国际留学研究生项目导向式课程教学探索

但汉兵 许国 熊文静

摘  要：随着“一带一路”倡议的提出，留学生教育已成为我国高校教育中的一个重要组成部分。目前国际留学研究生课程存在的教学模式传统单一、考核方式不全面等问题，导致留学研究生学习积极性不高，基础专业知识掌握不牢固，教学质量及效果未达到要求。文章探索了“电力电子系统建模与控制”课程的项目导向式英语教学模式，围绕实际工程案例讲解专业知识点，从而激发留学研究生的学习兴趣；采用期末闭卷考试和课堂项目仿真设计相结合的考核方式，提升留学研究生对专业知识的实际应用能力。通过基础知识与专业知识相辅助，理论与实际相结合的教学模式，为培养电力电子装备方面的国际高端应用型技术人才奠定基础。

关键词：项目导向式教学；電力电子系统建模与控制；教学探索；国际留学研究生

中图分类号：G643    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）05-0096-04

随着“一带一路”倡议的提出，教育合作成为促进国际合作的重要纽带。为加深国际合作，“一带一路”沿线国家鼓励学生来华学习，留学研究生教育已成为我国高校教育中的一个重要组成部分［1-2］。由于来华国际研究生的基础知识和专业水平参差不齐，现有课程的理论和实践体系有待完善以适应国际留学生的培养［３］。国际留学研究生课程存在教学模式传统单一、理论教学环节难和考核方式不全面等问题，导致留学研究生学习积极性不高，基础专业知识掌握不牢固［４］。因此，探索“一带一路”背景下国际留学研究生的培养模式具有重要意义［５］。

项目导向式教学［６］在电气工程相关课程的教学过程中理论结合实际，提高了学生的积极性，扎实了基础专业知识，在电气专业人才培养和教育质量提升方面效果显著。项目导向式教学不仅能够加深学生对传统理论知识概念的理解，更能培养学生的实践能力和创新思维。2011年，西班牙巴利亚多利德大学的Fernando Martinez等学者研究了基于项目导向式的电力电子技术教学方法，以设计电源与光伏发电为项目，培养学生的项目规划、小组管理、文件撰写和幻灯片演示等方面的能力，取得了不错的教学效果［７］。2012年澳大利亚斯威本科技大学的Nasser Hosseinzadeh等学者在电力系统建模和分析教学中，以昆士兰州的实际电力系统为项目，运用项目导向式教学法培养学生的专业知识掌握能力和实践技能［８］。同年，香港大学的Chi-Un Lei等学者在教学中要求学生以戈德堡机械为工程对象，利用电子传感器和执行器来重新设计机器，以加深学生对理论知识的理解，培养学生的技术能力和创造力［９］。2015年国防科学技术大学的刘少克老师等在电力电子技术教学过程中，围绕磁浮列车供电系统的设计展开教学，把教学形式单一的传统理论知识课堂转变为理论学习与实践能力共同培养的教学模式［1０］。同年，东南大学堵国樑老师等在电子电路实验教学中，以完整的工程项目研发为主线开展实验教学和研究，促进学生主动思考和学习，在一定程度上培养了学生的实践和创新能力［11］。2016年丹麦科技大学的Zhang Zhe等学者提出了面向开关电源设计的项目导向式教学方法，让学生从拓扑结构选择、元器件选型设计、滤波器设计和闭环控制器设计的学习入手，掌握电力电子相关课程的理论知识，增强了留学研究生的学习和实践能力［1２］。近年来，李泽湘教授在松山湖国际机器人产业基地开展了新工科教育，通过交叉、结合、跨学科的教育教学方式去引导学生主动发现问题、解决问题，在学习中将创新创业思维融会贯通。新工科教育理念提倡以社会实际需求为导向的教学，从而促进创业教育、高新产业发展和人才培养，同时松山湖国际机器人产业基地孵化出多个硬科技公司，且部分公司已经发展成为各自领域的独角兽公司。

综上，文章以“电力电子系统建模与控制”国际留学研究生课程为例，探索围绕实际工程应用案例，引进项目导向式教学的思路，讲解电力电子基础和专业知识，从而激发留学研究生探索新知识的欲望，进一步培养留学研究生分析和解决实际工程问题的能力。采用期末考试和项目仿真设计相结合的考核方式，巩固留学研究生的基础专业知识，提升留学研究生实际动手能力，培养电力电子装备方面的国际高端应用型技术人才。

