面向“新工科”的在線開放課程教學方式探析＊

張雅靜，李建國

（北京信息科技大學，北京100192）

隨著“互聯(lián)網+”“中國制造2025”和“網絡強國”等重大戰(zhàn)略的實施，新興技術和新能源產業(yè)面臨新一輪的變革。這對高校教師提出了新的要求和挑戰(zhàn)：①需要樹立面向新工科的創(chuàng)新型、工程應用型教育理念；②將傳統(tǒng)工科教學模式向新工科模式轉型，并探索符合高等工程教育規(guī)律的人才培育“新模式”。

在“新工科”的教育背景下，“太陽能發(fā)電技術”課程組嘗試在線開放課程教學方式的改革?！疤柲馨l(fā)電技術”是電氣工程及自動化專業(yè)的一門專業(yè)必修課，課程內容側重于實際應用。本課程從理論及應用的角度出發(fā)，主要講授中國的能源現(xiàn)狀和中國新能源的發(fā)展現(xiàn)狀，學習太陽能光伏發(fā)電的基本原理及系統(tǒng)的構成，研究最新太陽能電池、太陽能發(fā)電拓撲結構、光伏控制技術的發(fā)展前沿等。本課程將以“以學生為中心”的教學理念為指導方針，融入工程問題和實際工程解決方案，豐富在線教學的內容和形式，以期實現(xiàn)符合“新工科”人才培養(yǎng)要求的新模式。

1 面向“新工科”的“太陽能發(fā)電技術”在線開放課程的教學理念

依據(jù)“新工科”培養(yǎng)模式對人才培養(yǎng)的目標，“太陽能發(fā)電技術”課程需要將太陽能光伏發(fā)電行業(yè)內的新技術、新趨勢、創(chuàng)新解決方案和企業(yè)需求融入到實踐教學體系的建設中，培養(yǎng)學生掌握光伏工程知識、光伏行業(yè)新技術的能力，培養(yǎng)學生分析光伏應用中的復雜工程問題、解決光伏應用復雜工程問題的能力，意識到團隊協(xié)作和責任的重要性。

依據(jù)“以學生為中心，以培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求為導向，持續(xù)改進”的工程教育理念，“太陽能發(fā)電技術”課程由以教師教授為主的傳統(tǒng)工科教育模式轉變?yōu)橐詫W生為中心的工程教育模式；從工程應用問題出發(fā)引導學生運用太陽能發(fā)電技術知識分析并提出工程問題解決方案，從而增強學生的工程意識、實踐能力和創(chuàng)新精神。

基于在線開放課程資源實施的翻轉課堂和混合式教學模式將傳統(tǒng)的課堂講授方式多樣化，將新能源發(fā)電和工程實踐中經常面臨的實際問題引入課堂教學，充分地鍛煉了學生的創(chuàng)新能力和實踐應用能力。

2 面向“新工科”的“太陽能發(fā)電技術”在線開放課程的教學目標

為了推進“新工科”的建設與發(fā)展，“太陽能發(fā)電技術”課程組從新內容和新方法兩個方面進行教學模式探索。一方面通過引入工程案例講解光伏發(fā)電的特殊性及最新的技術解決方案，積極探索新工科人才培養(yǎng)的“新模式”；另一方面，通過翻轉課堂和混合式教學模式引導學生主動思考，提高學生的學習興趣，從而實現(xiàn)提升高等工程教育人才培養(yǎng)質量的目標。

2.1 “以學生為中心”的工程教育模式

在新的教學模式中，利用翻轉課堂和混合式教學模式使得學生有更多的自主學習的機會，并能主動參與到項目的設計與開發(fā)的過程中，能切實有效地激發(fā)學生對太陽能光伏發(fā)電技術課程學習的積極性，并能在教學過程中取得良好的教學成果。

2.2 以解決復雜工程問題為目標

“太陽能光伏發(fā)電技術”課程具有極強的實際應用性，大部分知識具有工程應用背景，光伏工程應用范例較多。結合在線開放課程主動學習、善于關聯(lián)的教學模式，可培養(yǎng)學生的自主學習能力、運用光伏發(fā)電專業(yè)知識分析光伏發(fā)電問題以及使用現(xiàn)代工具解決問題的能力。

2.3 基于在線開放課程資源實施的翻轉課堂和混合式教學的多樣化教學形式

“太陽能光伏發(fā)電技術”在線開放課程的教學內容是以光伏發(fā)電原理、拓撲、控制策略等知識點為基本單元，學生可以根據(jù)光伏工程問題解決方案的需要，自主選擇學習路徑，決定各知識點的學習順序和時間，建立不同領域各知識點之間的聯(lián)系。

課程引入Psim仿真軟件及線上實驗平臺配合學生模擬光伏發(fā)電原理及實際發(fā)電工況，有效地提高了學生主動學習的興趣，并可以深入地理解工程問題的解決思路。這有效地促進了學生的思考，提升了學生對光伏發(fā)電專業(yè)知識的掌握程度，實現(xiàn)課程的教學目標。

