自动控制原理课程思政教学策略与案例研究

王海云 宫丽娜 唐亮 陈婷

摘要：深入推进课程思政的探索和实践是高校实现立德树人的根本任务。自动控制原理是自动化、电子信息工程等专业本科生的重要专业基础课程。通过挖掘和析出自动控制原理课程中蕴含的思政元素，并且以润物细无声的方式融入教学的各个环节中，做到让课堂教学成为落实思政教育的主要渠道。同时，激发学生的学习兴趣，提升创新意识和创新能力，培养学生正确的价值观。

关键词：教学改革；课程思政；自动控制原理

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）36-0158-04

开放科学（资源服务）标识码（OSID）

0 引言

黨的二十大报告指出，要办好人民满意的教育，全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。2020年5月教育部印发了《高等学校课程思政建设指导纲要》强调，“要深入贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神”，“把思想政治教育贯穿人才培养体系，全面推进高校课程思政建设，发挥好每门课程的育人作用，提高高校人才培养质量[1]”。应用型本科院校作为高等教育的重要组成部分，也应积极探索和实践专业课程的“思政教学”改革。在工科专业课的教学中，如何做到将思政内容有机地融入专业知识中，是一个值得思考、探究和实践的问题[2]。本文以电子信息工程专业的自动控制原理课程（48课时）为例，详细论述以课堂教学为阵地，切合实际教学内容开展课程思政教学的方法。

1 课程性质及教学现状

自动控制原理课程是讲解经典控制理论的内容，其内容包含自动控制系统的基本概念、自动控制系统的数学模型、时域分析方法、根轨迹分析法以及频域分析方法，自动控制系统的校正等内容。

为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计、电子类系统综合分析与设计等奠定理论基础。通过本课程的学习，学生能够熟悉自动控制系统的原理、特点、分类等，并重点掌握系统的数学模型、时域、频域的分析方法。学生在理解自动控制原理的基本概念、思想以及理论方法的基础上，能够结合领域知识建立低阶系统数学模型，并能利用时域、频域分析方法对系统的性能进行分析与综合设计。

授课方式采用理论结合实践综合应用、“教学做练用一体化”融会贯通控制理论基础知识、系统综合分析与设计。学会应用Matlab的工具箱实现低阶控制器的设计与仿真，会应用Matlab编写程序完成系统各种性能图等。通过本课程的学习，锻炼学生系统建模，系统分析和系统综合设计的能力。

2课程任务、目标与要求

2.1 课程任务

通过本课程的学习，学生能够复述自动控制系统的基本概念和原理，能够依据实际系统建立系统的数学模型，并且能够做到各种模型之间的转换，能够熟练掌握系统的时域分析和频域分析方法，并将自动控制理论的思想方法诸如反馈思想、频域分析方法等应用在自动控制外的其他领域。

2.2 课程目标及要求

本课程目标及能力要求具体如下：

课程目标1：学生能够复述自动控制系统的基本概念、基本原理和基本构成，能够识记自动控制系统的组成、特点以及自动控制理论的发展过程。

课程目标2：学生能够建立控制系统的数学模型，包括建立控制系统的微分方程，传递函数、结构图、信号流图等；能够描述不同数学模型的特点，能够完成各种数学模型之间的相互转换。

课程目标3：学生能够使用时域分析的一般方法分析系统，能够熟练分析一阶系统的性能，能够计算二阶系统的各项性能指标；能够利用Routh判据判定系统的稳定性；能够分析与计算系统的稳态误差；能够绘制系统的根轨迹图，并能依据系统根轨迹图分析系统性能。

课程目标4：学生能够使用频域法分析系统、能够对典型系统进行频率特性分析和作图，能够利用频域稳定性判据判定系统稳定性；能够对控制系统进行校正与综合设计，培养学生良好的分析问题和解决问题的能力。

3 课程思政教学改革思路

要做好将思政内容融入课程教学中，就必须充分认识到课程思政并非是一个狭义的思想政治教育，而是必须从德智体美劳全面人才的视角出发，以培养社会主义建设者和接班人的重要理念和实施路径，发挥思想政治课程之外的其他课程的育人功能，形成广义的、内涵更加丰富的思政教育理念，做到课程思政与思政课程同向同行、协同育人，不但培养学生求实创新的科学精神，还要担负起培养学生健康成长、全面成才、持续发展的人文精神[3]。

