工程教育認證背景下自動控制原理課課程思政教學探索與實踐

摘? 要：新時代背景下，通過工程教育專業認證，能夠完善工程教育質量監控體系，提高工程教育質量，獲得國際工程教育認證。同時，目前面臨的國際國內復雜形勢，要求我們貫徹“課程思政”新理念，構建全方位教書育人體系，結合專業課程本身的知識結構和內容，融入生動活潑和個性化的思政元素，則是高校專業課教師新的教書育人理念和任務。針對高校的課程思政建設要求，以通過工程教育專業認證的自動控制原理課程為例，在工程教育認證三大核心理念指導下，考慮思政要求，將思政元素映射并融入進課程教學中，分別從教學目標設計、教學內容整合、教學形式多樣化等幾個方面，進行課程思政教學改革，從而激發學生學習該課程的積極性和主動性，培養愛國情懷，提高專業前景和學科優勢認同感，同時提升其工程素養和社會責任感。

關鍵詞：課程思政；工程教育專業認證；自動控制原理；教學改革；教學目標

中圖分類號：G641? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）14-0189-04

Abstract： Under the background of the new era， passing the professional certification of engineering education can improve the quality monitoring system of engineering education， improve the quality of engineering education and obtain the international engineering education certification. At the same time， the current complex international and domestic situation requires us to implement the new concept of "curriculum ideological and political education"， construct an all-round teaching and education system， integrate lively and personalized ideological and political elements into the knowledge structure and content of professional courses， which is the new teaching and education concept and task of professional course teachers in colleges and universities. In view of the requirements of curriculum ideological and political construction in colleges and universities， taking the automatic control principle course that has passed the professional certification of engineering education as an example， under the guidance of the three core concepts of engineering education certification， the paper considers the ideological and political requirements， mapping and integrating the ideological and political elements into the curriculum teaching， and carrying out the curriculum ideological and political teaching reform from the aspects of teaching goal design， teaching content integration， teaching form diversification and so on， so as to stimulate students' enthusiasm and initiative in learning the course， cultivate patriotism， improve professional prospects and discipline advantage identity， and improve their engineering literacy and sense of social responsibility.

Keywords： curriculum-based ideological and political education; engineering education accreditation; automatic control principle; teaching reformation; teaching objectives

培養獲得國際工程教育認證的新工科人才既是對專業素質和能力的要求，也是對中華優秀傳統文化傳承的需求，培養學生的愛國主義情懷，社會主義核心價值觀，社會主義建設的創新意識和工匠精神，堅定新時代共產主義理想信念和工程職業道德，樹立法律法規和學術道德意識，為實現我國第二個百年奮斗目標貢獻聰明才智[1]。因此，將課程思政融于工程認證的教學中，在目前我們面臨的百年未有之大變局和國際國內復雜形勢下有著特殊重要的意義。自動控制原理是工科電類的一門專業必修課，既有較強的理論性，又有較廣的工程背景，非常適合于作為課程思政的堅實陣地，在專業知識和技能的傳播中融入愛國情懷、工匠精神和工程職業道德教育[2]。在工程教育認證背景下對自動控制原理課課程思政教學進行改革，是具有時代意義的積極探索與實踐。

一? 工程教育專業認證內涵分析及其與課程思政的融合

工程教育專業認證要求完善工程教育質量監控體系，提高工程教育質量，課程思政的建設任務在于正確塑造工科人才積極向上的世界觀、人生觀和價值觀，兩者缺一不可，并且相輔相成，互為支撐。最終都會歸結為高校專業課教師新的教書育人理念和任務中去，將思政元素映射并融入進課堂教學中，同時發揮積極向上的引領作用[3]。不斷完善我國工程教育質量監控體系，并提高新工科人才的工程教育質量，是進行工程教育專業認證的目標。體現社會主義核心價值觀的課程思政則必須體現并落實在工科教與學的各個培養環節，貫穿整個教學過程，將精心設計的思政元素和情境融入教學中，完成高校專業課教師新的教書育人理念和任務[4]。

