淺談控制理論課程思政

周 穎，張 燕，梁秀霞，王 婕

(河北工業大學 人工智能與數據科學學院, 天津 300130)

0 引言

在社會高速發展的今天，在信息化時代，網絡給我們帶來了巨大的貢獻，大學生從網上獲取有用的信息的同時也給他們帶來真假難辨信息及有價值信息的困惑，再加上獨生子女大學生的道德立場不堅定、責任意識不強等的問題，很容易使大學生出現理想觀念淡薄，前途目標不明確、貪圖物質享樂的現象，所以進入新時代，培養什么人、怎樣培養人成為中國高等教育必須回答的根本問題[1]。教育興則國興，教育強則國強。高等學校更是在實現專業知識傳授的同時，做到立德樹人，在發揮專業課程本身的特色的同時，提煉愛國情懷、法治意識、社會責任、文化自信、人文精神等要素，在“潤物無聲”的知識學習中融入理想信念層面的精神指引，將課程思政建設涵蓋教學過程整個環節。本文將從“自動控制原理”課程著手談一談課程思政案例融合問題。

1 “自動控制原理”課程簡介

“自動控制原理”課程是自動化專業的一門主干必修課程，該課程所包含內容是控制科學與工程學科學生必須掌握的專業知識。本課程主要內容包括：自動控制的基本原理、控制系統的組成、控制系統數學模型、控制系統的時域、根軌跡和頻域分析的基本方法、控制系統校正的一般方法、采樣控制系統分析、非線性控制系統等。通過本課程的學習，使學生具有控制系統分析和設計能力，為今后分析、設計和繼續學習復雜控制系統奠定堅實的理論基礎。通過挖掘本課程的思政元素，進行頂層設計，使學生在學習專業課的同時，潤物細無聲地接受思政教育，實現全員、全過程、全方位育人的目的。

2 控制理論思政案例設計

2.1 從自動控制發展弘揚愛國情懷

“自動控制原理”緒論中講到控制技術廣泛用于工業、農業、國防、現代交通、商業、家庭服務等各個方面。此時，我國改革開放以來所取得的與控制有關的舉世矚目的成就自然而然引入課堂。比如：天宮二號發射成功、載人潛水器蛟龍號、中國高速鐵路發展、屠呦呦獲諾貝爾科學獎、中國無人機的發展等(圖1)，這些例子中提煉控制理論內容。如今，工業 4.0、中國制造2025是我國由制造大國向制造強國轉變的機遇與挑戰，從而啟發學生樹立自尊自立、自信自強、“祖國永駐我心，我心屬于祖國”以及為實現中國夢的遠大目標。

圖1 自動控制的應用

回顧我國的古代發明創造的自動控制裝置，其中比較著名有：指南車、銅壺滴漏，記里鼓車、漏水轉渾天儀等(圖2)，正是這些發明滿足了當時我國生產、生活和作戰的需要。

圖2 我國古代自動控制裝置

控制理論經歷經典控制理論、現代控制理論、智能控制理論的三個發展階段，在這三個階段都有哪些人物為控制理論作出了重大貢獻？可以介紹我國著名的科學家錢學森,中國控制學科最重要的奠基人,中國自動化學會首任理事長。他在應用力學,工程控制論,系統工程等多領域取得出色研究成果,為中國航天事業的創建與發展作出了卓越貢獻。他從少年時代起，就熱愛祖國，熱愛科學。后到美國留學，學習研究空氣動力學，與老師一起提出了“卡門-錢公式”，并創立了工程控制論。新中國成立后，他積極要求回國參加建設，受到美國政府的無理阻撓和迫害，5年后終于回到祖國。他曾長期擔任中國火箭、導彈和航天器的技術領導職務，參加近程、中程、遠程導彈和人造衛星的研制領導工作，做出了杰出貢獻。1999年獲“兩彈一星功勛獎章”[2]。1957年選聘為中國科學院院士。還有自動控制專家張鐘俊院士。他是我國控制科學技術的奠基人之一，1935～1938年在麻省理工學院攻讀碩士、博士，畢業后毅然回國。一門“伺服機件”課程奠定了他是中國控制學科的第一個“吃螃蟹”的人。他在國內最早講授自動控制課程，開創了我國自動控制的教育和研究。他是國內第一批將現代控制理論應用于實際工程的科學家。在網絡綜合,電力系統,自動控制和系統工程等領域,作出了許多開創性的貢獻[3]。

