“自動控制原理”課程思政研究與實(shí)踐

毛海杰 劉微容 李 煒 魯春燕 蘇 敏

(1. 蘭州理工大學(xué) 電氣工程與信息工程學(xué)院， 蘭州 730050)(2. 蘭州理工大學(xué) 甘肅省工業(yè)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 蘭州 730050)(3. 蘭州理工大學(xué) 電氣與控制工程國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心， 蘭州 730050)

當(dāng)今世界，國際形勢復(fù)雜多變，新變革與新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。新形勢背景下，國家和社會對高校人才培養(yǎng)提出了新的要求[1-3]。立德樹人作為高校的根本任務(wù)，應(yīng)高度重視學(xué)生的思想政治教育，教學(xué)過程中力求做到價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)和知識傳授三者融為一體。在人才培養(yǎng)體系中，課程是人才培養(yǎng)的基本單元，課堂教學(xué)是人才培養(yǎng)的主要活動之一，課堂教學(xué)的優(yōu)劣直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量[4-6]。課堂教學(xué)作為思想政治教育的主陣地，習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào)：“要用好課堂教學(xué)這個主渠道，思想政治理論課要堅(jiān)持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待，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)”。

為深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述和全國教育大會精神，貫徹落實(shí)中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳“關(guān)于深化新時(shí)代學(xué)校思想政治理論課改革創(chuàng)新的若干意見”，2020年5月，教育部印發(fā)“高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要”(簡稱“綱要”)[7]?！熬V要”指出，全面推進(jìn)課程思政建設(shè)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措，是全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要任務(wù)。至此，經(jīng)過了理念提出(2004年)、實(shí)踐探討(2005-2016年)、深化改革(2017-2019年)3個階段，隨著“綱要”對高校課程思政建設(shè)的目標(biāo)要求、內(nèi)容要點(diǎn)、教學(xué)體系、組織實(shí)施、條件保障等方面進(jìn)行了全面部署，課程思政建設(shè)正式進(jìn)入全面落地實(shí)施階段[8]。

在全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)的背景下，蘭州理工大學(xué)積極響應(yīng)國家及省市各級教育部門要求，先后出臺了系列文件和做法，通過“課程思政”教育教學(xué)試點(diǎn)課程立項(xiàng)申報(bào)、舉辦“課程思政”教學(xué)競賽、開辦“課程思政”教學(xué)設(shè)計(jì)工作坊等，積極部署落實(shí)，教師中也形成了積極討論、學(xué)習(xí)、熱情參與并踐行的良好氛圍。

“自動控制原理”課程是工科院校控制類專業(yè)的重要專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)課，也是機(jī)械、電子、化工、流控等相關(guān)專業(yè)的主干課程[9]。自1972年在蘭州理工大學(xué)工業(yè)企業(yè)電氣自動化專業(yè)成立之時(shí)就開出了這門課程，至今已有50年的歷史。多年來課程緊跟時(shí)代發(fā)展，結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，在知識+能力+素質(zhì)綜合培養(yǎng)、雙語教學(xué)、項(xiàng)目式教學(xué)、混合式教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、課程達(dá)成度范式研究等方面，開展了持續(xù)多年的教育教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法改革。經(jīng)過幾代人多年的持續(xù)建設(shè)，該課程2007年被評為省級精品課程，2016年被評為省級精品資源網(wǎng)絡(luò)共享課程，2020年被評為省級一流課程。

在校院兩級積極開展課程思政改革背景下，通過挖掘控制論中的哲學(xué)思想和德育元素，積極探索“自動控制原理”課程思政內(nèi)容，開展課程思政建設(shè)，是課程組近兩年開展教學(xué)改革的主要內(nèi)容之一。

從課程特點(diǎn)與定位、課程思政內(nèi)涵分析、“自動控制原理”課程思政元素提煉，以及課題實(shí)施——以課程中“負(fù)反饋控制原理”為例進(jìn)行實(shí)施路徑探索等幾個方面，進(jìn)行專業(yè)課中開展課程思政的探討與實(shí)踐研究。

