徐晓宁,女,讲师,博士研究生。自2014年起,承担3门本科课程和1门研究生课程的教学工作。依托本门课程,曾连续获“优秀本科毕业设计指导教师”称号,多次指导学生获国家及省部级科技竞赛奖励。本课程为校级“一流课程”培育项目。
一 课程基本情况
《现代电气控制》是电气工程相关专业的学科基础必修课,是一门注重实践的课程,教学对象为本科生(大学三年级),教学总学时为54学时,其中包括12学时的实验。本课程主要介绍常用低压电器及电气控制电路;可编程逻辑控制器的硬件组成、工作原理以及编程基础;教学过程中采用“项目式”教学方式,注重学生应用相关知识进行电气控制系统分析与设计能力的培养,旨在“项目中”提升学生的综合应用和解决复杂电气工程问题的能力。
二 课程思政”的建设理念和教学设计
建设理念和总体思路:《现代电气控制》是电气工程及其自动化专业的核心课程之一,课程服务于装备制造大类自动控制系统生产、安装、技术改造及研发等岗位,是国家科技工业进步的基础应用技术之一。让“思政”润物细无声地融合进该课程,在引导学生掌握现代电气控制技术的同时,涵育学生的精神世界,培养其成为担当民族复兴重任的排头兵和主力军,既能体现教书育人,又能实现立德树人的总目标。
总体教学设计:本课程的思政建设分别从行业需求、岗位要求、专业培养、课程项目、任务节点六个层次思考和融入思政元素,并将设计体现在教案、PPT、教学过程等载体上,采用案例分析、小组讨论、问题导向、课堂翻转等方法来提高学生学习的主动性,增强课堂教学的互动性。
“课程思政”教学改革的创新点:
(1)通过“项目式”教学方式,使学生“由简入难,由浅入深”地逐步认识实际生产过程中的各种控制任务,掌握开发和设计装备制造类控制装置及系统的方法,在实践中传扬“工匠精神”;
(2)注重学生“创新意识”的培养,在课程项目中不断体会“自主创新、用于探索、科技强国”的精神内核。
三 课程思政”教学特色和创新
本课程思政建设的特色及创新之处在于:
(1)以“问题为导向”的教学法:以工业生产中的典型控制过程为切入点,通过“该电气控制系统的控制任务包括哪些”、“系统控制过程如何拆分”“如何实现”等角度,引入课程项目,培养学生的探究精神及工匠的责任担当。
(2)“项目讨论组”教学法:将学生分成若干项目讨论组,每组2-3人,共同完成课程项目,并通过课上10-15分钟的成果展示,分享设计过程中的经验,并对提出的问题制定解决方案,提高学生团结协作、友善互助、知行合一的精神以及不断发现问题、解决问题、自主创新的能力。
(3)过程性考核评价模块中,分小组协作完成学习任务时,让学生团队自主评价,学生可按照评价标准,互测互评,真实评价,树立学生公正公平意识和诚实守信意识,自觉践行诚信友善等社会主义核心价值观。
四 课程思政”教学实施的具体案例
本次“课程思政”教学实施案例所涉及的教学内容是“3.2电气控制常用技术”,授课中采用“案例分析+启发互动+问题引导”的教学方法引导学生熟悉复杂控制过程“分析、分解、查找问题、优化、实现”的分析方法,增强学生创新意识和工匠精神的传承。
本模块内容主要是各种电动机的起动、制动等控制线路,理论性较强,基本概念多且抽象难懂,信息量大,适合采用多媒体教学和示教板演示教学,尤其是要充分利用动画等效果帮助学生理解具体控制过程。以项目驱动法启迪学生的思维,训练思维技巧,帮助学生掌握方法,让其明白一张不论简单还是复杂的电路原理图,都是由一个一个既简单又最基本的控制线路组合而成;另一目的就是让学生学会“设计”,同时,注意深入浅出的“创新意识”的培养及“工匠精神”的体会。
教学方法具体应用举例如下:
(1)掌握电气控制过程的分析方法,学会将复杂过程分解成多个简单的控制任务,从简单到复杂,逐步深入,逐一实现。
在本节课设计框架如图2所示,将“工作台在AB两点间自动往返控制”作为目标控制线路,利用动画复现工作台自动往返的运动过程,帮助学生理解该过程,并根据特点将该过程分成两个控制任务,即:工作台从A到B的移动过程及从B返回到A的移动过程。
两个工作过程依靠电动机带动工作台移动实现,因此,引入“单台电动机的启动和停止控制线路”,让学生了解最简单最基本的电气控制线路。
问题1:该电路有什么样的特点?能够实现工作台的两个阶段的运行过程吗?不能的话如何解决?
