郭志堅(jiān)，張?jiān)蕾t

（山西工程技術(shù)學(xué)院電氣與控制工程系，山西 陽(yáng)泉 045000）

2020年6月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，針對(duì)公共基礎(chǔ)課、專業(yè)課、實(shí)踐課的特點(diǎn)和育人要求，明確了課程思政建設(shè)的重點(diǎn)。對(duì)于應(yīng)用型本科院校，全面推進(jìn)專業(yè)課程思政建設(shè)，就是要堅(jiān)持以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，緊緊圍繞“培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人、為誰(shuí)培養(yǎng)人”的根本問題，深入挖掘?qū)I(yè)課程相關(guān)的家國(guó)情懷、文化素養(yǎng)、法制意識(shí)等思政元素，實(shí)現(xiàn)專業(yè)教育與思想教育同向同行，有機(jī)統(tǒng)一。

《電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)》是電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的專業(yè)課程之一，通過控制電動(dòng)機(jī)電壓、電流、頻率等輸入量，來(lái)改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)矩、速度、位移等機(jī)械量，使各種機(jī)械按人們期望的要求運(yùn)行，以滿足生產(chǎn)工藝及其他應(yīng)用的需要。課程具有鮮明的科學(xué)性、邏輯性、先進(jìn)性、工程性，適合把社會(huì)主義核心價(jià)值觀、節(jié)能環(huán)保意識(shí)和科技創(chuàng)新意識(shí)等融入課程講授的過程中，培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀和專業(yè)榮譽(yù)感與職業(yè)使命感。

1 教學(xué)目標(biāo)

1.1 知識(shí)傳授目標(biāo)

（1）掌握各種直流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成、工作原理、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析以及工程設(shè)計(jì)方法。

（2）了解交流調(diào)速的基本類型、當(dāng)前的新技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。

（3）掌握變頻交流調(diào)速系統(tǒng)的基本組成、工作原理、機(jī)械特性。

1.2 能力培養(yǎng)目標(biāo)

（1）能夠應(yīng)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)

（2）能借助仿真軟件驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方法的可行性，并能夠調(diào)節(jié)參數(shù)，改善系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。

1.3 思政育人目標(biāo)

（1）結(jié)合國(guó)家調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，使學(xué)生能夠掌握專業(yè)理論知識(shí)，而且還可以弘揚(yáng)傳統(tǒng)文化，增強(qiáng)文化自信。

（2）結(jié)合調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能和諧波污染等專業(yè)知識(shí)，要求學(xué)生遵紀(jì)守法，愛崗敬業(yè)，誠(chéng)信友善。

2 教學(xué)策略

面向課程思政教學(xué)目標(biāo)，重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容。采用先關(guān)案例驅(qū)動(dòng)的探究式教學(xué)模式，促使學(xué)生自主思考，自發(fā)感悟，解決常規(guī)課程思政教育“單向灌溉”的問題。使得精心設(shè)置的思政教育元素與專業(yè)知識(shí)點(diǎn)渾然一體，解決“油水分離”的問題。

3 教學(xué)案例思政融入點(diǎn)（表1）

表1

4 課程思政教學(xué)實(shí)施過程設(shè)計(jì)

4.1 教學(xué)主題導(dǎo)入

觀看視頻：城市軌道交通探索者李國(guó)慶：創(chuàng)新突破地鐵通風(fēng)空調(diào)技術(shù)，三獲國(guó)家大獎(jiǎng)。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生理解交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用前景，激發(fā)學(xué)生的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，以及培養(yǎng)學(xué)生善于思考和勇于探索的創(chuàng)新精神。

調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)？隨著變頻器、控制方法、以及微處理器的不斷發(fā)展，交流調(diào)速已經(jīng)逐漸代替直流調(diào)速拖動(dòng)控制系統(tǒng)；過去風(fēng)機(jī)、水泵等通用機(jī)械的容量幾乎占工業(yè)電力拖動(dòng)總?cè)萘康囊话胍陨?，其中較多場(chǎng)合電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在自然特性上，電能白白浪費(fèi)在擋板和閥門上，若把這些能量節(jié)省下來(lái)，平均每臺(tái)風(fēng)機(jī)、水泵可以節(jié)約20%～30%以上的電能，效果可觀。

設(shè)計(jì)意圖：?jiǎn)l(fā)學(xué)生了解調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合李國(guó)慶的事例中風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能環(huán)保意識(shí)。

4.2 教學(xué)過程開展設(shè)計(jì)

以“交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用和方法”的教學(xué)內(nèi)容為例，開展教學(xué)設(shè)計(jì)。

4.2.1 交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域

（1）一般性能調(diào)速和節(jié)能調(diào)速(綠水青山就是金山銀山)。由于風(fēng)機(jī)和水泵對(duì)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能要求不是很高，僅一般的調(diào)速性能指標(biāo)即可滿足系統(tǒng)要求。隨著變頻器的出現(xiàn)，能夠把過去消耗在擋板和閥門的電能節(jié)省下來(lái)，且節(jié)能效果明顯，節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境已是全人類最關(guān)注的問題之一。

