基于雙閉環(huán)教學(xué)模式的“自動控制原理”教學(xué)改革研究*

張星紅 ， 鄭秀麗 ， 陳慧波 ， 常文平

（河南工學(xué)院電氣工程與自動化學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003）

0 引言

“自動控制原理”是研究自動控制技術(shù)的理論課程，也是自動化、電氣信息、機械工程等工科專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。其主要從數(shù)學(xué)模型出發(fā)，講述自動控制的基本原理和控制系統(tǒng)分析與設(shè)計的基本方法，內(nèi)容較抽象、較復(fù)雜，理論性強、綜合性強，學(xué)生學(xué)習(xí)起來較枯燥，理解起來也有一定的難度。在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，教師只注重理論知識的傳授，忽略了對學(xué)生的思想政治教育，這樣不能完全達(dá)到立德樹人的教學(xué)效果。如何利用課堂教學(xué)主戰(zhàn)場，將思政元素與專業(yè)理論知識相結(jié)合，實現(xiàn)全過程育人，顯得尤為重要[1-3]。

“課程思政”的核心要義是專業(yè)課程通過深入挖掘?qū)W科中蘊含的思想政治教育元素，充分發(fā)揮每一門課程的育人功能和每一位教師的育人職責(zé)，推動專業(yè)課和思政課同向同行，協(xié)同育人[4-5]。針對理論性強的“自動控制原理”，如何充分挖掘自動控制理論中蘊含的哲學(xué)思想、習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想等有效德育元素？如何將思想政治教育滲透、貫穿于教育教學(xué)的全過程，對學(xué)生進(jìn)行潛移默化的“隱性教育”，能夠更好落實立德樹人的根本任務(wù)？這是很多學(xué)者越來越關(guān)注的問題[6-8]。目前，將思政融入“自動控制原理”的相關(guān)教學(xué)工作已經(jīng)取得成效。姜冠杰等將思政教育與“自動控制原理”課程內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)以及學(xué)風(fēng)和理想信念進(jìn)行有機融合[9]；王立紅結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，深入挖掘思政元素，設(shè)計典型教學(xué)案例，實現(xiàn)潤物細(xì)無聲的教育[10]。但大量文獻(xiàn)所討論的思政內(nèi)容未形成良好的教學(xué)模式，若自然科學(xué)的課程思政方法不能與專業(yè)課相輔相成、相互滲透，很難達(dá)到潤物細(xì)無聲的專業(yè)-思政育人的目的。

本文基于理論知識和思政教育的雙閉環(huán)教學(xué)模式進(jìn)行研究：1）針對理論性較強的“自動控制原理”，采取理論知識-思政教育雙閉環(huán)模式進(jìn)行教學(xué)，思政知識反饋作為內(nèi)閉環(huán)，借助思政知識反饋閉環(huán)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)理論的積極性，專業(yè)知識作為外閉環(huán)更好地調(diào)節(jié)學(xué)生專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，利用專業(yè)知識和思政教育“雙管齊下”的策略，更好地落實立德樹人根本任務(wù)；2）針對“自動控制原理”具體理論知識，找到與思想政治教育的契合點，引入人生哲理、為人處世道理等，思政內(nèi)容涵蓋馬克思主義哲學(xué)、習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想、中國共產(chǎn)黨的性質(zhì)等多個方面，讓學(xué)生有情感共鳴和價值認(rèn)同，從內(nèi)心深處鑄牢中華民族共同體意識。

1 基于專業(yè)知識的單閉環(huán)傳統(tǒng)教學(xué)模式

傳統(tǒng)的“自動控制原理”教學(xué)模式多采用教師講授為主、課后作業(yè)為輔的模式，課堂上教師采用“填鴨式”滿堂灌教學(xué)，課后作業(yè)學(xué)生也基本“照貓畫虎”。這樣，學(xué)生學(xué)習(xí)過程中缺乏主動思考的靈魂，學(xué)生對知識的掌握就不夠靈活和深入。傳統(tǒng)教學(xué)模式可以用一個單閉環(huán)系統(tǒng)表示，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)教學(xué)模式單閉環(huán)系統(tǒng)

老師傳授的知識視為給定輸入，學(xué)生掌握的知識視為輸出，手機等視為干擾輸入，作業(yè)情況和上課回答問題視為檢測裝置等，形成一個單閉環(huán)的教學(xué)系統(tǒng)。在傳統(tǒng)教學(xué)的單閉環(huán)模式下，取得了一定的成效，但在新時代背景下人才培養(yǎng)略顯不足。一方面，隨著專業(yè)內(nèi)涵不斷提升，大量信息相關(guān)知識涌入，“自動控制原理”內(nèi)涵也在不斷提升，傳統(tǒng)授課方式下對理論知識點的理解難度增大；另一方面，伴隨互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，面對西方文化思想，在校學(xué)生有必要樹立正確的理想信念。傳統(tǒng)模式下基本不涉及人文知識點，重視知識傳導(dǎo)的“顯性教育”，而忽略了課程思政的“隱性教育”。為了更好地實現(xiàn)“立德樹人”的教育，專業(yè)課程也要發(fā)揮專業(yè)基礎(chǔ)課程教育功能，挖掘其潛在的課程思政內(nèi)容。

2 融入課程思政的雙閉環(huán)教學(xué)模式

將思政教育恰當(dāng)?shù)剡\用到“自動控制原理”中，從思政角度去重新理解和運用專業(yè)課知識，同時從專業(yè)知識角度拓展和滲透思政知識，使得“專業(yè)-思政”兩者無痕跡融合為一體，相互滲透，相互促進(jìn)。思政教育不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的思想道德素質(zhì)，而且還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動性，對專業(yè)知識學(xué)習(xí)起到良好的積極推動作用，同時適當(dāng)?shù)蒯槍I(yè)知識開展思政教育，有助于學(xué)生思想道德素質(zhì)的培養(yǎng)，增強對中國特色社會主義的道路認(rèn)同、理論認(rèn)同、制度認(rèn)同、文化認(rèn)同。

