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摘要：基于《電力拖動與控制系統(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，落實立德樹人的根本任務(wù)，進行《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程教學(xué)改革探索。立足于專業(yè)知識點，充分挖掘其中的思政元素，探索各知識點的人文和應(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)《電力拖動與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺，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，一邊通過實踐進行鞏固，達(dá)到學(xué)以致用和提高教學(xué)質(zhì)量的目的。
關(guān)鍵詞：電力拖動與控制系統(tǒng);思政;GUI;虛擬仿真
1引言
總書記強調(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值觀貫穿到專業(yè)課教學(xué)的全過程和各個環(huán)節(jié)，這就是所謂的“課程思政”。[1]《電力拖動與控制系統(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)課教師只針對理論知識進行講解，而忽略了該課程中的思想教育[1]。此外，該課程包含了電機學(xué)、電力電子學(xué)、電子技術(shù)基礎(chǔ)及自動控制原理等內(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，而忽視了學(xué)生的感受，使課堂氛圍不活躍，學(xué)生對課程不感興趣，對學(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)知識點，充分挖掘其中的思政元素，探索各知識點的人文和應(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)和實踐教學(xué)相結(jié)合的思想，讓學(xué)生邊學(xué)習(xí)理論知識，邊通過實踐進行鞏固，學(xué)以致用，提高教學(xué)質(zhì)量。而如何在《電力拖動與控制系統(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《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)與仿真教學(xué)進行研究，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)課程提供一定的實踐參考。[3]
2《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)研究
基于《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)現(xiàn)狀，提出具體的《電力拖動與控制系統(tǒng)》思政建設(shè)方案，并對課程中所蘊含的一些思政元素進行挖掘。
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)課知識的講授。他們認(rèn)為如果在上課的過程中加入思政元素，會轉(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。這些教師的潛意識里覺得學(xué)生學(xué)好本專業(yè)的知識才能找到好工作，才能有更好的發(fā)展，而思政內(nèi)容在思想政治課上會講，少講甚至不講沒關(guān)系。二是目前還沒有《電力拖動與控制系統(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)知識與思政相結(jié)合的教學(xué)設(shè)計。這就需要專業(yè)課教師在長期的教學(xué)過程中進行探索和不斷改進。三是由于部分教師在將專業(yè)知識與思政元素進行融合的時候比較生硬，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，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，不聽也不會影響考試成績。因此，在進行《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程思政建設(shè)時，需要制定具體的評價方式，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、課堂實踐、課后實驗、評價反饋、總結(jié)反思和推廣八個方面。基于專業(yè)課課程思政的要求，明確《電力拖動與控制系統(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)知識點所蘊含的思政元素；結(jié)合《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程的特點和優(yōu)勢，找到切入點，充分挖掘其中的思政元素，比如家國情懷、民族自信心、社會主義核心價值觀、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；建立健全的教學(xué)管理制度，不斷改進課堂教學(xué)的方式，加強思想政治教育在課堂教學(xué)中所起的作用；通過課后實驗去培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作、探索精神、創(chuàng)新意識以及工匠精神等；建立合理的評價體系，課程評價體系中不僅僅只考核學(xué)生對專業(yè)知識的掌握情況，還要將“思政元素”作為一個考核點，通過課程思政綜合考核后，客觀地去評價學(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
進行課程思政時，通常圍繞價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授三位一體的課程建設(shè)目標(biāo)，在課程內(nèi)容中探尋與社會主義價值觀、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)計并運用典型的案例等教學(xué)素材，以“潤物細(xì)無聲”的方式將正確的價值追求和理想信念有效地輸送給學(xué)生。教師在進行課程教學(xué)設(shè)計時，首先要準(zhǔn)確把握專業(yè)對課程的科學(xué)精神、價值取向以及倫理規(guī)范的要求，才能將課程的價值性和思想性體現(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)，從而實現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。教師可以從課程的知識點、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)的社會熱點、學(xué)科發(fā)展史以及大師成長道路等方面去挖掘思政元素。講授運動控制系統(tǒng)的歷史與發(fā)展過程時，指出電力電子變頻技術(shù)的發(fā)展成功解決了同步發(fā)電機啟動和失步困難兩大問題，從而培養(yǎng)學(xué)生的攻關(guān)意識以及創(chuàng)新意識，進一步激發(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-直流電動機系統(tǒng)的可逆運行，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，教會學(xué)生任何事物都有兩面性，要善于從矛盾的兩個方面去分析問題和解決問題，找到一個合適的平衡點，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)缺點以及結(jié)合之后的優(yōu)勢，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)會用辯證唯物主義的思想去認(rèn)識事物。在基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動機調(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《電力拖動與控制系統(tǒng)》仿真教學(xué)研究
