國際留學研究生項目導向式課程教學探索

但漢兵 許國 熊文靜

摘? 要：隨著“一帶一路”倡議的提出，留學生教育已成為我國高校教育中的一個重要組成部分。目前國際留學研究生課程存在的教學模式傳統單一、考核方式不全面等問題，導致留學研究生學習積極性不高，基礎專業知識掌握不牢固，教學質量及效果未達到要求。文章探索了“電力電子系統建模與控制”課程的項目導向式英語教學模式，圍繞實際工程案例講解專業知識點，從而激發留學研究生的學習興趣；采用期末閉卷考試和課堂項目仿真設計相結合的考核方式，提升留學研究生對專業知識的實際應用能力。通過基礎知識與專業知識相輔助，理論與實際相結合的教學模式，為培養電力電子裝備方面的國際高端應用型技術人才奠定基礎。

關鍵詞：項目導向式教學；電力電子系統建模與控制；教學探索；國際留學研究生

中圖分類號：G643? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）05-0096-04

隨著“一帶一路”倡議的提出，教育合作成為促進國際合作的重要紐帶。為加深國際合作，“一帶一路”沿線國家鼓勵學生來華學習，留學研究生教育已成為我國高校教育中的一個重要組成部分［1-2］。由于來華國際研究生的基礎知識和專業水平參差不齊，現有課程的理論和實踐體系有待完善以適應國際留學生的培養［３］。國際留學研究生課程存在教學模式傳統單一、理論教學環節難和考核方式不全面等問題，導致留學研究生學習積極性不高，基礎專業知識掌握不牢固［４］。因此，探索“一帶一路”背景下國際留學研究生的培養模式具有重要意義［５］。

項目導向式教學［６］在電氣工程相關課程的教學過程中理論結合實際，提高了學生的積極性，扎實了基礎專業知識，在電氣專業人才培養和教育質量提升方面效果顯著。項目導向式教學不僅能夠加深學生對傳統理論知識概念的理解，更能培養學生的實踐能力和創新思維。2011年，西班牙巴利亞多利德大學的Fernando Martinez等學者研究了基于項目導向式的電力電子技術教學方法，以設計電源與光伏發電為項目，培養學生的項目規劃、小組管理、文件撰寫和幻燈片演示等方面的能力，取得了不錯的教學效果［７］。2012年澳大利亞斯威本科技大學的Nasser Hosseinzadeh等學者在電力系統建模和分析教學中，以昆士蘭州的實際電力系統為項目，運用項目導向式教學法培養學生的專業知識掌握能力和實踐技能［８］。同年，香港大學的Chi-Un Lei等學者在教學中要求學生以戈德堡機械為工程對象，利用電子傳感器和執行器來重新設計機器，以加深學生對理論知識的理解，培養學生的技術能力和創造力［９］。2015年國防科學技術大學的劉少克老師等在電力電子技術教學過程中，圍繞磁浮列車供電系統的設計展開教學，把教學形式單一的傳統理論知識課堂轉變為理論學習與實踐能力共同培養的教學模式［1０］。同年，東南大學堵國樑老師等在電子電路實驗教學中，以完整的工程項目研發為主線開展實驗教學和研究，促進學生主動思考和學習，在一定程度上培養了學生的實踐和創新能力［11］。2016年丹麥科技大學的Zhang Zhe等學者提出了面向開關電源設計的項目導向式教學方法，讓學生從拓撲結構選擇、元器件選型設計、濾波器設計和閉環控制器設計的學習入手，掌握電力電子相關課程的理論知識，增強了留學研究生的學習和實踐能力［1２］。近年來，李澤湘教授在松山湖國際機器人產業基地開展了新工科教育，通過交叉、結合、跨學科的教育教學方式去引導學生主動發現問題、解決問題，在學習中將創新創業思維融會貫通。新工科教育理念提倡以社會實際需求為導向的教學，從而促進創業教育、高新產業發展和人才培養，同時松山湖國際機器人產業基地孵化出多個硬科技公司，且部分公司已經發展成為各自領域的獨角獸公司。

綜上，文章以“電力電子系統建模與控制”國際留學研究生課程為例，探索圍繞實際工程應用案例，引進項目導向式教學的思路，講解電力電子基礎和專業知識，從而激發留學研究生探索新知識的欲望，進一步培養留學研究生分析和解決實際工程問題的能力。采用期末考試和項目仿真設計相結合的考核方式，鞏固留學研究生的基礎專業知識，提升留學研究生實際動手能力，培養電力電子裝備方面的國際高端應用型技術人才。

