羅成名， 王 彪

（江蘇科技大學海洋學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212100）

0 引言

世界范圍內新一輪科技和產(chǎn)業(yè)變革的加速進行，要求科技人員具有更高的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和跨界整合能力，專業(yè)授課老師往往更加關注教書環(huán)節(jié)而忽視育人環(huán)節(jié)，存在專業(yè)課程與思政教育“兩張皮”的突出問題。習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調：“把思想政治工作貫穿教育教學全過程”［1］。因此，圍繞“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”這一根本問題，立德樹人成效是檢驗高校一切工作的根本標準［2］。全課程思政育人已經(jīng)成為新時代中國高等教育的主旋律［3］。我校立足于船舶海洋行業(yè)特色聚力課程思政，不斷夯實學校人才培養(yǎng)質量提升工程，涌現(xiàn)出一批主動服務國家海洋強國戰(zhàn)略的當代大學生［4］。聚焦到電機拖動類課程，其作為電氣工程與自動化專業(yè)的核心課程，涉及電機與拖動和電力拖動自動控制等相關內容，要求學生掌握電動機與控制部分基礎理論的推導演繹，使學生在船舶與海洋工程電氣自動化方面具有一定的實踐能力［5］。針對電機拖動類課程教學過程中存在重教書輕育人、重理論弱實踐、重課程少關聯(lián)等問題，在新工科視域下嘗試理論教學中融入思政元素的探索［6］，開展電機拖動類課程理論聯(lián)系實際的協(xié)同育人［7］，基于課程群框架內的知識點交叉融合培養(yǎng)具有船魂特質的專業(yè)技術人才。

1 電機拖動類課程教學融入思政理念的可行性分析-專業(yè)思政同向

電機拖動類課程是專業(yè)性極強的工學課程，傳統(tǒng)的教學更加注重知識的輸送，如何在輸送知識的同時進行思政育人是提高立德樹人成效的重要手段［8］。課程思政基礎在課程，根本在思政，重點在課堂，關鍵在教師，成效在學生［9］。因此，進行專業(yè)課程思政建設要注意課程特點，不能生搬硬套，更不能為了思政而思政［10］。面對電機拖動類課程的思政建設可以嘗試遵循以下幾點：

（1）明確任課老師和學生均是課程思政教育的主體。多數(shù)理工科專業(yè)老師對課程思政存在認識不到位和水平有待提高的問題，打鐵還需自身硬，可通過優(yōu)秀思政課程觀摩和師德師風建設等方式加強認識提升水平；而對學生則要加強思政教育方面的引導和實踐，可通過學習強國平臺和小組學習研討等方式讓他們逐漸接受課程思政的理念，引導他們堅定信念勇于擔當。

（2）根據(jù)不同章節(jié)的特點有針對性地開展課程思政設計。要用好課堂教學這一實施思政教育的“主渠道”，確定電機拖動類課程開展思政教育的方向，保質保量完成電機拖動課程專業(yè)知識點的講授，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力；同時，可以根據(jù)章節(jié)特點有針對性地融入思政元素，利用思政內容來豐富枯燥的電機拖動課堂教學，充分調動學習的積極性和自主性。

（3）基于課程培養(yǎng)目標調整的師生評價方式和考核方式。對教師的評價和學生的考核要遵循課堂思政教學的特點，以電機拖動類課程專業(yè)知識點的考核為主體，評估教師對于課程內容的把控能力和考查學生對于知識點的掌握能力，不斷提升學生對教師所授課程的喜愛程度和學生對專業(yè)知識點的接受程度，潛移默化地引導學生尊重科學，在科研實踐中汲取力量。

（4）基于工程認證理念持續(xù)改進電機拖動課程育人效果。電機拖動類課程作為專業(yè)性極強的工科課程，要基于工程認證理念持續(xù)做好電機拖動類課程培養(yǎng)效果的提升，在遵循授課規(guī)律、充實課程內容、優(yōu)化授課方式、調整評價方式、以及拓展應用范圍等方面多維度開展持續(xù)改進，同時引導學生主動進行自動控制以及電力電子等與電機拖動相關課程的學習。

2 電機拖動系統(tǒng)調速的核心在于電磁轉矩控制-抓住主要矛盾

電動機廣泛應用于制造業(yè)及高新技術產(chǎn)業(yè)的各個環(huán)節(jié)，電力拖動實現(xiàn)了電能到機械能之間的能量轉換。如圖1所示為電動機-負載結構圖，通過控制電動機的電壓、電流及頻率等來改變負載的轉矩、速度及位移等參量。

圖1 電動機-負載結構圖

電動機調速過程中大部分能量消耗在工作負載上，少部分消耗在機械摩擦以及電磁損耗中。在此，抓住調速這一主要矛盾而忽略次要矛盾，僅考慮電磁轉矩Te和負載轉矩TL建立基本運動方程：

