现代控制理论课程思政教学改革探索

盛春阳 张婧 盖文东 钟麦英

摘  要：现代控制理论是自动化专业本科生和控制工程领域研究生的一门重要专业基础课。通过挖掘和析出课程教学内容中蕴含的思政元素，改革教学内容、教学方法、评价机制，帮助学生达成知识、能力、情感等课程教学目标。通过思政内容与专业内容深度融合，潜移默化地帮助学生树立正确科学观，培养学生的家国情怀，激发学生的爱国热情与民族使命感，坚定中国特色社会主义“四个自信”。

关键词：现代控制理论;课程思政;家国情怀;“四个自信”

中图分类号：G641       文献标识码：A          文章编号：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]”。省属高校作为高等教育的重要组成部分，理应积极探索和实践专业课程的“思政教学”改革。本文借此契机，以现代控制理论课程为例研究了课程思政教学改革的思路，总结了课程思政教学设计的要点，将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，在原有教学基础上，通过析出和融入思政教学元素，加强学生对社会主义核心价值观、优秀传统文化以及习近平新时代中国特色社会主义思想和坚定“四个自信”的学习和认识。

一、课程性质及教学现状

现代控制理论课程是对经典控制理论学习的延续，其内容既包含基础理论，又包含工程应用，是自动化专业的一门重要专业基础课。现代控制理论又是控制科学与工程及相关学科的硕士研究生入学考试课程，甚至在某些专业学位领域被作为研究生的学科基础课程，是研究生阶段最优控制、最优滤波、智能控制等先进控制方法的基础。现代控制理论课程教学对自动化专业本科生及控制科学与工程学科的硕士研究生至关重要。

目前省属高校中现代控制理论课程大部分还是采用常规模式教学，主要以专业知识传授为主，少量高校探索课程思政教学[2-4]。以我校的现代控制理论课程为例，自动化专业2014版及之前培养方案为常规教学，2018版培养方案开始将现代控制理论设置为双语教学课程，同时大纲修订时开始探索融入思政教学设计，在每一章深度挖掘与析出思政元素，启发学生的哲学观、人生观，培养学生的民族自豪感、使命感。

二、课程思政教学改革思路

首先，要树立正确的“思政育人”目标，目标是催人奋进的推动力;其次，将“思政育人”目标与课程教学的总体目标相融合，专业知识教学与“思政育人”同轨同向进行;再次，要根据课程思政内容设计改革教学内容、教学方法、评价机制等;最后，分析教学总体思路和理念是否符合“三全育人”要求，所培养的学生是否满足应用创新型人才培养要求，根据评价结果，持续改进教学内容和教学过程。具体如图1所示。

（一）树立正确的“思政育人”目标

通过对课程教学内容的梳理，深入挖掘和析出课程中的哲学思想、优秀文化、价值观等育人元素，并将上述育人元素进行加工设计重新融入到教学内容，以激发学生追求科学真理的兴趣，树立正确的科学观，培养学生的家国情怀和爱国主义精神，坚定学生践行社会主义核心价值观的信念，坚定学生中国特色社会主义“道路自信、理论自信、制度自信和文化自信”。

（二）课程教学目标与“思政育人”目标融合

1. 知识目标达成与“思政育人”目标融合

将知识目标与“思政育人”目标相融合，既可以使学生深刻认识到打牢基本功和培育创新能力是可以并行不悖的，基础牢固才可以触类旁通。状态空间模型的建立与求解都映射出了线性代数等基础理论学习的重要性。可控性和可观性的概念阐述了辩证唯物主义哲学思想看待问题的认识论和方法论，可以培养学生灵活运用辩证唯物主义原理、认识论和方法论的能力，提高驾驭复杂局面、处理复杂问题的本领。

2. 能力目标达成与“思政育人”目标融合

掌握基于状态空间描述的控制系统设计方法，具备为复杂工程问题设计满足性能要求的控制系统的能力。此部分涉及到的稳定性分析、状态反馈、极点配置和观测器设计，其中蕴含了系统设计的前提是要保证系统是稳定的，让学生深刻地意识到稳定才是国家和民族发展的保障，国家的成就是建立在我国历史文化传统、经济社会稳定发展的基础上。