（2）高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)（民族自豪感、愛國(guó)精神）。由于交流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Te與磁通φ和定子電流都有緊密的關(guān)系，不便于像直流電動(dòng)機(jī)那樣易于控制，但隨著變頻器（矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制）的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)能夠達(dá)到和直流調(diào)速系統(tǒng)相媲美的地步，逐漸應(yīng)用于高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。

前幾年，國(guó)內(nèi)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、諧波減速器和控制系統(tǒng)都需要進(jìn)口。截至2019年，綠的諧波公司已經(jīng)自主研發(fā)了20多種系列，規(guī)格達(dá)到上千種的諧波減速器產(chǎn)品，且大量被航空、醫(yī)療、工業(yè)制造等20幾個(gè)領(lǐng)域所采用。其中該類產(chǎn)品60%被應(yīng)用于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，其它遠(yuǎn)銷海外。增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感、激發(fā)其愛國(guó)主義精神。

（3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速交流調(diào)速（不斷進(jìn)取，勇于開拓）。直流電動(dòng)機(jī)的換向能力限制了它的容量轉(zhuǎn)速積不超過106kW·y/min，而交流電動(dòng)機(jī)不需要換向器，廣泛應(yīng)用于各種特大容量和極高轉(zhuǎn)速的電氣設(shè)備，比如，礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、厚板軋機(jī)，高速磨頭、離心機(jī)等。2021年，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司，數(shù)十年磨一劍，專心做好離心機(jī)，歷時(shí)3年，自主研發(fā)的太空離心機(jī)，應(yīng)用于中國(guó)空間站“天和”核心艙；目前，該產(chǎn)品年產(chǎn)量超過8萬(wàn)臺(tái)，遠(yuǎn)銷100多個(gè)國(guó)家。啟發(fā)學(xué)生對(duì)新事物的思考和探究，鼓勵(lì)他們多動(dòng)腦、勇于探索，要有擔(dān)當(dāng)意識(shí)。

4.2.2 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法

按照交流異步電動(dòng)機(jī)原理，從定子傳輸?shù)睫D(zhuǎn)子的電磁功率Pm分成2部分：一部分Pmech=(1-s)Pm是拖動(dòng)負(fù)載的有效功率，稱作機(jī)械功率,另一部分Ps=sPm是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率s成正,從能量轉(zhuǎn)換的角度看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，能量是否被消耗掉還是得到利用，是評(píng)價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志,從這點(diǎn)出發(fā)，可以把異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分為3類：

（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，這類系統(tǒng)通過增加轉(zhuǎn)差功率Ps的消耗來(lái)降低轉(zhuǎn)速n，導(dǎo)致工作效率隨著轉(zhuǎn)速降低而變差；但是，由于成本較低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，還具備一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。如定子降電壓調(diào)速和繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速均屬于這一類。

（2）轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)。在這類系統(tǒng)中，只有少量的轉(zhuǎn)差功率Ps被消耗，大量Ps被電力電子變換器回饋到電網(wǎng)或者轉(zhuǎn)換成機(jī)械能被利用，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n越低時(shí)，Ps回饋到電網(wǎng)的功率會(huì)越多，比如，繞線式交流異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速。如果這部分轉(zhuǎn)差功率Ps是從轉(zhuǎn)子側(cè)輸入的，可使轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，功率既可以從轉(zhuǎn)子饋入又可以饋出稱作雙饋調(diào)速系統(tǒng)，這類系統(tǒng)的運(yùn)行效率是比較高的，但需要額外裝設(shè)變流裝置。

（3）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)交流異步電動(dòng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子銅損Pcu2，如果采用變壓變頻控制，Pcu2與轉(zhuǎn)速大小無(wú)關(guān)，基本維持不變，不會(huì)產(chǎn)生額外的損耗,所以運(yùn)行效率是最高的，目前，在實(shí)際應(yīng)用廣泛采用此類調(diào)速系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)比異步電動(dòng)機(jī)的3種調(diào)速方法，告訴學(xué)生們，任何調(diào)速方案都有利弊，在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要全方面分析，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，尋找最優(yōu)的調(diào)速方案。

4.3 教學(xué)內(nèi)容拓展

和同學(xué)一起討論變頻調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域、高性能變頻器的應(yīng)用，課后請(qǐng)學(xué)生查閱資料，拓展高性能變頻器的關(guān)鍵技術(shù)。

設(shè)計(jì)意圖：“創(chuàng)新是引領(lǐng)世界發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。要?jiān)持創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)大方向，點(diǎn)燃數(shù)字經(jīng)濟(jì)新引擎，讓數(shù)字技術(shù)的成果惠及更多亞太地區(qū)人民”。鼓勵(lì)學(xué)生努力探索新知識(shí)，提醒學(xué)生利用這美好時(shí)光努力探索，爭(zhēng)取成為具有創(chuàng)新性和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)字化人才。