式中：J為機械轉動慣量；ω為轉子的機械角速度。

根據(jù)基本運動方程，可以通過調節(jié)電磁轉矩Te達到調節(jié)負載轉速的目的，電磁轉矩控制是電機拖動系統(tǒng)中調速部分的主要矛盾［11］。引入三相異步電動機，主要由定子電路、轉子電路以及勵磁電路組成，通過氣隙磁場耦合進行定子能量向轉子部分的傳輸，由機械軸連接帶動工作負載進行轉動［12］。前移勵磁支路阻抗，得到三相異步電動機Γ型等效電路圖，如圖2所示。

圖2 三相異步電動機Γ型等效電路圖

三相異步電動機為并聯(lián)電路，定子相電壓為˙U1，定子相電流和折合到定子側的轉子相電流為˙I1和˙I′2，定子每相繞組電阻和折合到定子側的轉子每相繞組為r1和r′2，定子每相繞組漏電抗和折合到定子側的轉子每相繞組漏電抗為x1和x′2，供電電源頻率為f1，電動機極對數(shù)為p，轉差率為s。基于Γ型等效電路，可以得到三相異步電動機電磁轉矩Te的參數(shù)表達式為：

三相異步電動機電磁轉矩由定子電壓、電源頻率、轉差率、極對數(shù)及定轉子電阻和電感等參數(shù)決定，當采用額定電壓、額定頻率及固有參數(shù)可得到固有機械特性，當改變異步電動機任一參數(shù)可得到人為機械特性。因此，通過改變定子電壓、定子回路電抗以及轉子回路電抗，可以改變三相異步電動機的轉差率、同步轉速、臨界轉矩、臨界轉差率以及電磁轉矩。

能量守恒定律是自然界普遍的基本定律。我國的第一艘航空母艦作為采用以蒸汽汽輪機的全電推進技術，通過將熱能轉化為機械能繼而轉化為電能用于艦船的推進。因此，基于能量守恒的電機拖動技術其調速核心在于電磁轉矩的控制［13］。

3 仿真與平臺實驗相結合-理論聯(lián)系實際

課堂教學過程主要完成對專業(yè)知識點的講解，但是理論推導環(huán)節(jié)學生往往會覺得抽象生澀［14］。紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。結合實驗教學易于理解的優(yōu)勢，將Matlab仿真和電機實驗平臺相結合，開展三相異步電動機調速實驗一體化的教學內容設計，通過理論聯(lián)系實際進一步加深學生對電機拖動知識的理解，提高電機拖動實驗的教學效果［15］。設定異步電動機相數(shù)和極對數(shù)為3，定子相電壓U1為220 V，電源頻率f1為50 Hz，定子繞組電阻r1為2 Ω，轉子繞組電阻折算值r′2為1 Ω，定子漏電抗x1為3 Ω，轉子漏電抗折算值x′2為4 Ω。

保持頻率和極對數(shù)不變，保持定子和轉子阻值不變，將定子相電壓從220 V降低到165、110、55 V。如圖3（a）所示，降低定子相電壓其旋轉磁場同步轉速不變，啟動轉矩、電磁轉矩與臨界轉矩較定子相電壓成平方倍下降，而臨界轉差率與定子相電壓無關，降低定子相電壓適用于風機類負載的調速。

保持頻率和極對數(shù)不變，保持定子相電壓和定子阻值不變，將轉子電阻折算值從1Ω增加到2、3、4 Ω。由圖3（b）所示可以得出，轉子回路串電阻其旋轉磁場同步轉速不變，啟動轉矩變大、臨界轉矩不變而額定電磁轉矩變小，臨界轉差率與轉子電阻值無關，轉子回路串電阻主要適用于繞線型式感應電動機起動和調速。

如圖3（c）所示，基頻50 Hz以下保持定子電壓與電源頻率之比不變，將頻率從50 Hz降低到40、30 Hz，將定子電壓同步從220 V降低到176、132 V，旋轉磁場同步轉速從1000 r/min降低到800、600 r/min，啟動轉矩增大而額定轉矩和臨界轉矩減少，轉速降落差保持不變，基頻以下恒壓頻比調速為恒轉矩調速。將頻率從50 Hz增加到60、70 Hz，額定電壓保持在220 V不變，旋轉磁場同步轉速從1000 r/min升高到1200、1400 r/min，啟動轉矩和額定轉矩增大，臨界轉矩減少而轉速降落差增大，基頻以上變頻調速為恒功率調速。 如圖4所示，在實驗室電動機及電氣技術實驗裝置上進行三相異步電動機的工作特性及調速實驗。

圖3 不同工況下電動機轉速的變化

圖4 三相異步電動機實驗接線圖

（1）實驗準備。了解實驗目的確定所需要的儀器設備，包括三相異步電動機、測速發(fā)電機、校正直流電機、交流電壓表、交流電流表、三相智能功率表、直流電壓表、直流電流表、三相可調電阻器以及波形測試開發(fā)板。

