“自動(dòng)控制原理”課程思政元素的挖掘與融合

侯明哲，周 彬，馬明達(dá)

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001）

高校人才培養(yǎng)的主渠道在課堂。習(xí)近平總書記在2016年全國高校思想政治教育工作會(huì)議上指出，除了思想政治課程之外，“其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”[1]。教學(xué)過程不僅是知識(shí)技能傳授的過程，更是師生雙方交流、學(xué)生心智得到發(fā)展形成科學(xué)世界觀的過程?！白詣?dòng)控制原理”是工科院校一門重要的基礎(chǔ)課程，該課程的思政建設(shè)主要是通過挖掘?qū)I(yè)課中的思政內(nèi)容，再與專業(yè)課教學(xué)內(nèi)容有機(jī)融合，從而達(dá)到教書育人的作用。其中最為核心、最為關(guān)鍵和最難解決的就是專業(yè)內(nèi)容中思政元素的挖掘與融合。因此，以飛行器設(shè)計(jì)類“自動(dòng)控制原理”課程為載體，根據(jù)該課程的性質(zhì)和特點(diǎn)，通過觀視頻、悟道理等多種方法對(duì)課程中蘊(yùn)含的思政元素進(jìn)行挖掘，進(jìn)一步將道德規(guī)范、工匠精神、家國情懷等以內(nèi)隱的方式融入專業(yè)課教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)、正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀，力求完善課程的育人功能，使其與思想政治理論課同頻共振，形成協(xié)同效應(yīng)，構(gòu)建三全育人的大格局[2]。

一、課程性質(zhì)和特點(diǎn)

“自動(dòng)控制原理”是自動(dòng)化、飛行器設(shè)計(jì)等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，在整個(gè)專業(yè)課程體系中起著承上啟下的關(guān)鍵作用。該課程主要講解自動(dòng)控制原理的基本概念、理論與方法，使學(xué)生掌握控制理論的基本概念，自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成，建立控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法，分析與綜合控制系統(tǒng)的方法等，最終培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用基本理論知識(shí)解決自然科學(xué)和工程實(shí)際中控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)問題的能力。該課程涵蓋的知識(shí)面廣、內(nèi)容豐富、概念抽象、公式多、圖形多、習(xí)題多，要求學(xué)生具備復(fù)變函數(shù)、線性代數(shù)、大學(xué)物理等基礎(chǔ)知識(shí)，還要有較強(qiáng)的抽象思維能力、建模能力和解決實(shí)際問題的能力。因此，該課程具有理論性和系統(tǒng)性較強(qiáng)，抽象性和復(fù)雜性高的特點(diǎn)，屬于學(xué)生理解難度較大，教師教學(xué)難度較高的課程[3]。

二、“自動(dòng)控制原理”課程思政的必要性

將課程思政與“自動(dòng)控制原理”課程進(jìn)行充分融合的必要性體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（一）深化教學(xué)改革的需要

近年來，為適應(yīng)新時(shí)期育人和思政工作的需要，各高校都在深入開展課程思政教學(xué)改革。教師應(yīng)將課程思政貫穿于“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)實(shí)踐各個(gè)環(huán)節(jié)，深度挖掘課程體系中蘊(yùn)含的思政元素，將價(jià)值塑造、知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)三者融為一體，量身定制專業(yè)課程和思政教學(xué)目標(biāo)，充分利用新媒體技術(shù)，采取多元化的教學(xué)形式，課內(nèi)與課外、線上與線下有機(jī)結(jié)合，為深化教學(xué)改革和提高教學(xué)質(zhì)量提供條件，進(jìn)而為培養(yǎng)出三觀端正、技術(shù)能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的工科人才奠定基礎(chǔ)。