一、基于項目導向式教學理念的教學改革

（一）課程教學改革思路

傳統的教學方式以教材內容的傳授為依托，以教師講授為主導，其目標是學生對理論知識的學習和理解。在傳統教學模式下，教師缺乏激情，學生失去活力?！皫熣?，所以傳道授業解惑也”。教師，不能照本宣科去做知識的講解員和搬運工，而應該想方設法地調動學生的積極性和主觀能動性，培養學生自主學習的能力，發掘學生提問質疑的勇氣，激發迎難而上的決心。此外，傳統教學方式存在“學”“用”分離，理論與實踐脫節的問題，也會導致學生缺乏解決實際問題的能力。留學研究生教育主要是培養電力電子領域的應用型人才，為了解決上述問題，“電力電子系統建模與控制”國際留學研究生課程采用項目導向式教學方法，以實際的應用案例為導向，弱化教師的“授業”功能，教師主要為學生創造學習機會，解答疑惑，引導學生思考和實踐。在解決實際應用問題的過程中，學生的參與度大大提高，不僅能夠掌握理論知識，還培養了自主探索實踐的能力。課程教學分為理論教學模塊、仿真設計模塊和課程考核模塊。理論教學模塊用于幫助留學研究生鞏固電力電子系統建模與控制的基礎知識。平時的課后作業作為理論教學的一個反饋，教師根據課后作業情況了解留學研究生的學習情況，從而調整教學進度。針對專業基礎較差、無法跟上教學節奏的留學研究生，教師進行一對一交流溝通。培養學生不僅要關注留學研究生的學習成果，也要關注他們的心理健康狀態。在仿真設計過程中如果碰到困難，留學研究生容易產生厭學和放棄的想法，此時教師需要對學生進行鼓勵，同時提供必要的幫忙讓留學研究生解決目前的仿真設計問題。

項目導向式教學的重中之重還是對實際案例的研究，即課程中的仿真設計模塊。理論教學模塊為留學研究生的仿真設計模塊奠定了電力電子建模與控制的理論基礎。仿真設計模塊通過仿真設計將理論知識與實際問題相結合，幫助留學研究生進一步加深對理論知識的理解和掌握。課程考核模塊是檢驗留學研究生對理論教學和仿真設計知識掌握度的有效方式。雖然課程考核在一定程度上能反映留學研究生的學習效果，但是考核不是最終目的，而是督促留學研究生投入精力學習的一種手段。通過課程考核激發留學研究生的學習動力，提高留學研究生分析和解決問題的能力。

1. 課程教學特征

課程面向來華工科留學研究生，留學研究生來自不同的國家，漢語基礎不牢固，英語水平也參差不齊，因此本門課程教學主要有以下三個特點：

（1）采用優秀英文教材

留學研究生雖然有一年的中文學習基礎，但主要偏向于日常用語，對電氣專業相關詞匯還比較陌生。因此，中文教材對于漢語基礎薄弱的留學研究生而言難度較大，不太適合本課程的教學。因此本課程選用英文教材Fundamentals of Power Electronics，該英文教材詳細講述了電力電子變換器的基本拓撲結構、穩態模型、動態模型和控制方法。在合理使用英文教材的基礎上，教師將所有的理論知識內化成自身的教學內容，根據留學研究生的不同情況和特點，因材施教。

（2）采用英文教學

留學生大多通過英文授課模式完成本科學位，英文授課可以使留學生更好地理解和掌握這些專業知識。教師使用英文講授專業知識需要具有國際化視野，有留學的相關經驗，且具有較好的英語理解能力和口語表達能力。英文課程教學非?？简灲處煹乃?，既能便于留學生理解相關專業知識，又鍛煉了青年教師的教學能力。

（3）采用項目導向式教學

以實際應用案例為導向，引導國際留學研究生在實際應用案例中提煉科學問題，在解決實際案例中科學問題的過程中，培養留學研究生探索發現的樂趣和科研興趣，激發創新的潛力，鍛煉解決實際問題的能力。這種教學模式能最大程度地將留學研究生培養成高端應用型人才。通過分組合作完成仿真設計的實踐模式也可以鍛煉留學研究生的團隊協作精神。

2. 課程教學方式與內容

電力電子系統建模與控制課程是培養國際留學研究生電氣專業高端應用型人才的一門基礎專業課程。該課程涉及功率變換器及其調制技術、電力電子技術和自動控制原理等，是一門多學科交叉的應用型技術課程。通過課程教學，旨在使國際留學研究生了解電力電子系統及其基本拓撲結構，了解電力電子技術及其發展方向，掌握電力電子系統的穩態模型和動態模型的建立方法以及控制系統的設計方法。通過項目仿真設計，使留學研究生具有電力電子系統的設計和系統分析的能力。

