《电力拖动与控制系统》课程教学改革探索

毛玲　陈肯　刘敏　刘婷婷　聂菁

摘 要：基于《电力拖动与控制系统》课程性质和学生的学习现状，为提高学生的学习兴趣和积极性，提高教学质量，落实立德树人的根本任务，进行《电力拖动与控制系统》课程教学改革探索。立足于专业知识点，充分挖掘其中的思政元素，探索各知识点的人文和应用属性，不仅可以拓展教学内容的思政维度，还可以有效地提升学生的学习兴趣和积极性。利用MATLAB软件中的GUI 界面开发《电力拖动与控制系统》虚拟仿真平台，将仿真演示融入到课堂教学中，比较直观的讲述控制理论，充分体现理论教学和实践教学相结合的思想，让学生一边学习理论知识，一边通过实践进行巩固，达到学以致用和提高教学质量的目的。

关键词：电力拖动与控制系统 思政 GUI 虚拟仿真

Exploration on Teaching Reform of "Electric Drive and Control System"

Mao Ling Chen Ken Liu Min Liu Tingting Nie Jing

Abstract：Based on the nature of the course "Electric Drive and Control System" and the learning status of students， in order to improve students' interest and enthusiasm in learning， improve the quality of teaching， and implement the fundamental task of morality and education， exploration on teaching reform of "Electric Drive and Control System" is carried out. Based on professional knowledge， political elements are fully explored， and the humanistic and applied attributes contained in each knowledge point are explored. While expanding the political dimensions of teaching content， it can effectively enhance students' interest and enthusiasm in learning. The GUI interface in MATLAB software is used to develop the virtual simulation platform of " Electric Drive and Control System "， simulation demonstration is integrated into classroom teaching， control theory is described more intuitively， the idea of combining theoretical teaching and practical teaching is fully reflected， and students can learn theoretical knowledge while consolidating it through practice， so as to achieve the purpose of applying what they have learned and improving the quality of teaching.

Key words：Electric Drive and Control System， political education， GUI， virtual simulation

1 引言

習近平总书记强调了要把立德树人作为教育的根本任务，把思想政治教育贯穿教育教学全过程。这就要求专业课教师要在教学过程中融入思想政治教育的内容，将马克思主义思想价值观贯穿到专业课教学的全过程和各个环节，这就是所谓的“课程思政”。[1]

《电力拖动与控制系统》是电气类应用型本科专业的专业核心课程，包含了很多的专业理论概念和复杂的公式，因此在传统的教学过程中，专业课教师只针对理论知识进行讲解，而忽略了该课程中的思想教育[1]。此外，该课程包含了电机学、电力电子学、电子技术基础及自动控制原理等内容，且各内容之间的逻辑关系连接非常紧密，传统的教学方法是教师向学生单向灌输理论知识，而忽视了学生的感受，使课堂氛围不活跃，学生对课程不感兴趣，对学习缺乏积极性，因此需要探索新的教学方式。[2]

立足于专业知识点，充分挖掘其中的思政元素，探索各知识点的人文和应用属性，不仅可以拓展教学内容的思政维度，还可以有效地提升学生的学习兴趣和积极性[2]。将MATLAB/SIMULINK的仿真演示融入到课堂教学中，比较直观的讲述控制理论，充分体现理论教学和实践教学相结合的思想，让学生边学习理论知识，边通过实践进行巩固，学以致用，提高教学质量。而如何在《电力拖动与控制系统》课程教学过程中合理地融入思政元素，融入仿真教学，就需要对《电力拖动与控制系统》课程思政建设与仿真教学进行研究，找到一条适合电气类应用型本科人才培养的道路，为工科应用类专业课程提供一定的实践参考。[3]

2 《电力拖动与控制系统》课程思政建设研究

基于《电力拖动与控制系统》课程思政建设现状，提出具体的《电力拖动与控制系统》思政建设方案，并对课程中所蕴含的一些思政元素进行挖掘。

2.1 课程思政建设现状

一是部分专业课教师认为学生的思想政治教育应该是思想政治课教师和辅导员的事情，自己仅需负责专业课知识的讲授。他们认为如果在上课的过程中加入思政元素，会转移学生的注意力，导致學生不能专心学习专业课知识。这些教师的潜意识里觉得学生学好本专业的知识才能找到好工作，才能有更好的发展，而思政内容在思想政治课上会讲，少讲甚至不讲没关系。

二是目前还没有《电力拖动与控制系统》课程思政的一体化方案，教学大纲中只有知识和能力目标，没有思政目标;章节内容的思政元素没有充分地挖掘出来;没有专业知识与思政相结合的教学设计。这就需要专业课教师在长期的教学过程中进行探索和不断改进。