通過以上案例，教育學生以國家、民族利益為重，培養學生的工業救國、科技強國的偉大精神，建立以立德樹人，堅持社會主義核心價值觀，增強學生的愛國情懷，提高專業人才政治素養與科學能力。

2.2 從系統的穩定談修身立德樹人教育

提高學生個人修養，培養具有正確三觀、人格健全的社會主義建設者和接班人是思政教育工作的重要內容。

在講解“線性系統穩定性”時，控制系統首先要穩定,才能進行系統分析，求解性能指標，結合控制穩定的基本概念融入“課程思政”內容，使學生不受外界各種信息的干擾，樹立正確的人生觀，才能安心學習。此時，也可以插入類似圖3的一些比較典型的表情包吸引學生的注意力。

圖3 用于形容學生受到各方面影響的表情包

隨著科技的發展，手機、電腦、網絡給學生的學習帶來便利條件的同時，也帶來了一些社會上不正之風的負面影響。此時，結合以上表情包舉一些正面或反面的例子，以警示學生不要受這些不良干擾的影響，要控制自己，把握好自己，要堅定自己的理想信念，堅定社會主義核心價值觀，不能讓自己的思想和行為不受控制，為所欲為。要做一個自制力的強者，穩定在正確的人生軌跡上。把握自己的命運，實現自己的人生價值。

2.3 從控制系統的分析談人生的規劃

在我們講到控制系統的時域分析、根軌跡分析方法時，提示學生要學會規劃自己的人生軌跡，你將來要做什么，要成為什么樣的人？根軌跡就像我們人生的軌跡，調整不好就有可能不穩定，我們不能處于無拘無束、船到橋頭自然直的心態，要明確人生的方向，要將自己學到的知識和技能轉化為內在德性和素養，將個人發展與社會發展、國家發展結合起來，向著自己的目標努力。在創造社會價值過程中明確自身價值和社會定位。

2.4 從系統的校正談職業道德素養教育

在講解“線性系統校正”或“線性系統綜合”時，控制系統不滿足用戶的性能指標，可以加入校正裝置調節(控制器)，圖4為普通的閉環控制，通過調整控制器的參數使系統滿足要求。這時可以聯系習近平總書記所說“要把學習的具體目標同民族復興的宏大目標結合起來為之而奮斗”，學生自身也要不斷反饋，要把自身的學習目標與理想的宏大目標相比較，如圖5所示，由于受社會各方面干擾的影響，自己難免會偏離自己的目標。當偏差較大時，可以通過調整自身或是通過學校教育、家長督促等達到達到自我管理、自我教育、自我約束的目的，提升自己的職業道德素養，實現人生的夢想。這就是控制理論中典型的閉環控制作用。當然除了閉環，如果采用前饋加反饋控制，如圖6所示，根據自身的狀況提前調整，將會達到更好的效果。

圖4 自動控制中閉環控制方框圖

圖5 用于學生閉環控制方框圖

圖6 用于學生反饋加前饋的控制方框圖

講到控制系統的性能指標時，強調我們學生將來要成為工程技術人員，就要具有求真務實、實踐創新、精益求精的工匠精神，具備踏實嚴謹、耐心專注、吃苦耐勞、追求卓越等優秀品質，成長為心系社會并有時代擔當的祖國需要的人才。

如圖7所示，針對今年的疫情情況，我國也是采取前饋加反饋的方式，提前預測，積極應對，以最快的速度打贏這場戰役，不僅最大限度地為世界各國防控疫情爭取了寶貴時間、提供了經驗，為維護地區和全球公共衛生安全作出巨大貢獻，也充分彰顯了中國負責任大國的全球擔當，以堅定信心和實際行動踐行著推動構建人類命運共同體的莊嚴承諾。

圖7 我國應對疫情反饋加前饋的控制方框圖

3 結語

專業課程蘊含著豐富的思政元素。我們教師可以通過深度挖掘，在已有思政元素的基礎上實現進一步拓展和開發。在“如春在花、如鹽化水”的教學中，不但使學生很好地掌握專業課程知識，還能夠引導學生將所學到的知識和技能轉化為內在德性和素養，將學生個人發展與社會發展、國家發展結合起來，立德樹人，激發學生為國家學習、為民族學習的熱情和動力，幫助學生在創造社會價值過程中明確自身價值和社會定位，擔當起民族復興大任的時代新人的歷史使命和時代責任。