电机与拖动课程思政建设案例设计
作者: 王雪洁 丁瑞昕 娄莹
摘 要:以人才培养为中心,围绕立德树人根本任务,把思想政治工作贯穿教育教学全过程。全面梳理挖掘电机与拖动课程所蕴含的思政元素,充分发挥专业课程所承载的育人功能,将价值引领、知识传授和能力培养融为一体,实现电机与拖动课程与思想政治理论课程同向同行。该文以电机与拖动中三相交流感应电动机功率和转矩这部分知识点为例,通过对学生知识、能力和思想等方面的分析,明确本次课程的思政总体目标,树立科技强国、大国情怀的理想信念和为实现中国制造而奋发图强的拼搏精神。从建立节能环保、生产安全意识、辩证思维和科学方法论入手,侧重于学生社会主义核心价值观的引领,激发学生在专业课程学习过程中树立正确的世界观、人生观和价值观,塑造团队合作、科学探索精神、创新精神和工匠精神等思想政治意识。
关键词:专业课程;课程思政;案例设计;价值引领;电机与拖动
中图分类号:G642.3 文献标志码:A 文章编号:2096-000X(2023)04-0174-04
Abstract: Centering on personnel training and focusing on the fundamental task of buildingmorality and cultivating people, ideological and political work runs through the whole process of education and teaching. We comprehensively sort out and excavate the ideological and political elements contained in the course of motor and drive, give full play to the educational function carried by professional courses, integrate value guidance, knowledge transfer and ability training, and realize the same direction as the course of Ideological and political theory. Taking the knowledge points of power and torque of three-phase AC induction motor in Motor and Drive as an example, through the analysis of students' knowledge, ability and thought, this paper defines the overall ideological and political goal of this course: to establish the ideal and belief of being a powerful country through science and technology and the fighting spirit of striving hard to achieve made in China. Starting with the establishment of energy conservation and environmental protection, production safety awareness, dialectical thinking and scientific methodology, we focus on guiding students' socialist core values, stimulating students to establish correct world outlook, outlook on life and values in the process of professional curriculum learning, and shaping ideological and political consciousness such as team cooperation, scientific exploration spirit, innovation spirit and craftsman spirit.
Keywords: professional courses; curriculum thought and politics; case design; value leading; motor and drive
以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述,贯彻落实全国、全省教育大会精神,围绕立德树人根本任务,牢固确立人才培养的中心地位,把思想政治工作贯穿教育教学全过程,全面梳理挖掘专业课程所蕴含的思政元素,充分发挥专业课程所承载的育人功能,将价值引领、知识传授和能力培养融为一体,抓住教师队伍“主力军”、课程建设“主战场”和课堂教学“主渠道”,实现各类课程与思想政治理论课程同向同行,营造全员、全程、全方位育人大格局,培养德智体美劳全面发展、能够担当民族复兴大任的社会主义建设者和接班人。电机与拖动课程作为自动化专业必修课,思政建设刻不容缓。
