安國慶，孫會琴，閆彩紅，薛智宏，馬世博

（河北科技大學 電氣工程學院，河北 石家莊 050018）

河北科技大學電氣工程學院的辦學定位是緊密結合區(qū)域經(jīng)濟建設，培養(yǎng)高素質應用型電氣工程人才?！半姍C優(yōu)化設計”課程所在的電機與電器學科方向以及“電機設計及仿真技術”課程所在的電氣工程及其自動化專業(yè)，每年為河北省變壓器、電機等優(yōu)勢特色行業(yè)輸送大量人才。大部分畢業(yè)生在和電機相關的龍頭企業(yè)如保變電氣、河北電機、新四達電機、長城汽車等擔任技術骨干。然而，電機設計類課程在傳統(tǒng)教學過程中存在電磁理論形象化不足、設計優(yōu)化方法與工程應用關聯(lián)困難、學生對行業(yè)前沿了解不足等問題。同時，為深入貫徹教育部《高等學校課程思政建設指導綱要》要求，亟待以解決上述問題為導向，對課程思政教學融入點開展相關設計，使課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應，達成全方位育人效果。課程將電機人愛國主義情懷、科學典故的工匠精神、辯證唯物主義方法論、時事政治等元素類型巧妙設計，融入課堂講授給學生。

一、基于唯物辯證法融入的課堂教學課程思政理念創(chuàng)新

現(xiàn)存問題是課程理論性強，涉及電、磁、力、熱、機械等多門學科，知識信息量大。要求學生具有一定的空間想象能力和邏輯分析能力。電機設計的特殊問題容易在不同電機類型之間相互混淆，電機性能優(yōu)化過程中，各參數(shù)指標相互制約，學生難于分析取舍。針對以上問題，根據(jù)電機設計類課程特點，將唯物辯證法融入課程學習。

（一）普遍性和特殊性理論

在講述電機的分類時，根據(jù)供電形式分為直流電機和交流電機，引入“電流之戰(zhàn)”。以愛迪生和特斯拉為主交直流電之戰(zhàn)后，交流電稱為電力系統(tǒng)的主要方式，在20世紀90年代之前，直流電動機由于起良好的調速性能在電力拖動中得到廣泛應用；隨著電力電子和新能源發(fā)電技術的發(fā)展，實現(xiàn)直流電的遠距離傳輸，同時推進了交流電機調速特性的大幅提高，變頻技術廣泛應用?！半娏髦畱?zhàn)”誰是贏家？——矛盾是普遍存在的，矛盾是事物聯(lián)系的實質內容和事物發(fā)展的根本動力，人的認識活動和實踐活動，從根本上說就是不斷認識矛盾、不斷解決矛盾的過程。利用唯物辯證法中矛盾的普遍性和特殊性關系，可用于幫助學生分析不同電機類型設計過程中的“共性”和“個性”，提高對課程知識體系掌握的效率。例如，可圍繞磁路計算的原理，對電機磁路計算涉及的極弧系數(shù)、電樞長度、氣隙系數(shù)、電磁計算步驟、流程進行“共性”討論；在此基礎上，對不同電機類型磁路構成、磁極結構特點進行有“個性”的特色討論，幫助學生對不同電機知識點互通理解。

（二）“主次矛盾”和“量變質變”理論

在電機參數(shù)優(yōu)化過程中，引導學生利用辯證唯物主義理論進行分析，用“矛盾”的視角進行電機參數(shù)優(yōu)化調整，培養(yǎng)學生抓住并解決主要矛盾的能力（例如啟動電流和啟動轉矩相互矛盾的問題等）。在保證電機性能滿足基本要求的參數(shù)變化范圍內（未發(fā)生質變），進行尋優(yōu)調整（把握量變的度），以提高學生辯證性分析和解決問題的能力。

二、基于電機設計案例庫的“綠色節(jié)能”意識的強化

現(xiàn)存問題：電機設計基本理論以及電機電磁設計內容抽象、枯燥，引導學生將與工程應用進行關聯(lián)較為困難。針對以上問題，以典型電機產(chǎn)品設計為載體，建設面向“節(jié)能減排”技術改造的電機設計案例庫，針對不同教學內容，采用不同實例導入。在提高教學效果的同時，強化學生“綠色節(jié)能”意識，解讀國家加大節(jié)能、降耗、排污排廢，淘汰落后生產(chǎn)能力的綜合治理力度及有關政策，加深學生對于“碳中和、碳達峰”國家發(fā)展戰(zhàn)略目標的理解。

1.引入永磁直驅變頻電機應用到電力行業(yè)煤磨機、皮帶輸送機、球磨機等，利用低速大扭矩永磁直驅電機取代傳統(tǒng)“異步電機+變速箱”的技改應用案例，提高學生節(jié)能責任意識。

