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容與主流價(jià)值觀同向同行，有效回應(yīng)學(xué)生的普遍關(guān)切，都會取得非常好的育人效果。

2.2 思政元素與導(dǎo)學(xué)方法的結(jié)合

大部分工科課程的知識點(diǎn)和知識點(diǎn)之間具有一定的邏輯關(guān)系。這種邏輯關(guān)系可以輔助學(xué)生從整體或全局上學(xué)習(xí)和理解知識的內(nèi)在構(gòu)造和價(jià)值。授課中要注重把握這些邏輯的明線和暗線，以邏輯構(gòu)成為牽引，引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)聚焦與發(fā)散的有機(jī)結(jié)合，局部與全局的不同認(rèn)知，順序與逆序的不同結(jié)果等等。將導(dǎo)學(xué)方法與認(rèn)知過程有機(jī)結(jié)合，使教學(xué)內(nèi)容與認(rèn)知規(guī)律同頻共振，著力培養(yǎng)學(xué)生的拓展能力與創(chuàng)新精神。

2.3 思政元素與教學(xué)教具的組合

很多工科課程的教學(xué)案例與現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和生活息息相關(guān)。采用虛擬情境、現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品、現(xiàn)場視頻等等教學(xué)手段，可以輔助學(xué)生更加深刻的體會學(xué)科價(jià)值。而真實(shí)案例背后的學(xué)科故事，既立體又豐富，課程講授中娓娓道來，用真實(shí)的故事明晰道理，用道理獲得認(rèn)同，更易于引發(fā)學(xué)生的情感共鳴。更易于激發(fā)學(xué)生在時(shí)代洪流中，注重厚植情懷，持續(xù)創(chuàng)新思維，不斷拓展視野。

3 “電力電子技術(shù)”課程思政的實(shí)踐案例

“電力電子技術(shù)”課程的主要教學(xué)內(nèi)容和課程思政融入如表1所示?！半娏﹄娮蛹夹g(shù)”課程思政的創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)，從以下幾方面開展了教學(xué)探索工作。

表1 “電力電子技術(shù)”課程的主要教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)

3.1 “電力電子技術(shù)”課程思政教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

思政元素與課程內(nèi)容的融入要恰到好處，才能夠做到潤物無聲。思政元素的融入可以在課前、課中、課后的各個(gè)環(huán)節(jié)中開展。例如在課前，在安排小組討論或者預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)時(shí)，就可以推送一些相關(guān)的現(xiàn)場應(yīng)用場景、技術(shù)現(xiàn)狀、重要的演講等等的視頻資源供學(xué)生們先行學(xué)習(xí)，課上再匯集學(xué)生們的問題，開展教學(xué)相關(guān)環(huán)節(jié)。課中適合針對相關(guān)知識點(diǎn)介紹專業(yè)發(fā)展歷史主線，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注未來技術(shù)發(fā)展的方向；介紹具體成果背后的人物故事，鼓勵(lì)學(xué)生勇于抓住時(shí)代的機(jī)遇，堅(jiān)韌不拔打破國外封鎖；介紹我院電力電子科技創(chuàng)新的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生凝練精華不斷創(chuàng)新，樹立工業(yè)報(bào)國的遠(yuǎn)大志向。課后環(huán)節(jié)可以推送一些可以拓展視野的視頻、電影或者文獻(xiàn)，挖掘?qū)W生學(xué)與思、思以用的潛能。多種形式相互結(jié)合，形成思想政治教育與知識體系教育的有機(jī)統(tǒng)一。

（接續(xù)表1）

3.2 “電力電子技術(shù)”課程思政導(dǎo)學(xué)方法的設(shè)計(jì)

