王海云 宮麗娜 唐亮 陳婷

摘要：深入推進(jìn)課程思政的探索和實(shí)踐是高校實(shí)現(xiàn)立德樹人的根本任務(wù)。自動(dòng)控制原理是自動(dòng)化、電子信息工程等專業(yè)本科生的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過挖掘和析出自動(dòng)控制原理課程中蘊(yùn)含的思政元素，并且以潤物細(xì)無聲的方式融入教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，做到讓課堂教學(xué)成為落實(shí)思政教育的主要渠道。同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；課程思政；自動(dòng)控制原理

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2023）36-0158-04

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

0 引言

黨的二十大報(bào)告指出，要辦好人民滿意的教育，全面貫徹黨的教育方針，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。2020年5月教育部印發(fā)了《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》強(qiáng)調(diào)，“要深入貫徹落實(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(huì)精神”，“把思想政治教育貫穿人才培養(yǎng)體系，全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)，發(fā)揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]”。應(yīng)用型本科院校作為高等教育的重要組成部分，也應(yīng)積極探索和實(shí)踐專業(yè)課程的“思政教學(xué)”改革。在工科專業(yè)課的教學(xué)中，如何做到將思政內(nèi)容有機(jī)地融入專業(yè)知識(shí)中，是一個(gè)值得思考、探究和實(shí)踐的問題[2]。本文以電子信息工程專業(yè)的自動(dòng)控制原理課程（48課時(shí)）為例，詳細(xì)論述以課堂教學(xué)為陣地，切合實(shí)際教學(xué)內(nèi)容開展課程思政教學(xué)的方法。

1 課程性質(zhì)及教學(xué)現(xiàn)狀

自動(dòng)控制原理課程是講解經(jīng)典控制理論的內(nèi)容，其內(nèi)容包含自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析方法、根軌跡分析法以及頻域分析方法，自動(dòng)控制系統(tǒng)的校正等內(nèi)容。

為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及相關(guān)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、電子類系統(tǒng)綜合分析與設(shè)計(jì)等奠定理論基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠熟悉自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理、特點(diǎn)、分類等，并重點(diǎn)掌握系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域、頻域的分析方法。學(xué)生在理解自動(dòng)控制原理的基本概念、思想以及理論方法的基礎(chǔ)上，能夠結(jié)合領(lǐng)域知識(shí)建立低階系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，并能利用時(shí)域、頻域分析方法對系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析與綜合設(shè)計(jì)。

授課方式采用理論結(jié)合實(shí)踐綜合應(yīng)用、“教學(xué)做練用一體化”融會(huì)貫通控制理論基礎(chǔ)知識(shí)、系統(tǒng)綜合分析與設(shè)計(jì)。學(xué)會(huì)應(yīng)用Matlab的工具箱實(shí)現(xiàn)低階控制器的設(shè)計(jì)與仿真，會(huì)應(yīng)用Matlab編寫程序完成系統(tǒng)各種性能圖等。通過本課程的學(xué)習(xí)，鍛煉學(xué)生系統(tǒng)建模，系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)的能力。

2課程任務(wù)、目標(biāo)與要求

2.1 課程任務(wù)

通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠復(fù)述自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念和原理，能夠依據(jù)實(shí)際系統(tǒng)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并且能夠做到各種模型之間的轉(zhuǎn)換，能夠熟練掌握系統(tǒng)的時(shí)域分析和頻域分析方法，并將自動(dòng)控制理論的思想方法諸如反饋思想、頻域分析方法等應(yīng)用在自動(dòng)控制外的其他領(lǐng)域。

2.2 課程目標(biāo)及要求

本課程目標(biāo)及能力要求具體如下：

課程目標(biāo)1：學(xué)生能夠復(fù)述自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本概念、基本原理和基本構(gòu)成，能夠識(shí)記自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)以及自動(dòng)控制理論的發(fā)展過程。

課程目標(biāo)2：學(xué)生能夠建立控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，包括建立控制系統(tǒng)的微分方程，傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)圖、信號(hào)流圖等；能夠描述不同數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，能夠完成各種數(shù)學(xué)模型之間的相互轉(zhuǎn)換。

