“自動控制原理”課程思政元素的挖掘與融合

侯明哲，周 彬，馬明達

（哈爾濱工業大學，黑龍江 哈爾濱 150001）

高校人才培養的主渠道在課堂。習近平總書記在2016年全國高校思想政治教育工作會議上指出，除了思想政治課程之外，“其他各門課都要守好一段渠、種好責任田，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應”[1]。教學過程不僅是知識技能傳授的過程，更是師生雙方交流、學生心智得到發展形成科學世界觀的過程。“自動控制原理”是工科院校一門重要的基礎課程，該課程的思政建設主要是通過挖掘專業課中的思政內容，再與專業課教學內容有機融合，從而達到教書育人的作用。其中最為核心、最為關鍵和最難解決的就是專業內容中思政元素的挖掘與融合。因此，以飛行器設計類“自動控制原理”課程為載體，根據該課程的性質和特點，通過觀視頻、悟道理等多種方法對課程中蘊含的思政元素進行挖掘，進一步將道德規范、工匠精神、家國情懷等以內隱的方式融入專業課教學過程中，引導學生樹立科學、正確的世界觀、人生觀和價值觀，力求完善課程的育人功能，使其與思想政治理論課同頻共振，形成協同效應，構建三全育人的大格局[2]。

一、課程性質和特點

“自動控制原理”是自動化、飛行器設計等專業的重要基礎課，在整個專業課程體系中起著承上啟下的關鍵作用。該課程主要講解自動控制原理的基本概念、理論與方法，使學生掌握控制理論的基本概念，自動控制系統的組成，建立控制系統數學模型的方法，分析與綜合控制系統的方法等，最終培養學生靈活運用基本理論知識解決自然科學和工程實際中控制系統分析和設計問題的能力。該課程涵蓋的知識面廣、內容豐富、概念抽象、公式多、圖形多、習題多，要求學生具備復變函數、線性代數、大學物理等基礎知識，還要有較強的抽象思維能力、建模能力和解決實際問題的能力。因此，該課程具有理論性和系統性較強，抽象性和復雜性高的特點，屬于學生理解難度較大，教師教學難度較高的課程[3]。

二、“自動控制原理”課程思政的必要性

將課程思政與“自動控制原理”課程進行充分融合的必要性體現在以下三個方面。

（一）深化教學改革的需要

近年來，為適應新時期育人和思政工作的需要，各高校都在深入開展課程思政教學改革。教師應將課程思政貫穿于“自動控制原理”課程教學實踐各個環節，深度挖掘課程體系中蘊含的思政元素，將價值塑造、知識傳授和能力培養三者融為一體，量身定制專業課程和思政教學目標，充分利用新媒體技術，采取多元化的教學形式，課內與課外、線上與線下有機結合，為深化教學改革和提高教學質量提供條件，進而為培養出三觀端正、技術能力強、綜合素質高的工科人才奠定基礎。

（二）落實立德樹人根本任務的需要

立德樹人是教育之根本。課程思政是新形勢下高校落實立德樹人的重要路徑[4]。在“自動控制原理”課程教學過程中落實課程思政理念，就是教師在向學生傳授專業的自動控制方面的理論知識和工程實踐技能的同時，依據課程特點和專業特色，深度挖掘德育元素，有機地融入道德規范和思想觀念，培養學生高尚的道德品質，塑造健全的人格品質和正確的價值觀。因此，“自動控制原理”課程思政建設是“自動控制原理”課程教學中落實立德樹人根本任務的需要。

（三）培養時代新人的需要

當前全球科技創新進入密集活躍時期，新一輪科技革命和產業變革正在大規模快速發展，世界正面臨百年未有之大變局。新時代背景下的教育是要培養時代新人，以提升我國在科技創新方面的核心競爭力。在“自動控制原理”課程中融入思政教育，發揮思政教育的浸潤功能和價值導向作用，使學生在掌握專業知識和技能的同時，強化科學思維和主動創新精神，提升追蹤和引領新科技的能力，培養思政素養、道德品質、家國情懷和責任擔當，提升他們的綜合素質，助力他們全面發展，肩負起民族復興大任，更好地為社會主義建設服務。

三、“自動控制原理”課程思政元素的挖掘與融合及案例分析

（一）課程思政元素的挖掘與融合

在“自動控制原理”課程的教學設計過程中，依據不同知識點有針對性地挖掘和提煉思政元素，把握思政元素融入的節點、時機、方式和渠道，通過熱點新聞、周邊實例、典型視頻、情境教學等進行導入設計，使思政元素與專業知識無痕地融合為一體，發揮課程思政“隱性”的功能，實現思想與價值引領、立德樹人的目的。針對飛行器設計專業“自動控制原理”課程的教學內容與思政元素挖掘、融入設計如表1所示。

表1 課程思政融入點與元素挖掘設計

（二）典型案例教學設計

1.自動控制技術的應用——激發學習熱情，培養愛國情懷。針對飛行器設計相關專業學生特點，結合天宮機械臂、實踐21號成功捕獲失效北斗2號衛星和相關視頻資料，介紹自動控制技術在航空、航天領域國之重器的應用上取得的偉大成就。天宮核心艙機械臂負載自重比、操控精度等指標均達到世界領先水平，且全部核心部件實現國產化，屬于七自由度機械臂，能夠頭尾互換、艙體爬行、懸停飛行器捕獲和輔助對接、艙外貨物搬運、航天員出艙活動等重要任務。我國的實踐21號衛星成功捕獲了失效的北斗2號G2衛星，并將其拖到“墓地軌道”后，自己又回到了地球靜止軌道（GEO）。這些成果顯示出我國在航空航天領域取得的突飛猛進的進步。通過這些實例結合“中國衛星之父”孫家棟先生身上的航天精神的介紹，激發學生的學習熱情和民族自豪感，培養愛國情懷和航天精神，引導學生為祖國航天事業更上一層樓發揮自己的力量。

