《電機學》“課程思政”教學設計案例

《電機學》“課程思政”教學設計案例三相異步電動機的工作原理一、案例簡介《電機學》是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)核心基礎課，主要講授變壓器、直流電機、三相異步電動機和三相同步電機的基本結構、工作原理、分析方法、工作特性及實際應用。通過本課程的學習，學生應獲得電機的基本理論知識，電機穩(wěn)態(tài)分析方法和基本實驗技能，為進一步學習專業(yè)課和從事專業(yè)工作打下基礎。在專業(yè)知識講授過程中，課程思政貫穿始終，潛移默化給學生傳遞正能量，培養(yǎng)學生的注重愛國精神、專業(yè)精神、實踐精神和創(chuàng)新精神，將“價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授”三位一體育人理念貫穿于《電機學》教學全過程。以“三相異步電動機的工作原理”這節(jié)內容為案例，分析課程思政在電機學教學中的設計與實踐。二、教學設計2.1思政理念2.1.1思想政治教育元素：專業(yè)認同感、工匠精神、科技強國、民族自豪感。2.1.2思想政治教育素材：（1）“復興號”中國標準動車組，由中國鐵路總公司牽頭組織、具有完全自主知識產權、達到世界先進水平的動車組列車。其核心動力設備——三相異步電動機是本節(jié)研究對象。（2）小工種大作為動車電機組裝班，兢兢業(yè)業(yè)，通過小改造、小革新、小設計將300多個零部件組裝成一臺臺運行可靠的動車電機。圖1中國標準動車組“復興號”圖2電機組裝班：小工種大作為（3）新版電機能效標準GB18613-2020，電機1級能效標準優(yōu)于國際電機能效標準，使我國電機能效標準處于世界領先水平。2.2學情分析學生在學習三相異步電動機的工作原理前，已經學習了直流電機和變壓器兩種電機。學生初步掌握分析電機的步驟。學生具備查閱和挑選相關的資料，并學會分析和總結資料內容的能力?！峨姍C學》是在大二下學期學習，學生剛接觸專業(yè)基礎課，缺乏專業(yè)全面系統(tǒng)的概念，對課程在課程體系中的認識不足，缺乏學習的動力。2.3教學重難點2.3.1教學重點：三相異步電動機的工作原理2.3.2教學難點：旋轉磁場2.4教學目標2.4.1知識目標：掌握旋轉磁場建立的條件與性質、三相異步電動機的工作原理。2.4.2能力目標：具有分析三相異步電動機工作原理的能力；運用此方法分析其他電動機工作原理的能力。2.4.3價值目標：專業(yè)認同感，民族自豪感，培育嚴謹?shù)目茖W精神，勇于探索創(chuàng)新精神。2.5教學方法與手段運用課堂講授、多媒體教學、線上線下混合式教學方式，問題導入式教學、遞進式教學、類比啟發(fā)式教學等方法。2.6教學過程教學具體實施過程主要包括：課前、課中和課后三個環(huán)節(jié)。2.6.1課前：教師在中國大學慕課（MOOC）推送已制作好的“三相異步電動機結構”視頻，學生在規(guī)定的時間內自主完成視頻的學習，并完成MOOC上相關隨堂練習。2.6.2課中：（1）教師設計2-3個關于三相異步電動機結構的問題、檢測學生課前在MOOC上自主學習的效果。（2）問題引入引入具有完全自主知識產權最高時速超400km/h的“復興號”動車視頻資料，提問思考問題：“復興號”的動力源是什么？引導學生探究問題，分析我們學習的電動機都可以作為動力源，引出本節(jié)主題：三相異步電動機的工作原理。專業(yè)知識與思政的融合：“復興號”動車是完全自主知識產權、達到世界先進水平的動車組列車，其核心動力設備是本節(jié)內容的授課對象-三相異步電動機，是由中車株洲電機有限公司生產，與專業(yè)認同感、民族自豪感、工匠精神這些思政要素融合。（3）類比啟發(fā)式教學法引出本節(jié)重點內容復習已經學習的直流電動機工作原理，指出電機內部的電路（靜止的電樞繞組）和磁場（恒定的直流磁場），他們相互作用實現(xiàn)機電能量的轉換。通過類比分析，三相異步電動機電路只能是定子繞組和轉子繞組，磁場只能由定子繞組中的交流電流或者轉子繞組中的電流產生。