課程目標(biāo)3：學(xué)生能夠使用時(shí)域分析的一般方法分析系統(tǒng)，能夠熟練分析一階系統(tǒng)的性能，能夠計(jì)算二階系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)；能夠利用Routh判據(jù)判定系統(tǒng)的穩(wěn)定性；能夠分析與計(jì)算系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；能夠繪制系統(tǒng)的根軌跡圖，并能依據(jù)系統(tǒng)根軌跡圖分析系統(tǒng)性能。

課程目標(biāo)4：學(xué)生能夠使用頻域法分析系統(tǒng)、能夠?qū)Φ湫拖到y(tǒng)進(jìn)行頻率特性分析和作圖，能夠利用頻域穩(wěn)定性判據(jù)判定系統(tǒng)穩(wěn)定性；能夠?qū)刂葡到y(tǒng)進(jìn)行校正與綜合設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生良好的分析問題和解決問題的能力。

3 課程思政教學(xué)改革思路

要做好將思政內(nèi)容融入課程教學(xué)中，就必須充分認(rèn)識(shí)到課程思政并非是一個(gè)狹義的思想政治教育，而是必須從德智體美勞全面人才的視角出發(fā)，以培養(yǎng)社會(huì)主義建設(shè)者和接班人的重要理念和實(shí)施路徑，發(fā)揮思想政治課程之外的其他課程的育人功能，形成廣義的、內(nèi)涵更加豐富的思政教育理念，做到課程思政與思政課程同向同行、協(xié)同育人，不但培養(yǎng)學(xué)生求實(shí)創(chuàng)新的科學(xué)精神，還要擔(dān)負(fù)起培養(yǎng)學(xué)生健康成長、全面成才、持續(xù)發(fā)展的人文精神[3]。

把思想政治理論恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用到專業(yè)課中，從思政理論的角度去重新理解和運(yùn)用專業(yè)課知識(shí)，幫助學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，培養(yǎng)正確的思維方式，塑造學(xué)生自主學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣，從而有效提升學(xué)生的“三觀”[4]。因此，專業(yè)課程要有效發(fā)揮專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)與育人功能，必須深入挖掘課程內(nèi)容中蘊(yùn)含的思政內(nèi)容。

自動(dòng)控制原理課程要實(shí)現(xiàn)思政教學(xué)改革，適應(yīng)高等教育改革的發(fā)展要求，挖掘課程與思政的融入點(diǎn)是關(guān)鍵。而完成課程教學(xué)改革首要任務(wù)就是挖掘課程所蘊(yùn)含的思政治元素，并將思政元素有機(jī)融入課程教學(xué)的全過程，自動(dòng)控制原理課程內(nèi)容思政設(shè)計(jì)要素如表1所示。

4 課程思政具體教學(xué)案例設(shè)計(jì)

4.1 控制理論的發(fā)展——強(qiáng)國興軍的根本

控制理論的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：經(jīng)典控制理論階段、現(xiàn)代控制理論階段及智能控制理論階段。從1948年美國數(shù)學(xué)家維納（N. Weiner）出版了《控制論—關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制與通訊的科學(xué)》，到60年代“阿波羅”號(hào)飛船登月，再到1971年美國普渡大學(xué)的傅京孫教授提出智能控制的二元交集理論，人們對控制論的認(rèn)識(shí)與發(fā)展不斷接力，并不斷地努力創(chuàng)新。自動(dòng)化技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展是與現(xiàn)代戰(zhàn)爭密切相關(guān)的，尤其是控制領(lǐng)域與工程、模式識(shí)別與智能系統(tǒng)、導(dǎo)航制導(dǎo)與控制、檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置等技術(shù)已經(jīng)滲入了軍事領(lǐng)域中的各個(gè)角落。

隨著科技日新月異，國際形勢也是瞬息萬變，綜合國力的比拼日趨激烈。自新中國成立以來，我國的軍事裝備越來越先進(jìn)，這與自動(dòng)控制技術(shù)的高速發(fā)展是密不可分的。自動(dòng)化技術(shù)水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家軍事及綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。隨著人工智能時(shí)代的到來，國家對軍事裝備的智能化要求更高，當(dāng)代大學(xué)生應(yīng)自覺融入實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的進(jìn)程中，為國家軍事事業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。

4.2 控制系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)——各司其職、忠誠敬業(yè)