一、电机与拖动课程学情分析
(一)学生知识经验分析
(1)电机是实现电能传递和转换的电磁装置——有形,磁场——无形,“形”和“象”如何联系,是课程教学难点,学习畏难情绪严重,学习兴趣不高。
(2)学生已经学习了电机与拖动课程中直流电机工作原理和机械特性,三相感应电动机结构和工作原理刚刚学习,尚未完全领会。
(3)三相感应电动机转矩、功率和机械特性即将学习。
(4)需要了解三相感应电动机在实际生活中的应用及调节哪些参数可以改变功率和转矩的大小。
(二)学生学习能力分析
(1)学生对于前面所学习的直流电机工作原理和机械特性掌握较好,并且已经在实验课中完成了直流电机起动、调速和制动等各种特性的手动调节和参数测定,具备了一定的分析问题和解决问题的能力。
(2)对于与直流电机结构和工作原理有一定区别的三相感应电机的工作原理领会有一定难度,对于三相感应电机在实际生活中应用和如何调节转矩及功率大小所知甚少,知识迁移、融会贯通和创新思维能力有待加强。
(三)学生思想状况分析
(1)由于电机具有“形”“象”脱节的特点,知识内容抽象难懂,普遍学习兴趣不高,畏难情绪严重。
(2)三相感应电机功率和转矩学习过程中,将结合前面所学习的三相感应电机T型等效电路展开,学生缺乏知识迁移、融会贯通和创新思维的能力。
(3)缺少科学研究探索的精神。
二、电机与拖动课程课堂教学目标
(一)知识目标
理解掌握三相感应电动机功率公式及各参数含义;理解掌握三相感应电动机转矩公式及各参数含义;理解三相感应电动机功率和转矩的重要意义。
(二)能力目标
能够根据三相感应电动机T型等效电路推导出功率公式,学会融会贯通和知识迁移;能够根据三相感应电动机功率的平衡关系推导出转矩的平衡关系;理解电能与机械能的转换过程。
(三)价值目标
通过前后知识的融合贯通,采用辩证思维和科学方法论,实现知识迁移;通过授课过程中布置的三级讨论题,培养学生团队合作、创新思维、工匠精神和科学探索精神;通过了解三相感应电动机在电动汽车和高铁动力系统中的应用,树立学生科技强国、开拓创新和勇于奋斗的大国情怀。
(四)本次设计的课程思政目标
本次课程的思政总体目标是树立科技强国、大国情怀的理想信念,为了实现中国制造而奋发图强的拼搏精神。从建立节能环保、生产安全意识、辩证思维和科学方法论入手,侧重于学生社会主义核心价值观的引领,激发学生在专业课程学习过程中树立正确的世界观、人生观和价值观,塑造团队合作、科学探索精神、创新精神和工匠精神等思想政治意识。
三、电机与拖动课程教学过程设计
(一)视频资料1(课前已经安排观看并分小组准备讨论题目参考答案)
观看视频资料:电动汽车是如何工作的?了解为什么电动汽车选择了感应电机而不是内燃机,激发学生的学习兴趣,并引出思考。
课堂讨论1:为什么电动汽车选择了感应电机而不是内燃机?
课堂讨论2:我国电动汽车的发展现状是怎样的?
引起思考,激发同学学习三相交流感应电动机功率和转矩相关知识的兴趣。
(二)视频资料2
观看视频资料:中国永磁动力高铁。
课堂讨论3:在高铁和电动汽车中为什么趋向于采用永磁同步电动机?
介绍中国高铁动力系统组成、时速400千米TQ-800永磁同步牵引电机、牵引电机剖面图,通过介绍我国于2019年研发的时速高达400千米TQ-800永磁同步牵引电机,向同学们传递节能环保、生产安全的理念和意识,同时树立科技强国、大国情怀的理想信念。
(三)立体化了解三相感应电动机能量传输过程
三相感应电动机通过电磁感应作用,把电能从定子传送到转子,通过转子旋转将电能转化为机械能,去掉机械损耗和附加损耗后,剩余的机械能从电动机轴上输出。具体过程如图1所示。
三相感应电动机转子旋转时等效电路中,定子侧参数有:r1为定子侧绕组电阻;x1为定子侧漏电抗;U1为定子侧绕组外加的交流电压;I1为定子侧绕组中的电流;E1为主磁通在定子侧感应的电动势。
转子侧参数有:r2′为转子侧折算到定子侧的电阻折算值;x2′为转子侧折算到定子侧的漏电抗折算值(1-S) r2′/S为转子侧负载阻抗折算到定子侧的值;U2′为转子侧折算到定子侧的负载电压折算值;I2′为转子侧折算到定子侧绕组电流折算值;E2′为主磁通在转子侧感应的电动势折算到定子侧的折算值;rm为铁心的电阻;xm为铁心的电抗。
建立起三相交流感应电动机形象化立体结构,体会能量传输过程—定子吸收电能—转子输出机械能。
将三相感应电动机比喻为学生目前喜欢玩的大型游戏,发挥立体化空间想象能力,将自己“穿越”进电机内部,从而形象化地记忆三相感应电动机能量传输过程,让学习变得生动有趣起来。
(四)功率关系的数学描述
三相感应电动机功率平衡方程式与三相感应电动机转子旋转时等效电路中元件所消耗功率其实是一一对应的,所以学习三相感应电动机功率关系的时候只要按照三相感应电动机等效电路相关元件所消耗功率记忆,就会取得事半功倍的效果。
分析过程中请注意:电阻消耗的都是有功功率,电感消耗的都是无功功率。
对三相电机而言
从等效电路可以看出,输入电机的电功功率主要消耗在r1、rm和r2′/S三个等效电阻上了,它们分别为
定子一侧的铜损耗
说明:此处需要注意推导公式的严谨性,向学生传达严谨的工匠精神。
值得注意的是,根据功率传输关系,输入电机的电功功率P1去掉定子一侧的铜损耗和铁芯中的铁损耗,就得到了电磁功率Pem,接着该电磁功率Pem通过气隙间的磁场传递给转子,而转子的电磁功率都消耗在r2′/S上了。