基于《電機史話》的電機學課程思政元素梳理

張 僑，胡 勝，許湘蓮

（武漢理工大學，湖北 武漢 430070）

0 引言

大學教育緊緊圍繞“培養什么人、怎么培養人、為誰培養人”這個根本問題，牢牢把握立德樹人這一根本任務，充分發揮本科課堂教學主渠道作用，與思想政治理論課同向同行[1]。

“電機學”課程作為電氣工程及其自動化專業的一門重要技術基礎課，是基礎課和專業課之間的橋梁和紐帶，其知識、技能、素養和價值方面的培養都會直接影響到后面專業課的學習[2]。本課程旨在教學中須將理論聯系實際、辯證唯物主義等觀點方法與電機學科知識有機融合，注重培養自動化類學生正確認識問題、分析問題和解決問題的方法和能力，強化學生精益求精、腳踏實地的大國工匠精神，同時通過實例激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

1 “電機學”課程思政元素的挖掘與梳理

精神塑造是課程思政的主要教學目標。精神塑造主要包括思想認識與道德規范兩個方面。身為教師，立德樹人的執行者，要在教學過程與生活中傳遞正能量，傳遞正確的思想觀念，引領學生感悟科學法中過程中人類的奇思妙想，貫引領學生體會工程師的巧奪天工，幫助學生建立科學創新理念；探討電機工程科學發展史和中國電機工程發展史，感受老一輩科學家忘我探索科學技術，將個人理想與祖國發展目標結合；通過探討電機史話，引領學生牢記科技創新是生產力發展的根本，引導學生熱愛科學，為科技發展獻策獻力；強調道德規范，科技發展需要忠于國家、保護環境、遵紀守法。精神塑造融入知識傳授與能力培養中，是課程思政教學設計的出發點，在知識傳授與能力培養中潤物細無聲地進行精神塑造，將精神塑造不留痕跡地貫穿教學各個環節。

2 閱讀電機史話，結合《電機學》課程教學內容，可以從以下幾個思政教學目標融入思政內容

（1）激發學生的愛國情懷，堅定理想信念，培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人。引入我國電機技術發展史、闡述電機技術現狀以及對未來技術發展的思考，使學生認識到盡管我國電機技術起步晚于發達國家，但是在科技工作者的刻苦鉆研下，我們奮起直追，取得了不菲的成果。1925年，畢業于德國柏林工業大學的四川瀘縣人稅西恒和彭玉富設計建成四川第一座水電站——四川瀘縣濟和水電廠，它是中國人自行設計、自行建造的第一座水電站。1979年，東方電機廠為葛洲壩電站研制成功170MW、54·6r/min轉槳式機組，該機組是當時世界上單機容量最大的低水頭軸流式機組之一，也是迄今為止世界上水輪機轉輪直徑最大的水輪發電機組。新安江水電站是中國第一座自行設計、施工、自制設備和自行安裝的大型水電工程，電站安裝4臺75MW機組和5臺72.5MW機組，由哈爾濱電機廠負責設計制造。長江三峽電站是世界上最宏偉的水電工程，于1994年正式動工興建。電站發電機組包括左岸電廠14臺機組、右岸電廠12臺機組和地下電廠6臺機組組成。2003年7月10日，左岸電廠第一臺機組并網發電；2005年，左岸電廠最后一臺機組（9號機）發電；2007年6月11日，右岸電廠第一臺機組（22號機）投產發電；2008年，右岸電廠最后一臺機組（15號機）并網發電。2011年，三峽電站地下廠房頭4臺700MW機組投入運行。到2012年上半年，三峽電站全部32臺700MW水電機組投入運行,加上兩臺50MW電廠自備電源機組，三峽電站總裝機容量達到22500MW，雄踞世界首位。由東方電機廠制造的葛洲壩電站170MW 機組是目前世界上轉輪直徑最大的軸流式機組。1985年，葛洲壩170MW水電機組榮獲國家科技進步獎特等獎。哈爾濱電機廠先后研制成功320MV·A，3200MV·A和6500MV·A沖擊發電機。特別是2003年制成的6500MV·A沖擊發電機是世界上最大容量沖擊發電機之一[3]。要求學生閱讀《電機史話》可以清楚地了解到中國雖然經歷了抗戰，解放戰爭，經濟上前期落后于發達國家，但我國偉大的科學家和企業家迎難而上探索了電機的發展并發明了一部分電機，在電機行業上取得了不菲的成績。

