“科研反哺教學(xué)”在電氣工程專業(yè)課程改革中的實踐探索
——以“現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)”課程為例

夏益輝，張 維，高 嵬，趙鏡紅

（海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院 湖北 武漢 430033）

在很長一段時間里，青年教員對科研與教學(xué)之間的關(guān)系存在兩大誤區(qū)：一是認(rèn)為作為新入學(xué)的教員，缺乏授課經(jīng)驗，應(yīng)該將大量時間和精力用在查閱教學(xué)資料、備課、上課等方面，“教學(xué)為主，科研為輔”，甚至不搞科學(xué)研究，造成教學(xué)與科研脫節(jié)，最終導(dǎo)致理論授課與實際脫節(jié)，只能采用“灌輸式”的教學(xué)方法，照本宣科，教學(xué)效果不理想[1]；一種是青年教員沿襲研究生階段思想，過于強(qiáng)調(diào)科研，而對處于中心地位的教學(xué)工作重視不夠，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量下降，學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量不佳[2]。目前，學(xué)者們對教學(xué)與科研之間關(guān)系的認(rèn)識越來越客觀全面，科研反哺教學(xué)，教學(xué)支撐科研，兩者相輔相成，實現(xiàn)了兩者有機(jī)統(tǒng)一和協(xié)調(diào)發(fā)展[3]。“科研反哺教學(xué)”在不同課程教學(xué)改革與實踐中得到應(yīng)用，并取得了較好的教學(xué)效果。遼寧大學(xué)孟醒以“民事訴訟法”課程為例，指出科研反哺教學(xué)理念的根本目的是讓學(xué)生獲取科研思維，并將這一理念用于課程建設(shè)與實踐中[4]。湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院陳潔等強(qiáng)調(diào)科研反哺教學(xué)可以優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、更新前沿知識以及改進(jìn)教學(xué)方法，同時也有利于提升學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐能力[5]。中南林業(yè)科技大學(xué)歐陽帥等人針對生態(tài)學(xué)本科教學(xué)現(xiàn)狀和不足，提出將科研思維用于教學(xué)、將科研成果引入課堂及開展科研實驗、科研課題等方式，以改善學(xué)員培養(yǎng)質(zhì)量，提升其綜合能力素質(zhì)，并從三個方面對教學(xué)方法改革提出了具體建議[6]。廣州醫(yī)科大學(xué)黃炯周等人針對科研反哺教學(xué)法對臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)本科生提高溝通能力的應(yīng)用效果與傳統(tǒng)教授方式進(jìn)行了對比，得出該方法有助于提高該專業(yè)本科生的溝通能力[7]。

“科研反哺教學(xué)”作為一種新型人才培養(yǎng)理念[8]，能實現(xiàn)高?？蒲信c教學(xué)二者共同發(fā)展，特別是在科研實力和創(chuàng)新活力較強(qiáng)的院校中更應(yīng)該重視和推廣應(yīng)用這一理念。海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)科在教育部組織的第四輪全國學(xué)科專業(yè)評估中，評估結(jié)果為A-，表明該學(xué)科已經(jīng)進(jìn)入國內(nèi)頂級學(xué)科行列。近四十年來，海軍工程大學(xué)電氣學(xué)科在馬偉明院士的帶領(lǐng)下，在電磁發(fā)射和綜合電力系統(tǒng)等技術(shù)領(lǐng)域取得了集群式的突破和大量創(chuàng)新成果，特別是在電磁發(fā)射和全電力推進(jìn)領(lǐng)域更是位列國內(nèi)船舶動力平臺前列，全電力推進(jìn)和電磁發(fā)射的控制對象均是電動機(jī)，而圍繞電機(jī)控制所開設(shè)的“現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)”課程，對于培養(yǎng)學(xué)員了解和掌握電機(jī)控制基礎(chǔ)理論和實踐應(yīng)用發(fā)揮著極其重要的作用。

1 以提升能力素質(zhì)為牽引，制訂合理可行的教學(xué)目標(biāo)

