基于《自動控制原理》的課程思政教學設計探討

張亮霞 李永寧 王彥力 楊麗梅

摘 要：自動控制原理作為機械類專業(yè)學生的專業(yè)核心課，課程中數(shù)學理論知識點多，學習枯燥，學生興趣點低，課程思政是依托專業(yè)課而進行的思想政治教育實踐活動，它將思想政治教育融于專業(yè)課程，實現(xiàn)課堂思想政治與專業(yè)知識的融合。通過探討該課程與思政教育的必要性，以二階系統(tǒng)的時間響應分析一節(jié)的課程思政為例，給出課程思政的做法，分析了這種做法對于提高課堂教學質(zhì)量的有力推動原因與實現(xiàn)教育學生改良作風與學風的效果。

關鍵詞：自動控制;課程思政;教學設計

2020年5月教育部印發(fā)《高等學校課程思政建設指導綱要》，全面推進高校課程思政建設。《綱要》指出，全面推進高校課程思政建設是深入貫徹習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會精神、落實立德樹人根本任務的戰(zhàn)略舉措，高校要深化教育教學改革，充分挖掘各類課程思想政治資源，發(fā)揮好每門課程的育人作用，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。

課程思政是依托或借助于專業(yè)課、通識課而進行的思想政治教育實踐活動，它將思想政治教育融于專業(yè)課程，具體操作時以課堂教學為切入點，以教師作為重要因素，在優(yōu)化課程設置，專業(yè)教材修訂，教學設計完善過程中，把思想政治工作貫穿于教學。課程思政成為落實立德樹人根本任務的重要舉措，是構建德、智、體﹑美、勞全面培養(yǎng)的教育體系和高水平人才培養(yǎng)體系的有效切入，成了完善全員、全程、全方位“三全育人”的重要抓手。

專業(yè)課程蘊含著豐富的思政元素。首先，專業(yè)知識本身具有明顯的價值傾向、家國情懷等;其次，教師可以通過深度挖掘，在已有思政元素的基礎上實現(xiàn)進一步拓展和開發(fā)。“自動控制原理”課程是機械專業(yè)的核心專業(yè)課程，在課程體系中處于重要位置，上承經(jīng)典控制理論，下啟智能控制，是學生認識世界、改造世界的有力工具?！白詣涌刂圃?培養(yǎng)目標具有以下幾個方面：培養(yǎng)學生運用自動控制原理的基本概念原理、建模方法表達控制工程問題;建立控制系統(tǒng)的數(shù)學模型并求解，進而完成分析、解決自動化領域復雜工程問題;能夠針對復雜控制工程的要求和特性，綜合運用數(shù)學、物理、現(xiàn)代控制理論的知識，確定控制系統(tǒng)的控制方案，進行系統(tǒng)設計。將思政元素融入“自動控制原理”課程，不是簡單的“課程”加“思政”，不是在專業(yè)授課中單獨拿出幾節(jié)課講授思政內(nèi)容，而是將二者有機融合、協(xié)調(diào)發(fā)展，通過由表及里、引人入勝的方式引導學生理解社會制度的歷史性變革和國家取得的歷史性成就，把家國情懷自然滲入課程之中，實現(xiàn)潤物無聲的效果。

通過對“自動控制原理”課程教學內(nèi)容的梳理，深入發(fā)掘課程中的哲學思想、價值觀等育人元素，從自動控制原理的發(fā)展﹑模型建立性能分析等多方面開展實踐，探索如何做好專業(yè)課的思想政治教育，明確落實教學目的、精準把握好教學內(nèi)容、創(chuàng)新實踐教學方法，在傳授知識的過程中對學生的價值觀進行引導，達到自然滲透、有效遷移的目的，設計入心入情的課程思政內(nèi)容，對激發(fā)學生追求科學真理，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，增強學生家國意識，都具有重要的意義。

“自動控制原理”課程是一門卓越的自然辯證法，課程內(nèi)容深刻地體現(xiàn)了系統(tǒng)、運動、內(nèi)因外因、相互作用、相互聯(lián)系的哲學思想。在我國古代，從“指南車”到“木牛流馬”，處處體現(xiàn)了“自動控制””反饋”的思想，而隨著控制理論的發(fā)展，尤其是在具有更廣泛應用價值、以研究多變量控制系統(tǒng)的現(xiàn)代控制理論誕生后，其迅速成為一門重要的應用理論科學。與此同時，我國科學家更是在現(xiàn)代控制理論的發(fā)展中做出了卓越的貢獻，如錢學森?！白詣涌刂圃怼闭n程內(nèi)容理論性強，數(shù)學推導證明較多，如何在有限的授課時間內(nèi)，將思政內(nèi)容有機地融合進課程并走進學生心中，成為上好“自動控制原理”課程思政的關鍵，因此，在設計“自動控制原理”課程思政內(nèi)容時，課程組以教學目標的達成為出發(fā)點，以立德樹人為根本任務，結(jié)合教學大綱和教學方案，對課程內(nèi)容深耕細作，從知識點到章節(jié)內(nèi)容的各個環(huán)節(jié)設計思政要點。