（2）激發學生的責任擔當，樹立正確的人生觀，明確為什么學習，為誰而學。已經應該擁有怎樣的學習態度。通過科技案例的引入分析，使學生能夠認識到科技的來原型、權屬性以及服務性是具有國界屬性的[4]。從電能、電機的發明到使用，從電磁基本定理以及力學基本定律的發現到應用，處處體現出科技的國界性。當前，我們知道，實現科技強國的基礎是掌握關鍵核心技術。科技強國，為了國家發展，為了人民幸福，需要每一位國人承擔起責任。通過《電機史話》一至三章了解電學的歷史、電機的誕生和各種電機萌芽發明、改進的歷程，通過各位科學家們對各種電機問題提出的思度與見解明確自己在《電機學》以及大學其他課程的一個自我學習態度的培養。樹立正確的學習態度以及探索態度，樹立正確的人生觀、價值觀，學習電機學科家們務真求實的科學態度。例如《電機史話》作者戴永進先生多年來致力于技術情報工作，在發電設備行業和圖書情報領域德高望重，由于知道自己想要學習什么，并且對電機方面有著強烈的求知欲望，盡管年近七旬還是從各種渠道以各種途徑，精心收集、組織、整理、提煉有關電機的史料，把分散的電機資料整理成集，細心斟酌花費心思編著《電機史話》這一著作。電學、磁學泰斗吉爾伯特一開始攻讀的是醫學和數學，只因自己興趣十分廣泛，在給英皇伊麗莎白一世做御醫的空余時間不懈地進行化學實驗和電、磁方面的實驗研究工作，他進行了多種物質的摩擦生電實驗，還應用琥珀力相互吸引的原理，制成了能測定電的性質的原始儀器。吉爾伯特是世界上第一個對電、磁進行科學實驗和研究的科學家，是建立近代電學、磁學的先行者，被譽為“磁學之父”“磁學的伽利略”“電學之父”。德國技師魯姆科爾夫他在理論上并無建樹，但他善于研究他人建議，并利用他心靈手巧的特長付諸實踐，制造了一些優良的感應線圈，他制作的線圈由于功率較大，可用作實驗，還可以用作放電治療，所以說魯姆科爾夫線圈是第一個有實用價值的線圈。

（3）培養學生辯證唯物主義世界觀。以直流電機、交流電機、變壓器三種電機為知識模塊，明確各個知識模塊之間的區別與聯系，培養辯證思維，培養發現事物變化規律的科學研究思維。通過《電機史話》可以更清楚的確認這三種電機的區別與聯系。從1821年第一臺直流電動機雛形誕生，到1831年法拉第率先提出電磁感應現象，成為變壓器的發明人。亨利實驗裝置是世界上第一個發現電磁感應的實驗裝置，是更接近于現代通用的變壓器。齊伯諾夫斯基—德里—布拉希（Z-D-B）變壓器是變壓器技術發展史上的重要里程碑，它所采用的閉路鐵心、原邊并聯等基本結構一直沿用至今。可以說，Z-D-B變壓器已使現代變壓器的結構基本定型，從此變壓器正式進入交流電流的輸電、配電領域,有力地推動了交流電流的普及應用，促進了現代交流電機的發展。19世紀80年代，直流電在美國交直流之戰中敗北，加之1895年直流發電機在尼亞加拉瀑布Adams電站5000hp水輪發電機國際競標中的失利，兩大事件重創了直流電機所向披靡的發展勢頭，結束了直流電機稱霸世界的歷史。面對人們對交流電認識的改變，面對交流電機的優點和交流電機發展咄咄逼人的勢頭，直流電機一方面收縮戰場，逐漸退出了沒有優勢的領域（例如公用發電設備領域直流汽輪發電機、直流水輪發電機等）；另一方面，攻克自身薄弱環節（例如換向問題及換向裝置），充分認識和發揮直流電機調節性能優越的優勢，不斷優化改進性能，明確優勢，找準方向，在電鍍電解設備、軋鋼設備、電動牽引和起重吊車等領域大顯身手，不但消除了20世紀初部分人士對直流電機生存發展的擔憂，而且還在與交流電機的競爭中得到了較大發展。直流電機、交流電機以及變壓器三種相互競爭，互相促進，通過三種電機的發展過程可以培養學生辯證思維能力，多方面考慮問題本身。

（4）培養學生辯證唯物主義價值觀。《電機學》課程將唯物辯證法融入“電機學”課程教學過程，可在達成課程思政教學目標的同時有效提升課程教學效果，培養學生利用辯證性思維分析和解決問題的能力。

普遍性和特殊性：利用唯物辯證法中矛盾的普遍性和特殊性關系，幫助學生分析不同電機類型的“共性”和“個性”，通過對《電機史話》不同電機發展史的講述，從而提高對《電機學》課程知識體系掌握的效率。例如在《電機史話》直流電機和交流電機發展史介紹時，兩者的基本原理都是法拉第提出電磁感應現象共性（普遍性），結合工作方式有無換向器，對比直流電機和交流電機“個性”（特殊性）區分；在由“直流電機”與“交流電機”發展史章節介紹時，可通過分析兩類電機的基本原理都是電磁感應現象共性，輔助分析交流電機啟動情況。