一、基于项目导向式教学理念的教学改革

（一）课程教学改革思路

传统的教学方式以教材内容的传授为依托，以教师讲授为主导，其目标是学生对理论知识的学习和理解。在传统教学模式下，教师缺乏激情，学生失去活力。“师者，所以传道授业解惑也”。教师，不能照本宣科去做知识的讲解员和搬运工，而应该想方设法地调动学生的积极性和主观能动性，培养学生自主学习的能力，发掘学生提问质疑的勇气，激发迎难而上的决心。此外，传统教学方式存在“学”“用”分离，理论与实践脱节的问题，也会导致学生缺乏解决实际问题的能力。留学研究生教育主要是培养电力电子领域的应用型人才，为了解决上述问题，“电力电子系统建模与控制”国际留学研究生课程采用项目导向式教学方法，以实际的应用案例为导向，弱化教师的“授业”功能，教师主要为学生创造学习机会，解答疑惑，引导学生思考和实践。在解决实际应用问题的过程中，学生的参与度大大提高，不仅能够掌握理论知识，还培养了自主探索实践的能力。课程教学分为理论教学模块、仿真设计模块和课程考核模块。理论教学模块用于帮助留学研究生巩固电力电子系统建模与控制的基础知识。平时的课后作业作为理论教学的一个反馈，教师根据课后作业情况了解留学研究生的学习情况，从而调整教学进度。针对专业基础较差、无法跟上教学节奏的留学研究生，教师进行一对一交流沟通。培养学生不仅要关注留学研究生的学习成果，也要关注他们的心理健康状态。在仿真设计过程中如果碰到困难，留学研究生容易产生厌学和放弃的想法，此时教师需要对学生进行鼓励，同时提供必要的帮忙让留学研究生解决目前的仿真设计问题。

项目导向式教学的重中之重还是对实际案例的研究，即课程中的仿真设计模块。理论教学模块为留学研究生的仿真设计模块奠定了电力电子建模与控制的理论基础。仿真设计模块通过仿真设计将理论知识与实际问题相结合，帮助留学研究生进一步加深对理论知识的理解和掌握。课程考核模块是检验留学研究生对理论教学和仿真设计知识掌握度的有效方式。虽然课程考核在一定程度上能反映留学研究生的学习效果，但是考核不是最终目的，而是督促留学研究生投入精力学习的一种手段。通过课程考核激发留学研究生的学习动力，提高留学研究生分析和解决问题的能力。

1. 课程教学特征

课程面向来华工科留学研究生，留学研究生来自不同的国家，汉语基础不牢固，英语水平也参差不齐，因此本门课程教学主要有以下三个特点：

（1）采用优秀英文教材

留学研究生虽然有一年的中文学习基础，但主要偏向于日常用语，对电气专业相关词汇还比较陌生。因此，中文教材对于汉语基础薄弱的留学研究生而言难度较大，不太适合本课程的教学。因此本课程选用英文教材Fundamentals of Power Electronics，该英文教材详细讲述了电力电子变换器的基本拓扑结构、稳态模型、动态模型和控制方法。在合理使用英文教材的基础上，教师将所有的理论知识内化成自身的教学内容，根据留学研究生的不同情况和特点，因材施教。

（2）采用英文教学

留学生大多通过英文授课模式完成本科学位，英文授课可以使留学生更好地理解和掌握这些专业知识。教师使用英文讲授专业知识需要具有国际化视野，有留学的相关经验，且具有较好的英语理解能力和口语表达能力。英文课程教学非常考验教师的水平，既能便于留学生理解相关专业知识，又锻炼了青年教师的教学能力。

（3）采用项目导向式教学

以实际应用案例为导向，引导国际留学研究生在实际应用案例中提炼科学问题，在解决实际案例中科学问题的过程中，培养留学研究生探索发现的乐趣和科研兴趣，激发创新的潜力，锻炼解决实际问题的能力。这种教学模式能最大程度地将留学研究生培养成高端应用型人才。通过分组合作完成仿真设计的实践模式也可以锻炼留学研究生的团队协作精神。

2. 課程教学方式与内容

电力电子系统建模与控制课程是培养国际留学研究生电气专业高端应用型人才的一门基础专业课程。该课程涉及功率变换器及其调制技术、电力电子技术和自动控制原理等，是一门多学科交叉的应用型技术课程。通过课程教学，旨在使国际留学研究生了解电力电子系统及其基本拓扑结构，了解电力电子技术及其发展方向，掌握电力电子系统的稳态模型和动态模型的建立方法以及控制系统的设计方法。通过项目仿真设计，使留学研究生具有电力电子系统的设计和系统分析的能力。

