融思政建設(shè)與多元培養(yǎng)模式為任務(wù)驅(qū)動(dòng)的現(xiàn)代控制理論課程改革思考與實(shí)踐

柳琳娜，李召，方建印

（中原工學(xué)院，河南 鄭州）

現(xiàn)代控制理論是中國(guó)自動(dòng)化學(xué)科的一個(gè)國(guó)家重點(diǎn)專業(yè)課，屬于現(xiàn)代自動(dòng)控制原理的后繼學(xué)科，在現(xiàn)代自動(dòng)化學(xué)科教育中有著承前啟后的意義。該課題研究范疇廣泛，但內(nèi)容抽象，對(duì)理論性強(qiáng)、實(shí)用性要求也較高，對(duì)訓(xùn)練學(xué)生的控制思維能力、綜合分析與解決實(shí)際問題的基本能力以及建立學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際與團(tuán)體協(xié)作能力的綜合科學(xué)素養(yǎng)都有著很大的指導(dǎo)作用，我國(guó)社會(huì)對(duì)復(fù)合型高級(jí)人才的需求量也日漸增大，與此相適宜，通過進(jìn)一步建立以多元培養(yǎng)目標(biāo)作為主要任務(wù)，來(lái)驅(qū)動(dòng)整體的個(gè)性化教學(xué)模式發(fā)展，這樣能夠更好地適應(yīng)學(xué)科和社會(huì)等各個(gè)方面的需求，這也是“現(xiàn)代控制理論”課程之中亟待改善的一項(xiàng)重大問題。

一 思政建設(shè)與多元培養(yǎng)模式的意義

唯有適應(yīng)多元社會(huì)的實(shí)際，積極回應(yīng)，樹立與之相適應(yīng)的思想政治教育教學(xué)理念，并克服學(xué)校在發(fā)展過程中所出現(xiàn)的問題與障礙，才能更好地進(jìn)行教學(xué)工作，從而提高學(xué)校思想政治教育教學(xué)的適應(yīng)性和實(shí)效。“課程思政教育”建設(shè)的基礎(chǔ)在“課程”[1]。沒有好的課程建設(shè)，“課程思政”功能建設(shè)將變成無(wú)源之水、無(wú)本之木。因此，重視教材構(gòu)建規(guī)律性，認(rèn)真加強(qiáng)教材構(gòu)建管理工作是“教學(xué)思政”體系建設(shè)的根本。在這個(gè)過程中，在高校開展“教學(xué)思政”工程中承擔(dān)著關(guān)鍵性的、重要或者是推動(dòng)性的角色。教材建設(shè)工作也是中國(guó)高校教學(xué)改革工程的一個(gè)主要內(nèi)容，而學(xué)科的教育實(shí)踐也是學(xué)校課程的常規(guī)性工作。教務(wù)處不管在教學(xué)建設(shè)中還是課堂教學(xué)組織落實(shí)、教學(xué)質(zhì)量評(píng)估系統(tǒng)建設(shè)中，都應(yīng)著重有意識(shí)地把“核心價(jià)值導(dǎo)向”作用功能的提升與培養(yǎng)，成為一種主要因素；在教育工作過程管理和教學(xué)質(zhì)量評(píng)估上將“價(jià)值引領(lǐng)”視為一項(xiàng)關(guān)鍵的監(jiān)測(cè)點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)。如此方可從根源、目標(biāo)和過程上都達(dá)到強(qiáng)化每個(gè)學(xué)科都有“育德”功用的教學(xué)宗旨，并透過在各種教學(xué)構(gòu)建、操作和管理等環(huán)節(jié)中把這個(gè)理念落到學(xué)生實(shí)處。具體來(lái)看，在人才培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱等關(guān)鍵課程文件的審核中，要考慮經(jīng)驗(yàn)傳遞、才能提高和價(jià)值引導(dǎo)同步提高的落實(shí)度；在國(guó)家精品課程、省級(jí)重點(diǎn)學(xué)科的遴選建立、評(píng)估和驗(yàn)收工作中應(yīng)設(shè)定“價(jià)值引領(lǐng)”或者說“育德作用功能”評(píng)估指數(shù)；在教學(xué)效果評(píng)估準(zhǔn)則（學(xué)員評(píng)課、監(jiān)督評(píng)課、共同評(píng)課）的修訂中應(yīng)設(shè)有“育德效應(yīng)”的觀察點(diǎn)[2]。