5 課程思政教學(xué)實(shí)施成效與反思

5.1 課程思政教學(xué)實(shí)施成效

本課程自電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)開設(shè)以來(lái)，上課的學(xué)生已有近百人，對(duì)學(xué)生的成長(zhǎng)起到了重要作用。

（1）價(jià)值塑造成效。本門課課程思政教學(xué)實(shí)施的總體設(shè)計(jì)中，充分利用各部分教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，密切結(jié)合相關(guān)的時(shí)事新聞，科技創(chuàng)新案例，幫助學(xué)生樹立正確的價(jià)值觀，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感、激發(fā)其愛國(guó)主義精神，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。

正是基于立德樹人為宗旨，培養(yǎng)學(xué)生的愛國(guó)主義情懷的課程思政目標(biāo)，使自己在價(jià)值塑造方面也小有所獲，期間本人多次榮獲校級(jí)優(yōu)秀黨員、第七屆全國(guó)應(yīng)用型人才綜合技能賽人工智能創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽優(yōu)秀指導(dǎo)教師等榮譽(yù)；絕大多數(shù)學(xué)生積極提交入黨申請(qǐng)書，積極參與教師的教改和科研課題；近幾年，本專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)率和升學(xué)率達(dá)到了90%以上。

（2）知識(shí)傳授成效。緊緊圍繞該課程的教學(xué)目標(biāo)，在各部分教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)方面挖掘課程思政切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)傳授目標(biāo)和能力培養(yǎng)目標(biāo)，并以分組討論和撰寫小論文等形式，督促學(xué)生時(shí)刻關(guān)注學(xué)科前沿發(fā)展動(dòng)態(tài)，分析實(shí)際工程中存在的問題。近兩年，所指導(dǎo)學(xué)生在全國(guó)應(yīng)用型人才綜合技能賽人工智能創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中，榮獲2等獎(jiǎng)。

（3）能力培養(yǎng)成效。著重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力，借助MATLAB仿真軟件，設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)的控制方法，并能夠調(diào)整控制器的參數(shù)，得到系統(tǒng)最優(yōu)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。近2年，學(xué)生在全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽中，多次榮獲省級(jí)2等獎(jiǎng)和3等獎(jiǎng)。

以“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”為例開展的課程思政教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施，不僅活躍了課堂氣氛，提高了學(xué)生專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)效果，而且?guī)熒a(chǎn)生了共鳴，激發(fā)了愛國(guó)主義情懷。

5.2 課程思政教學(xué)實(shí)施反思

（1）價(jià)值塑造反思。本案例以交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用和方法為主線，通過科技創(chuàng)新實(shí)例，感悟引申，將思政元素融入課堂，喚起學(xué)生報(bào)效祖國(guó)的責(zé)任感和擔(dān)當(dāng)精神，激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)主義情懷，培養(yǎng)學(xué)生勇于開拓進(jìn)取、創(chuàng)新意識(shí)和環(huán)保意識(shí)，潛移默化地幫助樹立正確的價(jià)值觀。

（2）知識(shí)傳授反思。教學(xué)方法上，采用引導(dǎo)式、啟發(fā)式，以學(xué)生為中心，通過多種科技創(chuàng)新實(shí)例，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考，積極參與教學(xué)的整個(gè)過程，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；使得學(xué)生對(duì)交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域和調(diào)速方法有更加深刻的理解，同時(shí)結(jié)合學(xué)科應(yīng)用前景，為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)指明方向。多數(shù)學(xué)生反饋，本課程綜合性較強(qiáng)，需要同時(shí)掌握《電力電子技術(shù)》《自動(dòng)控制原理》《電機(jī)拖動(dòng)基礎(chǔ)》等專業(yè)課程的相關(guān)知識(shí)，但可以對(duì)前期學(xué)過的專業(yè)課程進(jìn)行有效地梳理，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（3）能力培養(yǎng)反思。通過交流調(diào)速系統(tǒng)不同領(lǐng)域的應(yīng)用前景，提高學(xué)生解決實(shí)際問題的抽象思維能力和工程實(shí)踐能力，達(dá)到學(xué)生綜合能力提升的目標(biāo)。作為工科專業(yè)來(lái)說(shuō)，學(xué)生動(dòng)手實(shí)操能力較為重要，教學(xué)過程中，以解決實(shí)際問題為導(dǎo)向，借助仿真實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的新工科人才。

6 結(jié)語(yǔ)

“電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)”課程是一門實(shí)踐性和理論性強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度較大的多門專業(yè)基礎(chǔ)相互交叉的綜合性專業(yè)課程，深入挖掘相關(guān)的思政元素是一項(xiàng)需要投入時(shí)間和長(zhǎng)期堅(jiān)持的任務(wù)，不僅可以解決傳統(tǒng)知識(shí)傳授模式枯燥的問題，還能幫助學(xué)生樹立社會(huì)主義核心價(jià)值觀，實(shí)現(xiàn)“三全育人”的目標(biāo)。