現代控制理論課程思政教學改革探索

盛春陽 張婧 蓋文東 鐘麥英

摘 ?要：現代控制理論是自動化專業本科生和控制工程領域研究生的一門重要專業基礎課。通過挖掘和析出課程教學內容中蘊含的思政元素，改革教學內容、教學方法、評價機制，幫助學生達成知識、能力、情感等課程教學目標。通過思政內容與專業內容深度融合，潛移默化地幫助學生樹立正確科學觀，培養學生的家國情懷，激發學生的愛國熱情與民族使命感，堅定中國特色社會主義“四個自信”。

關鍵詞：現代控制理論;課程思政;家國情懷;“四個自信”

中圖分類號：G641 ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）33-0181-04

Abstract： Modern Control Theory is an important basic course for undergraduates majoring in automation and postgraduates majoring in control engineering. By mining and separating out the ideological and political elements contained in the course， the teaching content， methods and evaluation mechanism are reformed to help students achieve knowledge， ability and emotion. Deep integration of ideological and political elementsand professional contents is to help students establish a correct scientific concept， cultivate students native land emotion， stimulate student's patriotic enthusiasm and national mission， and strengthen the "Four-sphere Confidence" of socialism with Chinese characteristics.

Keywords： modern control theory; Ideological and Political Theories teaching in All Cour; native land emotion; "Four-sphere Confidence"

2020年5月教育部印發了《高等學校課程思政建設指導綱要》強調，“要深入貫徹落實習近平總書記關于教育的重要論述和全國教育大會精神”，“把思想政治教育貫穿人才培養體系，全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用，提高高校人才培養質量[1]”。省屬高校作為高等教育的重要組成部分，理應積極探索和實踐專業課程的“思政教學”改革。本文借此契機，以現代控制理論課程為例研究了課程思政教學改革的思路，總結了課程思政教學設計的要點，將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體，在原有教學基礎上，通過析出和融入思政教學元素，加強學生對社會主義核心價值觀、優秀傳統文化以及習近平新時代中國特色社會主義思想和堅定“四個自信”的學習和認識。

一、課程性質及教學現狀

現代控制理論課程是對經典控制理論學習的延續，其內容既包含基礎理論，又包含工程應用，是自動化專業的一門重要專業基礎課。現代控制理論又是控制科學與工程及相關學科的碩士研究生入學考試課程，甚至在某些專業學位領域被作為研究生的學科基礎課程，是研究生階段最優控制、最優濾波、智能控制等先進控制方法的基礎。現代控制理論課程教學對自動化專業本科生及控制科學與工程學科的碩士研究生至關重要。

目前省屬高校中現代控制理論課程大部分還是采用常規模式教學，主要以專業知識傳授為主，少量高校探索課程思政教學[2-4]。以我校的現代控制理論課程為例，自動化專業2014版及之前培養方案為常規教學，2018版培養方案開始將現代控制理論設置為雙語教學課程，同時大綱修訂時開始探索融入思政教學設計，在每一章深度挖掘與析出思政元素，啟發學生的哲學觀、人生觀，培養學生的民族自豪感、使命感。

二、課程思政教學改革思路

首先，要樹立正確的“思政育人”目標，目標是催人奮進的推動力;其次，將“思政育人”目標與課程教學的總體目標相融合，專業知識教學與“思政育人”同軌同向進行;再次，要根據課程思政內容設計改革教學內容、教學方法、評價機制等;最后，分析教學總體思路和理念是否符合“三全育人”要求，所培養的學生是否滿足應用創新型人才培養要求，根據評價結果，持續改進教學內容和教學過程。具體如圖1所示。

（一）樹立正確的“思政育人”目標

通過對課程教學內容的梳理，深入挖掘和析出課程中的哲學思想、優秀文化、價值觀等育人元素，并將上述育人元素進行加工設計重新融入到教學內容，以激發學生追求科學真理的興趣，樹立正確的科學觀，培養學生的家國情懷和愛國主義精神，堅定學生踐行社會主義核心價值觀的信念，堅定學生中國特色社會主義“道路自信、理論自信、制度自信和文化自信”。

