王雪洁，丁瑞昕，娄 莹

（1.浙大城市学院 信息与电气工程学院，杭州 310015；2.广州工程技术职业学院 机电工程学院，广州 510641；3.辽宁科技大学 电子与信息工程学院，辽宁 鞍山 114051）

以习近平新时代中国特我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。

图1 三相感应电动机能量传输示意图

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和三个等效电阻上了，它们分别为

定子一侧的铜损耗

铁芯中的铁损耗

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。

电磁功率表达式为

说明：此处可以使用辩证思维论来看待电磁功率的表达问题。

通过气隙间的磁场传递给转子的有功功率，称电磁功率。

若从三相感应电动机的输入端看，电磁功率Pem等于输入功率减去定子一侧铜损Pcu1和铁芯中的铁损耗PFe。

若从三相感应电动机的输出端看，电磁功率Pem等于转子铜损Pcu2与输出机械功率PmecΣ之和。

结论：由上述两个表达式可知，电磁功率是电机输入的电功率转换为机械功率的中间功率，换句话说，电机输入的电功率是通过电磁功率转换为机械功率的，而电动机轴头输出的机械功率为总的机械功率减去机械损耗pmec和少量的附加损耗pad。

三相感应电动机中的总损耗为

三相感应电动机总的有功功率之和为

通过完成小组讨论题目，完成初级知识迁移，通过团队合作训练，培养同学们的职业素养。

课堂讨论4：电磁功率∶转子铜耗∶总机械功率等于多少？（初级）

说明：分析和解决问题的方法很多，如何选择最有利于理解的方法即为重要，所以需要关注科学方法论。本节课内容我们就很好地利用了图示分析方法。

本节课中，三相感应电动机各种功率之间的关系通过数学表达式的形式描述得非常清楚，但略显公式较多，不便记忆，不妨将各个功率之间的关系用三相异步电动机能量流程图形象地表示出来。

通过能量流程图，三相感应电动机的输入电功率P1、定子回路损耗pcu1、磁路损耗pFe、由定子通过气隙磁场传递给转子的电磁功率Pem，以及转子回路的铜损pcu2、机械损耗pmec+pad和输出机械功率P2之间的关系，一目了然，非常直观、形象。同时，由表达式（4）还可以看出，转子铜损耗pcu2与电磁功率Pem、输出总的机械功率PmecΣ与电磁功率Pem存在如下关系

（五）转矩平衡关系的数学描述

根据电路理论可知，只有电流的有功分量才能做功，由动力学的知识得

电动机的轴头输出转矩为

说明：充分利用图示分析方法帮助我们理解和记忆大量繁复公式。

结论：三相感应电动机的电磁转矩Tem与气隙磁通Фm和转子电流I2′的有功分量成正比，或者说，三相感应电动机的电磁转矩Tem与气隙磁通Фm和转子电流有功分量I2′cosФ2的乘积成正比。

通过完成小组讨论题目，完成中级知识迁移，通过团队合作训练，培养同学们的职业素养。

课堂讨论5：你认为本节课得到的三相感应电动机转矩表达式有何实际意义？（中级）

通过完成小组讨论题目，完成高级知识迁移，通过团队合作训练，培养同学们的职业素养。

（六）分享我们身边的科学家小故事

曹凤山教授（1901—1991），江苏扬州人，二级教授。中国电机工程学元老，专长计算尺设计。毕业于交通大学，曾获美国麻省理工学院和哈佛大学硕士学位。曾任浙江大学电机系主任，暨南大学教授。建国后历任上海交通大学教授，中国纺织大学电机教授、数理系主任。

通过分享科学家故事，学习他们无私奉献、忠心爱国、精益求精和严谨务实的科学家精神，对学生形成潜移默化的影响。

课后作业（高级）。

小组讨论1：本节课推导出来的三相感应电动机转矩表达式对于分析三相感应电动机机械特性有帮助吗？为什么？

小组讨论2：搜集三相感应电动机在现实生活中的实际应用场景，下节课课上分享。

四、总结反思

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应。怎样做好立德树人，在专业课的授课过程中，怎样把思政元素融入课堂，是我们每一个教师应该思考的事情。电机与拖动课程作为自动化专业核心必修课，理论性强，“形”“象”脱节，如果可以恰当地引入思政元素，既能够活跃课堂气氛，增强教学趣味性，又可以达到育人的目的，解决“形”“象”脱节等教学问题，实现实践育人。