綜合電力系統(tǒng)作為船舶的一種新型動力平臺，創(chuàng)新應(yīng)用了大量新技術(shù)新裝備，是為高能裝備如電磁發(fā)射裝置、雷達(dá)、激光武器等提供能量應(yīng)運(yùn)而生的。而電機(jī)作為綜合電力系統(tǒng)和電磁發(fā)射技術(shù)的核心設(shè)備之一，如何實現(xiàn)對其安全可靠高效的控制長期以來都是電力傳動領(lǐng)域的研究課題，而夯實學(xué)員現(xiàn)代電機(jī)控制理論基礎(chǔ)的課程是“現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)”，是后續(xù)開展船舶電力推進(jìn)和電磁發(fā)射科研創(chuàng)新的技術(shù)保障。因此，本課程將結(jié)合綜合電力系統(tǒng)和電磁發(fā)射技術(shù)相關(guān)的科研成果，以提升學(xué)員能力素質(zhì)為牽引，對“現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)”課程的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。以勝任崗位任職和培養(yǎng)創(chuàng)新能力為目標(biāo)，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)員了解現(xiàn)代電機(jī)（多相整流發(fā)電機(jī)、多相感應(yīng)電機(jī)、多相永磁同步電機(jī)、直線感應(yīng)電機(jī)等）的結(jié)構(gòu)特點及基本控制技術(shù)，掌握現(xiàn)代電機(jī)及其控制系統(tǒng)建模與分析的基本理論和方法，提高對現(xiàn)代電機(jī)控制系統(tǒng)的認(rèn)知和應(yīng)用能力；通過課程思政改革，培養(yǎng)學(xué)生敢于堅持真理、勇于創(chuàng)新和實事求是的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神，以及服務(wù)于國家和軍隊的責(zé)任感。

2 以培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞母咚刭|(zhì)、專業(yè)化新型人才為牽引，優(yōu)化設(shè)計課程體系

綜合電力系統(tǒng)涉及的電機(jī)包括十二相整流發(fā)電機(jī)以及多相推進(jìn)電機(jī)，電磁發(fā)射技術(shù)中的核心設(shè)備之一是直線感應(yīng)電動機(jī)。當(dāng)然，永磁同步電機(jī)、三相感應(yīng)電機(jī)等在船舶電力推進(jìn)和輔機(jī)系統(tǒng)中也有所應(yīng)用。因此，“現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)”課程主要圍繞十二相整流發(fā)電機(jī)、多相推進(jìn)電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)和永磁同步電機(jī)）以及直線感應(yīng)電機(jī)等進(jìn)行電機(jī)及其系統(tǒng)的電磁參數(shù)、控制特性以及控制方法的學(xué)習(xí)。

結(jié)合船舶電力傳動實際應(yīng)用情況、未來發(fā)展趨勢以及我校在該領(lǐng)域取得的科研成果，并將最新研究成果及時融入課程教學(xué)體系中，“現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)”課程內(nèi)容主要分為三個篇章進(jìn)行學(xué)習(xí)：多相整流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、交流電動機(jī)、交流電動機(jī)控制技術(shù)。其中，多相整流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)主要針對綜合電力系統(tǒng)中多相整流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)所取得的科研成果，多相整流發(fā)電機(jī)的電磁關(guān)系及參數(shù)、勵磁控制系統(tǒng)以及多相整流發(fā)電機(jī)運(yùn)行特性。交流電動機(jī)主要圍繞三相、多相感應(yīng)電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)以及三相直線感應(yīng)電機(jī)等的電磁關(guān)系及參數(shù)、運(yùn)行特性等進(jìn)行分析，具體來講，感應(yīng)電機(jī)講述內(nèi)容包括交流電機(jī)回路的電磁關(guān)系、交流電機(jī)回路的自感系數(shù)和互感系數(shù)、單個線圈產(chǎn)生的氣隙磁場及其電感系數(shù)、電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子回路（間）的電感系數(shù)、飽和對參數(shù)的影響、漏磁場引起的電感系數(shù)、交流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程、單相異步電機(jī)的參數(shù)和性能分析等；同步電機(jī)講述內(nèi)容包括同步電機(jī)坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換、同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)兩相短路及負(fù)序阻抗、同步電機(jī)的突然兩相短路、同步電機(jī)與電容相聯(lián)系統(tǒng)的分析、同步電機(jī)帶整流負(fù)載系統(tǒng)的分析、同步電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定和勵磁調(diào)節(jié)對靜態(tài)穩(wěn)定的影響等。交流電動機(jī)控制技術(shù)主要圍繞矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制以及無速度控制等方法在三相、多相感應(yīng)電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)以及三相直線感應(yīng)電動機(jī)中的應(yīng)用進(jìn)行學(xué)習(xí)。優(yōu)化后的課程體系簡潔清晰，且各個篇章內(nèi)容與我校科研成果緊密相關(guān)，教學(xué)內(nèi)容是對其具體應(yīng)用情況的復(fù)現(xiàn)和進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)與研究，讓同學(xué)們站在一個高起點上開展學(xué)習(xí)，有助于其對現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢有更加準(zhǔn)確和深入的認(rèn)識與了解，對于其開展論文研究具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。

