面向“新工科”的在线开放课程教学方式探析＊

张雅静，李建国

（北京信息科技大学，北京100192）

随着“互联网+”“中国制造2025”和“网络强国”等重大战略的实施，新兴技术和新能源产业面临新一轮的变革。这对高校教师提出了新的要求和挑战：①需要树立面向新工科的创新型、工程应用型教育理念；②将传统工科教学模式向新工科模式转型，并探索符合高等工程教育规律的人才培育“新模式”。

在“新工科”的教育背景下，“太阳能发电技术”课程组尝试在线开放课程教学方式的改革。“太阳能发电技术”是电气工程及自动化专业的一门专业必修课，课程内容侧重于实际应用。本课程从理论及应用的角度出发，主要讲授中国的能源现状和中国新能源的发展现状，学习太阳能光伏发电的基本原理及系统的构成，研究最新太阳能电池、太阳能发电拓扑结构、光伏控制技术的发展前沿等。本课程将以“以学生为中心”的教学理念为指导方针，融入工程问题和实际工程解决方案，丰富在线教学的内容和形式，以期实现符合“新工科”人才培养要求的新模式。

1 面向“新工科”的“太阳能发电技术”在线开放课程的教学理念

依据“新工科”培养模式对人才培养的目标，“太阳能发电技术”课程需要将太阳能光伏发电行业内的新技术、新趋势、创新解决方案和企业需求融入到实践教学体系的建设中，培养学生掌握光伏工程知识、光伏行业新技术的能力，培养学生分析光伏应用中的复杂工程问题、解决光伏应用复杂工程问题的能力，意识到团队协作和责任的重要性。

依据“以学生为中心，以培养目标和毕业要求为导向，持续改进”的工程教育理念，“太阳能发电技术”课程由以教师教授为主的传统工科教育模式转变为以学生为中心的工程教育模式；从工程应用问题出发引导学生运用太阳能发电技术知识分析并提出工程问题解决方案，从而增强学生的工程意识、实践能力和创新精神。

基于在线开放课程资源实施的翻转课堂和混合式教学模式将传统的课堂讲授方式多样化，将新能源发电和工程实践中经常面临的实际问题引入课堂教学，充分地锻炼了学生的创新能力和实践应用能力。

2 面向“新工科”的“太阳能发电技术”在线开放课程的教学目标

为了推进“新工科”的建设与发展，“太阳能发电技术”课程组从新内容和新方法两个方面进行教学模式探索。一方面通过引入工程案例讲解光伏发电的特殊性及最新的技术解决方案，积极探索新工科人才培养的“新模式”；另一方面，通过翻转课堂和混合式教学模式引导学生主动思考，提高学生的学习兴趣，从而实现提升高等工程教育人才培养质量的目标。

2.1 “以学生为中心”的工程教育模式

在新的教学模式中，利用翻转课堂和混合式教学模式使得学生有更多的自主学习的机会，并能主动参与到项目的设计与开发的过程中，能切实有效地激发学生对太阳能光伏发电技术课程学习的积极性，并能在教学过程中取得良好的教学成果。

2.2 以解决复杂工程问题为目标

“太阳能光伏发电技术”课程具有极强的实际应用性，大部分知识具有工程应用背景，光伏工程应用范例较多。结合在线开放课程主动学习、善于关联的教学模式，可培养学生的自主学习能力、运用光伏发电专业知识分析光伏发电问题以及使用现代工具解决问题的能力。

2.3 基于在线开放课程资源实施的翻转课堂和混合式教学的多样化教学形式

“太阳能光伏发电技术”在线开放课程的教学内容是以光伏发电原理、拓扑、控制策略等知识点为基本单元，学生可以根据光伏工程问题解决方案的需要，自主选择学习路径，决定各知识点的学习顺序和时间，建立不同领域各知识点之间的联系。

课程引入Psim仿真软件及线上实验平台配合学生模拟光伏发电原理及实际发电工况，有效地提高了学生主动学习的兴趣，并可以深入地理解工程问题的解决思路。这有效地促进了学生的思考，提升了学生对光伏发电专业知识的掌握程度，实现课程的教学目标。

因此，基于在线开放课程资源实施的翻转课堂和混合式教学是一种“以学生为中心”的工程教育模式，可以及时将光伏发电产业和技术的最新发展、光伏行业对人才培养的最新要求引入到教学过程中，实时地更新教学内容和课程体系，这有利于提升学生的工程意识、实践能力、创新精神和工匠精神，使得教学过程充分立足于“新工科”之“新”，加快培养当前新经济发展急需和引领未来技术和产业发展的人才。