考察过多个实际案例后，本课程教学应用案例最终选择最经典的BUCK变换器拓扑和BOOST变换器拓扑，通过理论课程学习在MATLAB/SIMULINK仿真中实现两个变换器拓扑的直流变换功能。理论课程学习分为以下几个部分：①电力电子变换器的简介；②电力电子变换器的稳态分析方法；③电力电子变换器的稳态等效模型、损耗分析和效率计算方法；④电力电子变换器的断续导通模式；⑤电力电子变换器的基本拓扑结构；⑥电力电子变换器系统的动态模型；⑦电力电子变换器系统的传递函数；⑧电力电子变换器系统控制器的设计方法。课程共计32个学时，主要围绕本课程的实际应用案例进行相关知识点的讲解和仿真设计实践。通过课堂多媒体教学让留学研究生了解与熟悉电力电子系统建模与控制课程的基础知识，通过课中提问和讨论集中留学研究生的注意力，通过课后练习巩固留学研究生的电力电子基础知识。项目仿真设计按照3—4人组成一个项目组，每个项目通过协作完成BUCK变换器和BOOST变换器的MATLAB/SIMULINK仿真设计。虽然每个小组的项目题目一致，但是由于每个小组成员基础知识的掌握水平不同，会出现各式各样的问题，导致项目的进度不同。在解决问题的过程中，不仅能让留学研究生更深刻地理解电力电子系统建模与控制的专业知识，而且可以培养留学研究生的团队协作能力和对知识实际应用的积极性和创新性。在整个教学过程中，教师作为项目参与者而不是决策者，只起辅助作用，引导留学研究生产生对专业知识的兴趣与实际应用的积极性。此外，通过课堂教学反馈反复修正，最终形成国际留学研究生“电力电子系统建模与控制”课程的全部内容。

3. 课程考核方式优化设计

为了响应提升国际留学研究生教育质量的倡导，课程重视留学研究生的综合水平培养。课程考核采取平时考核成绩和期末考试成绩综合评估的原则。其中，期末考试成绩占总成绩的70%，平时考核成绩占总成绩的30%。平时考核包括课堂考勤、课后作业和仿真设计。其中，课堂考勤占平时考核成绩的25%，主要考察留学研究生的学习态度，课后作业与仿真设计占平时考核成绩的75%，主要考察留学研究生是否能够灵活运用所学理论知识，以及对实际项目问题的处理能力。课后作业主要以所选英文教材Fundamentals

of Power Electronics中的课后习题为主。通过考核项目组的仿真设计是否满足项目要求来进行对留学生仿真实践能力的考核。期末考试主要由选择题和问答题组成，从而考核留学研究生的专业基础知识。期末考试的试卷主要包括20个选择题目，共计40分；2个计算题，共计25分；2个问答题，共计35分。通过优化课程考核方式，锻炼留学研究生的电气专业综合应用能力。

二、教学效果

“电力电子系统建模与控制”国际留学研究生课程围绕实际工程应用案例，引进项目导向式教学的思路，将电力电子系统建模与控制的知识模块融入项目设计中，优化了传统教学方式。教材Fundamentals of Power Electronics的使用，是优质教学的前提。英文教材的使用为留学研究生提供了英语教学环境，保证了留学研究生能够快速适应课程。项目导向式教学，围绕实际工程案例，讲解专业知识在日常生活与工业中的应用场景，培养了留学研究生解决实际问题和团结协作的能力。在教学过程中，留学研究生熟悉了研发项目的各个环节，激发了创新潜质，从而成长为优秀的电力电子领域应用型人才。通过课程学习，国际留学研究生对电力电子系统建模与控制相关的知识点有了更深入的理解。课程得到留学研究生的一致认可，激发了留学研究生的学习积极性，从而提高了留学研究生的学习效率。通过课后问卷调查，留学研究生对“电力电子系统建模与控制”国际留学研究生课程的满意度均在95%以上。

三、结论

“电力电子系统建模与控制”国际留学研究生课程采用项目导向式教学，围绕实际工程应用案例，讲授电力电子系统建模与控制课程，提高了留学研究生的学习兴趣和积极性，巩固了留学研究生的电力电子系统建模与控制的基础专业知识，使留学研究生具备解决实际项目问题的能力，从而成长为电力电子领域的国际高端应用型技术人才。采用期末闭卷考试和平时项目仿真设计考核相结合的优化考核方式，激发了留学研究生的学习动力。该课程的教学改革模式及内容可为其他国际留学研究生课程探索和改革提供借鉴。

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（责任编辑：淳洁）