因此，基于在線開放課程資源實施的翻轉課堂和混合式教學是一種“以學生為中心”的工程教育模式，可以及時將光伏發(fā)電產業(yè)和技術的最新發(fā)展、光伏行業(yè)對人才培養(yǎng)的最新要求引入到教學過程中，實時地更新教學內容和課程體系，這有利于提升學生的工程意識、實踐能力、創(chuàng)新精神和工匠精神，使得教學過程充分立足于“新工科”之“新”，加快培養(yǎng)當前新經濟發(fā)展急需和引領未來技術和產業(yè)發(fā)展的人才。

3 疫情期間在線教學過程

2020年上半年課程采取線上/線下混合教學方式，期末考試采取考查方式，學生提交開放式報告，教師批改報告的形式進行授課。教學過程中，主講教師充分利用“太陽能光伏發(fā)電技術”在線課程資源，并精心選擇線上教學平臺和線下課程管理平臺組合的模式對各個教學模塊進行設計。此外，教師錄制了一些光伏發(fā)電工程設計施工的視頻開拓知識面，利用多種教學手段吸引學生，促進學生學習效果提升，保證疫情防控期間的教學進度和教學質量，實現(xiàn)“停課不停教、停課不停學”。

特殊時期，特殊的學習方式也使得絕大多數(shù)學生對課程比較重視，能夠做到課前預習視頻，課中積極參與討論和測驗，課后及時復習完成作業(yè)，在學習中取得了進步。

太陽能發(fā)電技術發(fā)展迅速，作業(yè)中適當布置了一些查閱文獻的題目。這樣一方面開闊學生的視野，了解了太陽能發(fā)電技術的新方向、新技術和前沿科學問題；另一方面，幫助學生熟悉查閱科技文獻的方法，為后續(xù)課程設計和畢業(yè)設計查閱文獻打好基礎。

授課教師除了對教材內容熟練掌握、教案準備充分外，在平時成績的考核中也增加了平時互動加分的激勵環(huán)節(jié)。學生的學習積極性有效提高，課堂教學互動明顯增多，通過基本知識的講授，引導學生從基本概念、基本理論出發(fā)，循序漸進地去分析復雜的理論。

主講教師除了應對教材內容熟練掌握、準備充分教案外，還應增加實際工程案例的介紹和分析，引導學生從基本原理出發(fā)，理解光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性、實際工程問題的解決思路及基本方案。

例如課程中引入了以下光伏發(fā)電技術的工程案例：①在大功率光伏逆變器環(huán)節(jié)引入500 kW大型光伏逆變器產品樣機介紹、拓撲分析，結構設計、新型控制算法及其TUV和鑒衡標準認證過程的介紹和講解。通過實際產品的講解和工程應用問題的闡述，使學生了解光伏發(fā)電方向的新技術和新控制算法學習的必要性，以及工業(yè)產品生產及認證流程，幫助學生掌握和運用在課前學到的新知識與技能。該教學模塊的引入，使得學生們在學習原理知識的同時，有效地與目前市場產品和產業(yè)認證相關知識進行融合，這更有利于學生理解和掌握所學內容，打破學科專業(yè)的壁壘，使學生進行廣泛的學習和探索，擴充自己的知識面和技能，并提高工程邏輯思維與綜合能力。②在微型逆變器環(huán)節(jié)引入第三代寬禁帶半導體器件GaN在光伏發(fā)電方向的應用及其在高功率密度和高效率變換器方向的前言研究內容。寬禁帶半導體器件是光伏發(fā)電行業(yè)未來重要的研究領域。該教學模塊的引入，一方面讓學生了解光伏發(fā)電的新方向，拓展知識面；另一方面，有意識地構建緊跟技術前沿的厚實理論基礎，為培養(yǎng)“新工科”人才奠定一個良好的基礎。

4 依托“太陽能光伏發(fā)電”課程在線課程教學的心得

依托“太陽能光伏發(fā)電”課程在線教學的心得具體有以下幾點：①結合翻轉課堂和混合式教學模式，進行“以學生為中心”的教學方法探索。學生課前通過觀看中國大學MOOC及教師錄制的微視頻等在線資源的視頻學習材料，自主完成知識點及行業(yè)新技術的學習；教師設計教學環(huán)節(jié)（討論、小組項目設計、測試等），提升學生的參與度、興趣度，從而提升教學效果，達到課程的教學目標。②進行基于CDⅠO（Conceive、Design、Ⅰmplement、Operate）工程教育理念的線開放課程的教學課程設計。根據(jù)課程培養(yǎng)目標，設計每課時的教學內容。即將教學示范項目錄制成微課視頻，或選擇其他高校的名師慕課視頻對其下載、剪輯和整合，制作學生課前在線學習視頻；為了檢查學生在線學習的效果，并對其學習中無法通過自身解決的問題進行個性化指導，幫助學生對線上學習的知識點進行內化和吸收，需要組織學生進行課堂的翻轉。準備基于教學任務需求的在線互動環(huán)節(jié)，準備電子課件、測試題等教學資源，探索實現(xiàn)教學目標的教學方法。翻轉課堂和混合模式教學課程設計，各教學活動以突出以學生為中心，利用同伴學習法進行分組討論，使學生在討論的過程中加深對所學知識的理解。③進行“以學生為中心”的基于在線開放課程資源實施的翻轉課堂和混合式教學模式探索，形成具體的實施方法、系統(tǒng)的規(guī)劃以及完備的考核方法，并以電氣工程專業(yè)的“太陽能光伏發(fā)電技術”課程為試點，驗證教學效果并不斷改進。