思政視域下自動控制原理課程教學改革研究

張冬妍　鄭綱　王金聰　朱良寬　胡峻峰

摘? 要：課程思政是高校落實立德樹人的必行舉措，是深化教育教學改革的法寶，自動控制原理是自動化及相關專業的核心必修課程，這二者的有機融合使課程教學內容、實施方法、考核評價的多維度改革研究與實踐有更具體深入的落腳點。從設定OBE理念下的課程目標入手，將思政元素微觀植入，從宏觀、細觀、微觀多尺度融合進行課程實施，使課程的價值塑造、知識傳授、能力培養三位一體目標更全面落實，從而最大程度實現全方位育人。

關鍵詞：課程思政；自動控制原理；課程教學改革；多尺度；OBE理念

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2023）17-0026-04

Abstract： Ideological and political curriculum is a necessary measure for colleges and universities to implement morality and cultivate people， and a magic weapon for deepening education and teaching reform. Automatic Control Principle is the core compulsory course of automation and related majors. The organic integration of the two makes the research and practice of multi-dimensional reform of course teaching content， implementation method and assessment and evaluation have a more concrete and in-depth foothold. Starting from setting the curriculum objectives under the OBE concept， the ideological and political elements are implanted microscopically， and the curriculum is implemented from the macro， meso and micro multi-scale， which makes the value building， knowledge imparting and ability training of the curriculum be carried out more comprehensively， so as to maximize the realization of all-round education.

Keywords： ideology and politics curriculum; Automatic Control Principle; curriculum teaching reform; multi-scale; OBE concept

大學教育的目標不僅在于傳授知識和培養能力，更重要的是幫助學生樹立正確的價值觀、人生觀。課程，尤其是專業課程，作為人才培養的核心要素，雖然面對的是教育的微觀問題，但解決的卻是教育最根本的問題[1]。2016年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，“要用好課堂教學這個主渠道，思想政治理論課要堅持在改進中加強，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應。[2]”2018年，習近平總書記在全國教育大會上指出，“要把立德樹人融入思想道德教育、文化知識教育、社會實踐教育各環節，貫穿基礎教育、職業教育、高等教育各領域”[3]。2019年，習近平總書記在學校思想政治理論課教師座談會上指出，“要堅持顯性教育和隱性教育相統一，挖掘其他課程和教學方式中蘊含的思想政治教育資源，實現全員全程全方位育人。[4]”由此，在當前的世界復雜大背景下，對大學生理想信念的培養、價值的引領，亟需融合、發揮各專業學科的優勢，提升專業課程內涵和質量，給知識和能力賦予正確的價值觀取向，從而實現高質量的人才培養。

一 思政視域下自動控制原理課程改革的必要性和目標

隨著科技的發展，自動控制系統在國防、航空、航天、工業和通信等各個方面都已成為不可或缺的重要組成部分，極大地提高了社會勞動生產率，改善了人們的生活水平[5]?？刂评碚摰暮诵难芯繉ο缶褪亲詣涌刂葡到y。自動控制原理是自動化及其相關專業的核心必修課，在專業學習中占據舉足輕重的重要位置，起到承上啟下的重要作用。通過本課程的學習，可奠定學生在控制理論與應用方面的扎實基礎，為學習后繼的專業課程、進行科研及工作等做必要的理論鋪墊。但本課程體系龐大，邏輯性強，對數學、物理等知識基礎要求高，內容抽象，難于理解。因課程具有內容縱深面大，與實際聯系密切，源于實際、高于實際又要回歸實際的特點，使本課程的教學能有效引領學生掌握多種方法手段，并靈活運用于實際控制問題的解決成為教學關鍵點和難點。為此，課程組依據專業發展定位和畢業要求，基于成果為導向（OBE）的理念，融合思政元素，提出了價值塑造、知識傳授、能力培養三位一體的課程目標。