1 課程特點(diǎn)與課程思政內(nèi)涵分析

1.1 課程特點(diǎn)與定位

蘭州理工大學(xué)“自動控制原理”課程的授課對象是自動化、電氣工程及其自動化專業(yè)學(xué)生。學(xué)時(shí)安排為80學(xué)時(shí)，其中，理論授課66學(xué)時(shí)，上機(jī)實(shí)驗(yàn)6學(xué)時(shí)，模擬實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)?！白詣涌刂圃怼笔茄芯扛黝惪刂葡到y(tǒng)共性的一門工程基礎(chǔ)課程，具有科學(xué)方法論的特點(diǎn)，研究的問題帶有普遍性，與其它學(xué)科交叉協(xié)同發(fā)展，對工程具有突出的指導(dǎo)意義。作為核心基礎(chǔ)專業(yè)課程，具有內(nèi)容多、知識覆蓋面廣、理論性和抽象性強(qiáng)等特點(diǎn)。該課程為后續(xù)“現(xiàn)代控制理論”“運(yùn)動控制”“過程控制”等專業(yè)課程提供理論基礎(chǔ)。

自動控制的基本概念、基本原理和基本方法不僅為控制類學(xué)科專業(yè)提供必要基礎(chǔ)，掌握反饋的思想、系統(tǒng)分析方法和控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，更是控制類及相關(guān)專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后，從事專業(yè)技術(shù)工作、解決復(fù)雜工程問題的基本素養(yǎng)和專業(yè)能力的具體體現(xiàn)。

因此“自動控制原理”課程設(shè)置理念，旨在為控制類及其它相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)高級專門人才提供系統(tǒng)建模、系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合等方面必需和充分的自動控制基礎(chǔ)知識的同時(shí)，利用課程自身的特征，通過對教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和教學(xué)方法的改革，并引入雙語教學(xué)，成為培養(yǎng)學(xué)生具備社會主義核心價(jià)值觀、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣、解決復(fù)雜工程問題的能力、創(chuàng)新能力和英語應(yīng)用能力的有效教學(xué)模式。

1.2 課程思政內(nèi)涵分析

開展課程思政建設(shè)，首先要明確課程思政的內(nèi)涵要求。

“綱要”中指出：課程思政建設(shè)內(nèi)容要緊緊圍繞堅(jiān)定學(xué)生理想信念，以愛黨、愛國、愛社會主義、愛人民、愛集體為主線，圍繞政治認(rèn)同、家國情懷、文化素養(yǎng)、憲法法治意識、道德修養(yǎng)等重點(diǎn)優(yōu)化課程思政內(nèi)容供給，系統(tǒng)進(jìn)行中國特色社會主義和中國夢教育、社會主義核心價(jià)值觀教育、法治教育、勞動教育、心理健康教育、中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育。這些要求的提出，明確了課程思政5個方面的具體內(nèi)容[7]：

(1)推進(jìn)習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會主義思想進(jìn)教材、進(jìn)課堂、進(jìn)頭腦。堅(jiān)持不懈用習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會主義思想鑄魂育人，引導(dǎo)學(xué)生了解世情、國情、黨情、民情，增強(qiáng)對黨的創(chuàng)新理論的政治認(rèn)同、思想認(rèn)同、情感認(rèn)同，堅(jiān)定中國特色社會主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信。

(2)培育和踐行社會主義核心價(jià)值觀。教育引導(dǎo)學(xué)生把國家、社會、公民的價(jià)值要求融為一體，提高個人的愛國、敬業(yè)、誠信、友善修養(yǎng)，自覺把小我融入大我，不斷追求國家的富強(qiáng)、民主、文明、和諧和社會的自由、平等、公正、法治，將社會主義核心價(jià)值觀內(nèi)化為精神追求、外化為自覺行動。

(3)加強(qiáng)中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化教育。大力弘揚(yáng)以愛國主義為核心的民族精神和以改革創(chuàng)新為核心的時(shí)代精神，教育引導(dǎo)學(xué)生深刻理解中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中講仁愛、重民本、守誠信、崇正義、尚和合、求大同的思想精華和時(shí)代價(jià)值，教育引導(dǎo)學(xué)生傳承中華文脈，富有中國心、飽含中國情、充滿中國味。

(4)深入開展憲法法治教育。教育引導(dǎo)學(xué)生學(xué)思踐悟習(xí)近平全面依法治國新理念新思想新戰(zhàn)略，牢固樹立法治觀念，堅(jiān)定走中國特色社會主義法治道路的理想和信念，深化對法治理念、法治原則、重要法律概念的認(rèn)知，提高運(yùn)用法治思維和法治方式維護(hù)自身權(quán)利、參與社會公共事務(wù)、化解矛盾糾紛的意識和能力。