2.反饋的概念——引導學生三省吾身，重視學科交叉，培養創新意識。講解控制系統的靈魂反饋時，重點強調反饋不僅是一種最基本的控制方式，而且在自然系統、生物系統和社會系統中都具有普遍性，并用框圖展示，我們每一個人自我成長過程中“吾日三省吾身”也體現了反饋的精神。進而結合反饋概念的提出者維納創立控制論的故事，并引用維納的原話“在科學發展史上可以得到最大收獲的領域是各種已經建立起來的部門之間的被人忽視的無人區”[5]，強調在學科分類越來越細的今天，重視學科交叉對于取得創新性成果的重要性。再擴展介紹現代控制理論主要創立者卡爾曼的故事，其所提出的狀態空間法仍然是重視學科交叉、繼承與創新的典范。通過講授維納和卡爾曼的故事，提升學生的學習興趣，培養他們的創新意識。

3.對最佳阻尼比的討論——培養學生發現問題的能力和科學探索的精神。在國內眾多的自動控制原理教科書中都有欠阻尼二階系統的最佳阻尼比是0.707的陳述。但是，這些書中都沒有講最佳阻尼比所對應的性能指標函數是什么。從理論上講，在沒有給定性能指標函數的情況下討論最佳是沒有意義的。從這一背景出發，給學生拓展介紹控制工程中一些常見的性能指標。通過計算展示，對于這些工程上常見的性能指標，對應的最佳阻尼比都不是書中所說的0.707。進而，作為課外作業，讓學有余力的學生去思考這個最佳阻尼比對應的性能指標可能是什么。通過這一方式，引導學生要善于發現問題，并積極思考、努力探索去解決這些問題，從而培養他們發現問題的能力和科學探索的精神。

4.穩定性的概念——引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。結合美國獵鷹HTV-2高超聲速試飛器失敗的案例，講述穩定性是對控制系統最根本的要求，也是控制系統能正常工作的前提。明確穩定性對于自動控制系統的重要性。從系統穩定性的講解過渡到個人、家庭和國家的穩定性，使學生認識到個人、家庭和國家也是特殊的系統，穩定性對個人、家庭和國家都非常重要，培養學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。特別是，當個人遇到外來干擾因素時可能會產生動搖，偏離方向，但是如果擁有堅定的信念和抗挫折能力，并以積極的心態去改變某些固有特性，軌跡雖有曲折、偏離，仍然會回到正確的方向，保持初心，從容面對困難與挫折，使個人系統處于穩定狀態。

結合系統典型的不穩定情況，強調立場、意志和信念不堅定的危害。立場、意志和信念的不堅定相當于系統具有臨界穩定的極點，通過例子說明：（1）若系統存在一個單獨的臨界穩定的極點，則當外部信號提供相同的極點時，可能導致系統輸出的發散。這相當于集體內部一個立場、意志和信念不堅定的人，容易被外部敵人投其所好而破壞集體的事業。（2）若系統存在兩個或以上臨界穩定的極點，則即使沒有外部輸入也可能導致系統輸出的發散。這相當于集體內部多個立場、意志和信念不堅定的人，容易拉幫結派，對集體的事業造成破壞。同時，鼓勵學生做到不拉幫結派，不搞任何小團體，以平等心對待所有的人，不媚上欺下，不畏強凌弱。

此外，結合校園發生的泄密案例，強調堅定立場、意志和信念的重要意義，引導學生時刻維護國家和民族的利益，堅決與一切破壞國家和民族利益的行為作斗爭，以維護國家的穩定和發展。

5.PID控制——引導學生珍惜時光、勤奮學習、躬身自省、目光長遠。在講述PID控制的基本原理時，強調PID控制雖然形式簡單，它是P控制項、I控制項和D控制項三項的組合，但是其思想卻并不簡單，I控制項使用的是系統過去的信息，P控制項使用的是系統現在的信息，這是最基本的控制項（PI、PD、PID均離不開P），而D控制項則使用了預見的系統未來。也就是說，PID控制綜合了系統在過去、現在和未來，因此具有優良的控制性能，在工程實際中得到了廣泛的應用。PID控制對于我們的人生啟迪是：（1）最基本的P控制項告訴我們，只有立足當下，才能成就未來，引導學生珍惜大學的美好時光，勤奮學習，為未來的發展打下堅實的基礎。（2）I控制項告訴我們，要以史為鑒，躬身自省，從過去的事情上認真總結經驗和教訓，這有助于我們無偏差地達成自己的目標。（3）D控制項告訴我們，做事情要有預見性和長遠目光，針對可能發生的不利情形提前采取行動，有助于我們更好地達成目標。培養自己的預見性和長遠目光，就不能兩耳不聞窗外事，需要家事國事天下事，事事關心。

四、結語

“自動控制原理”是一門專業理論性較強的課程，對于其課程思政知識點的選擇不能簡單地生拼硬湊，而是要從全局的思政內容考慮，在理論研究和探索的基礎上實施到課堂之中。思政元素的挖掘和融合需要教師投入一定的精力和智慧。因此，教師要在日常教學工作中不斷學習，汲取更多的經驗智慧和靈感，挖掘更多、更深層次的思政元素，以提升育人的綜合能力。同時，要在掌握學生認識規律、心理特點等基礎上，結合課程特點、思維方法和價值觀念，把握好思政元素的融入點和方式，力爭實現專業知識與思政元素的內在融合，達到潛移默化地實現價值引導、品質培養的效果，為培養擔當民族復興大任的時代新人服務。