学生讨论并分析该线路的特点,引导其发现接触器线圈不能持续通电的现象,即只能实现点动控制,并让学生找出点动控制使电动机运行不连续的原因,通过加入“自锁”,即可实现了单台电动机的连续运转,但控制线路又出现了不能停车的现象,因此必须要加入停止按钮。控制功能满足了要求。并且,通过“提问和思考”的方式,帮助学生不断发现控制过程中问题,并提出相应的解决方案,以实现学生对该知识点的熟练掌握。
问题2:该电路是否能够满足电动机回路的各种运行状态(如故障等)的要求?
从加强保护功能角度出发,引导学生利用第二章关于低压电器的知识判断控制线路中的短路保护、过载保护、欠压、失压保护是否齐全,培养其严谨治学的态度及安全责任意识,使学生具备专业交流能力及良好的职业道德。
问题3:是否能够将两套“单台电动机的长动控制线路”组合在一起实现工作台自动往返运动的两个过程?如何实现?
由学生分组讨论,找到能够实施的方案,并从经济型及节能减排等非技术因素的角度分析各方案的可行性,选择最佳方案即“利用1台电动机的正反转实现对两个不同方向的工作台的运行”作为下一控制线路的具体实现任务。
后续又通过“问题4:如何完善电动机可逆运行控制线路?”、“问题5:自动往返控制可以实现了吗?”及“问题6:“限位开关”在自动往返过程中的贡献是什么?其具体的功能如何在电气控制线路中实现?”,锻炼学生不断优化控制方案的能力,最终得到能够实现实际生产线中工作台自动往返控制的控制系统方案,以动画演示整个过程。
利用此方法还可继续开展关于“顺序控制过程”等控制线路的具体实现。
(2)“案例分析+启发互动+问题引导”的教学方法的优势:
①能够启发学生如何去开发设计的思路,不断挖掘学生的潜能,把“设计”的理念融人了平时的教学之中。
②培养学生的独立进行方案分析、发现问题、解决问题和方案设计的能力,增强学生的创新意识。
③通过教师不断提问“电路设计好了吗?”帮助学生熟悉复杂控制过程“分析、分解、查找问题、优化、实现”的分析方法,为学生解决电气工程领域复杂问题夯实基础,并且,在本教学环节中让学生充分体会创新的过程及工匠精神的含义。
五 教学效果与成果展示
学生对于专业知识的掌握是有形且可以显性评价的;但课程思政对学生的影响是隐形和长效的。经过一段时间的摸索与探究,课程思政在本门课程中的建设和实施,取得了一定的教学效果,尤其在课程设计、毕业设计以及学生科技中,学生能够很轻松地将在本课程中学到的团队精神、创新精神、工匠精神以及安全责任意识融入到各个环节中,成果明显。
(1)2020届本科毕业论文“基于半实物仿真技术的电梯群控系统设计”获“校级优秀毕业设计二等奖”。
(2)2018级电气工程专业本科生曾在“西门子杯”智能制造挑战赛(2021)中获国家级初赛一等奖和二等奖各一项。
(3)学生愿意参与课程,并且认为这样的教学形式能够从多角度让其体会到学习的乐趣,在一个个控制任务实现的过程中提升“成就感”、“幸福感”和“满足感”。
六 教师感悟
《现代电气控制》中的课程思政,以“养成学生积极的学习态度,培养学生自学、自省、自控的能力”及“养成学生坚持做好每一件事的品德”为目标,潜移默化地在每一节课堂上开展,让学生细细地品味“工匠”的优秀品质、慢慢地建立“自主创新”的意识、坚定不移地弘扬“爱国”精神。
经过两个学期的课程思政建设,初见成效,尤其是小班教学的效果更佳,学生能够将在本课程中学到的“经验”灵活应用到其它专业课的学习及实践类教学环节的完成中,能够较从容地面对电气工程领域较为复杂的工程问题,并给出合理的解决方案。
反思“课程思政”在《现代电气控制》中的建设,作为一个融入专业课程的教学环节,仍然缺少必要的“评价机制”,无法有效地对其实施效果进行综合评价。在今后的课程建设中,按照产出导向的教育理念,拟从短时间、中时间及长时间的三个尺度,将评价逐步与本课程的学习效果评价、学生毕业时所具有的专业能力以及毕业生的职业能力、事业发展和对社会的贡献相结合,切实打通“育人最后一公里”育人新范式。