(5)深化職業(yè)理想和職業(yè)道德教育。教育引導(dǎo)學(xué)生深刻理解并自覺實(shí)踐各行業(yè)的職業(yè)精神和職業(yè)規(guī)范，增強(qiáng)職業(yè)責(zé)任感，培養(yǎng)遵紀(jì)守法、愛崗敬業(yè)、無私奉獻(xiàn)、誠實(shí)守信、公道辦事、開拓創(chuàng)新的職業(yè)品格和行為習(xí)慣。

綱要進(jìn)一步要求，對于工科專業(yè)，要在課程教學(xué)中把馬克思主義立場觀點(diǎn)方法的教育與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來，提高學(xué)生正確認(rèn)識問題、分析問題和解決問題的能力。要注重強(qiáng)化學(xué)生工程倫理教育，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神，激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

緊密圍繞上述課程思政具體內(nèi)容與相關(guān)指導(dǎo)原則，結(jié)合“自動控制原理”課程特點(diǎn)，積極探索其中的思政元素和資源，并采用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法加以表達(dá)，是有效開展課程思政工作的首要任務(wù)，也是取得良好教學(xué)效果的基本保證。

2 “自動控制原理”課程思政元素挖掘

適宜的思政元素是支撐課程思政教學(xué)目標(biāo)有效達(dá)成的基礎(chǔ)。思政元素選取得好，一方面可以讓學(xué)生更加深刻地領(lǐng)會理論知識，使得課程學(xué)習(xí)更加生動有趣，印象深刻；另一方面，使學(xué)生獲得關(guān)于國家發(fā)展、社會責(zé)任、生命體驗(yàn)、人生感悟等思想層面的情感體驗(yàn)，達(dá)到無痕的思政教育效果，最終實(shí)現(xiàn)顯性知識傳授與隱性德育培養(yǎng)的統(tǒng)一。

為此，課程組進(jìn)行了多次的討論，通過對專業(yè)知識內(nèi)涵與外延的挖掘與擴(kuò)展，進(jìn)行課程思政元素的提煉與獲取。在思政元素選取過程中，應(yīng)把握以下原則：一是對于教師而言，在教育思想上提高認(rèn)識，注重“價(jià)值引領(lǐng)”與“能力培養(yǎng)”“知識傳授”并重；二是在教育方法上，力求將思政教育自然和諧地引入專業(yè)課學(xué)習(xí)，體現(xiàn)思想政治教育的親和力與感染力，注重學(xué)生的獲得感和認(rèn)同感，做到潤物無聲。結(jié)合“自動控制原理”課程知識特點(diǎn)，可以總結(jié)并加以提煉的思政元素有以下3個方面：

首先借助于課程具有的哲學(xué)方法論性質(zhì)，如貫穿整門課程的“反饋思想”“系統(tǒng)思維”，從思想觀念、價(jià)值取向和行為方式等諸多方面對學(xué)生進(jìn)行潛移默化的影響，開展正確的人生觀、世界觀、價(jià)值觀培育。例如，為明確負(fù)反饋原理在自動控制理論中的重要地位和作用，加深學(xué)生對負(fù)反饋原理的理解和重視，掌握負(fù)反饋思想，在介紹完負(fù)反饋的基本概念后，可將負(fù)反饋的實(shí)際應(yīng)用引申到日常生活、社會、企業(yè)管理等非工程領(lǐng)域，并引導(dǎo)學(xué)生要善于利用負(fù)反饋的思想，指導(dǎo)自己的學(xué)習(xí)和成長；對于系統(tǒng)思維，一個完整的控制系統(tǒng)是由若干個不同的元件形成的一個有機(jī)整體，各個元件在系統(tǒng)中作用不同，對于保證系統(tǒng)正常良好運(yùn)行必不可少。由此可以引申為小到一個團(tuán)隊(duì)、單位，大到一個社會、國家都是一個系統(tǒng)，每一個人都是這復(fù)雜系統(tǒng)中不可缺少的一部分，在努力做好自己的本職工作同時(shí)，還需要團(tuán)隊(duì)合作精神，協(xié)調(diào)好與他人的關(guān)系。