（二）落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的需要

立德樹人是教育之根本。課程思政是新形勢(shì)下高校落實(shí)立德樹人的重要路徑[4]。在“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)過程中落實(shí)課程思政理念，就是教師在向?qū)W生傳授專業(yè)的自動(dòng)控制方面的理論知識(shí)和工程實(shí)踐技能的同時(shí)，依據(jù)課程特點(diǎn)和專業(yè)特色，深度挖掘德育元素，有機(jī)地融入道德規(guī)范和思想觀念，培養(yǎng)學(xué)生高尚的道德品質(zhì)，塑造健全的人格品質(zhì)和正確的價(jià)值觀。因此，“自動(dòng)控制原理”課程思政建設(shè)是“自動(dòng)控制原理”課程教學(xué)中落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的需要。

（三）培養(yǎng)時(shí)代新人的需要

當(dāng)前全球科技創(chuàng)新進(jìn)入密集活躍時(shí)期，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在大規(guī)模快速發(fā)展，世界正面臨百年未有之大變局。新時(shí)代背景下的教育是要培養(yǎng)時(shí)代新人，以提升我國在科技創(chuàng)新方面的核心競(jìng)爭力。在“自動(dòng)控制原理”課程中融入思政教育，發(fā)揮思政教育的浸潤功能和價(jià)值導(dǎo)向作用，使學(xué)生在掌握專業(yè)知識(shí)和技能的同時(shí)，強(qiáng)化科學(xué)思維和主動(dòng)創(chuàng)新精神，提升追蹤和引領(lǐng)新科技的能力，培養(yǎng)思政素養(yǎng)、道德品質(zhì)、家國情懷和責(zé)任擔(dān)當(dāng)，提升他們的綜合素質(zhì)，助力他們?nèi)姘l(fā)展，肩負(fù)起民族復(fù)興大任，更好地為社會(huì)主義建設(shè)服務(wù)。

三、“自動(dòng)控制原理”課程思政元素的挖掘與融合及案例分析

（一）課程思政元素的挖掘與融合

在“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，依據(jù)不同知識(shí)點(diǎn)有針對(duì)性地挖掘和提煉思政元素，把握思政元素融入的節(jié)點(diǎn)、時(shí)機(jī)、方式和渠道，通過熱點(diǎn)新聞、周邊實(shí)例、典型視頻、情境教學(xué)等進(jìn)行導(dǎo)入設(shè)計(jì)，使思政元素與專業(yè)知識(shí)無痕地融合為一體，發(fā)揮課程思政“隱性”的功能，實(shí)現(xiàn)思想與價(jià)值引領(lǐng)、立德樹人的目的。針對(duì)飛行器設(shè)計(jì)專業(yè)“自動(dòng)控制原理”課程的教學(xué)內(nèi)容與思政元素挖掘、融入設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 課程思政融入點(diǎn)與元素挖掘設(shè)計(jì)

（二）典型案例教學(xué)設(shè)計(jì)

1.自動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用——激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)愛國情懷。針對(duì)飛行器設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)學(xué)生特點(diǎn)，結(jié)合天宮機(jī)械臂、實(shí)踐21號(hào)成功捕獲失效北斗2號(hào)衛(wèi)星和相關(guān)視頻資料，介紹自動(dòng)控制技術(shù)在航空、航天領(lǐng)域國之重器的應(yīng)用上取得的偉大成就。天宮核心艙機(jī)械臂負(fù)載自重比、操控精度等指標(biāo)均達(dá)到世界領(lǐng)先水平，且全部核心部件實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，屬于七自由度機(jī)械臂，能夠頭尾互換、艙體爬行、懸停飛行器捕獲和輔助對(duì)接、艙外貨物搬運(yùn)、航天員出艙活動(dòng)等重要任務(wù)。我國的實(shí)踐21號(hào)衛(wèi)星成功捕獲了失效的北斗2號(hào)G2衛(wèi)星，并將其拖到“墓地軌道”后，自己又回到了地球靜止軌道（GEO）。這些成果顯示出我國在航空航天領(lǐng)域取得的突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。通過這些實(shí)例結(jié)合“中國衛(wèi)星之父”孫家棟先生身上的航天精神的介紹，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和民族自豪感，培養(yǎng)愛國情懷和航天精神，引導(dǎo)學(xué)生為祖國航天事業(yè)更上一層樓發(fā)揮自己的力量。