把思想政治理论恰当地运用到专业课中，从思政理论的角度去重新理解和运用专业课知识，帮助学生树立正确的世界观、人生观、价值观，培养正确的思维方式，塑造学生自主学习的良好习惯，从而有效提升学生的“三观”[4]。因此，专业课程要有效发挥专业基础课程的教学与育人功能，必须深入挖掘课程内容中蕴含的思政内容。

自动控制原理课程要实现思政教学改革，适应高等教育改革的发展要求，挖掘课程与思政的融入点是关键。而完成课程教学改革首要任务就是挖掘课程所蕴含的思政治元素，并将思政元素有机融入课程教学的全过程，自动控制原理课程内容思政设计要素如表1所示。

4 课程思政具体教学案例设计

4.1 控制理论的发展——强国兴军的根本

控制理论的发展主要经历了三个阶段：经典控制理论阶段、现代控制理论阶段及智能控制理论阶段。从1948年美国数学家维纳（N. Weiner）出版了《控制论—关于在动物和机器中控制与通讯的科学》，到60年代“阿波罗”号飞船登月，再到1971年美国普渡大学的傅京孙教授提出智能控制的二元交集理论，人们对控制论的认识与发展不断接力，并不断地努力创新。自动化技术的产生与发展是与现代战争密切相关的，尤其是控制领域与工程、模式识别与智能系统、导航制导与控制、检测技术与自动化装置等技术已经渗入了军事领域中的各个角落。

随着科技日新月异，国际形势也是瞬息万变，综合国力的比拼日趋激烈。自新中国成立以来，我国的军事装备越来越先进，这与自动控制技术的高速发展是密不可分的。自动化技术水平的高低已经成为衡量一个国家军事及综合实力的重要标志。随着人工智能时代的到来，国家对军事装备的智能化要求更高，当代大学生应自觉融入实现中华民族伟大复兴的进程中，为国家军事事业的发展贡献自己的一份力量。

4.2 控制系统的组成环节——各司其职、忠诚敬业

一个控制系统通常是由控制器和被控对象组成，其中，控制器又是由一些基本功能性元件组成。在典型情况下，这些基本功能性元件协同工作，共同完成控制任务。因此，每一个组成控制器的元件都有自己的职能，各组成部分之间相互联系又相互制约，共同实现某种特定功能，组成部分既要完成各自职能，又要团结合作才能使控制系统具备良好的控制性能。因此，该部分内容体现的是整体与部分的关系。

唯物辩证法认为，任何事物都有它的整体和部分两个方面。整体和部分既有严格区别，又相互影响、相互制约、不可分割。可引用“三个和尚没水喝”的故事来说明，三个和尚构成一个整体，如果他们能搞好分工，各司其职，互相配合，三个人就会都有水喝。这说明若各局部以有序、合理、有效、优化的结构形成整体，就会使整体功能大于局部功能之和。而故事中的三个和尚相互之间不配合，甚至相互推诿，结果当然是“没水喝”，造成整体功能小于各部分功能之和。由此可引申出各工作岗位均有相对应的工作职责，每个任务都是总任务中的其中一个环节，每个任务的完成度都会对未来的结果产生影响[5]，因此，每个人须树立敬业精神，恪守职业道德，与他人团结协作，以保证总任务的顺利完成。

4.3 反馈控制的核心思想——引导学生在学习中重视反省，不断积累

在各种各样的控制系统中，反馈控制是最基本的控制方式。除此之外，反馈在自然系统、教育系统和各类社会系统中都具有普遍性。通常，控制系统都是为了完成某个控制目标而形成的有机整体，当系统受到外界干扰使系统输出偏离输出期望值，通过反馈把实际输出反馈到输入端形成偏差，再利用偏差不断调节修正系统的输出，使之达到期望的输出值。

学生的学习就是一个闭环系统。学生自身要学会不断自我反省，反省的过程就是在总结反馈自身的学习效果，并且将所掌握的内容与课程目标点进行对比，及时查缺补漏。通过长期自我反省和积累，可以完整的掌握好一门课程内容。并且任何事都是一点一滴地从简单过渡到复杂，从小事发展为大事。我国古代的思想家、哲学家老子在《道德经》第六十三章中有这样一句话：“图难于其易，图大于其细。天下难事必作于易，天下大事必作于细。”其意思是说：想做困难的事必须从容易的方面着手，想干大事必须从小事入手。天底下那些看起来困难的事情，都一定是从简单或容易慢慢开始做起；天底下那些宏大的事业，也一定是从细小微观的事情开始做起。