其次借助于課程理論性強(qiáng)的特點(diǎn)，在培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的科學(xué)思維習(xí)慣的同時(shí)，開展理論聯(lián)系實(shí)際、求真務(wù)實(shí)、精益求精的大國工匠精神。例如，在介紹完以分析系統(tǒng)“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”三大性能為核心的“時(shí)域”“頻域”“根軌跡”三大方法時(shí)，總結(jié)比較不同的分析方法，它們各有特點(diǎn)，具有不同的適用條件，然而，對于分析的目標(biāo)和結(jié)果而言，卻又殊途同歸。這就告訴我們在解決具體問題時(shí)，要善于分析和利用已有條件，在不同的條件下采用不同的解決方案，嘗試不同的解決問題途徑。又如，在為改善控制性能而進(jìn)行的控制器設(shè)計(jì)時(shí)，在介紹完控制器結(jié)構(gòu)和參數(shù)的選取方法后，需進(jìn)一步提出，所設(shè)計(jì)的控制器性能是否是最優(yōu)的；針對“穩(wěn)、準(zhǔn)、快”3個性能之間的矛盾和沖突，優(yōu)化過程中是否需要折中考慮。優(yōu)化的過程可能是繁瑣枯燥的，但經(jīng)過多次的修改和試探，一定可以得到最優(yōu)的控制方案，做到精益求精。從而使得優(yōu)化與折中的思想，以及精益求精的精神在此得以體現(xiàn)。

最后借助于與課程發(fā)展過程中相關(guān)的歷史及前沿技術(shù)介紹，增強(qiáng)學(xué)生民族自信心、自豪感的同時(shí)，培養(yǎng)其職業(yè)理想，激發(fā)責(zé)任與使命擔(dān)當(dāng)。例如，在第一章介紹自動控制技術(shù)的發(fā)展歷程時(shí)，引入了從古代中國的指南車、水運(yùn)儀像臺到現(xiàn)代的錢學(xué)森的“工程控制論”，使學(xué)生深刻地體會到具有悠久文化歷史的中國在不同階段對控制理論所做的貢獻(xiàn)；在介紹控制理論的應(yīng)用時(shí)，重點(diǎn)引入了我國的神州飛船、探月計(jì)劃、高速鐵路等具體案例，通過視頻動畫等豐富的多媒體表現(xiàn)形式，加深對內(nèi)容理解的同時(shí)，增強(qiáng)民族自信心和自豪感，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。在培養(yǎng)責(zé)任意識方面，可以讓學(xué)生帶著使命去學(xué)習(xí)。例如，在介紹完控制的基本概念和相關(guān)內(nèi)容后，對于自動化專業(yè)的學(xué)生，一方面，如何提升控制系統(tǒng)的高效、節(jié)能、綠色、環(huán)保，以及在當(dāng)前以人工智能為代表的新一代技術(shù)革命下，如何看待機(jī)器與人的關(guān)系、人工智能時(shí)代的技術(shù)倫理等問題，都是學(xué)生必須要深入思考的；另一方面，面對以美國為首的西方國家對我國高科技企業(yè)的圍堵打壓，如何掌握具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，真正解決“卡脖子”問題，是每一位科技工作者努力的方向，更是當(dāng)代大學(xué)生義不容辭的責(zé)任和使命。

3 課堂實(shí)施——以“負(fù)反饋控制原理”為例

3.1 課堂實(shí)施的系統(tǒng)性做法

基于對課程思政元素的挖掘，在具體實(shí)施時(shí)，因思政元素的引入，在總學(xué)時(shí)不變的情況下，原有的教學(xué)從時(shí)間安排到內(nèi)容講授，都需要進(jìn)行調(diào)整和重新設(shè)計(jì)。另外，由于教師之間的個體差異性，對同一理論內(nèi)容的外延和內(nèi)涵的理解深淺是不同的，這就意味著思政元素的選取內(nèi)容會有差異，講解方式和角度也會有所不同。

課程組在積極鼓勵教師采用靈活多樣思政元素的同時(shí)，為保證思政元素的質(zhì)量、課程思政的實(shí)施效果和整體一致性，通過集體備課、以教學(xué)名師工作坊為平臺不定期的開展教學(xué)研討、全部授課班級采用同一課件等方式，在一定程度上，促進(jìn)了專業(yè)課思政教學(xué)的全覆蓋和實(shí)施效果。

3.2 以“負(fù)反饋控制原理”為例的具體實(shí)施

基于前述介紹，以“自動控制原理”課程中“負(fù)反饋控制原理”這一內(nèi)容為例，給出課堂實(shí)施的具體做法。

針對該內(nèi)容教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)情分析和知識特點(diǎn)，基于問題驅(qū)動，采用比較法與案例教學(xué)(爐溫的人工控制與自動控制工作原理分析)，并適時(shí)引入課程思政元素，借助于CAI雙語課件的設(shè)計(jì)，通過對日常生活中常見的控制系統(tǒng)典型案例分析和介紹，在加深學(xué)生對知識的理解和掌握，提升分析問題、解決問題能力的同時(shí)，培養(yǎng)其科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣與工程素養(yǎng)，并拓展其國際視野。教學(xué)課件如圖1所示。