引導分析：磁場必須與轉子電流作用產生電磁轉矩，但是轉子電路與外電路沒有電的連接，那怎么產生電流，只能是通過電磁感應，產生感應電流，而靜止的轉子繞組中要產生感應電流，轉子繞組必須與磁場之間有相對運動才行，進而得出本課堂的重要內容“旋轉磁場”，并進一步設問：旋轉磁場是如何產生的？具有哪些特點？（4）以問題導向，遞進式教學法進行知識點講解旋轉磁場是本節(jié)的教學難點。采用多媒體動畫技術，以問題為導向，吸引學生的注意力，引導學生思考問題，解決問題。教學內容逐層分解，將三相異步電動機的工作原理分析如下：①旋轉磁場是怎樣產生的？（利用多媒體動畫技術）圖3定子繞組分布圖圖4三相對稱電流通入定子繞組復習電磁感應定律，請學生們利用電磁感應定律分析0°、120°、240°、360°四個時刻來分析定子合成磁場的空間位置。圖4旋轉磁場結論：當三相交流電流連續(xù)變化時，產生的合成磁場將在空間連續(xù)旋轉。②旋轉磁場有何性質？從旋轉磁場的轉速、方向，極數(shù)進行討論。1）旋轉的轉速：2）旋轉的方向：由三相電流相序及三相繞組的空間排列順序確定。3）旋轉磁場的極數(shù)：由定子繞組的排列規(guī)律決定。③分析電機中電磁轉矩的產生，總結電動機工作原理圖5三相異步電動機工作原理解決了三相異步電動機工作原理問題后，提出課堂討論問題：1）三相異步電動機轉子轉速與磁場轉速之間存在什么關系？穩(wěn)態(tài)運行時，兩者能不能相等？2）怎樣改變三相異步電動機轉子轉向？3）怎樣改變三相異步電動機的轉速？④三相異步電動機額定值定義1）額定電壓UN2）額定電流IN3）額定功率PN4）額定轉速nN5）額定效率ηN專業(yè)知識與思政的融合：在講授額定效率時，分析現(xiàn)在電機的總耗電量占全社會總用電量的64%左右，其中工業(yè)領域的電機用電量占工業(yè)用電的75%左右，所以電機節(jié)能是一個牽涉到電機設計與運行的重大工程實際問題。介紹2021年6月開始實施的新版電機能效標準GB18613-2020，電機1級能效標準優(yōu)于國際電機能效標準，使我國電機能效標準處于世界領先水平。與社會責任感、創(chuàng)新精神、民族自豪感這些思政要素融合。2.6.3課后：課后作業(yè)：下面兩題二選一，要求分組討論和匯報。1）學習新版電機能效標準GB18613-2020，思考“如果你是江蘇某電機制造企業(yè)某崗位的工作人員，應如何應對此次的電機能效標準的升級”。2）撰寫一篇關于異步電動機的發(fā)展史及目前研究熱點與發(fā)展趨勢的調研報告。三、教學反思在《電機學》教學過程中，將專業(yè)知識講深講透，在傳授知識的同時，注意融合電機發(fā)展史及電機發(fā)展過程中一群偉大的科學工作者、電機行業(yè)科技最新發(fā)展動態(tài)等思政素材，使用問題導入、對比啟發(fā)式等教學方法，“以教師為導向，以學生為主體、學生的工程實踐能力鍛煉為中心”的教學模式，激勵了學生奮發(fā)學習的熱情，培養(yǎng)了學生的家國人文情懷，拓展了認識問題的視野，塑造了正確的價值觀，在知識傳授的過程中實現(xiàn)了價值引領。課程思政教學融入電機學教學實施過程中，對推動教學改革具有重要意義，結合以上的教學實踐，還需要一下方面進行探索：（1）加強頂層設計，全面整合電機學課程中的思政元素教學實踐過程中，思政素材內容分散，關聯(lián)性不強，未形成完善的思政體系。需要加強課程思政的頂層設計，全面整合電機學課程中的思政元素，使課程教學與思政課程同向同行，在專業(yè)知識傳播和專業(yè)實踐中強調價值引領。要求教師深入梳理專業(yè)課教學內容，結合課程特點，以問題導向，在落細落小落實上下功夫，從結合學生關注的社會熱點問題和被學生忽視的重要問題作為切入點，有效融入課程教學中，提升學生對專業(yè)的認同度、職業(yè)精神和社會責任感，激發(fā)學生的學習動力，提高專業(yè)課程教學質量。（2）加強教學團隊建設，提升教師隊伍整體思政水平備課難度加大，在挖掘思政元素時要耗費大量時間，并且在備課過程中要思考如何將思政要素自然融入講授的專業(yè)知識。需要教師加強政治理論知識的學習，提高自身思想政治素質。在教學團隊建設過程中，引入馬克思主義學院的思政教師，定期開展政治學習，思政論壇，提高教師的思想政治素養(yǎng)。