張 笛，崔 晶

(西安鐵路職業(yè)技術學院，陜西 西安 710000)

0 案例簡介

“電力機車控制系統(tǒng)”是面向鐵道機車專業(yè)的專業(yè)核心課程，前置課程有“電力機車電機與電器”、“電力電子技術”等。內(nèi)容體現(xiàn)國際前沿、服務思政育人和專業(yè)建設，除了講授電力機車的工作原理、調(diào)速與制動控制技術、主型電力機車電氣線路等基礎知識外，尤其重視對電氣動作試驗、故障應急處理、電力機車操縱等實踐教學，并且講授了交流牽引傳動、微機網(wǎng)絡控制等最新知識點。主要培養(yǎng)學生掌握電力機車電氣線路的分類、組成，熟悉電力機車高低壓試驗程序，具備電力機車常見故障判斷處理能力，使學生具備一線檢修和運用人員所必須掌握的機車基本知識和基本應用技能，在學生職業(yè)能力培養(yǎng)和職業(yè)素養(yǎng)養(yǎng)成方面占重要地位。主要采用講授與實踐相結(jié)合的教學方式，學生在實踐中親自動手操作訓練，極大地激發(fā)了學生的學習興趣，提高了學習積極性。

選取“國產(chǎn)電力機車及牽引傳動系統(tǒng)”案例，屬于課程中的緒論部分，主要內(nèi)容包括電力機車的分類、國產(chǎn)電力機車的發(fā)展歷程、電氣化鐵道、電力機車牽引傳動系統(tǒng)。案例采用探究式教學法，對接我國實施交通強國的重大戰(zhàn)略。通過學習，使學生感受到國產(chǎn)電力機車發(fā)展的艱辛歷程，引導學生學習鐵路工作者的家國情懷與艱苦奮斗、開拓創(chuàng)新的精神；同時，讓學生認識到，立足自己的崗位，兢兢業(yè)業(yè)，服務鐵路，就是服務人民群眾，就是為國家發(fā)展貢獻自己的力量。

1 教學設計

教學對象是鐵道機車專業(yè)二年級的學生，通過課前測試、問卷調(diào)查等形式，掌握學情特點。首先，通過平臺大數(shù)據(jù)分析可知學生具備一定的鐵路基礎知識，但知識點掌握不準確、不系統(tǒng)。然后，依據(jù)學前測、訪談、問卷發(fā)現(xiàn)學生觀察能力強，記憶力好，但邏輯思維和抽象總結(jié)能力較弱，需要將抽象的知識形象化。學生好奇心重，好勝耐挫折，喜歡探究式學習，熱衷于富媒體教學，動手操作能力強；學生不喜歡長時間純理論學習，應用能力弱。

教學目標主要包括：

(1)知識目標：了解國產(chǎn)電力機車的發(fā)展，掌握鐵道電氣化、機車傳動系統(tǒng)。

(2)能力目標：培養(yǎng)學生主動探究式學習能力、信息檢索能力、實踐動手能力。

(3)素質(zhì)目標：培養(yǎng)家國情懷、艱苦奮斗、開拓創(chuàng)新、職業(yè)素養(yǎng)。

堅持以學生為中心的教學理念。教學過程采用預習發(fā)現(xiàn)問題、探究解決問題、測評反饋問題和課后鞏固問題的問題導向式教學法，讓學生逐層深入、螺旋遞進地掌握知識，充分調(diào)動學習積極性、主動性和創(chuàng)新精神。案例梳理國產(chǎn)電力機車的光輝發(fā)展歷程，講述中國鐵路技術領先世界的發(fā)展進程，培養(yǎng)學生開拓創(chuàng)新；在講授電氣化鐵道時，通過鐵路工作者人物事例，培養(yǎng)學生艱苦奮斗、工匠精神；在講授電力機車牽引傳動系統(tǒng)中的電力電子變頻器時，培養(yǎng)學生的家國情懷。

已建立的在線資源課可供學生課前預習、課后復習，在職教云平臺開展課中互動，鐵路工作者人物故事視頻使得學生感悟更深刻，實體電力機車車體可供學生參觀，MATLAB仿真平臺可以讓學生理解牽引傳動系統(tǒng)各部分的作用。