二 現(xiàn)代控制論課程教學(xué)內(nèi)容所面臨的困難問題

（一） 理論性較強(qiáng)，學(xué)生掌握困難較大

現(xiàn)代控制理論是一個(gè)理論性很強(qiáng)的課題，不但要求學(xué)習(xí)者對(duì)控制理論基本原理有必要的了解，并掌握必要的數(shù)理推理能力，同時(shí)需要學(xué)習(xí)者對(duì)“矩陣論”的有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)了解程度較高。該學(xué)科所需的前期學(xué)習(xí)內(nèi)容涉及高級(jí)計(jì)算數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、集成電路基本原理、控制基本原理等，知識(shí)制度上具有內(nèi)容系統(tǒng)大、涵蓋的基礎(chǔ)理論知識(shí)面寬、信息量大、內(nèi)容邏輯性強(qiáng)、對(duì)現(xiàn)代數(shù)學(xué)和物理等基本框架的專業(yè)知識(shí)需求較大等優(yōu)點(diǎn)。但上述優(yōu)勢(shì)也導(dǎo)致了學(xué)生在過程中容易受到教材抽象、不易理解、掌握困難度大等問題，進(jìn)而使學(xué)生在過程中形成了很大的學(xué)業(yè)壓力和復(fù)習(xí)障礙，易形成厭學(xué)和懈怠的不良情緒[3]。

（二） 學(xué)科教育缺少思政建設(shè)，忽略對(duì)學(xué)校科技工匠精神的培育

由于中國(guó)高等教育行業(yè)分得越來(lái)越細(xì)，目前不同學(xué)校的思想政治學(xué)科和專業(yè)課程的教育工作都由各個(gè)教育單元的老師擔(dān)當(dāng)。特別對(duì)理工科專業(yè)，由于學(xué)科課知識(shí)傳播和學(xué)校思想政治教學(xué)工作的直接關(guān)聯(lián)性并不高，使得學(xué)校在理工科的專業(yè)教育過程中只注重于知識(shí)的傳播，而忽略了學(xué)校的思政教育，而現(xiàn)代控制理論學(xué)科也不例外[4]。所以，對(duì)培育富有家國(guó)情感的工匠人才一直都是工科學(xué)校所追求的主要培養(yǎng)目標(biāo)，而通過對(duì)其相應(yīng)課程內(nèi)容的掌握，也與學(xué)生在控制思維的形成有著密切的關(guān)聯(lián)和重要的意義[5]。怎樣把社會(huì)主義核心價(jià)值觀、現(xiàn)代工程倫理與道德等各種不同的課程思政元素，將其與專業(yè)課的設(shè)計(jì)相應(yīng)內(nèi)容充分的結(jié)合，可以有效地保證該課程在教育方面的內(nèi)容不僅需要重視邏輯知識(shí)，還需要培育具備社會(huì)主義道德倫理意識(shí)、將造福人類為宗旨的人才提供基礎(chǔ)，這也屬于當(dāng)前現(xiàn)代控制理論課程教育中亟待解決的問題。

