《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程教學(xué)改革探索

毛玲 陳肯 劉敏 劉婷婷 聶菁

1.文華學(xué)院 湖北省武漢市 430074 2.中國(guó)船舶重工722 研究所 湖北省武漢市 430205

1 引言

習(xí)近平總書(shū)記強(qiáng)調(diào)了要把立德樹(shù)人作為教育的根本任務(wù)，把思想政治教育貫穿教育教學(xué)全過(guò)程。這就要求專業(yè)課教師要在教學(xué)過(guò)程中融入思想政治教育的內(nèi)容，將馬克思主義思想價(jià)值觀貫穿到專業(yè)課教學(xué)的全過(guò)程和各個(gè)環(huán)節(jié)，這就是所謂的“課程思政”。

《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》是電氣類應(yīng)用型本科專業(yè)的專業(yè)核心課程，包含了很多的專業(yè)理論概念和復(fù)雜的公式，因此在傳統(tǒng)的教學(xué)過(guò)程中，專業(yè)課教師只針對(duì)理論知識(shí)進(jìn)行講解，而忽略了該課程中的思想教育。此外，該課程包含了電機(jī)學(xué)、電力電子學(xué)、電子技術(shù)基礎(chǔ)及自動(dòng)控制原理等內(nèi)容，且各內(nèi)容之間的邏輯關(guān)系連接非常緊密，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師向?qū)W生單向灌輸理論知識(shí)，而忽視了學(xué)生的感受，使課堂氛圍不活躍，學(xué)生對(duì)課程不感興趣，對(duì)學(xué)習(xí)缺乏積極性，因此需要探索新的教學(xué)方式。

2 《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)研究

基于《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)現(xiàn)狀，提出具體的《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》思政建設(shè)方案，并對(duì)課程中所蘊(yùn)含的一些思政元素進(jìn)行挖掘。

2.1 課程思政建設(shè)現(xiàn)狀

一是部分專業(yè)課教師認(rèn)為學(xué)生的思想政治教育應(yīng)該是思想政治課教師和輔導(dǎo)員的事情，自己僅需負(fù)責(zé)專業(yè)課知識(shí)的講授。他們認(rèn)為如果在上課的過(guò)程中加入思政元素，會(huì)轉(zhuǎn)移學(xué)生的注意力，導(dǎo)致學(xué)生不能專心學(xué)習(xí)專業(yè)課知識(shí)。這些教師的潛意識(shí)里覺(jué)得學(xué)生學(xué)好本專業(yè)的知識(shí)才能找到好工作，才能有更好的發(fā)展，而思政內(nèi)容在思想政治課上會(huì)講，少講甚至不講沒(méi)關(guān)系。

二是目前還沒(méi)有《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程思政的一體化方案，教學(xué)大綱中只有知識(shí)和能力目標(biāo)，沒(méi)有思政目標(biāo)；章節(jié)內(nèi)容的思政元素沒(méi)有充分地挖掘出來(lái)；沒(méi)有專業(yè)知識(shí)與思政相結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì)。這就需要專業(yè)課教師在長(zhǎng)期的教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行探索和不斷改進(jìn)。

三是由于部分教師在將專業(yè)知識(shí)與思政元素進(jìn)行融合的時(shí)候比較生硬，導(dǎo)致學(xué)生沒(méi)有積極性。專業(yè)課的考核內(nèi)容仍然是專業(yè)知識(shí)，沒(méi)有思政方面的題目，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為思政聽(tīng)不聽(tīng)都無(wú)所謂，反正考試又不考，不聽(tīng)也不會(huì)影響考試成績(jī)。因此，在進(jìn)行《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)時(shí)，需要制定具體的評(píng)價(jià)方式，才能起到督促學(xué)生的作用。

2.2 思政建設(shè)方案

《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)方案應(yīng)該包括教學(xué)大綱、素材整理、教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂實(shí)踐、課后實(shí)驗(yàn)、評(píng)價(jià)反饋、總結(jié)反思和推廣八個(gè)方面。

基于專業(yè)課課程思政的要求，明確《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程所隱藏的思政元素，制定科學(xué)可行的教學(xué)大綱，在教學(xué)目標(biāo)中除了體現(xiàn)知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)之外，還要體現(xiàn)思政目標(biāo)，在教學(xué)內(nèi)容中要找到各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)所蘊(yùn)含的思政元素；結(jié)合《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，找到切入點(diǎn)，充分挖掘其中的思政元素，比如家國(guó)情懷、民族自信心、社會(huì)主義核心價(jià)值觀、節(jié)能環(huán)保和職業(yè)道德規(guī)范等；然后將思政元素巧妙的融入到課程教學(xué)過(guò)程中，形成具有特色的課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)；建立健全的教學(xué)管理制度，不斷改進(jìn)課堂教學(xué)的方式，加強(qiáng)思想政治教育在課堂教學(xué)中所起的作用；通過(guò)課后實(shí)驗(yàn)去培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作、探索精神、創(chuàng)新意識(shí)以及工匠精神等；建立合理的評(píng)價(jià)體系，課程評(píng)價(jià)體系中不僅僅只考核學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握情況，還要將“思政元素”作為一個(gè)考核點(diǎn)，通過(guò)課程思政綜合考核后，客觀地去評(píng)價(jià)學(xué)生綜合素質(zhì)的變化情況；最后通過(guò)總結(jié)和反思，相應(yīng)地去改善思政教學(xué)，最終達(dá)到預(yù)先制定的教學(xué)目標(biāo)。