（2）實驗項目。三相異步電動機轉差率計算、工作特性、起動調速性能以及相關電機參數(shù)測量；同時掌握多種起動調速方式，能夠根據(jù)調整實驗參數(shù)來改變調速性能。

（3）實驗記錄。通過電壓表、電流表和功率表讀取實驗數(shù)據(jù)并進行記錄，同時實驗過程中要注意儀器設備的量程，能夠正常的使用相關的實驗設備。

（4）實驗發(fā)現(xiàn)。通過三相異步電動機實驗，能夠掌握三相異步電動機的機械特性，比較包括調壓調速、串電阻調速在內的不同調速方式下的調速性能。

以異步電動機改變轉子繞組調速為例，同軸聯(lián)接校正直流電動機作為繞線式異步電動機的負載，電路接好后將轉子電阻調至最大；合上開關后電動機空載啟動，保持調壓器輸出電壓為220 V，轉子附加電阻調至0；同時，調節(jié)電動機勵磁電流的校正值到100 mA；

再調節(jié)直流電動機的負載電流，使電動機輸出功率接近額定功率，并保持輸出轉矩為1.3 N.m。如表1所示，改變轉子附加電阻，繞線式異步電動機轉子繞組串電阻可實現(xiàn)對電動機的調速，串入的電阻越大，起動電流越小，起動轉矩越大。隨著串入轉子繞組電阻的增大其轉速逐漸下降。

表1 三相異步電動機轉子繞組串電阻調速參數(shù)

4 專業(yè)核心課程群內多舉措并行育人塑造特質人才-服務重大項目

電機拖動類課程作為電氣工程與自動化專業(yè)應用性很強的課程，涉及電力電子技術、自動控制原理等先修知識，需要在專業(yè)核心課程群內進行關聯(lián)知識點的梳理，例如電動機反饋控制知識點與自動控制原理相關聯(lián)；積極改進學生的評價方式，當發(fā)現(xiàn)對理論教學不感興趣而樂于進行實際動手訓練的學生，可以鼓勵這類學生積極參加全國大學生“恩智浦”杯智能汽車競賽、全國大學生電子設計競賽、大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)以及教師科研項目等實踐活動，針對電機拖動類課程所學的相關知識點開展實際應用；結合傳感器技術、電動機控制技術、單片機編程技術以及C語言編程技術等，通過包括回歸課堂、實驗教學、學生競賽以及科研項目在內的多種舉措，在專業(yè)核心課程群內不斷加深學生對相關課程的理解和應用能力，開展多舉措并行育人，如圖5所示。

圖5 電機拖動知識點在課外實踐活動中的應用

基于理論和實踐相結合的扎實訓練，培養(yǎng)學生具有“吃得了苦、扎得下根、聚得齊心、干得成事”的特質，增強他們服務國家重大科技項目的信心和能力，將課程思政所學的內容很好地應用到相關行業(yè)中，實現(xiàn)知識教育和思想教育相結合，學校已經(jīng)涌現(xiàn)出了一批先進的典型事跡：諸如參與我國第一艘國產(chǎn)航空母艦設計建造、參與“蛟龍?zhí)枴?000 m載人潛水器研發(fā)、以及主持滬東中華造船公司LNG船的建造等一批優(yōu)秀學子愿意將服務國家海洋戰(zhàn)略作為自己的職業(yè)理想，育特質人才為重大項目提供智力支持。

5 結語

面對“中國制造2025”和海洋大開發(fā)等國家戰(zhàn)略需求，培養(yǎng)具有家國情懷和工程應用能力的特質人才是我校工程教育內涵式改革的重要內容。電機拖動類課程作為電氣工程與自動化專業(yè)的核心課程，涉及電機拖動工作原理、交直流調速系統(tǒng)構成、調速控制方法及性能特點等內容，相關拖動理論和實踐知識可有效支撐學校船舶與海洋工程電氣自動化的建設，明確電機拖動類課程“培養(yǎng)什么人”的問題。以提高學生分析問題和解決問題的能力為核心，回歸理論教學結合實驗認知的教學模式，積極引導學生參加包括創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競賽以及科研項目在內的課外實踐活動，構建多元協(xié)同的電機拖動類課程教學體系，明確電機拖動類課程“怎么培養(yǎng)人”的問題。立足于高等教育立德樹人的根本任務，尊重電機拖動類課程的學科特點，專業(yè)課程教學中主動融入與課程內容相契合的思政元素，培養(yǎng)具有船魂特質主動服務國家海洋戰(zhàn)略的專業(yè)技術人才，明確電機拖動類課程“為誰培養(yǎng)人”的問題。通過開展新工科視域下電機拖動類課程融入思政理念的教學探索，不斷提高學校教書育人的質量。