三 課程改革思考

（一） 課程體系科學(xué)化及多元化

現(xiàn)代控制系統(tǒng)理論課程框架改造的思想：針對(duì)當(dāng)前新工科專業(yè)背景下多元化的課程目標(biāo)體系，以培養(yǎng)學(xué)生目標(biāo)任務(wù)能力為驅(qū)動(dòng)，形成具有學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)和跟蹤評(píng)價(jià)反饋功能的閉環(huán)型課程體系。在課程的內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法、課程側(cè)重點(diǎn)等幾個(gè)方面加以改造，并進(jìn)行個(gè)性化訓(xùn)練。同時(shí)進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化與專業(yè)領(lǐng)域最新發(fā)展方向的聯(lián)系，以全面反映現(xiàn)代智能自動(dòng)化發(fā)展的最新動(dòng)向。課堂構(gòu)建上將著眼于“理論講授+仿真實(shí)驗(yàn)+工程案例+前沿講座”的四大模塊，通過混合式課堂教學(xué)、在線視頻、信息化課程、專家講課等各種現(xiàn)代教育技術(shù)手段，同時(shí)進(jìn)行現(xiàn)代控制系統(tǒng)模型構(gòu)建、分析研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)等三個(gè)重要課程的講授，以達(dá)到課程體系的科學(xué)性和多元化，為學(xué)生現(xiàn)代控制理論思維的訓(xùn)練和形成奠定基石[6]。

（二） 教學(xué)模式改革

1.課堂教學(xué)改革?，F(xiàn)代的控制理論教學(xué)過程中，整體的理論性比較強(qiáng)，且抽象水平高，這樣對(duì)于學(xué)生在學(xué)習(xí)方面的興趣具有一定的影響。針對(duì)不同培養(yǎng)目標(biāo)體系下，怎樣引進(jìn)富于變革的新教學(xué)方法、以代替常規(guī)的教學(xué)手段、建立“個(gè)性化+專業(yè)化”的教學(xué)模型、動(dòng)態(tài)而客觀地揭示課程內(nèi)在的知識(shí)結(jié)構(gòu)，是該課程教學(xué)改革所面臨的主要內(nèi)容。

（1）構(gòu)建基于多維度的課堂教學(xué)改革模式。傳統(tǒng)的學(xué)校講授管理模式多采用老師講課、學(xué)員聽講，教學(xué)方式較簡(jiǎn)單直接。在這種教學(xué)方式下，學(xué)員對(duì)知識(shí)點(diǎn)主要是被動(dòng)地了解，缺少與老師之間的直接溝通互動(dòng)，學(xué)員的參與性大大降低。但隨著多媒體技術(shù)、慕課等電子教育資源的問世，為傳統(tǒng)單一的“以老師為主體”的教法管理模式向“以學(xué)生為主體”的教學(xué)方式過渡提供了條件，也為多維度教學(xué)課堂管理模式的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了條件。老師們能夠利用網(wǎng)絡(luò)多媒體課堂教學(xué)設(shè)計(jì)、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)、線上線下的混合式教學(xué)、雨課堂教學(xué)等多維教學(xué)課堂管理模式進(jìn)行教師與學(xué)生之間的全方位交流，從而實(shí)現(xiàn)了各種教學(xué)策略的融合和各種教學(xué)資源的優(yōu)化設(shè)計(jì)與資源共享。從而增加了學(xué)習(xí)者的課堂教育參與性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的教、學(xué)情感換位體驗(yàn)，并鼓勵(lì)了學(xué)習(xí)者對(duì)知識(shí)點(diǎn)的積極探究，從而增強(qiáng)了其對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握與遷移[7]。

（2）建立了根據(jù)不同培養(yǎng)目標(biāo)體系的任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)。對(duì)于差異性的培養(yǎng)任務(wù)，需要保證能夠設(shè)計(jì)出不同的教學(xué)內(nèi)容和相應(yīng)的措施，這樣才能夠更好地實(shí)現(xiàn)融個(gè)性化及專業(yè)化于一體的新工科教學(xué)體系。例如，對(duì)于卓越工程師班，可以在常規(guī)教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，充分基于工程實(shí)踐的角度設(shè)計(jì)教學(xué)模式進(jìn)行分析，例如：通過實(shí)施“案例+問題+討論”式的教學(xué)方式，來(lái)進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)于實(shí)際工程問題在分析與解決方面的能力。對(duì)于理工復(fù)合班，要偏向理論思維方式的培養(yǎng)，需要堅(jiān)持的是“理論問題工程化，工程問題理論化”的新教學(xué)方法宗旨。至于人工智能課程方面，則需要強(qiáng)調(diào)與前沿知識(shí)、機(jī)器人等智慧體系的融合，并可以提供前沿課程講座，同時(shí)注重對(duì)計(jì)算機(jī)程序仿真和實(shí)現(xiàn)等創(chuàng)新能力的訓(xùn)練。只有通過針對(duì)不同的人才培養(yǎng)任務(wù)，建立基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，引領(lǐng)學(xué)生去探究、創(chuàng)造，才能實(shí)現(xiàn)因材施教，從而真正達(dá)到新型工科的多樣化人才培養(yǎng)、個(gè)性化人才培養(yǎng)[8]。