一個(gè)控制系統(tǒng)通常是由控制器和被控對象組成，其中，控制器又是由一些基本功能性元件組成。在典型情況下，這些基本功能性元件協(xié)同工作，共同完成控制任務(wù)。因此，每一個(gè)組成控制器的元件都有自己的職能，各組成部分之間相互聯(lián)系又相互制約，共同實(shí)現(xiàn)某種特定功能，組成部分既要完成各自職能，又要團(tuán)結(jié)合作才能使控制系統(tǒng)具備良好的控制性能。因此，該部分內(nèi)容體現(xiàn)的是整體與部分的關(guān)系。

唯物辯證法認(rèn)為，任何事物都有它的整體和部分兩個(gè)方面。整體和部分既有嚴(yán)格區(qū)別，又相互影響、相互制約、不可分割?？梢谩叭齻€(gè)和尚沒水喝”的故事來說明，三個(gè)和尚構(gòu)成一個(gè)整體，如果他們能搞好分工，各司其職，互相配合，三個(gè)人就會(huì)都有水喝。這說明若各局部以有序、合理、有效、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形成整體，就會(huì)使整體功能大于局部功能之和。而故事中的三個(gè)和尚相互之間不配合，甚至相互推諉，結(jié)果當(dāng)然是“沒水喝”，造成整體功能小于各部分功能之和。由此可引申出各工作崗位均有相對應(yīng)的工作職責(zé)，每個(gè)任務(wù)都是總?cè)蝿?wù)中的其中一個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)任務(wù)的完成度都會(huì)對未來的結(jié)果產(chǎn)生影響[5]，因此，每個(gè)人須樹立敬業(yè)精神，恪守職業(yè)道德，與他人團(tuán)結(jié)協(xié)作，以保證總?cè)蝿?wù)的順利完成。

4.3 反饋控制的核心思想——引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)中重視反省，不斷積累

在各種各樣的控制系統(tǒng)中，反饋控制是最基本的控制方式。除此之外，反饋在自然系統(tǒng)、教育系統(tǒng)和各類社會(huì)系統(tǒng)中都具有普遍性。通常，控制系統(tǒng)都是為了完成某個(gè)控制目標(biāo)而形成的有機(jī)整體，當(dāng)系統(tǒng)受到外界干擾使系統(tǒng)輸出偏離輸出期望值，通過反饋把實(shí)際輸出反饋到輸入端形成偏差，再利用偏差不斷調(diào)節(jié)修正系統(tǒng)的輸出，使之達(dá)到期望的輸出值。

學(xué)生的學(xué)習(xí)就是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。學(xué)生自身要學(xué)會(huì)不斷自我反省，反省的過程就是在總結(jié)反饋?zhàn)陨淼膶W(xué)習(xí)效果，并且將所掌握的內(nèi)容與課程目標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行對比，及時(shí)查缺補(bǔ)漏。通過長期自我反省和積累，可以完整的掌握好一門課程內(nèi)容。并且任何事都是一點(diǎn)一滴地從簡單過渡到復(fù)雜，從小事發(fā)展為大事。我國古代的思想家、哲學(xué)家老子在《道德經(jīng)》第六十三章中有這樣一句話：“圖難于其易，圖大于其細(xì)。天下難事必作于易，天下大事必作于細(xì)?！逼湟馑际钦f：想做困難的事必須從容易的方面著手，想干大事必須從小事入手。天底下那些看起來困難的事情，都一定是從簡單或容易慢慢開始做起；天底下那些宏大的事業(yè)，也一定是從細(xì)小微觀的事情開始做起。

除此以外，教師的整個(gè)教學(xué)過程的也是典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。每門課程均有教學(xué)目標(biāo)，且每節(jié)課有課堂內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)。教師在授課結(jié)束后通過形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)，歸納總結(jié)教學(xué)效果和教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度，再依據(jù)達(dá)成度調(diào)整教學(xué)安排，以期達(dá)到高質(zhì)量的教學(xué)效果。

4.4 對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析——引導(dǎo)學(xué)生樹立正確的三觀