處于工程教育專業認證下的自動控制原理的課程思政教學改革，就是要以工程教育專業認證標準為指導，以學生為中心，構建課程思政教育機制和體系，設計合理的適應于專業課程的教學目標，通過充分挖掘思政元素和情境，找到與自動控制原理知識的契合點，而不能牽強附會和敷衍對付[5]。達到“潤物細無聲”的化境，使我們的教與學的實踐獲得應有的良好效果[6]。自動控制原理課程是自動化專業的專業必修課，既有較強的理論性，又有較廣闊的工程背景。其主要內容是介紹經典控制理論及其應用和基本分析方法。要求通過本課程的學習，學生能夠掌握自動控制系統的原理和分析求解方法等專業基礎知識，合理應用數學、自然科學和工程科學的基本原理描述、分析和表達自動控制系統復雜工程問題，具備初步設計自動化控制系統解決方案和解決自動控制系統復雜工程問題的能力；培養學生能夠針對自控控制系統實際問題設計實驗方案，具備構建自動控制實驗系統并安全開展實驗和運用各種現代工程工具和信息技術工具對系統進行模擬和仿真的能力。在每一個理論知識的學習和實踐應用中，都能夠按照理論方法的特點和實踐應用的要求，通過挖掘思政元素和設置情境，將思政元素映射并融入進課堂教學中，發揮課程思政的積極作用。

二? 工程教育認證機制驅動下課程教學目標能力達成情況分析

以自動化1171班的自動控制原理課程為例，通過課程達成度結果來分析課程教學目標能力達成情況。根據自動化1171班40名同學的課程目標考核成績，按照課程目標能力達成度的計算公式，計算得到班級總體的各課程目標能力達成度分別為0.73、0.69、0.76和0.69；課程目標能力達成度均在0.65以上，課程目標1和課程目標3的實際能力達成度評價值與課程目標期望值有較好的吻合度，而課程目標2和課程目標4的實際能力達成度評價值稍稍偏低，課程目標總體達成情況如圖1所示。

學生對課程目標1，即通過學習掌握自動控制系統相關概念與性質、分類與組成，系統穩定的充要條件，系統性能指標，控制系統基本控制方式和校正方式，系統型別，根軌跡的繪制法則，離線系統和非線性系統類型的目標達成度平均值為0.73，有6名學生的能力達成度低于0.65。

學生對課程目標2的能力達成度平均值為0.69，有12名同學能力達成度低于0.65。有些同學掌握較好，也有相當一部分學生對于自動控制系統相關問題的分析、計算和解決能力明顯不足，不能對系統給出有效的解決方法，呈現一定的兩極分化趨勢；部分同學數學基礎相對薄弱，對于將數學相關知識和方法用于自動控制系統相關分析和表達方面存在一定的學習困難，在今后的教學過程中仍需重視典型例題的過程推導，并采用靈活的方式讓同學們反復練習，促進同學們對于自動控制系統相關問題的分析、表達及解決能力的提高。

學生對課程目標3的能力達成度平均值為0.76，全部同學的能力達成度均高于0.65，說明同學們對于相關自動控制系統實驗方案設計并進行相關實驗波形測試與分析方面的能力達成度與目標期望值有較好的吻合度。

學生對課程目標4的能力達成度平均值為0.69，有12名同學能力達成度略低于0.65，學生個體之間的差異較大，呈現一定的兩極分化趨勢，有些同學掌握較好，也有相當一部分學生對于運用相關現代工程工具和信息技術工具對現代自動控制系統相關問題的預測與模擬的能力不強，特別是靈活運用仿真工具進行繪圖和分析方面缺乏活學活用的能力，需要加強這方面的學習和反復練習，并將其運用到自動控制系統復雜工程問題實際解決過程中，不斷提高自己運用現代工程工具和信息技術工具的能力。

綜上所述，本課程考核結果說明課程目標總體達成，但是還存在一些有待提高的地方，在以后的教學過程中進行持續改進，其中十分必要的措施就是融入課程思政元素和情境，在每一個知識模塊中，通過加入潛移默化的思想引導和思政教育，促進教師的教與學生的學，從而取得期望的教學效果。