（一）? 知識目標

1）掌握運用數學、自然科學知識和控制理論基礎知識建立控制系統的數學模型并能正確求解的方法。

2）理解自動控制系統的基本概念及原理，從數學、自然科學和控制理論的認知角度對控制工程問題的解決方案進行分析。

3）掌握控制系統的分析思路和方法，對控制工程領域涉及的控制系統的特征和工作狀態進行正確的描述和表達。

（二）? 能力目標

1）能夠運用控制理論的分析方法，對控制工程問題進行性能評價，并給出有效結論。

2）能夠針對復雜控制工程的要求和特性，基于控制系統數學模型進行系統參數計算，確定系統控制方案并進行工程意識下的相應設計。

3）能夠基于控制基本原理，對自動控制系統等復雜工程問題進行實驗驗證和實驗設計。

4）能夠基于控制系統研究的基本方法，對控制系統的相關實驗結果進行分析，并獲取有效結論。

5）能夠應用專業軟件，以工程問題的認知角度，進行復雜控制工程問題的建模與仿真，并理解其局限性。

（三）? 素質目標

通過對控制理論基本知識的理解和運用，在解決控制工程問題的過程中培養學生的家國情懷、嚴謹求實的科學精神和職業責任感。

二? 融合思政元素的教學內容的改革

對于理論性、邏輯性都很強的自動控制原理課程而言，思路的引領、脈絡的捋順，對于學生的知識掌握顯得尤為重要。為此，結合課程知識點，采取“兩個中心、三個學習空間”的教學模式，即“教師”和“學生”為中心，開發“自主學習空間”“有意義接受學習空間”“翻轉學習空間”，將教師主導和學生認知主體充分結合，同時融合實驗、設計等環節，構筑課程的有機共同體，有效達到課程目標。

（一）? 課程理論知識內容的優化

控制理論知識是以系統的理念為引領，以模型為基礎，展開系統穩準快的分析，從而實現工程實際問題中的系統設計的解決。為此，教學中，突出自動控制原理中的數學抽象（數學建模）、性能分析（包括穩態分析和動態分析）、綜合校正（性能不滿足要求時）三個主線要點的課堂講授內容的實踐，將思政意識融入主體內容適合環節中，以核心價值觀和工程倫理的認識講授工程內容的實現原則和方法。即在課程理論內容改革實踐的過程中，注重主線引領和副線案例的貫穿，比如，學習之初，從人能完成的各項動作行為功能的例子開始，讓學生從很具體的感性化認知逐步接受控制思想，從而引申工程實例分析，給出諸如木材干燥過程如何控制，宏觀上如何設計這樣一個控制系統；同理，苗圃大棚的溫度控制如何實現，如何反饋，使學生對無生命的空洞理論逐步消除陌生感，逐步激發學習興趣，從能聽得懂、能理解得到的知識傳授開始，逐步熟悉反饋控制理論的術語和基本概念，對后續學習產生好奇心，努力想知道后續到底還能學到什么知識，怎么解決的這些問題，在什么情況下采取什么方法。將基于系統模型的系統穩準快分析貫穿始終，對于一個給定輸入究竟如何得到期望的輸出的問題逐步展開深入研究。如此，既強化重難點知識的理解，又強化方法的實用性，即使學生逐步掌握不同方法手段的靈活運用以有效解決問題，在整個學習過程中始終明確研究思路和要點，從而具備對知識的拓展和延伸能力。

自動控制原理課程在實施過程中注重挖掘內容關聯度大的思政元素。自動控制原理課程思政元素見表1。

在控制理論發展史的授課中，引出“中國自動化控制之父”“兩彈一星”“中國航天之父”的錢學森事跡，講述他的五年歸國路、十年造兩彈的經歷，讓學生們感受他的“國為重、家為輕，科學最重、名利最輕”，共情于他的報效祖國的愛國情懷、攻堅克難和創新精神；同時，由當前的神舟十三號載人飛船成功返航、神舟十四號的成功升空，讓學生們從祖國科技高速發展的榮譽感中培養家國情懷。從航天員為了祖國航天事業的發展，為了空間站工作的高效開展，十幾年如一日地堅持刻苦學習、適應訓練，引導學生培養刻苦勤奮的精神、為理想堅持奮斗的精神。從而激勵學生自覺融入到實現中華民族偉大復興的中國夢的奮斗征程中，實現自己的人生價值，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

