張雅靜，李建國(guó)

（北京信息科技大學(xué)，北京100192）

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國(guó)制造2025”和“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)”等重大戰(zhàn)略的實(shí)施，新興技術(shù)和新能源產(chǎn)業(yè)面臨新一輪的變革。這對(duì)高校教師提出了新的要求和挑戰(zhàn)：①需要樹(shù)立面向新工科的創(chuàng)新型、工程應(yīng)用型教育理念；②將傳統(tǒng)工科教學(xué)模式向新工科模式轉(zhuǎn)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(yáng)能發(fā)電技術(shù)”課程組嘗試在線開(kāi)放課程教學(xué)方式的改革。“太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)”是電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的一門(mén)專業(yè)必修課，課程內(nèi)容側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用。本課程從理論及應(yīng)用的角度出發(fā)，主要講授中國(guó)的能源現(xiàn)狀和中國(guó)新能源的發(fā)展現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的基本原理及系統(tǒng)的構(gòu)成，研究最新太陽(yáng)能電池、太陽(yáng)能發(fā)電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、光伏控制技術(shù)的發(fā)展前沿等。本課程將以“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念為指導(dǎo)方針，融入工程問(wèn)題和實(shí)際工程解決方案，豐富在線教學(xué)的內(nèi)容和形式，以期實(shí)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(yáng)能發(fā)電技術(shù)”在線開(kāi)放課程的教學(xué)理念

依據(jù)“新工科”培養(yǎng)模式對(duì)人才培養(yǎng)的目標(biāo)，“太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)”課程需要將太陽(yáng)能光伏發(fā)電行業(yè)內(nèi)的新技術(shù)、新趨勢(shì)、創(chuàng)新解決方案和企業(yè)需求融入到實(shí)踐教學(xué)體系的建設(shè)中，培養(yǎng)學(xué)生掌握光伏工程知識(shí)、光伏行業(yè)新技術(shù)的能力，培養(yǎng)學(xué)生分析光伏應(yīng)用中的復(fù)雜工程問(wèn)題、解決光伏應(yīng)用復(fù)雜工程問(wèn)題的能力，意識(shí)到團(tuán)隊(duì)協(xié)作和責(zé)任的重要性。

依據(jù)“以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求為導(dǎo)向，持續(xù)改進(jìn)”的工程教育理念，“太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)”課程由以教師教授為主的傳統(tǒng)工科教育模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的工程教育模式；從工程應(yīng)用問(wèn)題出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)知識(shí)分析并提出工程問(wèn)題解決方案，從而增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神。

基于在線開(kāi)放課程資源實(shí)施的翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)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(shí)踐中經(jīng)常面臨的實(shí)際問(wèn)題引入課堂教學(xué)，充分地鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐應(yīng)用能力。

2 面向“新工科”的“太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)”在線開(kāi)放課程的教學(xué)目標(biāo)

為了推進(jìn)“新工科”的建設(shè)與發(fā)展，“太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)”課程組從新內(nèi)容和新方法兩個(gè)方面進(jìn)行教學(xué)模式探索。一方面通過(guò)引入工程案例講解光伏發(fā)電的特殊性及最新的技術(shù)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(guò)翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)模式引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而實(shí)現(xiàn)提升高等工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量的目標(biāo)。

2.1 “以學(xué)生為中心”的工程教育模式

在新的教學(xué)模式中，利用翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)模式使得學(xué)生有更多的自主學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)，并能主動(dòng)參與到項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，能切實(shí)有效地激發(fā)學(xué)生對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)課程學(xué)習(xí)的積極性，并能在教學(xué)過(guò)程中取得良好的教學(xué)成果。

2.2 以解決復(fù)雜工程問(wèn)題為目標(biāo)

“太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)”課程具有極強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用性，大部分知識(shí)具有工程應(yīng)用背景，光伏工程應(yīng)用范例較多。結(jié)合在線開(kāi)放課程主動(dòng)學(xué)習(xí)、善于關(guān)聯(lián)的教學(xué)模式，可培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、運(yùn)用光伏發(fā)電專業(yè)知識(shí)分析光伏發(fā)電問(wèn)題以及使用現(xiàn)代工具解決問(wèn)題的能力。