除此以外，教师的整个教学过程的也是典型的闭环控制系统。每门课程均有教学目标，且每节课有课堂内容的教学目标。教师在授课结束后通过形成性评价和总结性评价，归纳总结教学效果和教学目标的达成度，再依据达成度调整教学安排，以期达到高质量的教学效果。

4.4 对控制系统的稳定性分析——引导学生树立正确的三观

系统稳定是对控制系统的首要要求，是保证控制系统正常工作的前提。故可将系统稳定性引申到个人、家庭、社會及国家的稳定性，通过现实中的案例讲解，使学生认识到个人、家庭、社会和国家都是特殊的系统，稳定性对个人、家庭，社会及整个国家也是非常重要[6]。

对于个人而言，总是很难避免外界干扰因素的影响而产生初心的动摇，甚至偏离最初的方向，但是只要有坚定的信念和抵抗干扰的决心，以积极乐观的心态去更正，仍然会回到正确的方向。

对于国家而言，稳定才能有精力进行精神文明建设，才能构建和谐社会。家庭稳定家人才能安居乐业。作为当代大学生，要从自身做起，要时刻维护社会和谐稳定，民族团结，以国家利益为重。同一个系统，不管扰动作用在哪个环节，系统闭环特征方程不变，系统的稳定性不会受任何扰动的影响。军队院校担负着培养优秀军事人才重任，是未来作战的主力军。军队学员思想信念坚定，品德过硬，时刻保持清醒头脑，避免被任何不良思想侵蚀，这也是确保党对军队绝对领导的必要。

4.5 控制系统的数学模型——各事物之间互相联系，需透过现象看本质

控制理论研究的基本过程是系统建模，系统分析和系统综合设计。而无论是要完成对系统的分析还是系统的设计，首先须完成系统建模。系统建模就是建立系统的数学模型，确定模型的结构及参数。描述系统在运动过程中各变量之间相互关系的数学表达式，称为系统的数学模型。时域分析中常用的数学模型是微分方程，复频域中常用的数学模型是传递函数、结构框图、信号流图，频域分析中常用的数学模型是频率特性。

根据不同的分析方法，对系统做分析时，可采用不同的数学模型。其中，微分方程是控制系统最基本最重要的数学模型，其他数学模型都是由微分方程演化而来。传递函数是对微分方程做拉普拉斯变换及变形后得到，而结构图和信号流图是图解形式的数学模型，频域频率特性是对微分方程做傅里叶变换及变形后得到。由此，可以引导学生通过观察、实验和逻辑推理等手段，去发现和探究众多事物之间的直接和间接规律，这些规律的探索和应用，推动各个领域的发展和进步。除此之外，分析问题时，要抓住问题的本质，透过现象看本质，才能真正地理解前因后果，而不被事件的表象影响判断。

5 结束语

自动控制原理作为自动化、电子信息工程等专业的基础课程，在理论研究和探索的基础上，教师要从全局着眼才能较好地将课程内容与思政元素融合并实施到课堂中。因此，教师要在日常教学工作中不断学习，深度挖掘课程的思政元素，以引导学生明确个人发展目标，不断提升个人品质与职业素养，为国家富强和民族复兴培养德才兼备的接班人。

参考文献：

[1] 胡英芹.“双高计划”视域下高等职业教育内涵式发展的诉求、特征与路径[J].职业技术教育，2020，41（14）：11-14.

[2] 樊春霞，肖敏，周颖，等.《电机与拖动基础》课程融入思政的教学设计探讨[J].中国设备工程，2021（22）：232-233.

[3] 田思庆，王越男，徐颖，等.“自动控制原理”课程思政教学研究与探索[J].工业和信息化教育，2022（8）：29-33.

[4] 赵婧，魏彬，尹睿，等.“自动控制原理”课程思政建设的实践路径探讨[J].湖北开放职业学院学报，2022，35（19）：117-118，121.

[5] 李月娟，王应洋，张鹏.“自动控制原理”课程的课程思政教育研究[J].教育教学论坛，2021（36）：29-32.

[6] 朱文兴.“自动控制原理”课程思政教学案例设计与实践[J].电气电子教学学报，2021，43（5）：16-19，38.

【通联编辑：朱宝贵】