“自动控制原理”课程思政教学案例设计与实践

时间：2024-05-22

朱文兴

（山东大学控制科学与工程学院，山东济南250061）

0 引言

“课程思政”于2014年提出，以构建全员、全程、全课程育人格局的形式将各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，把“立德树人”作为教育根本任务的一种综合教育理念。2016年，***总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，要用好课堂教学这个主渠道，讲好“课程思政”。自此之后，无论在理论研究还是在教学实践方面，教育工作者将思想教育内容融入日常教学过程中，从教学内容中挖掘思政元素，发挥教师既教书又育人的双重功能。在“课程思政”教学案例设计中，理工类课程挖掘思政元素的难度要略大一些，特别是一些理论性较强的课程，偏重理论，与实践过程联系不紧密，设计优秀的“课程思政”教学案例的难度要大一点，必须冥思细想巧妙构思才可能完成。目前，国内已有部分理工类的“课程思政”建设成果还是不错的，如，丁冲和杨文荣［1］将课程思政实施到“电路”课程的教学过程中，分析了在“电路”课程中融入思政教育的重要性，从五个方面提出在“电路”课程中实施课程思政的育人目标，并给出相应的融入措施。上述研究论文给出了“课程思政”建设的诸多重要因素，涉及教师队伍、教材建设、教育理念和课程建设等理论性的内容，对开展“课程思政”建设和实践具有指导意义。陈新武等［2］针对“电子技术基础”课程思政问题，挖掘了立德树人思政元素，给出了一些教学案例，围绕二极管电路模型、反馈机制、放大电路、通信技术发展等教学内容开展教书育人。李柳等［3］分析了“课程思政”和思政课程在教书和育人中协同的必要性，重点阐述了电子信息工程专业“电路分析”课程思政体系建立的举措。梁瑛等［4］把思想政治教育元素融入到“高等代数”的教学过程中，一是介绍科学家的故事，学习他们科学精神、工匠精神和爱国精神；二是挖掘方法中所蕴含的哲学思想，弄清知识的脉络和内涵；三是引导学生用所学知识解释生活中的现象，在实践中提升感悟；四是介绍一些知识在高科技中的应用，激发学生崇尚科学、敢于创新的热情，实现了课程三位一体的教学目标。丁肇红等［5］结合电气类专业“自动控制原理”课程的特点和应用技术型人才培养目标，介绍了“课程思政”建设内容、典型教学案例和“课程思政”建设方法，培养学生求真务实的科学精神。周悦等［6］充分挖掘“自动控制原理”课程的思想政治元素，并将其融入到专业课程内容教学中，对课程教学知识点设置和教学方法进行了改革，实现对学生知识与能力、过程与方法、情感与价值观三维教学目标的统一。吴小娟等［7］提出了在“自动控制原理”课程教学中融入“思政元素”的方法，并提出了具体实施手段。赵月容等［8］将控制理论的发展、对控制系统的分析与综合专业知识和思想政治教育有机地结合在一起，坚持效果导向，努力发掘思政融入点，通过多种措施让大学生提高专业水平的同时，树立正确的思想观念、价值取向和行为方式。王宪磊等［9］针对课程教学内容，选取合适的知识点，积极践行“课程思政”，用好课堂主渠道，坚持“知识传授”与“价值引领”并重，挖掘课程的思政教育功能，培养符合新时代需求的自动控制专业技术人才。以上研究成果均取得了不错的教学效果，对其它课程的思政元素挖掘与教学案例设计起到了相当好的示范作用。

在已有“自动控制原理”课程思政教学案例中，教学设计已经丰富多彩，思政元素已经得到了较为深入的挖掘。但，该课程仍然有深层次的思政元素等待发掘。本文将在已有“课程思政”案例基础上，继续深入挖掘思政元素，设计优秀教学案例，将“课程思政”建设向更高层次推进。

1 “课程思政”设计原则

任何“课程思政”教学案例设计应遵循如下原则：

1）教学目标明确

教学目标包含知识、能力、素质三个维度；知识和能力目标体现高阶性、创新性和挑战度；素质目标体现价值性和引领性；目标设计要明确、具体、可操作。

2）教学理念先进

体现教学设计理念，课程授课思路清晰、合理。了解学生基础，课程设计充分体现“以学生发展为中心”的理念。

3）教学内容丰富

教学内容体现专业性、前沿性；思政案例体现社会主义核心价值观，符合国家和社会发展现状，具有时代性、科学性、针对性和优越性。

4）教学方法新颖

教学方法注重参与式和互动式，能够促使学生体验和反思，促进学生主动学习，思政案例是巧妙嵌入，而不是强行植入。

5）评价方式多元

考核评价方式多元，体现对教学过程的考核；考核目标和课程目标对应，能够有效考核教学目标的达成情况。

6）建设思路明确

思路正确，能清楚阐明如何根据人才培养目标和课程特点确立“课程思政”建设目标、制定总体实施方案，挖掘“课程思政”教育资源，创新课程育人方式。

2 教学案例设计

“自动控制原理”是一门理论性较强的课程，“课程思政”教学案例设计除了绪论部分内容比较容易挖掘思政元素之外，其他方面难度比较大。根据此特点，作者认真梳理了整个教材的内容，主要从四个点来挖掘和设计“课程思政”教学案例：