（二）課程教學目標與“思政育人”目標融合

1. 知識目標達成與“思政育人”目標融合

將知識目標與“思政育人”目標相融合，既可以使學生深刻認識到打牢基本功和培育創新能力是可以并行不悖的，基礎牢固才可以觸類旁通。狀態空間模型的建立與求解都映射出了線性代數等基礎理論學習的重要性。可控性和可觀性的概念闡述了辯證唯物主義哲學思想看待問題的認識論和方法論，可以培養學生靈活運用辯證唯物主義原理、認識論和方法論的能力，提高駕馭復雜局面、處理復雜問題的本領。

2. 能力目標達成與“思政育人”目標融合

掌握基于狀態空間描述的控制系統設計方法，具備為復雜工程問題設計滿足性能要求的控制系統的能力。此部分涉及到的穩定性分析、狀態反饋、極點配置和觀測器設計，其中蘊含了系統設計的前提是要保證系統是穩定的，讓學生深刻地意識到穩定才是國家和民族發展的保障，國家的成就是建立在我國歷史文化傳統、經濟社會穩定發展的基礎上。

3. 情感目標達成與“思政育人”目標融合

在回顧古典控制理論時會學習指南車和都江堰水利工程的控制原理，這些都是對中華優秀傳統文化的體現，堅定學生的“文化自信”;在現代控制理論課程的發展歷程中學習錢學森、關肇直等偉大科學家事跡，引領學生深刻地認識什么是真正的民族精神、民族脊梁和愛國主義情懷;在學習現代控制理論在航空航天領域的應用時，通過學習航天“三大精神”的內涵，使學生產生學好專業報效祖國的濃濃愛國之情和使命感。

（三）教學內容、組織過程、教學模式新穎化

課程教學設計的理念與思路堅持以學生為中心的課程教學理念，對教學內容、組織過程、教學模式等方面進行改革。

在教學內容設置方面，與先進控制方法、人工智能等前沿性問題銜接，引入更多好的案例;將教學內容與工程實踐融合，理論聯系實際;教學內容中滲透課程思政案例，在學習知識的同時，培養學生的世界觀、人生觀、價值觀。

在教學過程組織上，一方面調動學生學習的積極性和主動性，讓學生參與到課程思政素材的搜集和案例的設計，尋找學生最易接受和受感染的融入方式;另一方面將學生教育與學生管理相結合，邀請輔導員老師加入到教學團隊中，讓輔導員老師參與到課程思政內容的設計與討論，指導和引導學生的討論方向。

在教學模式方面，探索使用線上線下混合式教學。一方面可以讓學生線上學習知識，線上查閱資料，線下啟發引導學生參與討論，參與問題的解決方案的設計，進一步加深對問題的理解，提高對知識的運用能力;另一方面使學生通過在線學習認識自我的不足，激發斗志。混合式教學還可以進一步幫助學業落后的學生利用線上資源完成課前預習和課后鞏固復習。

（四）課程教學方法改革與“思政育人”同步

在完成教學設計的基礎上，授課過程中多種教學手段并重，打造不同教學方法組合，充分利用講授法、演示法、討論法、實踐法等教學方法，利用帶入式、啟發式、探究式、研討式等教學方式，將思想政治教育和諧地融入專業課學習，潤物無聲地提高學生思想水平、政治覺悟、道德品質和科學素養。以帶入體驗式教學為例，在講解控制理論的應用時，通過為學生播放科技短片，結束后組織學生分享個人感受，為學生講解視頻中與自動控制相關的內容，包括航空航天領域、工業領域、服務行業中對控制理論的應用。以研討式教學為例，現代控制理論課程的知識要點是一個完整的體系，即建模、定量分析、定性分析、綜合設計。通過研討式教學，為學生設置一個開放性題目，師生共同查閱資料，研究、討論、實踐、探索，提出解決問題的方法，通過上述過程使學生掌握知識和技能。在研討式教學環節，通常采用課程大作業形式，要求學生分組完成一個系統完整的分析設計過程。如完成一個鍋爐生產過程的管網壓力狀態反饋控制器的設計。該作業內容綜合了狀態空間建模、求解、穩定性分析、可控可觀性分析、反饋控制器設計、仿真、展示等相關內容，對學生綜合運用所學知識提出了較高要求。設置答辯環節，要求學生對設計過程進行詳細介紹，師生共同參與評價機制，幫助學生理清思路，培養學生解決自動化領域復雜工程問題的能力。