主要矛盾和次要矛盾：關于科學家們發現電機理論、電磁感應現象、電路原理，可引出“主要矛盾”和“次要矛盾”概念，幫助學生理解科學家們在發現不同現象之間的辯證關系。從發電機和電動機的發明可以看出，當主要矛盾為“法拉第電磁感應現象”時，發電機根據其理論進行研制；當主要矛盾為“電池、電磁鐵的發明和奧斯特電流磁效應的發現”時，電動機根據其理論誕生。

量變與質變：在講述《電機史話》直流電機、交流電機發展史時，關于直流電機、交流電機從成長到成熟的時期電機結構方面的不斷改進可引入量變與質變的辯證關系。例如，19世紀末，現代直流電機的結構形式已經初步形成，由前期五花八門的直流結構在揚棄中基本走向統一，磁極鐵芯方面早期方面選用，現在中小型機多采用實心磁軛。直流電機換向是20世紀初葉橫亙在直流電機發展中的第一大難題，也是人們對直流電機詬病較多的問題。解決直流電機換向問題成為20世紀初關乎直流電機生存、發展和安全可靠運行的重大問題。因此，自19世紀末期開始，世界上許多科學家、工程師對直流電機換向問題進行了大量的理論研究和實驗研究工作，提出了多種換向理論和許多解決換向問題的措施。經過眾多科學家的努力直流電機換向問題最終得到解決。

（5）培養學生忘我探索科學的精神。《電機學》課程是以電磁定律、電路理論與力學規律為基礎的一門課程，把電磁現象的物理本質應用到電機發明上，利用力學規律和電路理論分析電機的運行特性，整個知識體系中都蘊含著將基礎知識運用到復雜問題的分析中，蘊含著如何將復雜問題抽象出其本質，即復雜問題簡單化，看似簡單的基礎知識解決復雜問題的思想體系。《電機學》課程這五個課程思政目標，蘊含著辯證唯物主義思想，體現了社會主義核心價值觀，貫徹了創新求實的工程理念。電學、磁學泰斗吉爾伯特通過對電、磁進行科學實驗和研究，建立現代電、磁學的先行者，許多科學家沿著他開辟的道路繼續進行電、磁學的探索。富蘭克發現尖端導體放電現象、提出著名的單電流體理論、提出電負荷守恒原理。在從本質上研究電、磁現象的理論長河中，庫侖定律是從定性研究到借用力學方法進行定量研究的具有決定意義的第一步。庫侖定律為靜電學奠定了科學基礎，從此電、磁學研究插上了數學翅膀。伽伐尼是人類歷史上第一個發現并研究電流的人，他使人類對電的認識產生了一個飛躍，從靜電領域擴展到動電領域。他的實驗和發現還大大激發了人們對動電研究的熱情。伏特在人類歷史上第一次提供了一種可以控制的產生電流的電源裝置，它是電學由靜電發展到動電的轉機，為電解、電弧、電流研究等準備了條件，開創了電流的應用領域，并對現代電磁學的建立和電工技術的發展起到了重要作用。丹麥科學家奧斯特發現當電流流過時，磁針有偏轉傾向。這一發現是電流產生磁效應的第一個明確的證據，它打開了電磁學的大門，是電學史上的重大發現。法國科學家安培不僅發現了磁針轉動方向和電流轉動方向之間的關系，還提出了“同向電流相吸，反向電流相斥”的法則，也是首先區分了“靜電學”和“動電學”，提出了“電壓”“電流”的概念，將測量電荷性質的儀器用于電流測量，并將其命名為電流計的偉大科學家。安培是電力動學的創始人，他的研究對電磁理論的發展做出了巨大貢獻。德國科學家霍夫提出基爾霍夫定律為直流電機的設計提出理論分析。在直流電機理論探索階段，楞次闡明電機的可逆性原理，使發電機與電動機的研究殊途同歸。德國電學家歐姆發表論文“動電電路的數學研究”，提出由基爾霍夫定律定型的歐姆定律。麥克斯韋的電磁場理論是現代電工技術的基礎，是研究一切電磁場現象的出發點。1820年奧斯特電流磁效應的發現和1831年法拉第感應現象的發現，拉開了人類對電機理論的研究序幕，開始了人類對電機基礎理論的不斷探索和研究。法拉第電磁感應現象的發現為電能的大規模生產和應用奠定了基礎，并成為發明電動機、發電機、變壓器的理論基石，它使人類獲得了打開電能寶庫的鑰匙，跨入輝煌的電氣時代。

3 結語

將思政融入《電機與拖動基礎》課程的教學內容，踐行“以學生為中心”的教學理念，激發了學生的學習自主性，將能力提升與精神塑造融于一體，培養既具有扎實專業知識又具有責任擔當家國情懷的新時代大學生。