毛玲　陳肯　劉敏　劉婷婷　聶菁

摘 要：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，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高教學(xué)質(zhì)量，落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，進(jìn)行《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程教學(xué)改革探索。立足于專業(yè)知識(shí)點(diǎn)，充分挖掘其中的思政元素，探索各知識(shí)點(diǎn)的人文和應(yīng)用屬性，不僅可以拓展教學(xué)內(nèi)容的思政維度，還可以有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。利用MATLAB軟件中的GUI 界面開發(fā)《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺(tái)，將仿真演示融入到課堂教學(xué)中，比較直觀的講述控制理論，充分體現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的思想，讓學(xué)生一邊學(xué)習(xí)理論知識(shí)，一邊通過實(shí)踐進(jìn)行鞏固，達(dá)到學(xué)以致用和提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

關(guān)鍵詞：電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng) 思政 GUI 虛擬仿真

Exploration on Teaching Reform of "Electric Drive and Control System"

Mao Ling Chen Ken Liu Min Liu Tingting Nie Jing

Abstract：Based on the nature of the course "Electric Drive and Control System" and the learning status of students， in order to improve students' interest and enthusiasm in learning， improve the quality of teaching， and implement the fundamental task of morality and education， exploration on teaching reform of "Electric Drive and Control System" is carried out. Based on professional knowledge， political elements are fully explored， and the humanistic and applied attributes contained in each knowledge point are explored. While expanding the political dimensions of teaching content， it can effectively enhance students' interest and enthusiasm in learning. The GUI interface in MATLAB software is used to develop the virtual simulation platform of " Electric Drive and Control System "， simulation demonstration is integrated into classroom teaching， control theory is described more intuitively， the idea of combining theoretical teaching and practical teaching is fully reflected， and students can learn theoretical knowledge while consolidating it through practice， so as to achieve the purpose of applying what they have learned and improving the quality of teaching.

Key words：Electric Drive and Control System， political education， GUI， virtual simulation

1 引言

習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)了要把立德樹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)全過程。這就要求專業(yè)課教師要在教學(xué)過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)的全過程和各個(gè)環(huán)節(jié)，這就是所謂的“課程思政”。[1]

《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[1]。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]

立足于專業(yè)知識(shí)點(diǎn)，充分挖掘其中的思政元素，探索各知識(shí)點(diǎn)的人文和應(yīng)用屬性，不僅可以拓展教學(xué)內(nèi)容的思政維度，還可以有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性[2]。將MATLAB/SIMULINK的仿真演示融入到課堂教學(xué)中，比較直觀的講述控制理論，充分體現(xiàn)理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合的思想，讓學(xué)生邊學(xué)習(xí)理論知識(shí)，邊通過實(shí)踐進(jìn)行鞏固，學(xué)以致用，提高教學(xué)質(zhì)量。而如何在《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程教學(xué)過程中合理地融入思政元素，融入仿真教學(xué)，就需要對(duì)《電力拖動(dòng)與控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)與仿真教學(xué)進(jìn)行研究，找到一條適合電氣類應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)的道路，為工科應(yīng)用類專業(yè)課程提供一定的實(shí)踐參考。[3]

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，少講甚至不講沒關(guān)系。

二是目前還沒有《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)，沒有思政目標(biāo);章節(jié)內(nèi)容的思政元素沒有充分地挖掘出來;沒有專業(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)生沒有積極性。專業(yè)課的考核內(nèi)容仍然是專業(yè)知識(shí)，沒有思政方面的題目，導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)為思政聽不聽都無所謂，反正考試又不考，不聽也不會(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。[3]

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、家國情懷、專業(yè)倫理、學(xué)習(xí)倫理、國際視野、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。

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，在學(xué)習(xí)過程中潛移默化的去提高學(xué)生的政治覺悟、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)方面去分析問題和解決問題，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)合我國變頻器的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的民族自豪感，樹立學(xué)生的專業(yè)自信。[4]

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)。[5]

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。

3.2 仿真平臺(tái)開發(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)[6]。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。

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，不需要占用過多的理論講授時(shí)間。

4 教學(xué)效果

通過對(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)生多角度看問題、分析問題，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，樹立正確價(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[2];

（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。

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