三? 融入課程思政的教學目標設計改革

自動控制原理課程的內容既有理論知識體系，又有實踐環節相輔，教學目標則在總體上劃定了培養創新應用型工科人才的任務要求。在確保自動控制原理課程的理論教學內容完整的基礎上，適應于課程思政的需求、教學目標、教學內容和形式，還應該具備培養新一代工科人才的愛國情懷、創新意識、工匠精神和學術職業道德素養等思政元素[7]。

針對工程認證背景下的自動控制原理課程教學目標要求，進行具體設計。教學目標與課程思政要點及情境對應關系見表1。

不同的課程目標對應于不同的知識能力要求，應該融入相應的思政元素和情境達到教學目標要求。具體設計舉例如下：

通過分析、表達及解決自動控制系統相關復雜工程問題的課程目標，能夠反映出從本課程的學習和運用需要出發，需要加強學生認真學習掌握和運用鞏固相關數學知識，如高等數學課程中的微分方程求解、復變函數與積分變換課程中的拉普拉斯變換等，同時聯合電路理論、模擬電子技術、數字電子技術等課程，協同培養學生對自動化相關問題的分析、表達和解決的能力，需要舉例說明前續課程理論知識的重要性，以及對于創新意識培養的基礎作用，需要培養工匠精神和體現學術職業道德素養的實例。

通過模擬和仿真結果對自動控制系統穩定性、性能指標等進行預測，并理解其局限性的課程目標，能夠反映出應用現代工程工具和信息技術工具對自動控制系統相關問題進行預測和模擬，對于自動控制系統頻域分析、校正等復雜問題及其模擬和預測，需要有很好的理解和掌握，需聯合MATLAB及其應用實驗等課程加強學生對相關現代工具的學習和運用，提高學生利用現代工程工具和信息技術工具對自動化相關復雜工程問題進行建模、仿真分析、參數設置、性能測試等的能力，需要結合專業前沿動態引入典型工程案例進行說明。

四? 融入課程思政的教學內容改革探索

思政元素和情境主要通過其與主要教學內容的映射，自覺地融入到日常教與學的工作之中。因此需要廣開渠道，多方搜集詳實而具體的典型工程案例、專業前沿動態、工匠精神事例和體現學術職業道德素養的實例，充實課程思政教學。根據教學具體內容，可以融入相應的思政元素和情境。具體設計舉例如下：

在知識模塊中，要求掌握線性定常微分方程求解，系統結構圖的繪制和等效變換、信號流圖的繪制和計算、閉環系統傳遞函數求解；系統穩定性分析、穩態誤差計算、性能分析和表達；控制系統頻率特性、穩定判據、穩定裕度；Z變換理論，系統的穩定性與穩態誤差，離散系統的求解方法和約束條件；描述函數法，非線性自動控制系統的穩定性和周期運動的分析與表達；通過系統參數的分析和計算，培養學生精益求精的工匠精神和愛國情懷?？梢朐谧詣涌刂评碚搼妙I域做出卓越貢獻的科學家錢學森回國進行科技奉獻的事跡等事例。

在自控原理理論分析方面，如自動控制系統的組成和原理分析，控制系統框圖的繪制與化簡，系統設計不同方案的對比與分析，系統方案設計過程中需考慮的相關影響因素和制約條件等；通過系統方案的分析和設計案例分析與練習，能夠促進學生了解工業生產中自動控制相關的新技術、新方法，具備追求卓越的創新精神?？蛇m當引入控制論鼻祖即創始人數學家兼控制理論家維納的創新事例，以及我國天宮一號、天宮二號載人飛船順利發射等事例。

在實踐環節方面，控制系統典型環節模擬實驗方案設計，測試響應曲線；二階線性系統實驗方案設計，參數變化設置，測試響應波形并分析；頻率特性測試實驗方案設計，測試繪制系統Bode圖；給定系統校正參數，繪制系統特性曲線；建立信號的采樣和恢復Simulink仿真模型，編寫仿真程序，改變采樣周期，觀測不同采樣周期值時的波形；通過系統波形測試、參數設計和性能分析等，培養學生實事求是的科學精神?？蛇m當引入在自動控制理論應用領域卓有建樹的科學家、國內三大自動控制原理教材編寫者胡壽松教授的事例，以及我國天舟系列貨運飛船的先進姿態自動控制事例，我國著名天文學家南仁東的感人事跡等事例。

