“自動控制原理”課程思政教學案例設計與實踐

朱文興

（山東大學 控制科學與工程學院，山東 濟南250061）

0 引言

“課程思政”于2014年提出，以構建全員、全程、全課程育人格局的形式將各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應，把“立德樹人”作為教育根本任務的一種綜合教育理念。2016年，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，要用好課堂教學這個主渠道，講好“課程思政”。自此之后，無論在理論研究還是在教學實踐方面，教育工作者將思想教育內容融入日常教學過程中，從教學內容中挖掘思政元素，發揮教師既教書又育人的雙重功能。在“課程思政”教學案例設計中，理工類課程挖掘思政元素的難度要略大一些，特別是一些理論性較強的課程，偏重理論，與實踐過程聯系不緊密，設計優秀的“課程思政”教學案例的難度要大一點，必須冥思細想巧妙構思才可能完成。目前，國內已有部分理工類的“課程思政”建設成果還是不錯的，如，丁沖和楊文榮［1］將課程思政實施到“電路”課程的教學過程中，分析了在“電路”課程中融入思政教育的重要性，從五個方面提出在“電路”課程中實施課程思政的育人目標，并給出相應的融入措施。上述研究論文給出了“課程思政”建設的諸多重要因素，涉及教師隊伍、教材建設、教育理念和課程建設等理論性的內容，對開展“課程思政”建設和實踐具有指導意義。陳新武等［2］針對“電子技術基礎”課程思政問題，挖掘了立德樹人思政元素，給出了一些教學案例，圍繞二極管電路模型、反饋機制、放大電路、通信技術發展等教學內容開展教書育人。李柳等［3］分析了“課程思政”和思政課程在教書和育人中協同的必要性，重點闡述了電子信息工程專業“電路分析”課程思政體系建立的舉措。梁瑛等［4］把思想政治教育元素融入到“高等代數”的教學過程中，一是介紹科學家的故事，學習他們科學精神、工匠精神和愛國精神；二是挖掘方法中所蘊含的哲學思想，弄清知識的脈絡和內涵；三是引導學生用所學知識解釋生活中的現象，在實踐中提升感悟；四是介紹一些知識在高科技中的應用，激發學生崇尚科學、敢于創新的熱情，實現了課程三位一體的教學目標。丁肇紅等［5］結合電氣類專業“自動控制原理”課程的特點和應用技術型人才培養目標，介紹了“課程思政”建設內容、典型教學案例和“課程思政”建設方法，培養學生求真務實的科學精神。周悅等［6］充分挖掘“自動控制原理”課程的思想政治元素，并將其融入到專業課程內容教學中，對課程教學知識點設置和教學方法進行了改革，實現對學生知識與能力、過程與方法、情感與價值觀三維教學目標的統一。吳小娟等［7］提出了在“自動控制原理”課程教學中融入“思政元素”的方法，并提出了具體實施手段。趙月容等［8］將控制理論的發展、對控制系統的分析與綜合專業知識和思想政治教育有機地結合在一起，堅持效果導向，努力發掘思政融入點，通過多種措施讓大學生提高專業水平的同時，樹立正確的思想觀念、價值取向和行為方式。王憲磊等［9］針對課程教學內容，選取合適的知識點，積極踐行“課程思政”，用好課堂主渠道，堅持“知識傳授”與“價值引領”并重，挖掘課程的思政教育功能，培養符合新時代需求的自動控制專業技術人才。以上研究成果均取得了不錯的教學效果，對其它課程的思政元素挖掘與教學案例設計起到了相當好的示范作用。

在已有“自動控制原理”課程思政教學案例中，教學設計已經豐富多彩，思政元素已經得到了較為深入的挖掘。但，該課程仍然有深層次的思政元素等待發掘。本文將在已有“課程思政”案例基礎上，繼續深入挖掘思政元素，設計優秀教學案例，將“課程思政”建設向更高層次推進。

1 “課程思政”設計原則

任何“課程思政”教學案例設計應遵循如下原則：

1）教學目標明確

教學目標包含知識、能力、素質三個維度；知識和能力目標體現高階性、創新性和挑戰度；素質目標體現價值性和引領性；目標設計要明確、具體、可操作。

2）教學理念先進

體現教學設計理念，課程授課思路清晰、合理。了解學生基礎，課程設計充分體現“以學生發展為中心”的理念。

3）教學內容豐富

教學內容體現專業性、前沿性；思政案例體現社會主義核心價值觀，符合國家和社會發展現狀，具有時代性、科學性、針對性和優越性。

4）教學方法新穎

教學方法注重參與式和互動式，能夠促使學生體驗和反思，促進學生主動學習，思政案例是巧妙嵌入，而不是強行植入。

5）評價方式多元

考核評價方式多元，體現對教學過程的考核；考核目標和課程目標對應，能夠有效考核教學目標的達成情況。

6）建設思路明確

思路正確，能清楚闡明如何根據人才培養目標和課程特點確立“課程思政”建設目標、制定總體實施方案，挖掘“課程思政”教育資源，創新課程育人方式。

2 教學案例設計

“自動控制原理”是一門理論性較強的課程，“課程思政”教學案例設計除了緒論部分內容比較容易挖掘思政元素之外，其他方面難度比較大。根據此特點，作者認真梳理了整個教材的內容，主要從四個點來挖掘和設計“課程思政”教學案例：