具體做法為：

首先，通過設(shè)問等啟發(fā)式教學(xué)，提出問題，引發(fā)思考：不同的控制系統(tǒng)，有不同的工作方式，但是這些控制系統(tǒng)到底是如何在沒有人直接參與的情況下，實(shí)現(xiàn)自動控制？不同的系統(tǒng)中是否存在共性的本質(zhì)的核心原理？

其次，采用案例與比較式教學(xué)方法，加深理解：引入日常生活中常見的溫度控制系統(tǒng)——恒溫箱，通過分別介紹其人工控制與自動控制的工作原理，經(jīng)過對比分析，從而引出教學(xué)的重點(diǎn)——負(fù)反饋控制原理。

圖1 “負(fù)反饋控制原理”教學(xué)課件

接下來通過總結(jié)爐溫箱的工作原理，給出負(fù)反饋控制核心內(nèi)容，并做進(jìn)一步的解釋和說明：在沒有人直接參與的情況下，通過對采集的輸出信號進(jìn)行反饋并與期望值比較(做減法)，也即負(fù)反饋得到偏差，控制器或執(zhí)行裝置依據(jù)偏差的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)、動作，最終使得輸出達(dá)到期望。

最后，通過對負(fù)反饋的內(nèi)容內(nèi)涵與外延的擴(kuò)展，適時(shí)融入課程思政元素，開展思政教育：在內(nèi)涵方面，負(fù)反饋是實(shí)現(xiàn)自動控制的核心和關(guān)鍵，同時(shí)，負(fù)反饋原理作為一種控制思想，也廣泛體現(xiàn)在日常生活、社會、企業(yè)管理等其他非工程領(lǐng)域。例如，人體就是一個復(fù)雜精密的反饋控制系統(tǒng)；對于企業(yè)而言，為獲得收益最大化，必須進(jìn)行深入嚴(yán)格的市場調(diào)研，明確市場需求和潛力情況下，方可進(jìn)行有效的生產(chǎn)計(jì)劃制定、原材料購買、人力資源調(diào)度等；對于政策的制定者而言，為使得政策真正發(fā)揮作用，也必須進(jìn)行大量深入的調(diào)查走訪、社會調(diào)研，經(jīng)過試行等多輪調(diào)整，方可最終確定。通過對“負(fù)反饋”外延的擴(kuò)展，作為一種方法論可以指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活。作為當(dāng)代大學(xué)生，要善于利用負(fù)反饋的思想，來指導(dǎo)我們的工作和學(xué)習(xí)。人在不同時(shí)期都有不同的理想和目標(biāo)，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)(期望值)，首先要做的就是分析自己目前的狀態(tài)或處境(檢測實(shí)際輸出)，找到現(xiàn)實(shí)與目標(biāo)之間的差距(產(chǎn)生偏差)，根據(jù)偏差的大小，就要采取相關(guān)措施，并能夠堅(jiān)持不懈地去行動去實(shí)踐，去努力奮斗，從而讓自己距離目標(biāo)越來越近。在這一過程中，與控制系統(tǒng)的運(yùn)行過程類似，必然會受到各種干擾、困惑等影響，這就要求我們要做一個強(qiáng)魯棒控制器，能夠堅(jiān)定自己的理想和信念、不忘初心，使自己不斷進(jìn)步，最終成長為一個有責(zé)任、有擔(dān)當(dāng)、有能力的人，實(shí)現(xiàn)個人價(jià)值的同時(shí)，為國家、社會做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，達(dá)到個人價(jià)值與社會價(jià)值的統(tǒng)一。

4 結(jié)語

總體而言，當(dāng)前各高校課程思政建設(shè)仍處于探索階段，一些問題還需繼續(xù)著力深化并研究，在實(shí)踐中探索，在實(shí)踐中修正、迭代。蘭州理工大學(xué)的“自動控制原理”課程亦不例外。下一步，課程組將進(jìn)一步結(jié)合時(shí)代發(fā)展主旋律，一方面，深入挖掘更多思政資源，進(jìn)一步拓寬思政元素覆蓋面，另一方面，研究更為有效的教學(xué)方法及客觀公正的考核方式，使得課程思政內(nèi)容的表達(dá)，更易于被學(xué)生認(rèn)可和接受，針對課程思政內(nèi)容的考核更加科學(xué)有效。結(jié)合目前正在開展的雙一流建設(shè)契機(jī)，在提升課程的“兩性一度”的同時(shí)，將課程打造成國家級一流“金課”。