比如，控制系統數學模型的建立，充分理解其定義是對自動控制系統的本質特征的描述，是系統輸入輸出關系的數學表達，由此引導學生明確兩個認識：其一，系統模型是對其本質特征的抽象，那就要求其數學模型要具有科學性，能真實地反映實際系統；其二，模型的建立是為了輔助對系統的分析或設計，要面向實際研究和搭建系統的需求，所以要考慮其合理性，即能否在實際中找到與其相匹配的實際器件。然而，還要看到，這兩點往往是存在矛盾關系的，為了更準確地表達系統特性，建立的模型可能更復雜，這就影響了實際的應用；如果為了更有效地實際應用，建立的模型往往要考慮的是如何在一定的約束條件下進行簡化。綜合以上認識，引導學生要以辯證唯物主義的思想看待問題，在矛盾中找平衡，使其綜合層面上符合對系統的研究需求。同時，為了培養學生充分地掌握不同系統研究方法的應用，會介紹多種面向不同分析法的數學模型形式，當多個模型面向同一個對象的描述時，讓學生理解這些模型一致性的前提下，不同的模型形式之間是可以互相轉換的，那么從中引導學生對于自由平等法制的理解，同一問題可以有多種不同的解決方法，但約束是前提。

（二）? 課程實驗內容的改革

課程組研發了利用自主開發的基于實驗板、仿真軟件的虛實結合式自動控制原理綜合實驗平臺，從知識理解、仿真工具使用、動手實踐，多角度強化教學內容的學生內化水平。實驗內容設計了包括典型環節的特性研究、二階系統的穩定性和時域響應分析、系統的頻率特性及系統校正四個虛實結合方式的綜合實驗，將原理性的驗證、面包板形式的實際插線接電路、仿真軟件的輔助分析測試三方面實施環節相結合。由學生小組自行根據原理圖設計電路，并實際插線、查找故障，通過面包板與仿真軟件的連接，采集仿真結果和實際結果數據。此過程既能鍛煉學生實際設計實驗和操作實驗能力，又能在搭建電路、驗證結果的過程中培養其嚴謹的科學精神和嚴肅的工程責任意識。同時，實驗中的基于MATLAB軟件的系統仿真研究，使學生結合自己設計的實際實驗系統，直觀認識、熟練仿真工具的使用，并在實踐的過程中體會理論、仿真、實際之間的關聯關系和辯證性，理解仿真工具分析問題的優勢和局限性，培養嚴謹的科學精神和辯證的責任意識。

三? 教學實施方法的改革

結合前述的教育背景和課程目標，以及由此而帶來的教學難點，課程執行過程中進行了多尺度的課程實施（圖1），從宏觀、細觀、微觀角度融合開展課程教學與改革實踐。

根據課程在專業體系中所處的位置可知，前期課程學習的效果對本課程的學習有直接的影響，尤其是學生大一大二的學習狀態，將在本課程的學習中有一定的影響。為此，課程宏觀實施時，先了解學生的學情并做分析，由此明確教學內容的詳略設計、教學方法的制定，尤其是開學第一課給學生傳遞的主導和認識。課程結束后進行達成評價、分析總結，從而形成閉環優化；細觀上的課程內容具體實施采取多閉環的優化方式進行；微觀上，注重思想和意識的引領，將思政元素有機融入，使貼近實際的課程內容成為學生解決實際問題的高層護甲，有效促進知識的理解和使用。

課程教學中，以課堂講授為主，結合實驗、網上自學及章節測驗、翻轉課堂和設計報告等共同實施。實現了課堂授課為主體，翻轉教學為助力，在線平臺的自學測驗為輔助的多元融合的線上線下混合式教學。

利用在線平臺逐步開展線上線下結合方式下的課程教學，不斷豐富課程教學資源（包括碎片化知識點的講解視頻、多媒體課件、主題討論、試題庫和課程的拓展數字資源），尤其是新型冠狀病毒感染（以下簡稱新冠感染）疫情網課期間，充分發揮網上學習、PPT結合手寫板書的網絡直播教學、網上翻轉課堂、學習通隨堂練習、課程QQ學習群和QQ私聊答疑等多種方式方法，克服了學生由集中網課到分散聽課、由老師直面網絡關注到隔空的聲見人不見的教學改變而帶來的教學和學習的困難，確保了教學的正常實施，達到了課前網上視頻預習、課中精講、課后復習測驗鞏固三者有效結合。

翻轉環節中，充分發揮學生的學習主動性，自行組組，準備翻轉內容講解。新冠感染疫情期間的封閉學習并沒有削減學生的翻轉熱情，絕大多數的翻轉小組網絡直播的講解環節呈現了意想不到的驚喜效果，從不同角度呈遞知識關鍵點，與教師的授課實現了有機互補。