三是由于部分教师在将专业知识与思政元素进行融合的时候比较生硬，导致学生没有积极性。专业课的考核内容仍然是专业知识，没有思政方面的题目，导致学生认为思政听不听都无所谓，反正考试又不考，不听也不会影响考试成绩。因此，在进行《电力拖动与控制系统》课程思政建设时，需要制定具体的评价方式，才能起到督促学生的作用。[3]

2.2 思政建设方案

《电力拖动与控制系统》课程思政建设方案应该包括教学大纲、素材整理、教学设计、课堂实践、课后实验、评价反馈、总结反思和推广八个方面。

基于专业课课程思政的要求，明确《电力拖动与控制系统》课程所隐藏的思政元素，制定科学可行的教学大纲，在教学目标中除了体现知识目标和能力目标之外，还要体现思政目标，在教学内容中要找到各章节知识点所蕴含的思政元素;结合《电力拖动与控制系统》课程的特点和优势，找到切入点，充分挖掘其中的思政元素，比如家国情怀、民族自信心、社会主义核心价值观、节能环保和职业道德规范等;然后将思政元素巧妙的融入到课程教学过程中，形成具有特色的课程思政教学设计;建立健全的教学管理制度，不断改进课堂教学的方式，加强思想政治教育在课堂教学中所起的作用;通过课后实验去培养学生的团队合作、探索精神、创新意识以及工匠精神等;建立合理的评价体系，课程评价体系中不仅仅只考核学生对专业知识的掌握情况，还要将“思政元素”作为一个考核点，通过课程思政综合考核后，客观地去评价学生综合素质的变化情况;最后通过总结和反思，相应地去改善思政教学，最终达到预先制定的教学目标。

2.3 挖掘思政元素

进行课程思政时，通常围绕价值塑造、能力培养、知识传授三位一体的课程建设目标，在课程内容中探寻与社会主义价值观、家国情怀、专业伦理、学习伦理、国际视野、创新思维、工匠精神和人文情怀等相关的德育元素，通过设计并运用典型的案例等教学素材，以“润物细无声”的方式将正确的价值追求和理想信念有效地输送给学生。

教师在进行课程教学设计时，首先要准确把握专业对课程的科学精神、价值取向以及伦理规范的要求，才能将课程的价值性和思想性体现出来，在学习过程中潜移默化的去提高学生的政治觉悟、思想水平、道德素质和文化素养，从而实现学生的全面发展。教师可以从课程的知识点、课程的研究方法、失败的教训或者一些警示性的事件、与课程相关的社会热点、学科发展史以及大师成长道路等方面去挖掘思政元素。

讲授运动控制系统的历史与发展过程时，指出电力电子变频技术的发展成功解决了同步发电机启动和失步困难两大问题，从而培养学生的攻关意识以及创新意识，进一步激发学生的学习积极性。

在转速开环控制的直流调速系统中，结合晶闸管整流器-直流电动机系统的可逆运行，培养学生的逆向思维和观察能力。结合稳态调速性能指标中调速范围和静差率的矛盾，教会学生任何事物都有两面性，要善于从矛盾的两个方面去分析问题和解决问题，找到一个合适的平衡点，工作生活亦是如此。

在转速闭环控制的直流调速系统中，结合比例和积分控制各自的优缺点以及结合之后的优势，说明局部与整体的辩证关系，培养学生的人文素养。

在转速、电流双闭环控制的直流调速系统中，结合调节器的工程设计方法中Ⅰ型系统和Ⅱ型系统的跟随性能和抗扰性能，教学生要学会用辩证唯物主义的思想去认识事物。

在基于稳态模型的异步电动机调速系统中，结合我国变频器的发展，培养学生的民族自豪感，树立学生的专业自信。[4]

3 《电力拖动与控制系统》仿真教学研究

基于当前实验教学存在的问题，提出《电力拖动与控制系统》教学模式，并利用MATLAB软件中的GUI 界面开发《电力拖动与控制系统》虚拟仿真平台。

3.1 教学模式

由于《电力拖动与控制系统》课程内容主要是直流和交流电机的调速系统，实践性较强，单纯的理论讲授无法满足培养目标的要求，因此需要将理论教学和实验教学相结合，通过实验教学去验证各种控制系统的性能与特点。而现在的实验平台集成度都很高，学生做实验时按照实验老师讲的操作步骤就可以顺利完成实验，至于系统内部的构成以及一些参数变化对系统的影响，学生可能不得而知，因此导致理论教学与实验教学严重脱节，没有达到预期的目标;并且在真实的实验环境下，一些错误设计或者故障情况对控制系统性能的影响过程几乎不能实现，而利用仿真软件是可以实现的，有利于《电力拖动与控制系统》课程教学。[5]