（五）面向綜合能力提升改革課程評價方式

采用過程考核與結果考核相結合的考核方式，過程考核和期末考試各占50%。在過程考核方面，考核學生的作業、課堂測試、課堂討論、心得體會、仿真實驗、期中考試等環節。“思政育人”成效主要通過過程考核來完成，通過對課堂討論和心得體會評價給學生打分。仿真實驗是以開放性的形式，完成某一實際控制系統的狀態空間模型建立，系統求解，穩定性、可控性和可觀性判斷和分析，然后根據性能指標要求設計狀態觀測器、狀態反饋控制器，并驗證其性能指標，完成仿真驗證。與傳統考試方式不同，實際案例仿真考查沒有標準答案，學生需要經過思考，查閱資料，才能完成，增加知識考查的深度和廣度。在期末考試環節，圍繞現代控制理論課程的知識脈絡，設計閉卷考試題目。

三、課程思政教學設計要點

現代控制理論課程既是一門專業基礎課，同時也是一門蘊含優秀傳統文化、愛國情懷、自然辯證法和社會主義核心價值觀的哲學思想課。

（一）家國情懷的培養

在現代控制理論課程的學習中，要讓學生明確個人價值的實現，是與國家和民族的強大分不開的，個人應具備對國家和民族的認同感和使命感。授課過程中，重點介紹控制理論與控制工程領域的愛國科學家和民族精神。

1. 愛國主義情懷

大學生是國家的未來、民族的希望，是國家未來建設的中堅力量，應具有濃厚的家國情懷，以及對祖國和民族的認同感和使命感。在介紹現代控制理論發展歷程時，引入我國現代控制理論的奠基人之一“中國航天之父”“中國導彈之父”和“火箭之王”錢學森院士及其著作《工程控制論》[2]。在介紹錢老在現代控制理論發展中做出貢獻的同時，通過線上線下多種資源和多種學習方式，展示這位偉大人民科學家的民族大義和愛國情懷。我國現代控制理論研究的開拓者與傳播者關肇直院士在20世紀60年代敏銳地意識到現代控制理論對我國國防現代化的重要性，毅然回國創建國內第一個控制理論研究室，開始研究現代控制理論在軍事方面的應用，之后他在人造衛星測軌、導彈制導和潛艇控制等方面做出了開拓性貢獻[3]。以此進一步引出趙忠堯、郭永懷和鄧稼先等愛國科學家，并通過查閱歷史資料和觀看相關影像對偉大科學家的事跡進行學習，引領學生深刻地認識什么是真正的民族精神、民族脊梁和愛國主義情懷。

2. 科學家精神

在兩院院士大會、中國科協第十次全國代表大會上，習近平總書記再次強調了科技強國、人才培養的重要性。科技人才首要應具備科學家精神，在現代控制理論的應用方面，介紹“兩彈一星”功勛王永志先生采用最優控制方法解決導彈發射的實際問題，讓學生深切感受到自身所學在工程領域中所發揮的重要作用，通過學習航天“三大精神”的內涵，使學生深刻意識到學好專業的同時更應該具備科學家精神，才能成為真正的科學家和民族脊梁[5]。

（二）堅定“四個自信”

“四個自信”即中國特色社會主義道路自信、理論自信、制度自信、文化自信，由習近平總書記在慶祝中國共產黨成立95周年大會上提出。“四個自信”是一個有機統一體，既相對獨立，又相輔相成。堅定“四個自信”，落實“三全育人”，是實現民族復興的有力保證[6]。

1. 文化自信

優秀傳統文化是文化自信之根，民族復興需要強大的物質力量，更需要強大的精神力量，沒有中華文化繁榮興盛，就沒有中華民族偉大復興。控制理論的發展史，特別是古典控制理論中總能夠看到中華民族的貢獻，如指南車、都江堰、水運儀象臺等[2]。李約瑟曾評價指南車是世界上第一個自動控制系統。通過對控制理論發展史的學習，讓學生體會到中華傳統文化的源遠流長、博大精深。通過對這些文化“元素”的學習，培養學生對中華優秀傳統文化的認同和堅持。