1）控制理論發展史部分

有關控制理論發展方面，我國勤勞的古代勞動人民貢獻了自己的智慧和力量，同時還有撰寫《工程控制論》的錢學森在理論發展史上做出的杰出貢獻。

2）開環與閉環控制部分

開環與閉環控制教學內容里面蘊含著一個重要辯證法思想：開環與閉環不是截然分開的，而是相互依存的，閉環離不了開環，開環是閉環的組成部分。

3）頻率特性部分

頻率特性內容較多用名人名字命名的判據和曲線，如奈奎斯特判據、尼科爾斯曲線、伯德圖等，這些名人與理論成果的關系反映了一個事實：理論體系的形成不是一個人的力量能夠輕易完成的，而是經過多名學者辛勤勞動和努力的結果。

4）離散控制系統部分

離散控制系統關于數字控制的內容，很容易聯想到“數字芯片”技術，學生聯想到美國制裁中興和華為公司的事件的核心就是“芯片”，通過美國制裁就可以知道“依賴進口就容易被制裁”。通過此事件，可以凸顯發展民族自主知識產權品牌的重要性。

根據四個思政點，教學案例設計如下：

2.1 課程思政案例1

1.案例說明

本案例主要介紹世界自動控制理論發展歷史，從古代四大文明古國（包括中國）出現的計時漏壺開始講述，綜述整個世界控制理論發展史，穿插介紹我國學者在自動控制理論發展史上所做出的突出貢獻和反映我國勞動人民智慧的突出案例，重點介紹了現代控制理論的奠基人錢學森的故事。

1）反映我國古代勞動人民智慧的兩個案例

（1）戰國時代馬鈞發明的指南車。

（2）南宋的韓公廉和蘇頌建造的水運儀象臺。

2）現代控制理論奠基人錢學森的故事

錢學森的故事已經被拍成電影，錢老撰寫的《工程控制論》作為經典控制向現代控制理論轉變的重要標志，電影里也有專門介紹。為學生播放《錢學森》電影片段，介紹錢老撰寫《工程控制論》過程中真實的歷史場景，感受錢老在美國遭遇不公對待的時候，仍然不輟耕耘和探索，勇于開拓全新的研究領域，最終做出突出學術成就的奮斗精神。

2.思政的融合點

通過介紹自控原理發展史，重點展示我國古代勞動人民的智慧和聰明才智，讓青年學生充滿民族自豪感，增強民族自信心。另外，通過介紹和觀看《錢學森》電影片段，讓青年學生深深感受錢老至死不渝的愛國主義精神。

（1）講述我國古代勞動人民的代表人物馬鈞和蘇頌等在自動控制方面做出的杰出成就，使青年學生既了解了自動控制理論發展的歷史，又感受了我國古老的文明和勞動人民的智慧，促使他們提升民族自豪感和增強民族自信心。

（2）通過講述錢學森撰寫《工程控制論》的背景和歷盡艱險回歸祖國的故事。使青年學生既了解了現代控制理論的奠基之作《工程控制論》的歷史背景，又深入了解錢學森在美國遭受迫害和軟禁的情況下仍然心懷祖國、忠心報國和立志回國的愛國主義精神。以實際案例來對青年學生進行愛國主義教育，使得知識傳授與“社會主義核心價值觀”密切結合起來。這是本案例課程思政教育與知識學習的融合點。

2.2 課程思政案例2

1.案例說明

本案例主要介紹自動控制系統的基本控制方式：開環控制和閉環控制。開環控制：控制系統的輸入與輸出只有順向作用的控制方式，叫開環控制。閉環控制：凡是系統輸出信號對控制作用有直接影響的控制方式，叫做閉環控制。

1）關于開環控制與閉環控制的“辨證”關系

某運動員練習射箭，在訓練過程中，他的每一次試射可以看作是開環控制過程。一旦把箭射出去，是否命中靶子，命中靶子后是多少環，離10環差多少，是已經確定了的，無法再改變，屬于典型的開環控制。

經過長期的訓練，射箭運動員經歷過無數次的開環控制過程，他射箭的準度越來越高，命中靶子不成問題，并且離10環的靶心越來越近。這是運動員在訓練過程中不斷反饋糾正準星而達到的訓練結果，屬于閉環反饋控制過程。

通過上述例子說明，每次射箭的開環控制是為了實現反饋控制，反饋控制過程中蘊含著開環控制，這是開環控制與閉環控制的辯證關系。

2）反饋控制與思政結合的事例

在大自然和實際生活中，也蘊含著反饋原理。通過反饋認識，反思所作所為來使事物發展越來越好的例子比比皆是，如：人類對生態環境的認識，在漫長的生產活動中，人們掠奪式地開發自然資源、大肆砍伐森林，開墾草原、濫捕海洋魚蝦等造成了水土流失嚴重、土地沙漠化、海洋漁業資源枯竭，人們嘗盡了環境惡化的苦頭。在大自然的懲罰反饋中，人們逐漸明白了保護生態環境的重要性。