2.3 基于在線開(kāi)放課程資源實(shí)施的翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)的多樣化教學(xué)形式

“太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)”在線開(kāi)放課程的教學(xué)內(nèi)容是以光伏發(fā)電原理、拓?fù)?、控制策略等知識(shí)點(diǎn)為基本單元，學(xué)生可以根據(jù)光伏工程問(wèn)題解決方案的需要，自主選擇學(xué)習(xí)路徑，決定各知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)順序和時(shí)間，建立不同領(lǐng)域各知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系。

課程引入Psim仿真軟件及線上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)配合學(xué)生模擬光伏發(fā)電原理及實(shí)際發(fā)電工況，有效地提高了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，并可以深入地理解工程問(wèn)題的解決思路。這有效地促進(jìn)了學(xué)生的思考，提升了學(xué)生對(duì)光伏發(fā)電專業(yè)知識(shí)的掌握程度，實(shí)現(xiàn)課程的教學(xué)目標(biāo)。

因此，基于在線開(kāi)放課程資源實(shí)施的翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)是一種“以學(xué)生為中心”的工程教育模式，可以及時(shí)將光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的最新發(fā)展、光伏行業(yè)對(duì)人才培養(yǎng)的最新要求引入到教學(xué)過(guò)程中，實(shí)時(shí)地更新教學(xué)內(nèi)容和課程體系，這有利于提升學(xué)生的工程意識(shí)、實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神和工匠精神，使得教學(xué)過(guò)程充分立足于“新工科”之“新”，加快培養(yǎng)當(dāng)前新經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需和引領(lǐng)未來(lái)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的人才。

3 疫情期間在線教學(xué)過(guò)程

2020年上半年課程采取線上/線下混合教學(xué)方式，期末考試采取考查方式，學(xué)生提交開(kāi)放式報(bào)告，教師批改報(bào)告的形式進(jìn)行授課。教學(xué)過(guò)程中，主講教師充分利用“太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)”在線課程資源，并精心選擇線上教學(xué)平臺(tái)和線下課程管理平臺(tái)組合的模式對(duì)各個(gè)教學(xué)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。此外，教師錄制了一些光伏發(fā)電工程設(shè)計(jì)施工的視頻開(kāi)拓知識(shí)面，利用多種教學(xué)手段吸引學(xué)生，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果提升，保證疫情防控期間的教學(xué)進(jìn)度和教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)“停課不停教、停課不停學(xué)”。

特殊時(shí)期，特殊的學(xué)習(xí)方式也使得絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)課程比較重視，能夠做到課前預(yù)習(xí)視頻，課中積極參與討論和測(cè)驗(yàn)，課后及時(shí)復(fù)習(xí)完成作業(yè)，在學(xué)習(xí)中取得了進(jìn)步。

太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)發(fā)展迅速，作業(yè)中適當(dāng)布置了一些查閱文獻(xiàn)的題目。這樣一方面開(kāi)闊學(xué)生的視野，了解了太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的新方向、新技術(shù)和前沿科學(xué)問(wèn)題；另一方面，幫助學(xué)生熟悉查閱科技文獻(xiàn)的方法，為后續(xù)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)查閱文獻(xiàn)打好基礎(chǔ)。

授課教師除了對(duì)教材內(nèi)容熟練掌握、教案準(zhǔn)備充分外，在平時(shí)成績(jī)的考核中也增加了平時(shí)互動(dòng)加分的激勵(lì)環(huán)節(jié)。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有效提高，課堂教學(xué)互動(dòng)明顯增多，通過(guò)基本知識(shí)的講授，引導(dǎo)學(xué)生從基本概念、基本理論出發(fā)，循序漸進(jìn)地去分析復(fù)雜的理論。