（3）構(gòu)建融思政建設(shè)及提高科研素養(yǎng)的教學(xué)改革模式?！芭嘤裁礃拥娜?，如何培養(yǎng)人，為誰(shuí)培育人”是習(xí)總書記思想的一個(gè)組成部分，也是新時(shí)期教育事業(yè)改革發(fā)展基本指引?，F(xiàn)代控制理論課程對(duì)于工科學(xué)生的控制系統(tǒng)思想體系的形成具有重要的指導(dǎo)作用，基于此種情況，作為教師一方面需要完成對(duì)課堂知識(shí)的傳遞，同時(shí)還應(yīng)該在課程的學(xué)習(xí)中，給學(xué)生傳遞合理的生命價(jià)值理念以及相應(yīng)的倫理道德，從而進(jìn)一步達(dá)到專業(yè)知識(shí)傳遞與社會(huì)價(jià)值引導(dǎo)的有機(jī)統(tǒng)一。如何對(duì)于融思政建設(shè)及提高科研素養(yǎng)的教學(xué)模式進(jìn)行構(gòu)建，積極落實(shí)“立德樹人”是一個(gè)有著意義的工作。能夠保證在一百多分鐘的課堂中，教師按照每個(gè)學(xué)生專業(yè)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)“課堂思政五分鐘”的思政內(nèi)容和情境，在潛移默化中養(yǎng)成了學(xué)員認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，以求真務(wù)實(shí)的治課風(fēng)氣，引領(lǐng)學(xué)生建立正確的人生觀、價(jià)值理念，建立健康的專業(yè)倫理和科學(xué)信念，為了能夠促進(jìn)中華民族偉大復(fù)興的中國(guó)夢(mèng)作出充分的貢獻(xiàn)。

2.考核模式多樣化改革。為達(dá)到對(duì)現(xiàn)代控制論教學(xué)過程的有效監(jiān)控，并達(dá)到對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的動(dòng)態(tài)管控，學(xué)校必須形成科學(xué)合理的教學(xué)考核系統(tǒng)。在期末試卷的考查模塊上，增加課后寫作與模擬實(shí)踐，作出一定的變革探索。

（1）課后作業(yè)+課程知識(shí)圖譜構(gòu)建。通過學(xué)生作業(yè)的完成狀況作為主要考核內(nèi)容，與此同時(shí)，在以往學(xué)校之中僅布置書本中課后作業(yè)的基礎(chǔ)上，來(lái)增加部分具有承前啟后的綜合選擇題，這樣不但能夠有效減少學(xué)生直接通過課后練習(xí)答卷的現(xiàn)象，同時(shí)也使其在對(duì)這些選擇題的回答過程中，有效加強(qiáng)了對(duì)前面相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握和運(yùn)用，并且積極構(gòu)建起了所有知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)圖譜，使學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的了解從點(diǎn)延伸到面，訓(xùn)練了其發(fā)散思維。特別是在每個(gè)一章內(nèi)容結(jié)束后，教師可以布置大習(xí)題，通過總結(jié)不同章節(jié)知識(shí)點(diǎn)中的關(guān)系，來(lái)繪制整本書章節(jié)的知識(shí)圖譜，這對(duì)提高學(xué)生理論知識(shí)的了解程度、訓(xùn)練學(xué)生的現(xiàn)代控制理論思維，從而有著更好地推動(dòng)作用。