3 以學(xué)員為中心，融入思政元素，開展教學(xué)模式改革與實踐

“現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)”課程是為學(xué)員夯實現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)的基礎(chǔ)和論文研究而開設(shè)的專業(yè)必修課，涵蓋電機(jī)、電力電子技術(shù)和控制等理論內(nèi)容，對于學(xué)員科研創(chuàng)新能力具有極其重要的作用和意義。為了能夠盡可能夯實學(xué)員現(xiàn)代電機(jī)控制相關(guān)的理論基礎(chǔ)和積累一定的實踐經(jīng)驗，課程組以學(xué)員為中心，融入思政元素，開展教學(xué)模式改革與實踐。研究生學(xué)員具有良好的專業(yè)基礎(chǔ)和一定的分析與解決問題的能力，非常適合采用研討式和翻轉(zhuǎn)式以及任務(wù)式等教學(xué)方法。

針對“現(xiàn)代電機(jī)控制技術(shù)”課程特點以及教學(xué)目標(biāo)要求，第一篇章多相整流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的電磁關(guān)系及參數(shù)由教員講授，并結(jié)合多相整流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)研制歷程和取得的成就，引導(dǎo)學(xué)員樹立專業(yè)自豪感和培養(yǎng)學(xué)員的自主創(chuàng)新意識，而勵磁控制系統(tǒng)設(shè)計以及多相整流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行特性由學(xué)員課下完成學(xué)習(xí)，并在課堂上進(jìn)行討論，講授其設(shè)計方法以及系統(tǒng)運(yùn)行特性；第二篇章為交流電動機(jī)，結(jié)合我校在電機(jī)設(shè)計方面所取得的科研成果，對于三相、多相感應(yīng)電機(jī)、直線感應(yīng)電機(jī)的電磁關(guān)系及參數(shù)如自感系數(shù)和互感系數(shù)，氣隙磁場及其電感系數(shù)，磁路飽和對參數(shù)的影響等由教員講授，而對于漏磁場引起的電感系數(shù)，交流電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程，單相異步電機(jī)的參數(shù)和性能分析等采用翻轉(zhuǎn)式教學(xué)方法，由學(xué)員對其消化理解后進(jìn)行講授，同步電機(jī)的基本電磁關(guān)系、基本關(guān)系式、標(biāo)幺值系統(tǒng)、突然三相短路和瞬變參數(shù)、穩(wěn)態(tài)小值振蕩和轉(zhuǎn)矩系數(shù)等基礎(chǔ)理論由教員講授，而同步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)兩相短路及負(fù)序阻抗、突然兩相短路、同步電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定和勵磁調(diào)節(jié)對靜態(tài)穩(wěn)定的影響等內(nèi)容通過研討、翻轉(zhuǎn)等方法開展教學(xué)實踐。教員在課堂講述過程中可以融入思政元素，向同學(xué)們介紹張蓋凡老先生、馬偉明院士等前輩刻苦鉆研、嘔心瀝血，數(shù)十年如一日堅持自主設(shè)計、自主研發(fā)，形成我國船舶多相整流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、推進(jìn)電機(jī)、電磁彈射直線電機(jī)等自主品牌。對于第三篇章內(nèi)容，參考前兩篇章融入思政元素開展教學(xué)改革與實踐。研討式和翻轉(zhuǎn)式教學(xué)方法可以以任務(wù)驅(qū)動形式，學(xué)員通過發(fā)現(xiàn)問題、查閱文獻(xiàn)、總結(jié)歸納、實驗設(shè)計、組織實施和科研表達(dá)等全程參與課程教學(xué)，而這一過程本身就是科研表達(dá)能力培養(yǎng)的過程。教員要結(jié)合電機(jī)及其控制領(lǐng)域最新研究進(jìn)展，及時提出工程實踐中過去、當(dāng)前和未來可能遇到的科學(xué)問題，組織學(xué)員研討。在課程學(xué)習(xí)中訓(xùn)練學(xué)員的科研能力，不斷感受科研的氛圍，培養(yǎng)科研素養(yǎng)，使其站在高起點上開始科研工作，提高科研質(zhì)量和促進(jìn)更多成果產(chǎn)出。

4 結(jié)語

本文針對“科研反哺教學(xué)”如何助力研究生培養(yǎng)質(zhì)量提高，從制定合理可行的教學(xué)目標(biāo)、優(yōu)化課程體系以及融入思政元素開展課程改革與實踐三個方面進(jìn)行了論述，并結(jié)合我院承擔(dān)的“現(xiàn)代電機(jī)控制”博士研究生課程開展了具體分析與探討，實踐結(jié)果表明，將最新科研成果結(jié)合思政教育融入課程教學(xué)，并開展任務(wù)式、研討式等教學(xué)方法改革與實踐，能夠有效提升研究生的科研素養(yǎng)和道德情操，有助于實現(xiàn)高素質(zhì)專業(yè)化人才培養(yǎng)目標(biāo)。