五? 融入課程思政的教學方式方法改革實踐

2020年初突如其來的新型冠狀病毒感染疫情的侵襲，導致線下授課受到了巨大的挑戰，以往輕松解決的教與學的各方面問題，在此時都會變得十分艱難。隨著線上授課課程的相繼開展，以及線上開課課程數量的極大增加，導致出現了新問題。比如師生不能見面，以前線下面對面教學方法已經不能完全適應新的情況，教學內容在線下課堂能夠輕松把握，但在線上課堂中卻遇到了前所未有的挑戰，因此教學方法、教學內容把控、教學考核和教學管理都亟待改進。下面僅就工程認證背景下的部分問題提出自己的看法，經過實踐證明確實能有效提升疫情防控下的線上教學效果。

教學方法的改進探討?；谡n程目標達成結果分析，以及對學生學習狀態和學習效果的跟蹤分析，注重引導學生運用相關理論知識和方法對自動控制系統相關復雜問題進行識別、分析表達和解決，改進教學過程的各環節，與支撐對應畢業要求指標點的其他課程進行協同。確立以學生能力和達成目標為主的課程教學體系，堅持目標導向，同時加大對基礎差學生的精力投入，加強課后練習和輔導，促進學生了解工業生產中自動控制相關的新技術、新方法，具備追求卓越的創新精神。

考核方式的改進措施?；谡n程目標達成結果分析，應該采取多樣化和更加靈活的考核方式，增加課堂問答、分組討論、在線答疑等方式，并在平時作業中加強對自動控制系統相關復雜問題的分析、計算、設計等方面的內容和要求，同時在試卷中適當控制題量，注意設計試題的難度，更注重解決實際復雜工程問題，提高學生掌握學習主動權的能力，培養學生實事求是、一絲不茍的科學精神。

考慮到疫情防控下的線上教學已經進入常態，應積極主動作為，充分利用教學資源，如加大超星平臺課程建設力度，引入國家級精品課程的網絡資源，培養學生線上自主學習的興趣；開展線上線下相結合的教學改革；重點關注學生分析解決問題能力的培養，有針對性地加強理論和實踐教學過程管理；改革教學手段，在線下課程教學為主的基礎上，加強線上視頻教學方法，協同培養學生精益求精的工匠精神和掌握先進的學習方式方法的能力。

六? 結束語

本著傳承中華優秀傳統文化，培養學生的愛國主義情懷，體現社會主義核心價值觀，踐行社會主義建設創新意識和工匠精神，以及樹立法律法規和學術道德意識，為實現培養國際工程教育認證的新工科人才的要求做出積極努力。針對自動控制原理課程，在工程教育認證的三大理念指導下，分別從教學目標設計、教學內容整合、教學形式多樣化等方面，通過自動控制原理課程教育認證的內涵分析和思政元素與情境的引入，予教于整個教學過程，進行課程思政教學改革的探索與實踐，以期對課程思政教學改革起到拋磚引玉的作用。

參考文獻：

[1] 吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

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[4] 韓憲洲.論課程思政建設中的幾個基本問題——課程思政是什么、為什么、怎么干、怎么看[J].北京教育（高教），2020（5）：48-50.

[5] 陳榮，趙仁德，郭靜，等.新工科背景下基于項目驅動的新能源課程群教學模式探索[J].大學教育，2020（3）：49-51.

[6] 李有桂，吳祥，朱成峰，等.“課程思政”視域下高校教師人文素養的培育[J].高教學刊，2020（31）：169-171，176.

[7] 黃玲.線上線下混合教學課程中融入思政元素的建設路徑研究與實踐[J].科技資訊，2020，18（27）：17-18，21.

基金項目：2021年教育部產學合作協同育人項目“5G與物聯網技術教學創新與實踐”（202102296008）；2021年江蘇省產學研合作項目“自動秸稈粉碎機高精度測控系統技術咨詢及服務”（BY2021419）

作者簡介：張新榮（1973-），男，漢族，陜西渭南人，博士，副教授。研究方向為自動控制、無線傳感器網絡定位與分布式計算、物聯網技術應用。