2.通過唐任遠院士的稀土永磁電機用于電動汽車驅動的電機特性，學習八旬老電機人的愛國主義情懷和科研成就。以豐田Prius電動汽車驅動電機優(yōu)化技術革新為例，號召學生廣泛了解新能源汽車行業(yè)動態(tài)，介紹其永磁電機經(jīng)歷I代到IV代的磁路結構優(yōu)化的設計演變，積極學習國外先進的技術經(jīng)驗，拓寬學生的國際視野。讓學生樹立起對未來職業(yè)敬畏、對工作執(zhí)著、對當前電機產(chǎn)品負責的態(tài)度，以及通過團隊合作不斷追求完美的精神。并以V型磁路永磁電機為例，結合同步電動機的Ansoft計算機軟件輔助設計強化電機設計內容與工程應用的關聯(lián)性。

三、基于電機設計行業(yè)“大國重器”的課程內容導入

現(xiàn)存問題：學生在學習過程中，聚焦點僅放在課程內容本身，對電機行業(yè)發(fā)展的最新動態(tài)及前沿技術應用情況往往不會積極主動關注。針對以上問題，在課程講授過程中，適時引入電機設計行業(yè)強關聯(lián)的“大國重器”，明確課程背景，增強學生民族榮譽感和自豪感，激發(fā)學生對課程中蘊含科學問題的興趣。

（一）TQ-800永磁同步電機——將中國高鐵牽入400公里時速

將2019年9月17日一則行業(yè)新聞“400公里時速高鐵有戲，我國研發(fā)成功新一代永磁牽引電機”作為同步電機引言部分的課堂導入，利用大國重器“復興號”作為鋪墊，在該背景下重點介紹中車株洲電機公司研發(fā)的時速400公里高速動車組所用的TQ-800永磁同步牽引電機。闡明該電機技術創(chuàng)新特點，例如，利用封閉風冷及關鍵部位定向冷卻技術解決溫升問題；采用新型稀土永磁材料解決了永磁體失磁的難題等。羅列說明采用同步電機作為高鐵牽引電機在功率密度、效率、環(huán)境適應能力方面的優(yōu)勢，有效激發(fā)學生電機優(yōu)化設計方法的求知欲。

（二）“華龍一號”三代核電發(fā)電機組——實現(xiàn)中國核電強國的轉變

向學生強調機組所有核心設備均已實現(xiàn)國產(chǎn)，以及我國目前完全具備批量化建設能力，可作為“國家名片”引領中國核電走向世界，用于增強學生的民族自信和專業(yè)自信。通過重點介紹“華龍一號”發(fā)電機研制過程中在電磁計算程序、冷卻技術、絕緣設計以及定子結構的整體設計等自主創(chuàng)新優(yōu)勢，向學生展示國家在制造業(yè)崛起過程中發(fā)電機領域取得的巨大成就。

四、基于電機行業(yè)就業(yè)需求導向的“工程化培養(yǎng)”中思政元素融入

現(xiàn)存問題：本課程綜合力、熱、流體、機械結構、電路、磁場、材料等多學科內容，且多物理場之間相互耦合，各物理量之間關系復雜。在參考教材較少且學時有限的情況下，教師容易陷入重理論、重分析、重公式推導、輕工程實踐的“教學陷阱”。針對以上問題，課程借助現(xiàn)代計算機輔助設計技術，結合大量工程案例庫進行課程思政元素設計，引導學生根據(jù)工程特定應用情景，有針對性地進行電機優(yōu)化設計，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力。同時利用實踐培養(yǎng)環(huán)節(jié)，將學生帶入優(yōu)質電機企業(yè)現(xiàn)場，利用企業(yè)工程亮點和優(yōu)秀企業(yè)文化，潛移默化培育學生“工匠精神”。