四? 融合思政的課程考核與評價改革

（一）? 融合思政的課程考核改革

本課程考核已逐步改革為多種考核環節相結合的多元化方式，將學習期間的平時成績、實驗成績、階段性考試和期末考試相結合，平時成績和實驗成績各占20%，兩次階段性考試分值比例各占15%，期末考試分值比例占30%。其中，平時成績包括網上自學測驗、翻轉課堂的考核；階段性考試以設計報告形式完成，由課程組進行基于仿真軟件的自動控制系統輔助分析與設計，給學生提供目標性設計要求。

平時成績著重考核學生自動控制基礎理論知識的掌握情況，通過兩個環節達成：一個是在線平臺課程中的視頻學習、章節測驗、參與思政相關主題的問題討論，占總考核比例的10%；另一個是分組翻轉課堂環節，由教師布置任務點，小組自選，借助網絡資源分工合作，通過課堂講解或者是網絡直播講解完成，此環節的分數由教師、各小組打分、組內成員貢獻分三部分組成，占總考核比例的10%。另外，網上學習部分，實施過程中會通過批閱章節測驗，給學生反饋問題，打回重做再重新提交的方式糾正認識偏差，以實現實施過程中的優化促進。

實驗成績著重考查學生利用所學的基礎理論知識進行實驗設計、電路搭建、仿真分析和數據處理等能力，所以在該考核過程中，不僅要對實驗報告進行評價，也要對實驗操作進行打分，實操考核會涉及學生安全責任意識和團隊協作，使學生提高綜合實踐能力的同時，培養嚴謹的科學態度和工程意識。

階段成績，這里既包括試卷考核，也包括培養學生學以致用的綜合設計能力的考核，設計報告環節給學生下達任務，通過小組成員分工協作，查閱文獻提出科學的研究問題、確定控制方案、數學建模、參數計算與選擇、綜合校正，仿真分析與設計，并撰寫設計報告，綜合考察學生設計過程中的技術與非技術能力。設計報告的成績評價中會設置10%成績比例考核工程意識和職業責任認識。

期末成績，是對全部課程內容進行的考核，既有基礎知識的考查，也有方法靈活運用、綜合運用的考察。從控制系統問題的正確表達、數學建模、系統分析和系統設計等幾大方面進行，對方法的使用不給具體的限定，結果形式不單一，學生可以依據自己的認識和掌握程度選擇合理有效的實現方式，考核學生對基礎知識的延展能力，及自行、靈活解決問題的能力。

（二）? 課程多維度評價

課程的形成性評價主要由三個部分構成：課程達成度報告、課程組發布的學生調查問卷和學校發布的學生調查問卷。通過這三部分的數據對課程目標達成情況及授課學生反饋情況進行全面了解。其中，課程組發布的學生調查問卷主要針對課程培養目標及授課各環節滿意度調查；學校發布的調查問卷包括課程教學內容、教學模式、教學方法、課程考核、課程資源及教師授課滿意度等全方位的信息。

本課程自2020年進行學時的大幅度調整之后，連續兩年持續進行了OBE理念下、融合課程思政的課程建設體系改革探索，從同一專業三輪授課的課程考核成績中（圖2）可以看出，優良率和平均值呈穩中有增的趨勢，后兩個學年度教學改革的實踐明顯優于2019年未進行全面改革完善的效果。另外，從調查問卷的結果統計，改革后學生對課程的滿意度連續兩個學年度都高達95%以上。

五? 結束語

融合思政的專業課程建設改革已成為培養高質量人才的重要支撐，顯性的課程教育和隱性的思想政治教育的有機結合，既為課程組的課程教學改革實踐起到了推波助瀾的作用，也為學生后續控制類專業課程學習的有效銜接和就業后實際控制相關工作的高質量開展提供了良好的專業素養和思想站位助力劑。

參考文獻：

[1] 委華，張俊宗.新時代高等教育課程思政的理論基礎[J].中國高等教育，2022（9）：19-21.

[2] 習近平：把思想政治工作貫穿教育教學全過程[EB/OL].http：//www.xinhuanet.com/politics/2016-12/08/c_1120082577.htm？f_ww=1.

[3] 習近平出席全國教育大會并發表重要講話[EB/OL].http：//www.gov.cn/xinwen/2018-09/10/content_5320835.htm.

[4] 習近平主持召開學校思想政治理論課教師座談會[EB/OL].http：//www.gov.cn/xinwen/2019-03/18/content_5374831.htm.

[5] 張冬妍，周修理.自動控制原理[M].北京：機械工業出版社，2017：1-3.