2.反饋的概念——引導(dǎo)學(xué)生三省吾身，重視學(xué)科交叉，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)。講解控制系統(tǒng)的靈魂反饋時(shí)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)反饋不僅是一種最基本的控制方式，而且在自然系統(tǒng)、生物系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)中都具有普遍性，并用框圖展示，我們每一個(gè)人自我成長過程中“吾日三省吾身”也體現(xiàn)了反饋的精神。進(jìn)而結(jié)合反饋概念的提出者維納創(chuàng)立控制論的故事，并引用維納的原話“在科學(xué)發(fā)展史上可以得到最大收獲的領(lǐng)域是各種已經(jīng)建立起來的部門之間的被人忽視的無人區(qū)”[5]，強(qiáng)調(diào)在學(xué)科分類越來越細(xì)的今天，重視學(xué)科交叉對(duì)于取得創(chuàng)新性成果的重要性。再擴(kuò)展介紹現(xiàn)代控制理論主要?jiǎng)?chuàng)立者卡爾曼的故事，其所提出的狀態(tài)空間法仍然是重視學(xué)科交叉、繼承與創(chuàng)新的典范。通過講授維納和卡爾曼的故事，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)。

3.對(duì)最佳阻尼比的討論——培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力和科學(xué)探索的精神。在國內(nèi)眾多的自動(dòng)控制原理教科書中都有欠阻尼二階系統(tǒng)的最佳阻尼比是0.707的陳述。但是，這些書中都沒有講最佳阻尼比所對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)函數(shù)是什么。從理論上講，在沒有給定性能指標(biāo)函數(shù)的情況下討論最佳是沒有意義的。從這一背景出發(fā)，給學(xué)生拓展介紹控制工程中一些常見的性能指標(biāo)。通過計(jì)算展示，對(duì)于這些工程上常見的性能指標(biāo)，對(duì)應(yīng)的最佳阻尼比都不是書中所說的0.707。進(jìn)而，作為課外作業(yè)，讓學(xué)有余力的學(xué)生去思考這個(gè)最佳阻尼比對(duì)應(yīng)的性能指標(biāo)可能是什么。通過這一方式，引導(dǎo)學(xué)生要善于發(fā)現(xiàn)問題，并積極思考、努力探索去解決這些問題，從而培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問題的能力和科學(xué)探索的精神。

4.穩(wěn)定性的概念——引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。結(jié)合美國獵鷹HTV-2高超聲速試飛器失敗的案例，講述穩(wěn)定性是對(duì)控制系統(tǒng)最根本的要求，也是控制系統(tǒng)能正常工作的前提。明確穩(wěn)定性對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要性。從系統(tǒng)穩(wěn)定性的講解過渡到個(gè)人、家庭和國家的穩(wěn)定性，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到個(gè)人、家庭和國家也是特殊的系統(tǒng)，穩(wěn)定性對(duì)個(gè)人、家庭和國家都非常重要，培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。特別是，當(dāng)個(gè)人遇到外來干擾因素時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生動(dòng)搖，偏離方向，但是如果擁有堅(jiān)定的信念和抗挫折能力，并以積極的心態(tài)去改變某些固有特性，軌跡雖有曲折、偏離，仍然會(huì)回到正確的方向，保持初心，從容面對(duì)困難與挫折，使個(gè)人系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

結(jié)合系統(tǒng)典型的不穩(wěn)定情況，強(qiáng)調(diào)立場(chǎng)、意志和信念不堅(jiān)定的危害。立場(chǎng)、意志和信念的不堅(jiān)定相當(dāng)于系統(tǒng)具有臨界穩(wěn)定的極點(diǎn)，通過例子說明：（1）若系統(tǒng)存在一個(gè)單獨(dú)的臨界穩(wěn)定的極點(diǎn)，則當(dāng)外部信號(hào)提供相同的極點(diǎn)時(shí)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)輸出的發(fā)散。這相當(dāng)于集體內(nèi)部一個(gè)立場(chǎng)、意志和信念不堅(jiān)定的人，容易被外部敵人投其所好而破壞集體的事業(yè)。（2）若系統(tǒng)存在兩個(gè)或以上臨界穩(wěn)定的極點(diǎn)，則即使沒有外部輸入也可能導(dǎo)致系統(tǒng)輸出的發(fā)散。這相當(dāng)于集體內(nèi)部多個(gè)立場(chǎng)、意志和信念不堅(jiān)定的人，容易拉幫結(jié)派，對(duì)集體的事業(yè)造成破壞。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生做到不拉幫結(jié)派，不搞任何小團(tuán)體，以平等心對(duì)待所有的人，不媚上欺下，不畏強(qiáng)凌弱。