2. 理論自信

理論自信是對中國特色社會主義理論體系的科學性、真理性、正確性的自信，也是對唯物主義哲學認識論和方法論的自信。系統可控性是指外加控制作用對受控系統的狀態變量和輸出變量的支配能力。系統可觀性是對系統的量測輸出識別過程狀態的能力的反映。系統可控性體現了人類能動地改造世界的概念，而系統可觀性體現了人類能動地認識世界的概念，這兩個概念的提出豐富和充實了唯物主義哲學的認識論和方法論。培養學生靈活運用辯證唯物主義原理、自然辯證法的能力，增強辯證思維、戰略思維能力，提高駕馭復雜局面、處理復雜問題的本領[7]。

3. 道路自信與制度自信

控制系統的穩定性是指控制系統在外作用消失后自動恢復原有平衡狀態或自動地趨向一個新的穩定的平衡狀態的能力。控制系統的設計是以系統穩定為前提的。穩定不僅是系統的重要性能指標，更是國家和民族發展的保障，當代大學生有責任有義務擔負起“國家”這個大系統穩定發展的重擔。在介紹系統的穩定性分析時，結合美國白宮暴力事件、香港暴亂事件、疫情防控，將穩定性延伸到一個民族、一個國家的發展層面，穩定是一個國家一個民族發展的根本保障。

通過我國近年來的穩定發展看待我國今天的國家治理體系，以及新中國成立以來社會主義現代化建設形成的綜合實力，由此可知堅持社會主義道路是正確的。中華民族不僅創造了燦爛的古代文明，也形成了關于國家制度和國家治理的豐富思想。

（三）科學素養貴在養成

把崇尚科學和追求真理作為一種信念、一種精神境界，養成良好的科學素養，才能在探索自然、認識社會、領悟人生中擺脫愚昧和狹隘，才能樹立起遠大的理想，在平凡的崗位上創造出不平凡的業績。在控制理論發展的長河中有很多科學家都做出了重大貢獻，具體以李雅普諾夫為例引導學生養成良好的科學素養。在李雅普諾夫之前已經存在不少關于穩定性的研究成果，但是李雅普諾夫在攻讀博士學位時，仍然追求真理，勇往直前，刻苦努力，才提出了李雅普諾夫穩定性理論[3]。該理論逐漸成為自動控制系統分析和設計不可缺少的普適性理論和有效工具之一。雖然李雅普諾夫在控制理論界是著名的科學家，但是著名的李雅普諾夫理論是在他求學階段提出的，以此鼓勵學生養成良好的科學素養和卓越的精神品格，敢于挑戰難題，將來成為科學家，為自己所在的學術領域貢獻力量。

四、結束語

本文介紹了現代控制理論課程思政教學設計的思路，課程思政教學設計要點，以及與之相關的教學內容、教學方法、評價機制改革，全面落實全員全過程全方位的“三全育人”要求。在深入挖掘和析出專業課程思政要素的基礎上，通過典型案例設計，改革教學組織方法和教學模式，將思政之“鹽”融入專業課程之“湯”，讓課程思政發揮切實作用，達到提高培養人才質量的目的。通過課程的學習，激發學生追求科學真理的興趣，樹立正確的科學觀，培養學生的家國情懷和愛國主義精神，堅定學生的社會主義核心價值觀的信念，堅定中國特色社會主義“四個自信”。

參考文獻：

[1]教育部. 高等學校課程思政建設指導綱要（教高[2020]3號）[EB/OL].（2020-6-3）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[2]王宇嘉，麻超，吳健珍.基于“現代控制理論”的課程思政教學設計探討[J].教育教學論壇，2021（5）：137-140.

[3]姜順.“現代控制理論”課程思政教學案例建設研究[J].教育教學研究，2020，9（40）：35-36.

[4]邵璇，張禮慧，高俊山.雙一流建設下《現代控制理論基礎》課程思政教學策略研究[J].高教學刊，2019（21）：107-109.

[5]鄭恩讓，王素娥.打造《現代控制理論》“金課”的探索與實踐[J].中國電力教育，2020（10）：79-80.

[6]方雄.增強當代大學生“四個自信”的路徑初探[J].長江叢刊，2021（7）：161-162.

[7]彭紀南，王明.系統能控性和能觀性的哲學分析及其意義[J].科學技術與辯證法，1992，9（1）：14-16.