借助于雙閉環(huán)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)知識，在傳授專業(yè)知識的過程中，潤物細(xì)無聲地嵌入一個思政知識反饋閉環(huán)，如圖2所示。“自動控制原理”授課對象一般是大三學(xué)生，學(xué)生已積累一定的思政知識，對思政知識理解較快，滿足雙閉環(huán)系統(tǒng)中內(nèi)環(huán)響應(yīng)之要求。

圖2 思政-專業(yè)相融合的雙閉環(huán)系統(tǒng)

“專業(yè)知識檢測裝置”與“思政知識檢測裝置”均由專業(yè)課教師完成，專業(yè)課教師檢測學(xué)生對思政知識的理解狀態(tài)，對專業(yè)課程思政內(nèi)容進(jìn)行調(diào)節(jié)，將思政知識根植于學(xué)生的核心知識領(lǐng)域，落實立德樹人的根本任務(wù)，極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并合理運用唯物主義辯證對待自然科學(xué)學(xué)科課程學(xué)習(xí)。

3 教學(xué)環(huán)節(jié)課程內(nèi)容設(shè)計

“自動控制原理”的主要內(nèi)容包含四個模塊：自動控制的一般概念、控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、線性系統(tǒng)的性能分析和線性系統(tǒng)的校正。從思政教育的角度審視四個模塊知識點，挖掘各知識點與思政教育的關(guān)系，從而在傳授專業(yè)知識的同時，無痕跡地融入思政教育。

1）針對自動控制的一般概念，融入社會前沿和熱點事件中的自動控制最新成果，在課程導(dǎo)入階段就激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和民族自豪感；在梳理自動控制理論的發(fā)展歷程中，引入科學(xué)家錢學(xué)森的故事，映射出愛國情懷，引導(dǎo)學(xué)生樹立“自強不息、為國奉獻(xiàn)”的愛國情懷，如圖3所示。

圖3 第一模塊與愛國情懷相融合的雙閉環(huán)系統(tǒng)

2）針對控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型之一——傳遞函數(shù)，利用天下大事，必作于細(xì)；天下難事，必作于易。正所謂，大道至簡。紛繁復(fù)雜的表象之后，其實蘊藏著最簡單的道理。引導(dǎo)學(xué)生向更深層次探索，善于根據(jù)表面現(xiàn)象總結(jié)事物本質(zhì)，然后引申到自我認(rèn)識上；也可利用卷積定理，來讓學(xué)生體會其與“積少成多”“百倍努力、千倍收獲”等道理的相似之處，循循善誘地實現(xiàn)思想政治教育，如圖4所示。

圖4 第二模塊與探索精神相融合的雙閉環(huán)系統(tǒng)

3）針對線性系統(tǒng)的性能分析，系統(tǒng)的基本要求是穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性。穩(wěn)定性對系統(tǒng)來說是首要的，對國家、社會也是如此，應(yīng)自覺維護國家穩(wěn)定；快速性和準(zhǔn)確性是一對矛盾的指標(biāo)，應(yīng)學(xué)會在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，優(yōu)先滿足首要指標(biāo)，抓主要矛盾；在保證穩(wěn)定的情況下兼顧動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能的要求，不可只顧一種性能要求而忽略另一種性能訴求，而要顧全大局，明白合作共贏的思想，如圖5所示。

圖5 第三模塊與顧全大局等相融合的雙閉環(huán)系統(tǒng)

4）針對線性系統(tǒng)的校正，融入中國共產(chǎn)黨的自我糾正、自我革命的思政教育。共產(chǎn)黨將人民群眾利益作為重要“指標(biāo)”，不斷自我糾正、自我改革，走向了一個又一個輝煌。同時，個人也應(yīng)該不斷地自我調(diào)整、自我糾正，在人生偏離預(yù)期時，要“三省吾身”、自我反思以及時校正行為，這樣可以避免誤入歧途，如圖6所示。

圖6 第四模塊與自我糾正相融合的雙閉環(huán)系統(tǒng)

授課過程中思政內(nèi)容不能過多，以免影響教學(xué)進(jìn)度，沖淡專業(yè)教學(xué)。思想教育要與專業(yè)課程做到有機、緊密結(jié)合，不能生搬硬套，要對學(xué)生進(jìn)行春風(fēng)化雨、潤物無聲的滲透和潛移默化的人格塑造。本文基于“自動控制原理”的四個模塊中的知識點，融入課程思政，使得課程思政與“自動控制原理”理論教學(xué)有機融合，相輔相成，相互促進(jìn)。

4 結(jié)語

本文巧妙地將思政教育納入“自動控制原理”，用“隱性教育”點化“顯性教育”，透過“內(nèi)環(huán)”和“外環(huán)”的交感互動，把專業(yè)知識與思政知識合而學(xué)之。專業(yè)知識隱含思政教育，思政知識促進(jìn)學(xué)生更好地吸收專業(yè)知識?；陔p閉環(huán)控制思想的教學(xué)模式打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生將閉環(huán)控制思想等運用到平時的學(xué)習(xí)和生活中去，達(dá)到“知行合一”。融入思政的雙閉環(huán)教學(xué)模式明顯提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，使得學(xué)生對課程內(nèi)容也有了更深刻的理解，有利于學(xué)生形成創(chuàng)新思維意識。