此外，結(jié)合校園發(fā)生的泄密案例，強(qiáng)調(diào)堅(jiān)定立場(chǎng)、意志和信念的重要意義，引導(dǎo)學(xué)生時(shí)刻維護(hù)國家和民族的利益，堅(jiān)決與一切破壞國家和民族利益的行為作斗爭，以維護(hù)國家的穩(wěn)定和發(fā)展。

5.PID控制——引導(dǎo)學(xué)生珍惜時(shí)光、勤奮學(xué)習(xí)、躬身自省、目光長遠(yuǎn)。在講述PID控制的基本原理時(shí)，強(qiáng)調(diào)PID控制雖然形式簡單，它是P控制項(xiàng)、I控制項(xiàng)和D控制項(xiàng)三項(xiàng)的組合，但是其思想?yún)s并不簡單，I控制項(xiàng)使用的是系統(tǒng)過去的信息，P控制項(xiàng)使用的是系統(tǒng)現(xiàn)在的信息，這是最基本的控制項(xiàng)（PI、PD、PID均離不開P），而D控制項(xiàng)則使用了預(yù)見的系統(tǒng)未來。也就是說，PID控制綜合了系統(tǒng)在過去、現(xiàn)在和未來，因此具有優(yōu)良的控制性能，在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。PID控制對(duì)于我們的人生啟迪是：（1）最基本的P控制項(xiàng)告訴我們，只有立足當(dāng)下，才能成就未來，引導(dǎo)學(xué)生珍惜大學(xué)的美好時(shí)光，勤奮學(xué)習(xí)，為未來的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。（2）I控制項(xiàng)告訴我們，要以史為鑒，躬身自省，從過去的事情上認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，這有助于我們無偏差地達(dá)成自己的目標(biāo)。（3）D控制項(xiàng)告訴我們，做事情要有預(yù)見性和長遠(yuǎn)目光，針對(duì)可能發(fā)生的不利情形提前采取行動(dòng)，有助于我們更好地達(dá)成目標(biāo)。培養(yǎng)自己的預(yù)見性和長遠(yuǎn)目光，就不能兩耳不聞窗外事，需要家事國事天下事，事事關(guān)心。

四、結(jié)語

“自動(dòng)控制原理”是一門專業(yè)理論性較強(qiáng)的課程，對(duì)于其課程思政知識(shí)點(diǎn)的選擇不能簡單地生拼硬湊，而是要從全局的思政內(nèi)容考慮，在理論研究和探索的基礎(chǔ)上實(shí)施到課堂之中。思政元素的挖掘和融合需要教師投入一定的精力和智慧。因此，教師要在日常教學(xué)工作中不斷學(xué)習(xí)，汲取更多的經(jīng)驗(yàn)智慧和靈感，挖掘更多、更深層次的思政元素，以提升育人的綜合能力。同時(shí)，要在掌握學(xué)生認(rèn)識(shí)規(guī)律、心理特點(diǎn)等基礎(chǔ)上，結(jié)合課程特點(diǎn)、思維方法和價(jià)值觀念，把握好思政元素的融入點(diǎn)和方式，力爭實(shí)現(xiàn)專業(yè)知識(shí)與思政元素的內(nèi)在融合，達(dá)到潛移默化地實(shí)現(xiàn)價(jià)值引導(dǎo)、品質(zhì)培養(yǎng)的效果，為培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時(shí)代新人服務(wù)。