近年來，新技術革命和行業(yè)變革接踵而至，電機設計行業(yè)對畢業(yè)生的要求不僅限于基于公式分析的電磁計算和圖紙設計，而是要求熟練掌握如Ansoft、COMSOL等多物理場仿真軟件，并利用磁場、溫度場仿真結果的綜合分析指導電機參數(shù)進一步優(yōu)化調整，從而在電機設計崗位可具備快速、高效并適用于各類實際工況的電機設計或改造能力，適應行業(yè)發(fā)展需求。在此過程中需讓學生了解各類特殊工況如易燃易爆、潛水潛油、頻繁啟動制動、低速大扭矩直驅等，在開闊學生視野的同時，幫助學生正確形成特殊情況特殊分析、理論聯(lián)系實際、實事求是的科學態(tài)度。在“個性化實習”以及“春季小學期（個性化學期）”等實踐環(huán)節(jié)，帶領學生到區(qū)域內電機龍頭企業(yè)實習，培育學生認認真真、盡職盡責、專心致志不懈怠的敬業(yè)精神，利用貼近工程實際的電機新技術、新工藝、新機型，引導學生追求突破、追求革新，增強學生“一門心思扎根下去”的信心和決心，不斷積累專業(yè)優(yōu)勢，強化學生專注的職業(yè)素養(yǎng)?？紤]到高校教師對最新的行業(yè)動態(tài)發(fā)展變化趨勢了解得不夠及時和準確，因此在實踐環(huán)節(jié)把學生“送出去”的同時，還應把優(yōu)秀電機行業(yè)企業(yè)專家“請進來”。河北科技大學連續(xù)多年聘請本校畢業(yè)的企業(yè)工程師到課堂兼職授課，在拉進企業(yè)教師與學生距離的同時，可從企業(yè)角度把電機設計過程中需重點注重的技術細節(jié)貫穿其中，該授課方式獲得了學生的一致好評。在案例設計環(huán)節(jié)，由企業(yè)教師參與題目設計，通過學生3人結組的協(xié)同設計，給出同一電機設計案例的至少3套合格方案。在案例設計結束后，高校課程群教師和企業(yè)教師聯(lián)合組成答辯小組并制定評比標準進行考評。在項目匯報的過程中，可大大促進學生的綜合邏輯分析和判斷能力的提升。在此過程中，企業(yè)教師會重點關注對電機設計方向感興趣且有培育潛力的學生，學生也可主動與企業(yè)教師聯(lián)系咨詢。在學生和企業(yè)單位相互認可的情況下，可進一步簽下就業(yè)協(xié)議，實現(xiàn)校企聯(lián)合的“半定制化”式培養(yǎng)。

五、電機設計的國家標準和國際標準的教學灌輸

電機的國家標準是國家有關部門在總結以往電機設計、制造和使用經(jīng)驗的基礎上，從實際出發(fā)并考慮后續(xù)行業(yè)發(fā)展需要而對電機提出的一定要求的文件。它是電機生產(chǎn)的依據(jù)，也是評定電機質量優(yōu)劣的準則。國家標準所規(guī)定的各項要求，是綜合考慮了產(chǎn)品的實用性、技術上的先進性、經(jīng)濟上的合理性、使用上的可靠性和生產(chǎn)上的可能性而提出的。因此在電機設計課程講授的過程中，要實時強調產(chǎn)品設計的出廠可行性，確保設計和制造的電機全面滿足國家規(guī)定的各項要求。

隨著我國電機行業(yè)的蓬勃發(fā)展，我國電機出口從長遠來看仍處于高速增長階段，尤其對高效節(jié)能電機及中小型特種電機等出口需求不斷增長。因此，在課程教學過程中可通過“等效采用”和“參照采用”兩種標準進行介紹講解，拓寬學生國際視野。重點介紹在尺寸和功率等級，電刷、刷握、換向器、集電環(huán)，試驗方法和程序，外殼防護、冷卻方法和安裝方式等方面和國家標準的區(qū)別。為進一步讓學生了解實際電機加工工藝，在教材算例的部分，應適當舉例加以說明。如異步電動機算例部分按理論計算出的定子沖片外徑為0.253m，但在工程上沖片的加工生產(chǎn)要求通常采用5mm進位，因此還需按5mm為單位取值后，再返回先前步驟重新折算定子內徑。

在講授電機型號命名方式一般由“產(chǎn)品代號-規(guī)格代碼-特殊環(huán)境符號”組成，在講授我國電機發(fā)展史時，可引入“新中國第一代系列電機的誕生過程”的科研典故，為學生解讀“工匠精神”的深層次內涵。例如，解放初期我國沒有自己的工業(yè)基礎和規(guī)范系統(tǒng)，采用了蘇聯(lián)國家規(guī)范系統(tǒng)，1952年我國中小型異步電動機J、JO系列產(chǎn)品誕生，首次規(guī)范了我國電機工業(yè)的技能系統(tǒng)。第二代J2、JO2系列在“大躍進”歷史背景下，不講求科學規(guī)律，導致電機性能不過關，引導學生樹立“實事求是”的科學態(tài)度。結合“蘇聯(lián)撤走技術專家”“三年自然災害”特殊歷史時期，突出強調設計工作組艱苦奮斗、自主創(chuàng)新的民族精神。

結語

文中以河北科技大學電機設計類課程教學改革為例，針對課程改革過程中亟待解決的問題，開展了課程思政元素的教學設計與實踐，在強化學生辯證性分析、增強民族自信、“工匠精神”培育、校企專創(chuàng)融合、工程標準灌輸?shù)确矫孢_成了課程思政教學目標，并取得了良好的教學效果。課程注重課程思政建設模式創(chuàng)新，對其他高校電氣類專業(yè)方向的相關課程具有良好的借鑒意義。