1 “自動控制原理”課程思政的融合方法：

1.1 理論知識講解內(nèi)容

在時間響應章節(jié)中分析二階系統(tǒng)的時間響應是一節(jié)重要的內(nèi)容，二階系統(tǒng)主要探討了單位階躍響應，其中ζ、ω常數(shù)是二階系統(tǒng)響應的重要參數(shù)。

二階系統(tǒng)的傳遞函數(shù)可表示為：

二階系統(tǒng)的單位階躍響應可表示為：

其時間響應的特性曲線表示為圖所示，圖中表示出了，單位階躍的時間響應特性。

1.2 課程思政內(nèi)容融合

在二階系統(tǒng)中，重點討論ζ、ω，它們二者的取值直接決定著系統(tǒng)響應的快速性、穩(wěn)定性、準確性。ζ取太大或太小都會影響ω的合理選取，二者互相制約;只有使二者的選取都恰當，才可以使系統(tǒng)快速克服擾動、穩(wěn)定運行。在授課分析的過程中，給學生灌輸看待問題需要從系統(tǒng)、整體的角度入手的思想，考慮大局觀。大學生是國家的未來，民族的希望，更應該具有深厚的家國情懷。在“自動控制原理”課程的學習中，要讓學生明確個人價值的實現(xiàn)，是與國家和民族的強大分不開的。授課過程中，重點強調(diào)控制理論的發(fā)展過程中，始終有智慧的中國人民在貢獻自己的力量。如介紹在自動控制原理的發(fā)展過程中，結(jié)合中國古代古樸的“自動控制理論”思想，通過對 “木牛流馬”等內(nèi)容的講解介紹，讓學生體會到中華傳統(tǒng)文化源遠流長、博大精深。而在介紹系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析時，從概念上完成穩(wěn)定性的介紹后，將穩(wěn)定性延伸到一個民族、一個國家的發(fā)展層面，讓學生深刻地意識到“穩(wěn)定”不但是系統(tǒng)的重要性能指標，從更加廣泛的意義上講，穩(wěn)定更是一個國家一個民族發(fā)展的根本保障，當代大學生有責任有義務擔負起“國家"這個大系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展的重擔。

在課程設計環(huán)節(jié)，我們通過講解現(xiàn)代控制理論的發(fā)展歷程，重點介紹我國多位在控制論中做出卓越貢獻的科學家，尤其是現(xiàn)代控制理論的奠基人之—錢學森教授，介紹其在現(xiàn)代控制理論發(fā)展中做出貢獻的同時，通過線上線下多種資源和多種學習方式，展示這位偉大的人民科學家的民族大義和愛國主義情懷。通過對偉大科學家事跡的學習，引領學生深刻地認識什么是真正的民族精神和時代精神，當代青年應該以什么樣的人作為榜樣和偶像，堅定學生社會主義核心價值觀的信念，樹立正確的人生目標，不斷加強個人道德修養(yǎng)。

為了培養(yǎng)學生正確的科學觀和良好的科學素養(yǎng)，在授課過程中，我們強調(diào)思維方式的重要性，對晦澀的定理、復雜的推導采用漸進式引入，對比式講解，使學生明白追求真理的過程并不是一帆風順的，科學研究的道路是曲折的，問題從簡單到復雜，只有秉持實事求是，不斷探索鉆研的精神，才能接近真理，最終解決問題。

“自動控制原理”授課過程中，應該對課程思政內(nèi)容進行設計，全面培養(yǎng)學生的專業(yè)素養(yǎng)，提升課程內(nèi)涵，始終堅持以育人為中心，堅持弘揚中華優(yōu)秀文化，堅定社會主義核心價值觀，其最終目的是幫助學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，端正學生對科學技術態(tài)度認知，培養(yǎng)學生健全的人格和專業(yè)能力，從而做到以科學的態(tài)度看待問題和解決問題。

2 “自動控制原理”課程思政教學方法：

在明確“自動控制原理”課程思政要點的基礎上，結(jié)合課程內(nèi)容，引導學生通過線下教學、線上復習、小組討論等多種方式，落實思政教學內(nèi)容。授課過程中，使用啟發(fā)式教學、探究式教學及研討性教學等多種教學方法的組合，力求將思想政治教育自然地融入專業(yè)課學習，保證課程能夠潤物無聲地提高學生思想水平、政治覺悟、道德品質(zhì)和科學素養(yǎng)。

2.1 啟發(fā)式教學

啟發(fā)式教學以學生為主體，能夠調(diào)動學生學習的積極性和主動性。在教學過程中，強調(diào)理論聯(lián)系實際，課堂氛圍活躍，能更好地鍛煉學生的邏輯思維能力。如在介紹現(xiàn)代控制理論的發(fā)展過程時，首先通過線上布置文獻查閱任務，讓學生初步了解現(xiàn)代控制理論的發(fā)展歷程;線下教學時，針對重要時間及事件節(jié)點，教師“拋磚引玉”講解部分內(nèi)容，由學生根據(jù)課前查找的資料補充完整;最后，完成現(xiàn)代控制理論發(fā)展的思維導圖作業(yè)，檢驗學習效果及理解程度。學生可以通過思維導圖的形式，完成經(jīng)典控制理論發(fā)展過程和現(xiàn)代控制理論發(fā)展過程的對比，自然地引出現(xiàn)代控制理論的研究方法和研究目的與經(jīng)典控制理論的差異，使學生明白事物發(fā)展的演化規(guī)律，掌握科學的思維方式。