（2）采取仿真實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。通過培養(yǎng)運(yùn)用數(shù)學(xué)方法處理現(xiàn)代控制理論實(shí)踐課題的才能，與此同時(shí)，需要重視對(duì)學(xué)生模擬工程實(shí)踐活動(dòng)能力的訓(xùn)練。比如，在狀態(tài)空間表達(dá)式與傳遞函數(shù)陣的相互轉(zhuǎn)化部分，讓學(xué)生使用MATLAB等模擬軟件編寫有關(guān)的控制算法，其通過對(duì)算法的操作，能夠逐步理解控制器中的超調(diào)量、穩(wěn)定性、可控性、可觀性等課題。在整個(gè)教學(xué)任務(wù)結(jié)束后，由學(xué)校教師以小隊(duì)為單元，選擇在工程實(shí)踐中具備各種特征的控制器作為研究對(duì)象，展開模型、數(shù)據(jù)分析與控制器的方案設(shè)計(jì)工作，并進(jìn)行模擬試驗(yàn)。然后各個(gè)小隊(duì)按照所選擇內(nèi)容制成的PPT進(jìn)行報(bào)告答辯，由任課教師進(jìn)行提問考核，并以成果報(bào)告作為最后成果。這種考核方法既能夠提高獨(dú)立思考提問、解答現(xiàn)實(shí)問題的水平，與此同時(shí)，也在任務(wù)的執(zhí)行過程中培育團(tuán)隊(duì)合作奉獻(xiàn)精神，從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高。

四 課程改革階段實(shí)施效果

上述教學(xué)改革依托于山東大學(xué)2020年教改重點(diǎn)立項(xiàng)項(xiàng)目，例如，山東大學(xué)測(cè)控科學(xué)與工程學(xué)院的自動(dòng)化類本科生現(xiàn)代控制系統(tǒng)與理論課程教學(xué)中廣泛使用、成效良好。根據(jù)學(xué)員的廣泛反饋，該課教學(xué)模式靈活多樣，課程設(shè)計(jì)上不但具有開放性、自主、研究性，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化教育，充分體現(xiàn)出不同的培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)模式。在培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，也便于其將所學(xué)的知識(shí)和實(shí)際運(yùn)用技能相結(jié)合，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)際編程技術(shù)以及分析問題等方面的能力。老師在講解過程中，通過介紹諸如錢學(xué)森等老一輩物理學(xué)家的研究經(jīng)驗(yàn)以及與學(xué)員共享教師自身研究經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生培養(yǎng)“以技報(bào)國(guó)”的社會(huì)責(zé)任心和端正的科學(xué)素質(zhì)與道德情操。

五 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，學(xué)校需要充分根據(jù)現(xiàn)代控制理論課程中存在的較強(qiáng)的高度抽象、涵蓋知識(shí)面廣泛等不同種類的問題，面向新型工科背景下的多元化人才培養(yǎng)模式，在對(duì)當(dāng)前教學(xué)模式中面臨的各種問題進(jìn)行了系統(tǒng)分析研究的基礎(chǔ)上，提出了融思政建設(shè)及自動(dòng)化大類多元化人才培養(yǎng)模式為一身的教學(xué)變革思想，從課程和教學(xué)方式兩個(gè)層面提出了具體的教學(xué)變革意見。現(xiàn)代工程控制與基礎(chǔ)理論學(xué)科的教學(xué)改革將是一個(gè)漫長(zhǎng)而又日益優(yōu)化的過程，希望通過這些變革，能夠改善教學(xué)內(nèi)容的質(zhì)量，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)并與現(xiàn)代工程技術(shù)實(shí)際相結(jié)合的基本能力，為在新型工科背景下培育適應(yīng)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)與社會(huì)需要的高層次綜合性工程專業(yè)人才打下基石。