考察過多個實際案例后，本課程教學應用案例最終選擇最經典的BUCK變換器拓撲和BOOST變換器拓撲，通過理論課程學習在MATLAB/SIMULINK仿真中實現兩個變換器拓撲的直流變換功能。理論課程學習分為以下幾個部分：①電力電子變換器的簡介；②電力電子變換器的穩態分析方法；③電力電子變換器的穩態等效模型、損耗分析和效率計算方法；④電力電子變換器的斷續導通模式；⑤電力電子變換器的基本拓撲結構；⑥電力電子變換器系統的動態模型；⑦電力電子變換器系統的傳遞函數；⑧電力電子變換器系統控制器的設計方法。課程共計32個學時，主要圍繞本課程的實際應用案例進行相關知識點的講解和仿真設計實踐。通過課堂多媒體教學讓留學研究生了解與熟悉電力電子系統建模與控制課程的基礎知識，通過課中提問和討論集中留學研究生的注意力，通過課后練習鞏固留學研究生的電力電子基礎知識。項目仿真設計按照3—4人組成一個項目組，每個項目通過協作完成BUCK變換器和BOOST變換器的MATLAB/SIMULINK仿真設計。雖然每個小組的項目題目一致，但是由于每個小組成員基礎知識的掌握水平不同，會出現各式各樣的問題，導致項目的進度不同。在解決問題的過程中，不僅能讓留學研究生更深刻地理解電力電子系統建模與控制的專業知識，而且可以培養留學研究生的團隊協作能力和對知識實際應用的積極性和創新性。在整個教學過程中，教師作為項目參與者而不是決策者，只起輔助作用，引導留學研究生產生對專業知識的興趣與實際應用的積極性。此外，通過課堂教學反饋反復修正，最終形成國際留學研究生“電力電子系統建模與控制”課程的全部內容。

3. 課程考核方式優化設計

為了響應提升國際留學研究生教育質量的倡導，課程重視留學研究生的綜合水平培養。課程考核采取平時考核成績和期末考試成績綜合評估的原則。其中，期末考試成績占總成績的70%，平時考核成績占總成績的30%。平時考核包括課堂考勤、課后作業和仿真設計。其中，課堂考勤占平時考核成績的25%，主要考察留學研究生的學習態度，課后作業與仿真設計占平時考核成績的75%，主要考察留學研究生是否能夠靈活運用所學理論知識，以及對實際項目問題的處理能力。課后作業主要以所選英文教材Fundamentals

of Power Electronics中的課后習題為主。通過考核項目組的仿真設計是否滿足項目要求來進行對留學生仿真實踐能力的考核。期末考試主要由選擇題和問答題組成，從而考核留學研究生的專業基礎知識。期末考試的試卷主要包括20個選擇題目，共計40分；2個計算題，共計25分；2個問答題，共計35分。通過優化課程考核方式，鍛煉留學研究生的電氣專業綜合應用能力。

二、教學效果

“電力電子系統建模與控制”國際留學研究生課程圍繞實際工程應用案例，引進項目導向式教學的思路，將電力電子系統建模與控制的知識模塊融入項目設計中，優化了傳統教學方式。教材Fundamentals of Power Electronics的使用，是優質教學的前提。英文教材的使用為留學研究生提供了英語教學環境，保證了留學研究生能夠快速適應課程。項目導向式教學，圍繞實際工程案例，講解專業知識在日常生活與工業中的應用場景，培養了留學研究生解決實際問題和團結協作的能力。在教學過程中，留學研究生熟悉了研發項目的各個環節，激發了創新潛質，從而成長為優秀的電力電子領域應用型人才。通過課程學習，國際留學研究生對電力電子系統建模與控制相關的知識點有了更深入的理解。課程得到留學研究生的一致認可，激發了留學研究生的學習積極性，從而提高了留學研究生的學習效率。通過課后問卷調查，留學研究生對“電力電子系統建模與控制”國際留學研究生課程的滿意度均在95%以上。

三、結論

“電力電子系統建模與控制”國際留學研究生課程采用項目導向式教學，圍繞實際工程應用案例，講授電力電子系統建模與控制課程，提高了留學研究生的學習興趣和積極性，鞏固了留學研究生的電力電子系統建模與控制的基礎專業知識，使留學研究生具備解決實際項目問題的能力，從而成長為電力電子領域的國際高端應用型技術人才。采用期末閉卷考試和平時項目仿真設計考核相結合的優化考核方式，激發了留學研究生的學習動力。該課程的教學改革模式及內容可為其他國際留學研究生課程探索和改革提供借鑒。

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（責任編輯：淳潔）