2.2 探究式教學

開展探究式教學的關鍵是激發(fā)起學生探究的欲望，使其能通過思考、討論、聽講等途徑主動探究，自行發(fā)現(xiàn)從而掌握相應的原理與結(jié)論，因此，課程中在哪里設置探究問題顯得至關重要。如講解穩(wěn)定性問題，教師根據(jù)授課內(nèi)容，設計問題，如：什么是穩(wěn)定性？為什么要研究系統(tǒng)的穩(wěn)定性？ 穩(wěn)定性受哪些因素的影響？如何判定線性系統(tǒng)的穩(wěn)定性？通過回答這些問題，學生會對“穩(wěn)定性”進行深入思考，自覺查閱文獻尋找答案。在此過程中，學生會對預備知識、相關概念、定理、公式等內(nèi)容消化理解，了解穩(wěn)定性理論的建立過程，掌握穩(wěn)定性的判別方法，再通過教師的課上講解加深印象，以積極的態(tài)度穩(wěn)定性章節(jié)內(nèi)容的學習。

2.3 研討式教學

研討式教學是以解決問題為中心的教學方式。教師設置問題情境，然后師生共同查找資料，研究、討論、實踐、探索，從而提出解決問題的方案，通過以上過程使學生掌握知識和技能。研討式教學的問題情境設置一定要貼近學生的生活、富有吸引力，同時要求教師能夠全面把握問題的方向，提出深刻的見解，幫助學生提高原有能力水平。

通過以上多種教學方法的靈活使用，全面培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，務實的治學作風，求真的鉆研精神，使學生明確學習目標，掌握良好的學習方法，能夠?qū)崿F(xiàn)從被動接受轉(zhuǎn)變到主動學習，在完成課程學習的同時，不斷提高自身的科學素養(yǎng)和專業(yè)能力。

3 課程思政效果分析：

通過課堂教學，把課程思政與課堂內(nèi)容聯(lián)系在一塊，實現(xiàn)課堂教學效果與思政教育的幾個目的。

3.1 加強班級紀律。通過以班級遵守課堂紀律的思政教育的案例引入，使學生指導教師在強化課堂記錄，潛意識中達到提高班級紀律的目標，又把課程中的知識點講解的形象化了，使學生對知識的理解更加透徹，也更容易記憶，更容易與機械系統(tǒng)結(jié)合。

3.2 敦促學生自我管理意識。上課玩手機、注意力不集中，主要是由于智能手機的興起引發(fā)的。有的學生沉溺之中，不能自拔，導致學習成績上不去，而在課堂教學中有意識融入思政教育，不直接說教，但從反面中給出敦促學生需要提高自我克制與管理的意識，實現(xiàn)真正的育人目的。

3.3 使學生對積極人生觀和消極人生觀的認識有了數(shù)學基礎的支撐。時間響應特性的分析從微分方程中分析得到響應特性，用復變函數(shù)簡化表達，把人生觀的這個積極與消極一面通過思政教育聯(lián)系在一起，實現(xiàn)了人生觀認識的數(shù)學基礎表達，使學生對教育合理性認識更加容易接受，實現(xiàn)了思政教育的數(shù)學理論基礎支撐。

3.4 實現(xiàn)教學的質(zhì)量提升與思想作風教育的雙重效果。通過引入思政內(nèi)容把教育的內(nèi)容更加形象化，使得教學質(zhì)量得到提升，同時也起到了教育學生的目的，在理論的講解中對學生的思想作風實現(xiàn)更好的教育。

結(jié)語：

通過對“自動控制原理”課程思政的設計及教學方法的實踐，全面落實全員、全方位、全過程的“三全育人”要求。在深入挖掘?qū)I(yè)課程思政要素的基礎上，充分發(fā)揮專業(yè)課程、科學研究、教學改革等工作的育人功能，完善育人機制，不斷豐富課程內(nèi)涵，調(diào)動教師的積極性與創(chuàng)造性，推動專業(yè)課程思政的改革創(chuàng)新，使專業(yè)課的思政內(nèi)容更加具有親和力和針對性，讓思政發(fā)揮作用，達到提高培養(yǎng)人才質(zhì)量的目的。通過課程的學習，幫助學生樹立正確的人生觀、世界觀、價值觀，不斷加強個人道德修養(yǎng)的培養(yǎng)，擔負起民族復興的使命。

基金項目：本文系寧夏高等學?？茖W技術研究項目：植入器械牙齒種植體個性化基臺疲勞壽命的研究和優(yōu)化。

（寧夏理工學院，寧夏 石嘴山753000）