现提出理论教学—仿真教学—实验教学三步走的教学模式，如图1所示。在理论教学和实验教学中加入仿真教学这一环节，学生学完理论知识后，通过仿真演示加深对理论知识的理解，快速掌握重要调速系统的建模方法，并对其进行更加深入的分析，验证各种控制系统的性能与特点，为后续的实验教学打好基础。在实验教学中，学生又可以将仿真与实验进行比较，看看实际生活中的各调速系统是如何利用各元器件或模块实现的，提高学生的动手能力。

3.2 仿真平台开发

为了在课堂上实施仿真教学，需事先利用MATLAB仿真软件搭建可视化虚拟仿真平台。MATLAB仿真软件包含图形用户界面环境，即GUIDE，它支持用户进行可视化编辑，制作GUI界面。将Simulink仿真模型与GUI界面进行交互，则可以通过GUI界面去设置Simulink仿真模型中的参数，并调用其仿真结果。当需要修改仿真参数和查看仿真结果时，不需要每次都打开Simulink仿真模型去修改参数，也不需要重复运行仿真模型，可以直接在GUI界面中修改参数并观察仿真结果。因此，使用GUI界面进行仿真时，操作简单，界面清晰，仿真结果一目了然，可以简化仿真时的操作流程，提高工作效率，使学生观察起来更加直观。

《电力拖动与控制系统》课程中涉及到的仿真主要包括直流调速系统和交流调速系统两大部分。其中，直流调速系统主要包括转速开环直流调速系统、转速闭环直流调速系统以及转速电流双闭环直流调速系统;交流调速系统主要包括异步电动机调压调速系统、异步电动机变压变频调速系统、异步电动机矢量控制调速系统以及异步电动机直接转矩控制调速系统[6]。利用GUI界面，搭建《电力拖动与控制系统》虚拟仿真平台主界面如图2所示。

在《电力拖动与控制系统》虚拟仿真平台主界面中选择需要的仿真项目名称，例如转速、电流双闭环直流调速系统，进入相应的虚拟仿真界面如图3所示。设置给定信号、负载转矩、转速调节器参数以及电流调节器参数，然后点击运行即可看到仿真结果。如果仿真结果不理想，直接在GUI界面中修改相应的参数然后再次运行即可，教师不需要重复打开模型修改参数。这就使得仿真教学更加直观明了，还能节约时间，不需要占用过多的理论讲授时间。

4 教学效果

通过对我校2019级电气专业的学生进行试点研究，发现在《电力拖动与控制系统》课程中融入思政建设与仿真教学之后，对学生的学习起到了正面推动的作用，产生了良好的教学效果，提高了教学质量，具体影响如下：

（1）活跃了课堂气氛，提升了学生的学习兴趣和积极性;

（2）实现了理论教学与实践教学的有机互融，加强了学生对理论知识的理解掌握，学以致用，深切体会到了所学知识的重要意义;

（3）在传授专业知识的同时，还能引导学生多角度看问题、分析问题，培养学生自学能力，树立正确价值观、科学观和世界观。实现知识传授、价值塑造和能力培养的多元统一，促进了学生的全面发展[2];

（4）学习成效显著，学生评价良好。

5 总结

本文基于《电力拖动与控制系统》课程性质和学生的学习现状，进行了《电力拖动与控制系统》课程教学改革探索。首先进行了《电力拖动与控制系统》课程思政建设研究，基于目前的思政建设现状，提出了具体的《电力拖动与控制系统》思政建设方案，并对课程中所蕴含的一些思政元素进行了挖掘。然后进行了《电力拖动与控制系统》仿真教学研究，基于目前实验教学存在的问题，提出了理论教学—仿真教学—实验教学三步走的教学模式，并利用MATLAB软件中的GUI 界面开发了《电力拖动与控制系统》虚拟仿真平台。最后将研究内容应用于2019级电气专业的学生，活跃了课堂气氛，提升了学生的学习兴趣和积极性，实现了理论教學与实践教学的有机互融，促进了学生的全面发展，学习成效显著，学生评价良好，提高了教学质量。

参考文献：

[1]张同庄，伍小杰，夏帅，胡明.《电力拖动自动控制系统》课程思政探索与实践[J]. 教育现代化，2020，7（27）：57-60.

[2]韩庆珏，文韬，龚中良. 机电传动控制课程教学内容思政元素研究与探索——以《机电传动系统动力学基础》为例[J]. 农业工程与装备，2021，48（01）：46-48.

[3]付涛，石黄霞，徐磊. 电气类应用型本科核心课程发电厂电气部分课程思政建设研究[J]. 教师，2019（29）：2.

[4]阮毅，杨影，陈伯时. 电力拖动自动控制系统 [M]. 北京： 机械工业出版社，2016.

[5]张敬南. “电力拖动自动控制系统”中的仿真教学[J].电气电子教学学报，2010，32（04）： 110-112.

[6]吉月辉，岳有军，刘俊杰，赵学文.“电力拖动自动控制系统”的虚拟仿真教学研究[J]. 科教导刊，2021（34）： 98-100.