主講教師除了應(yīng)對(duì)教材內(nèi)容熟練掌握、準(zhǔn)備充分教案外，還應(yīng)增加實(shí)際工程案例的介紹和分析，引導(dǎo)學(xué)生從基本原理出發(fā)，理解光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性、實(shí)際工程問(wèn)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(shù)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(chǎn)品樣機(jī)介紹、拓?fù)浞治?，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、新型控制算法及其TUV和鑒衡標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證過(guò)程的介紹和講解。通過(guò)實(shí)際產(chǎn)品的講解和工程應(yīng)用問(wèn)題的闡述，使學(xué)生了解光伏發(fā)電方向的新技術(shù)和新控制算法學(xué)習(xí)的必要性，以及工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)及認(rèn)證流程，幫助學(xué)生掌握和運(yùn)用在課前學(xué)到的新知識(shí)與技能。該教學(xué)模塊的引入，使得學(xué)生們?cè)趯W(xué)習(xí)原理知識(shí)的同時(shí)，有效地與目前市場(chǎng)產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)認(rèn)證相關(guān)知識(shí)進(jìn)行融合，這更有利于學(xué)生理解和掌握所學(xué)內(nèi)容，打破學(xué)科專業(yè)的壁壘，使學(xué)生進(jìn)行廣泛的學(xué)習(xí)和探索，擴(kuò)充自己的知識(shí)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(dǎo)體器件GaN在光伏發(fā)電方向的應(yīng)用及其在高功率密度和高效率變換器方向的前言研究?jī)?nèi)容。寬禁帶半導(dǎo)體器件是光伏發(fā)電行業(yè)未來(lái)重要的研究領(lǐng)域。該教學(xué)模塊的引入，一方面讓學(xué)生了解光伏發(fā)電的新方向，拓展知識(shí)面；另一方面，有意識(shí)地構(gòu)建緊跟技術(shù)前沿的厚實(shí)理論基礎(chǔ)，為培養(yǎng)“新工科”人才奠定一個(gè)良好的基礎(chǔ)。

4 依托“太陽(yáng)能光伏發(fā)電”課程在線課程教學(xué)的心得

依托“太陽(yáng)能光伏發(fā)電”課程在線教學(xué)的心得具體有以下幾點(diǎn)：①結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)模式，進(jìn)行“以學(xué)生為中心”的教學(xué)方法探索。學(xué)生課前通過(guò)觀看中國(guó)大學(xué)MOOC及教師錄制的微視頻等在線資源的視頻學(xué)習(xí)材料，自主完成知識(shí)點(diǎn)及行業(yè)新技術(shù)的學(xué)習(xí)；教師設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)（討論、小組項(xiàng)目設(shè)計(jì)、測(cè)試等），提升學(xué)生的參與度、興趣度，從而提升教學(xué)效果，達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。②進(jìn)行基于CDⅠO（Conceive、Design、Ⅰmplement、Operate）工程教育理念的線開(kāi)放課程的教學(xué)課程設(shè)計(jì)。根據(jù)課程培養(yǎng)目標(biāo)，設(shè)計(jì)每課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容。即將教學(xué)示范項(xiàng)目錄制成微課視頻，或選擇其他高校的名師慕課視頻對(duì)其下載、剪輯和整合，制作學(xué)生課前在線學(xué)習(xí)視頻；為了檢查學(xué)生在線學(xué)習(xí)的效果，并對(duì)其學(xué)習(xí)中無(wú)法通過(guò)自身解決的問(wèn)題進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，幫助學(xué)生對(duì)線上學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行內(nèi)化和吸收，需要組織學(xué)生進(jìn)行課堂的翻轉(zhuǎn)。準(zhǔn)備基于教學(xué)任務(wù)需求的在線互動(dòng)環(huán)節(jié)，準(zhǔn)備電子課件、測(cè)試題等教學(xué)資源，探索實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的教學(xué)方法。翻轉(zhuǎn)課堂和混合模式教學(xué)課程設(shè)計(jì)，各教學(xué)活動(dòng)以突出以學(xué)生為中心，利用同伴學(xué)習(xí)法進(jìn)行分組討論，使學(xué)生在討論的過(guò)程中加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。③進(jìn)行“以學(xué)生為中心”的基于在線開(kāi)放課程資源實(shí)施的翻轉(zhuǎn)課堂和混合式教學(xué)模式探索，形成具體的實(shí)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(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)”課程為試點(diǎn)，驗(yàn)證教學(xué)效果并不斷改進(jìn)。