3 疫情期间在线教学过程

2020年上半年课程采取线上/线下混合教学方式，期末考试采取考查方式，学生提交开放式报告，教师批改报告的形式进行授课。教学过程中，主讲教师充分利用“太阳能光伏发电技术”在线课程资源，并精心选择线上教学平台和线下课程管理平台组合的模式对各个教学模块进行设计。此外，教师录制了一些光伏发电工程设计施工的视频开拓知识面，利用多种教学手段吸引学生，促进学生学习效果提升，保证疫情防控期间的教学进度和教学质量，实现“停课不停教、停课不停学”。

特殊时期，特殊的学习方式也使得绝大多数学生对课程比较重视，能够做到课前预习视频，课中积极参与讨论和测验，课后及时复习完成作业，在学习中取得了进步。

太阳能发电技术发展迅速，作业中适当布置了一些查阅文献的题目。这样一方面开阔学生的视野，了解了太阳能发电技术的新方向、新技术和前沿科学问题；另一方面，帮助学生熟悉查阅科技文献的方法，为后续课程设计和毕业设计查阅文献打好基础。

授课教师除了对教材内容熟练掌握、教案准备充分外，在平时成绩的考核中也增加了平时互动加分的激励环节。学生的学习积极性有效提高，课堂教学互动明显增多，通过基本知识的讲授，引导学生从基本概念、基本理论出发，循序渐进地去分析复杂的理论。

主讲教师除了应对教材内容熟练掌握、准备充分教案外，还应增加实际工程案例的介绍和分析，引导学生从基本原理出发，理解光伏发电系统的特性、实际工程问题的解决思路及基本方案。

例如课程中引入了以下光伏发电技术的工程案例：①在大功率光伏逆变器环节引入500 kW大型光伏逆变器产品样机介绍、拓扑分析，结构设计、新型控制算法及其TUV和鉴衡标准认证过程的介绍和讲解。通过实际产品的讲解和工程应用问题的阐述，使学生了解光伏发电方向的新技术和新控制算法学习的必要性，以及工业产品生产及认证流程，帮助学生掌握和运用在课前学到的新知识与技能。该教学模块的引入，使得学生们在学习原理知识的同时，有效地与目前市场产品和产业认证相关知识进行融合，这更有利于学生理解和掌握所学内容，打破学科专业的壁垒，使学生进行广泛的学习和探索，扩充自己的知识面和技能，并提高工程逻辑思维与综合能力。②在微型逆变器环节引入第三代宽禁带半导体器件GaN在光伏发电方向的应用及其在高功率密度和高效率变换器方向的前言研究内容。宽禁带半导体器件是光伏发电行业未来重要的研究领域。该教学模块的引入，一方面让学生了解光伏发电的新方向，拓展知识面；另一方面，有意识地构建紧跟技术前沿的厚实理论基础，为培养“新工科”人才奠定一个良好的基础。

4 依托“太阳能光伏发电”课程在线课程教学的心得

依托“太阳能光伏发电”课程在线教学的心得具体有以下几点：①结合翻转课堂和混合式教学模式，进行“以学生为中心”的教学方法探索。学生课前通过观看中国大学MOOC及教师录制的微视频等在线资源的视频学习材料，自主完成知识点及行业新技术的学习；教师设计教学环节（讨论、小组项目设计、测试等），提升学生的参与度、兴趣度，从而提升教学效果，达到课程的教学目标。②进行基于CDⅠO（Conceive、Design、Ⅰmplement、Operate）工程教育理念的线开放课程的教学课程设计。根据课程培养目标，设计每课时的教学内容。即将教学示范项目录制成微课视频，或选择其他高校的名师慕课视频对其下载、剪辑和整合，制作学生课前在线学习视频；为了检查学生在线学习的效果，并对其学习中无法通过自身解决的问题进行个性化指导，帮助学生对线上学习的知识点进行内化和吸收，需要组织学生进行课堂的翻转。准备基于教学任务需求的在线互动环节，准备电子课件、测试题等教学资源，探索实现教学目标的教学方法。翻转课堂和混合模式教学课程设计，各教学活动以突出以学生为中心，利用同伴学习法进行分组讨论，使学生在讨论的过程中加深对所学知识的理解。③进行“以学生为中心”的基于在线开放课程资源实施的翻转课堂和混合式教学模式探索，形成具体的实施方法、系统的规划以及完备的考核方法，并以电气工程专业的“太阳能光伏发电技术”课程为试点，验证教学效果并不断改进。