1）控制理论发展史部分

有关控制理论发展方面，我国勤劳的古代劳动人民贡献了自己的智慧和力量，同时还有撰写《工程控制论》的钱学森在理论发展史上做出的杰出贡献。

2）开环与闭环控制部分

开环与闭环控制教学内容里面蕴含着一个重要辩证法思想：开环与闭环不是截然分开的，而是相互依存的，闭环离不了开环，开环是闭环的组成部分。

3）频率特性部分

频率特性内容较多用名人名字命名的判据和曲线，如奈奎斯特判据、尼科尔斯曲线、伯德图等，这些名人与理论成果的关系反映了一个事实：理论体系的形成不是一个人的力量能够轻易完成的，而是经过多名学者辛勤劳动和努力的结果。

4）离散控制系统部分

离散控制系统关于数字控制的内容，很容易联想到“数字芯片”技术，学生联想到美国制裁中兴和华为公司的事件的核心就是“芯片”，通过美国制裁就可以知道“依赖进口就容易被制裁”。通过此事件，可以凸显发展民族自主知识产权品牌的重要性。

根据四个思政点，教学案例设计如下：

2.1 课程思政案例1

1.案例说明

本案例主要介绍世界自动控制理论发展历史，从古代四大文明古国（包括中国）出现的计时漏壶开始讲述，综述整个世界控制理论发展史，穿插介绍我国学者在自动控制理论发展史上所做出的突出贡献和反映我国劳动人民智慧的突出案例，重点介绍了现代控制理论的奠基人钱学森的故事。

1）反映我国古代劳动人民智慧的两个案例

（1）战国时代马钧发明的指南车。

（2）南宋的韩公廉和苏颂建造的水运仪象台。

2）现代控制理论奠基人钱学森的故事

钱学森的故事已经被拍成电影，钱老撰写的《工程控制论》作为经典控制向现代控制理论转变的重要标志，电影里也有专门介绍。为学生播放《钱学森》电影片段，介绍钱老撰写《工程控制论》过程中真实的历史场景，感受钱老在美国遭遇不公对待的时候，仍然不辍耕耘和探索，勇于开拓全新的研究领域，最终做出突出学术成就的奋斗精神。

2.思政的融合点

通过介绍自控原理发展史，重点展示我国古代劳动人民的智慧和聪明才智，让青年学生充满民族自豪感，增强民族自信心。另外，通过介绍和观看《钱学森》电影片段，让青年学生深深感受钱老至死不渝的爱国主义精神。

（1）讲述我国古代劳动人民的代表人物马钧和苏颂等在自动控制方面做出的杰出成就，使青年学生既了解了自动控制理论发展的历史，又感受了我国古老的文明和劳动人民的智慧，促使他们提升民族自豪感和增强民族自信心。

（2）通过讲述钱学森撰写《工程控制论》的背景和历尽艰险回归祖国的故事。使青年学生既了解了现代控制理论的奠基之作《工程控制论》的历史背景，又深入了解钱学森在美国遭受迫害和软禁的情况下仍然心怀祖国、忠心报国和立志回国的爱国主义精神。以实际案例来对青年学生进行爱国主义教育，使得知识传授与“社会主义核心价值观”密切结合起来。这是本案例课程思政教育与知识学习的融合点。

2.2 课程思政案例2

1.案例说明

本案例主要介绍自动控制系统的基本控制方式：开环控制和闭环控制。开环控制：控制系统的输入与输出只有顺向作用的控制方式，叫开环控制。闭环控制：凡是系统输出信号对控制作用有直接影响的控制方式，叫做闭环控制。

1）关于开环控制与闭环控制的“辨证”关系

某运动员练习射箭，在训练过程中，他的每一次试射可以看作是开环控制过程。一旦把箭射出去，是否命中靶子，命中靶子后是多少环，离10环差多少，是已经确定了的，无法再改变，属于典型的开环控制。

经过长期的训练，射箭运动员经历过无数次的开环控制过程，他射箭的准度越来越高，命中靶子不成问题，并且离10环的靶心越来越近。这是运动员在训练过程中不断反馈纠正准星而达到的训练结果，属于闭环反馈控制过程。