系統(tǒng)穩(wěn)定是對控制系統(tǒng)的首要要求，是保證控制系統(tǒng)正常工作的前提。故可將系統(tǒng)穩(wěn)定性引申到個(gè)人、家庭、社會(huì)及國家的穩(wěn)定性，通過現(xiàn)實(shí)中的案例講解，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到個(gè)人、家庭、社會(huì)和國家都是特殊的系統(tǒng)，穩(wěn)定性對個(gè)人、家庭，社會(huì)及整個(gè)國家也是非常重要[6]。

對于個(gè)人而言，總是很難避免外界干擾因素的影響而產(chǎn)生初心的動(dòng)搖，甚至偏離最初的方向，但是只要有堅(jiān)定的信念和抵抗干擾的決心，以積極樂觀的心態(tài)去更正，仍然會(huì)回到正確的方向。

對于國家而言，穩(wěn)定才能有精力進(jìn)行精神文明建設(shè)，才能構(gòu)建和諧社會(huì)。家庭穩(wěn)定家人才能安居樂業(yè)。作為當(dāng)代大學(xué)生，要從自身做起，要時(shí)刻維護(hù)社會(huì)和諧穩(wěn)定，民族團(tuán)結(jié)，以國家利益為重。同一個(gè)系統(tǒng)，不管擾動(dòng)作用在哪個(gè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)閉環(huán)特征方程不變，系統(tǒng)的穩(wěn)定性不會(huì)受任何擾動(dòng)的影響。軍隊(duì)院校擔(dān)負(fù)著培養(yǎng)優(yōu)秀軍事人才重任，是未來作戰(zhàn)的主力軍。軍隊(duì)學(xué)員思想信念堅(jiān)定，品德過硬，時(shí)刻保持清醒頭腦，避免被任何不良思想侵蝕，這也是確保黨對軍隊(duì)絕對領(lǐng)導(dǎo)的必要。

4.5 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型——各事物之間互相聯(lián)系，需透過現(xiàn)象看本質(zhì)

控制理論研究的基本過程是系統(tǒng)建模，系統(tǒng)分析和系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)。而無論是要完成對系統(tǒng)的分析還是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，首先須完成系統(tǒng)建模。系統(tǒng)建模就是建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定模型的結(jié)構(gòu)及參數(shù)。描述系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過程中各變量之間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，稱為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。時(shí)域分析中常用的數(shù)學(xué)模型是微分方程，復(fù)頻域中常用的數(shù)學(xué)模型是傳遞函數(shù)、結(jié)構(gòu)框圖、信號(hào)流圖，頻域分析中常用的數(shù)學(xué)模型是頻率特性。

根據(jù)不同的分析方法，對系統(tǒng)做分析時(shí)，可采用不同的數(shù)學(xué)模型。其中，微分方程是控制系統(tǒng)最基本最重要的數(shù)學(xué)模型，其他數(shù)學(xué)模型都是由微分方程演化而來。傳遞函數(shù)是對微分方程做拉普拉斯變換及變形后得到，而結(jié)構(gòu)圖和信號(hào)流圖是圖解形式的數(shù)學(xué)模型，頻域頻率特性是對微分方程做傅里葉變換及變形后得到。由此，可以引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、實(shí)驗(yàn)和邏輯推理等手段，去發(fā)現(xiàn)和探究眾多事物之間的直接和間接規(guī)律，這些規(guī)律的探索和應(yīng)用，推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步。除此之外，分析問題時(shí)，要抓住問題的本質(zhì)，透過現(xiàn)象看本質(zhì)，才能真正地理解前因后果，而不被事件的表象影響判斷。

5 結(jié)束語

自動(dòng)控制原理作為自動(dòng)化、電子信息工程等專業(yè)的基礎(chǔ)課程，在理論研究和探索的基礎(chǔ)上，教師要從全局著眼才能較好地將課程內(nèi)容與思政元素融合并實(shí)施到課堂中。因此，教師要在日常教學(xué)工作中不斷學(xué)習(xí)，深度挖掘課程的思政元素，以引導(dǎo)學(xué)生明確個(gè)人發(fā)展目標(biāo)，不斷提升個(gè)人品質(zhì)與職業(yè)素養(yǎng)，為國家富強(qiáng)和民族復(fù)興培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞慕影嗳恕?/p>

參考文獻(xiàn)：

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【通聯(lián)編輯：朱寶貴】