基于當(dāng)前實驗教學(xué)存在的問題，提出《電力拖動與控制系統(tǒng)》教學(xué)模式，并利用MATLAB軟件中的GUI界面開發(fā)《電力拖動與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺。
3.1教學(xué)模式
由于《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程內(nèi)容主要是直流和交流電機的調(diào)速系統(tǒng)，實踐性較強，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)和實驗教學(xué)相結(jié)合，通過實驗教學(xué)去驗證各種控制系統(tǒng)的性能與特點。而現(xiàn)在的實驗平臺集成度都很高，學(xué)生做實驗時按照實驗老師講的操作步驟就可以順利完成實驗，至于系統(tǒng)內(nèi)部的構(gòu)成以及一些參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響，學(xué)生可能不得而知，因此導(dǎo)致理論教學(xué)與實驗教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)，沒有達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)；并且在真實的實驗環(huán)境下，一些錯誤設(shè)計或者故障情況對控制系統(tǒng)性能的影響過程幾乎不能實現(xiàn)，而利用仿真軟件是可以實現(xiàn)的，有利于《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程教學(xué)。[5]現(xiàn)提出理論教學(xué)—仿真教學(xué)—實驗教學(xué)三步走的教學(xué)模式，如圖1所示。在理論教學(xué)和實驗教學(xué)中加入仿真教學(xué)這一環(huán)節(jié)，學(xué)生學(xué)完理論知識后，通過仿真演示加深對理論知識的理解，快速掌握重要調(diào)速系統(tǒng)的建模方法，并對其進行更加深入的分析，驗證各種控制系統(tǒng)的性能與特點，為后續(xù)的實驗教學(xué)打好基礎(chǔ)。在實驗教學(xué)中，學(xué)生又可以將仿真與實驗進行比較，看看實際生活中的各調(diào)速系統(tǒng)是如何利用各元器件或模塊實現(xiàn)的，提高學(xué)生的動手能力。
3.2仿真平臺開發(fā)
為了在課堂上實施仿真教學(xué)，需事先利用MATLAB仿真軟件搭建可視化虛擬仿真平臺。MATLAB仿真軟件包含圖形用戶界面環(huán)境，即GUIDE，它支持用戶進行可視化編輯，制作GUI界面。將Simulink仿真模型與GUI界面進行交互，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，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界面進行仿真時，操作簡單，界面清晰，仿真結(jié)果一目了然，可以簡化仿真時的操作流程，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)主要包括異步電動機調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)、異步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)、異步電動機矢量控制調(diào)速系統(tǒng)以及異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制調(diào)速系統(tǒng)[6]。利用GUI界面，搭建《電力拖動與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺主界面如圖2所示。在《電力拖動與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺主界面中選擇需要的仿真項目名稱，例如轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，進入相應(yīng)的虛擬仿真界面如圖3所示。設(shè)置給定信號、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)，然后點擊運行即可看到仿真結(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)約時間，不需要占用過多的理論講授時間。
4教學(xué)效果
通過對我校2019級電氣專業(yè)的學(xué)生進行試點研究，發(fā)現(xiàn)在《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程中融入思政建設(shè)與仿真教學(xué)之后，對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到了正面推動的作用，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）實現(xiàn)了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的有機互融，加強了學(xué)生對理論知識的理解掌握，學(xué)以致用，深切體會到了所學(xué)知識的重要意義；（3）在傳授專業(yè)知識的同時，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，樹立正確價值觀、科學(xué)觀和世界觀。實現(xiàn)知識傳授、價值塑造和能力培養(yǎng)的多元統(tǒng)一，促進了學(xué)生的全面發(fā)展[2]；（4）學(xué)習(xí)成效顯著，學(xué)生評價良好。
5總結(jié)
本文基于《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程性質(zhì)和學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，進行了《電力拖動與控制系統(tǒng)》課程教學(xué)改革探索。首先進行了《電力拖動與控制系統(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《電力拖動與控制系統(tǒng)》思政建設(shè)方案，并對課程中所蘊含的一些思政元素進行了挖掘。然后進行了《電力拖動與控制系統(tǒng)》仿真教學(xué)研究，基于目前實驗教學(xué)存在的問題，提出了理論教學(xué)—仿真教學(xué)—實驗教學(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《電力拖動與控制系統(tǒng)》虛擬仿真平臺。最后將研究內(nèi)容應(yīng)用于2019級電氣專業(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，實現(xiàn)了理論教學(xué)與實踐教學(xué)的有機互融，促進了學(xué)生的全面發(fā)展，學(xué)習(xí)成效顯著，學(xué)生評價良好，提高了教學(xué)質(zhì)量。
作者：毛玲 陳肯 劉敏 劉婷婷 聶菁 單位：文華學(xué)院 中國船舶重工