2 教學實施過程

2.1 課前活動

觀看微課——《電力機車與電氣化鐵道》、完成課前測試題、搜集關于國產(chǎn)機車發(fā)展的典型事例并分享到學習群。設計意圖：

(1)認識新知，培養(yǎng)自主學習能力；

(2)了解學生掌握情況，調(diào)整教學方案；

(3)提高學生自主學習能力。

課中內(nèi)化環(huán)節(jié)

(1)分類闖關游戲，為多種型號電力機車進行分類

①直流供電-直流牽引電動機驅(qū)動的直-直型電力機車。

接觸網(wǎng)網(wǎng)壓1500～3000V，采用直流串勵牽引電動機。我國大部分工礦用電力機車、城市無軌電車、城軌電動列車都屬于這一種。在城市軌道交通運輸中速度要求不高、常采用直流供電方式。電力機車的受流方式依據(jù)供電方式的不同分為接觸網(wǎng)受流方式和第三軌受流方式。其供電方式除高架接觸網(wǎng)供電外還有第三軌供電方式。第三軌供電是指在列車行走的兩條鋼軌以外，再加上帶電的鋼軌，這條鋼軌通常設在兩軌之間或其中一軌的外側(cè)。列車受流器(集電裝置，也叫集電靴或取流靴)在帶電鋼軌接觸并滑行，把電能傳到列車上。

②交流供電-直(脈)流牽引電動機驅(qū)動的交-直型電力機車。

又稱交-直型整流器電力機車。我國生產(chǎn)的韶山(SS)系列電力機車即屬于此種車型。該型電力機車是目前世界上各個國家普遍采用的一種機車形式。

③交流供電-變頻器環(huán)節(jié)-三相異步電動機驅(qū)動的交-直-交型電力機車。

該型電力機車是目前世界發(fā)達國家采用的主導機車形式。我國生產(chǎn)的和諧(HXD)系列電力機車即屬于此種車型。

③交流供電-變頻器環(huán)節(jié)-三相同步電動機驅(qū)動的交-交型電力機車。

對于采用單相交流供電的系統(tǒng)，變頻器只能改變頻率提供單向電源，不能向三相交流電動機供電，至今這種電力機車還沒有應用的范例。

交流供電按接觸網(wǎng)供電頻率的不同可分為單相低頻(25 Hz或16 Hz)制和單相工頻(50 Hz)制。目前，世界上絕大多數(shù)國家都采用單相工頻交流電網(wǎng)供電。此外，世界上還有多電流制電力機車，這是針對不同電力牽引供電系統(tǒng)的鐵路，為了在兩種或多種供電系統(tǒng)銜接區(qū)段的連續(xù)運輸和其他特定需要生產(chǎn)的，主要為交直流兩用電力機車。

設計意圖：通過游戲活動，調(diào)動學生的學習積極性。

表1 部分交流電力機車

自主查詢討論，探究直流電力機車與交流電力機車發(fā)展歷史。

電力機車的發(fā)展經(jīng)歷了直-直型電力機車、交-直型電力機車和交-直-交型電力機車3個大的發(fā)展階段。

①國產(chǎn)交-直電力機車的發(fā)展

我國電力機車自1958年誕生至今，已走過了60多年的歷程，形成了四代產(chǎn)品。目前我國干線交直型電力機車，一般采用多段橋順序控制的晶閘管相控無級調(diào)壓。第一代產(chǎn)品SS電力機車，采用調(diào)壓開關33級變壓器低壓側(cè)有級調(diào)壓，二極管全波整流。第二代產(chǎn)品SS電力機車，采用調(diào)壓開關8級低壓側(cè)有級調(diào)壓和級間晶閘管相控調(diào)壓。第三代產(chǎn)品均采用多段橋晶閘管相控調(diào)壓。第一代至第三代產(chǎn)品均為交直流傳動方式，僅以調(diào)壓調(diào)速方式和單軸功率等級來區(qū)分。