通过上述例子说明，每次射箭的开环控制是为了实现反馈控制，反馈控制过程中蕴含着开环控制，这是开环控制与闭环控制的辩证关系。

2）反馈控制与思政结合的事例

在大自然和实际生活中，也蕴含着反馈原理。通过反馈认识，反思所作所为来使事物发展越来越好的例子比比皆是，如：人类对生态环境的认识，在漫长的生产活动中，人们掠夺式地开发自然资源、大肆砍伐森林，开垦草原、滥捕海洋鱼虾等造成了水土流失严重、土地沙漠化、海洋渔业资源枯竭，人们尝尽了环境恶化的苦头。在大自然的惩罚反馈中，人们逐渐明白了保护生态环境的重要性。

2.思政融合点

通过上述两个事例说明：①开环控制与闭环控制的关系是辩证的；②生活中闭环反馈原理比比皆是，不负责任的生产行为造成人类生态环境破坏，通过反馈使人类认识到热爱大自然、保护生态环境的重要性。

这些内容既包含了“自动控制原理”的专业知识，又将闭环与开环控制之间的辨证哲学原理介绍给了青年学生，实现了知识传授与辩证思维训练的密切结合。这是本案例课程思政教育与知识学习的融合点。

2.3 课程思政案例3

1.案例说明

本案例内容介绍频域稳定性判据的理论体系，其中，涉及到奈奎斯特、伯德和尼科尔斯等著名学者在理论体系完善过程中的贡献。奈奎斯特判据是奈奎斯特提出的，而奈奎斯特判据种利用的开环幅相曲线，是频率特性的两种图示方式之一，被称为奈奎斯特曲线。另一种图示是对数坐标图是由学者伯德来提出的，因此被称作波德图。而直角坐标系表示的对数辐相曲线则是由尼科尔斯提出的，因此被称作尼科尔斯曲线。

从上述内容可以了解到奈奎斯特、伯德和尼科尔斯三人共同完善了频率特性曲线的表示方法，各自创新了频率特性法的相关理论。通过他们的故事，鼓励青年学生深刻领会“众人拾柴火焰高”的真谛，要学会已有研究基础上不断开拓的创新精神。

2.思政融合点

讲述本节内容时，涉及到以三个著名学者命名的概念：奈奎斯特判据、伯德图、尼科尔斯曲线，讲述“为什么要以他们的名字命名”的缘由。

素材故事涉及到了三个著名人物：奈奎斯特、伯德和尼科尔斯，在不同时期分别对频率特性法开展研究，并做出了突出的贡献。在共同努力下，频率分析法理论体系得以完善，理论体系形成过程体现了一种“众人拾柴火焰高”的精神。通过讲述这个案例，令青年学生明白一个道理：一个理论体系的形成和完善不是一个人的力量所能达到的，必须经过多个志同道合的学者共同努力来完成。这是本案例课程思政教育与知识学习的融合点。

2.4 课程思政案例4

1.案例说明

本案例介绍离散控制系统的基本概念、离散系统的定义和常用术语、离散系统的特点。

介绍“离散控制系统”的定义，引导同学们联想起“计算机控制系统”。在信息高速发展的时代，基本上所有的自动控制系统都离不开计算机，几乎所有的现代控制系统是离散控制系统。再引出话题：我国的计算机控制系统研制水平是处于什么样的地位？通过讨论形成共识：作为计算机控制核心的“芯片”是体现国内外计算机控制系统设备和装置水平的标志，借此引出“中兴事件”和华为5G。

通过讲述中兴事件，让同学们了解之所以美国敢制裁中兴公司，是因为中兴公司的芯片依赖进口，技术还落后于欧美等发达国家。当然，学生也不能妄自菲薄，激励学生去努力学习基础专业知识，追踪科学前沿，攻克尖端技术，使我国尽快在高端芯片生产技术方面赶超西方发达国家。

美国针对华为公司一系列的举动，是对我国高端技术发展的一种打压，从另一个方面说明华为的5G技术已经走在了世界的前沿，威胁到了西方国家的利益。可见，只有发展“民族自主品牌”，才可能不被欺负，不受制裁，真正立足于世界民族之林。

2.思政融合点

案例中介绍我国更多的民族自主知识产品，让学生从思想上认识到民族自主品牌发展的重要性，树立信心学好科技知识，研发自主品牌早日摆脱高端产品依赖进口的窘境。通过讲述“中兴事件”和华为公司的故事，培养学生在追求知识的道路上树立自强不息，不甘落后，赶超先进科技的奋斗精神。这是本案例的思政教育与知识传授的融合点。