2.思政融合點

通過上述兩個事例說明：①開環控制與閉環控制的關系是辯證的；②生活中閉環反饋原理比比皆是，不負責任的生產行為造成人類生態環境破壞，通過反饋使人類認識到熱愛大自然、保護生態環境的重要性。

這些內容既包含了“自動控制原理”的專業知識，又將閉環與開環控制之間的辨證哲學原理介紹給了青年學生，實現了知識傳授與辯證思維訓練的密切結合。這是本案例課程思政教育與知識學習的融合點。

2.3 課程思政案例3

1.案例說明

本案例內容介紹頻域穩定性判據的理論體系，其中，涉及到奈奎斯特、伯德和尼科爾斯等著名學者在理論體系完善過程中的貢獻。奈奎斯特判據是奈奎斯特提出的，而奈奎斯特判據種利用的開環幅相曲線，是頻率特性的兩種圖示方式之一，被稱為奈奎斯特曲線。另一種圖示是對數坐標圖是由學者伯德來提出的，因此被稱作波德圖。而直角坐標系表示的對數輻相曲線則是由尼科爾斯提出的，因此被稱作尼科爾斯曲線。

從上述內容可以了解到奈奎斯特、伯德和尼科爾斯三人共同完善了頻率特性曲線的表示方法，各自創新了頻率特性法的相關理論。通過他們的故事，鼓勵青年學生深刻領會“眾人拾柴火焰高”的真諦，要學會已有研究基礎上不斷開拓的創新精神。

2.思政融合點

講述本節內容時，涉及到以三個著名學者命名的概念：奈奎斯特判據、伯德圖、尼科爾斯曲線，講述“為什么要以他們的名字命名”的緣由。

素材故事涉及到了三個著名人物：奈奎斯特、伯德和尼科爾斯，在不同時期分別對頻率特性法開展研究，并做出了突出的貢獻。在共同努力下，頻率分析法理論體系得以完善，理論體系形成過程體現了一種“眾人拾柴火焰高”的精神。通過講述這個案例，令青年學生明白一個道理：一個理論體系的形成和完善不是一個人的力量所能達到的，必須經過多個志同道合的學者共同努力來完成。這是本案例課程思政教育與知識學習的融合點。

2.4 課程思政案例4

1.案例說明

本案例介紹離散控制系統的基本概念、離散系統的定義和常用術語、離散系統的特點。

介紹“離散控制系統”的定義，引導同學們聯想起“計算機控制系統”。在信息高速發展的時代，基本上所有的自動控制系統都離不開計算機，幾乎所有的現代控制系統是離散控制系統。再引出話題：我國的計算機控制系統研制水平是處于什么樣的地位？通過討論形成共識：作為計算機控制核心的“芯片”是體現國內外計算機控制系統設備和裝置水平的標志，借此引出“中興事件”和華為5G。

通過講述中興事件，讓同學們了解之所以美國敢制裁中興公司，是因為中興公司的芯片依賴進口，技術還落后于歐美等發達國家。當然，學生也不能妄自菲薄，激勵學生去努力學習基礎專業知識，追蹤科學前沿，攻克尖端技術，使我國盡快在高端芯片生產技術方面趕超西方發達國家。

美國針對華為公司一系列的舉動，是對我國高端技術發展的一種打壓，從另一個方面說明華為的5G技術已經走在了世界的前沿，威脅到了西方國家的利益?？梢?，只有發展“民族自主品牌”，才可能不被欺負，不受制裁，真正立足于世界民族之林。

2.思政融合點

案例中介紹我國更多的民族自主知識產品，讓學生從思想上認識到民族自主品牌發展的重要性，樹立信心學好科技知識，研發自主品牌早日擺脫高端產品依賴進口的窘境。通過講述“中興事件”和華為公司的故事，培養學生在追求知識的道路上樹立自強不息，不甘落后，趕超先進科技的奮斗精神。這是本案例的思政教育與知識傳授的融合點。

3 案例實施與成效

“自動控制原理”的“課程思政”教學案例已經成功應用到課堂教學中。

在教學過程中，通過PPT展示，電影故事片段播放，豐富圖片資料展示等手段進行案例學習，獲得了良好課堂教學效果。教學團隊參加了山東大學2019年度校級課程思政優秀教學案例征集與評比活動，該課程思政4個教學案例設計經過專家評審榮獲一等獎。

2019年，“自動控制原理”申報山東省線下一流課程建設點，成功獲批。其中，“課程思政”建設方面所取得的成績起到了有力的支撐作用。在此基礎上，該課程還獲得了山東大學“課程思政”示范建設項目資助。

4 結語

“自動控制原理”課程是一門理論性強、學習難度較大的課程，挖掘課程思政元素更是一項需要投入智慧和精力的工作。在學校層面推行“課程思政”的長效機制的背景下，結合“三全育人”工作，該課程從同類課程取長補短，與其他同名課程共生共榮，汲取和吸收更多的靈感，挖掘出更多的思政點，促進課程的思政育人水平不斷提升。