2.3 挖掘思政元素

進(jìn)行課程思政時(shí)，通常圍繞價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)傳授三位一體的課程建設(shè)目標(biāo)，在課程內(nèi)容中探尋與社會(huì)主義價(jià)值觀、家國(guó)情懷、專業(yè)倫理、學(xué)習(xí)倫理、國(guó)際視野、創(chuàng)新思維、工匠精神和人文情懷等相關(guān)的德育元素，通過(guò)設(shè)計(jì)并運(yùn)用典型的案例等教學(xué)素材，以“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”的方式將正確的價(jià)值追求和理想信念有效地輸送給學(xué)生。

基于HTML5技術(shù)，采用Bootstrap框架實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備端和桌面端界面自適應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，自適應(yīng)效果良好，不僅能節(jié)約開(kāi)發(fā)成本和開(kāi)發(fā)時(shí)間，降低軟件維護(hù)成本，而且可為船舶智能監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)及其他B/S架構(gòu)軟件的開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支持和可靠保障。

教師在進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要準(zhǔn)確把握專業(yè)對(duì)課程的科學(xué)精神、價(jià)值取向以及倫理規(guī)范的要求，才能將課程的價(jià)值性和思想性體現(xiàn)出來(lái)，在學(xué)習(xí)過(guò)程中潛移默化的去提高學(xué)生的政治覺(jué)悟、思想水平、道德素質(zhì)和文化素養(yǎng)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。教師可以從課程的知識(shí)點(diǎn)、課程的研究方法、失敗的教訓(xùn)或者一些警示性的事件、與課程相關(guān)的社會(huì)熱點(diǎn)、學(xué)科發(fā)展史以及大師成長(zhǎng)道路等方面去挖掘思政元素。

講授運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展過(guò)程時(shí)，指出電力電子變頻技術(shù)的發(fā)展成功解決了同步發(fā)電機(jī)啟動(dòng)和失步困難兩大問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生的攻關(guān)意識(shí)以及創(chuàng)新意識(shí)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

在轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，結(jié)合晶閘管整流器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的可逆運(yùn)行，培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維和觀察能力。結(jié)合穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo)中調(diào)速范圍和靜差率的矛盾，教會(huì)學(xué)生任何事物都有兩面性，要善于從矛盾的兩個(gè)方面去分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，找到一個(gè)合適的平衡點(diǎn)，工作生活亦是如此。

在轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，結(jié)合比例和積分控制各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及結(jié)合之后的優(yōu)勢(shì)，說(shuō)明局部與整體的辯證關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的人文素養(yǎng)。

在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，結(jié)合調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法中Ⅰ型系統(tǒng)和Ⅱ型系統(tǒng)的跟隨性能和抗擾性能，教學(xué)生要學(xué)會(huì)用辯證唯物主義的思想去認(rèn)識(shí)事物。

在基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，結(jié)合我國(guó)變頻器的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感，樹(shù)立學(xué)生的專業(yè)自信。

3 《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》仿真教學(xué)研究

基于當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，提出《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》教學(xué)模式，并利用MATLAB 軟件中的GUI 界面開(kāi)發(fā)《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺(tái)。

3.1 教學(xué)模式

由于《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程內(nèi)容主要是直流和交流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)踐性較強(qiáng)，單純的理論講授無(wú)法滿足培養(yǎng)目標(biāo)的要求，因此需要將理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合，通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)去驗(yàn)證各種控制系統(tǒng)的性能與特點(diǎn)。而現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)集成度都很高，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)按照實(shí)驗(yàn)老師講的操作步驟就可以順利完成實(shí)驗(yàn)，至于系統(tǒng)內(nèi)部的構(gòu)成以及一些參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)的影響，學(xué)生可能不得而知，因此導(dǎo)致理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)，沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)；并且在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，一些錯(cuò)誤設(shè)計(jì)或者故障情況對(duì)控制系統(tǒng)性能的影響過(guò)程幾乎不能實(shí)現(xiàn)，而利用仿真軟件是可以實(shí)現(xiàn)的，有利于《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程教學(xué)。