②國產(chǎn)交流電力機車的發(fā)展

第四代產(chǎn)品交直交型電力機車集中了當今科技發(fā)展的最新成果，代表了現(xiàn)代牽引動力發(fā)展的方向。交流傳動機車是近代鐵路牽引技術的重大突破。交流傳動簡單可靠，具有良好的防空轉(zhuǎn)性能、優(yōu)異的牽引特性和制動特性。20世紀80年代初，交流傳動技術開始應用于電力機車，并取得了快速發(fā)展。我國從1991年開始研制交流傳動電力機車，經(jīng)過了20多年的發(fā)展，交流傳動機車正在逐步取代直流傳動機車，使貨運機車單軸功率1 000～1 200 kW，客運機車單軸功率1200～1 400 kW的電力機車成為主流。

設計意圖：通過信息搜索查詢，培養(yǎng)自主學習能力；通過視頻資源學習電力機車的發(fā)展史，鐵路網(wǎng)是國家的大動脈，樹立家國情懷，愛崗敬業(yè)。

小組討論，探究電氣化鐵道的原理及意義。鐵路是國家的基礎設施，國民經(jīng)濟的大動脈，交通運輸體系的骨干。電力機車由接觸網(wǎng)供電，而接觸網(wǎng)則從牽引供電系統(tǒng)的變電所供電，電氣化鐵道包括電力機車與牽引供電系統(tǒng)。電氣化鐵道以受電弓為分界點，受電弓以上為牽引供電系統(tǒng)，主要包括牽引變電所和接觸網(wǎng)。受電弓以下為電力機車部分，包括受電弓、高壓電器、牽引變壓器、牽引變流器和牽引電動機的主電路部分。電力牽引的優(yōu)越性主要有：運輸能力強、經(jīng)濟效果顯著、合理利用能源、勞動條件耗、加強了行車安全、有利于城鄉(xiāng)電氣化。

設計意圖：通過視頻資源學習電氣化鐵路，培養(yǎng)學生艱苦奮斗、追求卓越的精神。

(4)仿真實驗，探索交流電力牽引控制系統(tǒng)原理

在軌道交通運輸中，采用電動機驅(qū)動來滿足車輛牽引的電氣傳動部分，稱為電力牽引控制系統(tǒng)。

電力機車通過受電弓與主斷路器，將接觸網(wǎng)的交流電引入變壓器，經(jīng)牽引變壓器降壓后，送入四象限整流器，四象限整流器將單相交流電整流為直流電，經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)儲能和濾波后，送入逆變器，將直流電逆變成電壓和頻率可調(diào)的三相交流電，供給牽引電動機，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速進行控制。

電力電子器件是列車牽引變流器的基礎與核心，它的發(fā)展經(jīng)歷了從晶閘管到IGBT，IGBT的研制成功提高了電力電子裝置的性能，創(chuàng)新能力有助于發(fā)展科學技術，提高綜合國力。

設計意圖：通過電力電子器件的發(fā)展，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力。

課后拓展環(huán)節(jié)主要任務包括：觀看課后拓展資源、完成課后測試題并進行評價。

設計意圖：認識自我，查缺補漏，知識拓展，提升能力。

3 特色與創(chuàng)新

(1)采用探究式教學法、實踐教學法等方式，讓學生主動參與到課堂教學活動中，促進學生將所學、所感、所悟內(nèi)化于心，提高了學生的學習體驗。

(2)培養(yǎng)學生的家國情懷、創(chuàng)新能力、艱苦奮斗、追求卓越、開拓創(chuàng)新的精神。

(3)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計學生主動學習次數(shù)增多，能按標準要求完成所有教學活動，也愿意主動配合小組合作任務。另外，授課教師、同學、輔導員共同對學生的世界觀、人生觀、價值觀等進行評價，進行客觀真實全方位、多角度的評價。

4 結(jié) 語

案例明確了課程的價值目標，提高了育人效果。將專業(yè)知識與思政元素有機地融合，對于培養(yǎng)學生的家國情懷、社會責任感、創(chuàng)新意識和工匠精神等具有積極的作用。從知識與能力、情感與態(tài)度、價值與立場這三個維度，同步實現(xiàn)價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授三位一體的教學目標，教學方法接地氣，課堂互動感強，學生參與度高。