“電力電子技術(shù)”課程的講授內(nèi)容，涉及非常多的電路拓?fù)漕愋停绻唵蔚淖寣W(xué)生進(jìn)行記憶和學(xué)習(xí)，很難取得非常好的教學(xué)效果。這些電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間其實(shí)存在一定的關(guān)聯(lián)性，為了便于學(xué)生理解和掌握拓?fù)渫茖?dǎo)之間的辯證關(guān)系，我們引入古代先賢老子其《道德經(jīng)》中的經(jīng)典內(nèi)容：“道生一，一生二，二生三，三生萬物?！逼渫蒲菟悸啡鐖D1所示。將電力電子半橋“I”型集成功率模塊作為基本單元，通過輸入輸出端口的電源和適當(dāng)負(fù)載接入就可以構(gòu)成電流可逆的二象限D(zhuǎn)CDC直流變換拓?fù)?，繼續(xù)并聯(lián)就可以獲得最為廣泛的單相全橋變換拓?fù)?。通過增加相數(shù)可以獲得三相橋式逆變器拓?fù)?，或多相橋式交流電機(jī)驅(qū)動拓?fù)?；通過用晶閘管功率器件替換全控功率器件以及負(fù)載調(diào)整，可以獲得相控整流電流拓?fù)?；通過封鎖全控功率器件的驅(qū)動信號，可以獲得不控整流電路拓?fù)涞鹊取?/p>

圖1 知識點(diǎn)的有機(jī)串聯(lián)與拓?fù)渫蒲?/p>

通過引入中國古代先賢的辯證法思想，用古代經(jīng)典哲學(xué)串聯(lián)本課程所有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的推演與拓展，自然融入思政元素，厚植家國情懷。

3.3 “電力電子技術(shù)”課程思政教學(xué)教具的選取

針對“電力電子技術(shù)”課程中的直流-直流變換章節(jié)，其涉及的內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活中手機(jī)充電器、充電寶、電腦適配器等等學(xué)生們?nèi)粘Ｊ褂妙l率非常高的消費(fèi)類電子產(chǎn)品的基本工作原理一致。在授課中，我們以真實(shí)的手機(jī)充電器或電腦適配器作為課堂教具，讓學(xué)生認(rèn)識電能變換的工程設(shè)計(jì)需求。并拆卸教具讓學(xué)生認(rèn)真觀察內(nèi)部的元器件結(jié)構(gòu)，真切感受各類功率元器件的體積和重量的相對大小。直觀感受電感、電容、變壓器等元器件的體積和重量在整體電路中占主導(dǎo)成份。例如在講授BUCK電路特性分析時(shí)，可以推導(dǎo)得出輸出電壓紋波的表達(dá)式如下所示：

公式表明當(dāng)輸出紋波要求一定的前提下，如果想要減小電路的體積和重量，最優(yōu)化的方法就是提高開關(guān)頻率fs。若開關(guān)頻率顯著提高，傳統(tǒng)的硅材料功率器件就難以滿足工程需求，需要采用近幾年才開始商業(yè)化應(yīng)用的寬禁帶半導(dǎo)體材料構(gòu)成的新型碳化硅或者氮化鎵功率器件。我們以小米GaN氮化鎵65 W充電器實(shí)物為例，其尺寸為30.8×30.8×56.3 mm，功率密度高達(dá)1.21 W/cm3，重量82 g。與傳統(tǒng)充電器的對比如表2所示。通過這樣的實(shí)物展示和對比教學(xué)，讓同學(xué)深刻認(rèn)識科技快速發(fā)展和應(yīng)用創(chuàng)新的巨大魅力。激發(fā)學(xué)生主動創(chuàng)新意識和關(guān)注科技最新發(fā)展的熱情。

表2 不同類型充電器的對比

4 結(jié)語

創(chuàng)新精神與工匠精神，是作為工科學(xué)生最應(yīng)該具備的優(yōu)良品質(zhì)。通過專業(yè)課程與思政教育的有機(jī)結(jié)合，通過真實(shí)的歷史、人物、企業(yè)等等故事內(nèi)容的有機(jī)融入，為學(xué)生講述一段段科技?xì)v史進(jìn)程中的家國情懷，為學(xué)生展現(xiàn)一代代科技工作者的努力創(chuàng)新的精神風(fēng)貌，在學(xué)習(xí)專業(yè)知識的同時(shí)，更易于引發(fā)學(xué)生的情感共鳴。