現(xiàn)提出理論教學(xué)—仿真教學(xué)—實(shí)驗(yàn)教學(xué)三步走的教學(xué)模式，如圖1 所示。在理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加入仿真教學(xué)這一環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)完理論知識(shí)后，通過(guò)仿真演示加深對(duì)理論知識(shí)的理解，快速掌握重要調(diào)速系統(tǒng)的建模方法，并對(duì)其進(jìn)行更加深入的分析，驗(yàn)證各種控制系統(tǒng)的性能與特點(diǎn)，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)打好基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生又可以將仿真與實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，看看實(shí)際生活中的各調(diào)速系統(tǒng)是如何利用各元器件或模塊實(shí)現(xiàn)的，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

圖1 三步走教學(xué)模式

3.2 仿真平臺(tái)開(kāi)發(fā)

為了在課堂上實(shí)施仿真教學(xué)，需事先利用MATLAB 仿真軟件搭建可視化虛擬仿真平臺(tái)。MATLAB 仿真軟件包含圖形用戶界面環(huán)境，即GUIDE，它支持用戶進(jìn)行可視化編輯，制作GUI 界面。將Simulink 仿真模型與GUI 界面進(jìn)行交互，則可以通過(guò)GUI 界面去設(shè)置Simulink 仿真模型中的參數(shù)，并調(diào)用其仿真結(jié)果。當(dāng)需要修改仿真參數(shù)和查看仿真結(jié)果時(shí)，不需要每次都打開(kāi)Simulink 仿真模型去修改參數(shù)，也不需要重復(fù)運(yùn)行仿真模型，可以直接在GUI 界面中修改參數(shù)并觀察仿真結(jié)果。因此，使用GUI 界面進(jìn)行仿真時(shí)，操作簡(jiǎn)單，界面清晰，仿真結(jié)果一目了然，可以簡(jiǎn)化仿真時(shí)的操作流程，提高工作效率，使學(xué)生觀察起來(lái)更加直觀。

《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程中涉及到的仿真主要包括直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩大部分。其中，直流調(diào)速系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)速開(kāi)環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)、轉(zhuǎn)速閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)以及轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)；交流調(diào)速系統(tǒng)主要包括異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)、異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)、異步電動(dòng)機(jī)矢量控制調(diào)速系統(tǒng)以及異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)。利用GUI 界面，搭建《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺(tái)主界面如圖2 所示。

圖2 《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺(tái)主界面

在《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺(tái)主界面中選擇需要的仿真項(xiàng)目名稱，例如轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，進(jìn)入相應(yīng)的虛擬仿真界面如圖3 所示。設(shè)置給定信號(hào)、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)以及電流調(diào)節(jié)器參數(shù)，然后點(diǎn)擊運(yùn)行即可看到仿真結(jié)果。如果仿真結(jié)果不理想，直接在GUI 界面中修改相應(yīng)的參數(shù)然后再次運(yùn)行即可，教師不需要重復(fù)打開(kāi)模型修改參數(shù)。這就使得仿真教學(xué)更加直觀明了，還能節(jié)約時(shí)間，不需要占用過(guò)多的理論講授時(shí)間。

圖3 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)虛擬仿真界面

4 教學(xué)效果

通過(guò)對(duì)我校2019 級(jí)電氣專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行試點(diǎn)研究，發(fā)現(xiàn)在《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程中融入思政建設(shè)與仿真教學(xué)之后，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了正面推動(dòng)的作用，產(chǎn)生了良好的教學(xué)效果，提高了教學(xué)質(zhì)量，具體影響如下：

（1）活躍了課堂氣氛，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性；

（2）實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)互融，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解掌握，學(xué)以致用，深切體會(huì)到了所學(xué)知識(shí)的重要意義；

（3）在傳授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，還能引導(dǎo)學(xué)生多角度看問(wèn)題、分析問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，樹(shù)立正確價(jià)值觀、科學(xué)觀和世界觀。實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授、價(jià)值塑造和能力培養(yǎng)的多元統(tǒng)一，促進(jìn)了學(xué)生的全面發(fā)展；

（4）學(xué)習(xí)成效顯著，學(xué)生評(píng)價(jià)良好。

5 總結(jié)

本文基于《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程性質(zhì)和學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，進(jìn)行了《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程教學(xué)改革探索。首先進(jìn)行了《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)研究，基于目前的思政建設(shè)現(xiàn)狀，提出了具體的《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》思政建設(shè)方案，并對(duì)課程中所蘊(yùn)含的一些思政元素進(jìn)行了挖掘。然后進(jìn)行了《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》仿真教學(xué)研究，基于目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，提出了理論教學(xué)—仿真教學(xué)—實(shí)驗(yàn)教學(xué)三步走的教學(xué)模式，并利用MATLAB 軟件中的GUI界面開(kāi)發(fā)了《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺(tái)。最后將研究?jī)?nèi)容應(yīng)用于2019 級(jí)電氣專業(yè)的學(xué)生，活躍了課堂氣氛，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，實(shí)現(xiàn)了理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的有機(jī)互融，促進(jìn)了學(xué)生的全面發(fā)展，學(xué)習(xí)成效顯著，學(xué)生評(píng)價(jià)良好，提高了教學(xué)質(zhì)量。