3. 情感目标达成与“思政育人”目标融合

在回顾古典控制理论时会学习指南车和都江堰水利工程的控制原理，这些都是对中华优秀传统文化的体现，坚定学生的“文化自信”;在现代控制理论课程的发展历程中学习钱学森、关肇直等伟大科学家事迹，引领学生深刻地认识什么是真正的民族精神、民族脊梁和爱国主义情怀;在学习现代控制理論在航空航天领域的应用时，通过学习航天“三大精神”的内涵，使学生产生学好专业报效祖国的浓浓爱国之情和使命感。

（三）教学内容、组织过程、教学模式新颖化

课程教学设计的理念与思路坚持以学生为中心的课程教学理念，对教学内容、组织过程、教学模式等方面进行改革。

在教学内容设置方面，与先进控制方法、人工智能等前沿性问题衔接，引入更多好的案例;将教学内容与工程实践融合，理论联系实际;教学内容中渗透课程思政案例，在学习知识的同时，培养学生的世界观、人生观、价值观。

在教学过程组织上，一方面调动学生学习的积极性和主动性，让学生参与到课程思政素材的搜集和案例的设计，寻找学生最易接受和受感染的融入方式;另一方面将学生教育与学生管理相结合，邀请辅导员老师加入到教学团队中，让辅导员老师参与到课程思政内容的设计与讨论，指导和引导学生的讨论方向。

在教学模式方面，探索使用线上线下混合式教学。一方面可以让学生线上学习知识，线上查阅资料，线下启发引导学生参与讨论，参与问题的解决方案的设计，进一步加深对问题的理解，提高对知识的运用能力;另一方面使学生通过在线学习认识自我的不足，激发斗志。混合式教学还可以进一步帮助学业落后的学生利用线上资源完成课前预习和课后巩固复习。

（四）课程教学方法改革与“思政育人”同步

在完成教学设计的基础上，授课过程中多种教学手段并重，打造不同教学方法组合，充分利用讲授法、演示法、讨论法、实践法等教学方法，利用带入式、启发式、探究式、研讨式等教学方式，将思想政治教育和谐地融入专业课学习，润物无声地提高学生思想水平、政治觉悟、道德品质和科学素养。以带入体验式教学为例，在讲解控制理论的应用时，通过为学生播放科技短片，结束后组织学生分享个人感受，为学生讲解视频中与自动控制相关的内容，包括航空航天领域、工业领域、服务行业中对控制理论的应用。以研讨式教学为例，现代控制理论课程的知识要点是一个完整的体系，即建模、定量分析、定性分析、综合设计。通过研讨式教学，为学生设置一个开放性题目，师生共同查阅资料，研究、讨论、实践、探索，提出解决问题的方法，通过上述过程使学生掌握知识和技能。在研讨式教学环节，通常采用课程大作业形式，要求学生分组完成一个系统完整的分析设计过程。如完成一个锅炉生产过程的管网压力状态反馈控制器的设计。该作业内容综合了状态空间建模、求解、稳定性分析、可控可观性分析、反馈控制器设计、仿真、展示等相关内容，对学生综合运用所学知识提出了较高要求。设置答辩环节，要求学生对设计过程进行详细介绍，师生共同参与评价机制，帮助学生理清思路，培养学生解决自动化领域复杂工程问题的能力。

（五）面向综合能力提升改革课程评价方式

采用过程考核与结果考核相结合的考核方式，过程考核和期末考试各占50%。在过程考核方面，考核学生的作业、课堂测试、课堂讨论、心得体会、仿真实验、期中考试等环节。“思政育人”成效主要通过过程考核来完成，通过对课堂讨论和心得体会评价给学生打分。仿真实验是以开放性的形式，完成某一实际控制系统的状态空间模型建立，系统求解，稳定性、可控性和可观性判断和分析，然后根据性能指标要求设计状态观测器、状态反馈控制器，并验证其性能指标，完成仿真验证。与传统考试方式不同，实际案例仿真考查没有标准答案，学生需要经过思考，查阅资料，才能完成，增加知识考查的深度和广度。在期末考试环节，围绕现代控制理论课程的知识脉络，设计闭卷考试题目。

三、课程思政教学设计要点

现代控制理论课程既是一门专业基础课，同时也是一门蕴含优秀传统文化、爱国情怀、自然辩证法和社会主义核心价值观的哲学思想课。

（一）家国情怀的培养

在现代控制理论课程的学习中，要让学生明确个人价值的实现，是与国家和民族的强大分不开的，个人应具备对国家和民族的认同感和使命感。授课过程中，重点介绍控制理论与控制工程领域的爱国科学家和民族精神。

1. 爱国主义情怀

大学生是国家的未来、民族的希望，是国家未来建设的中坚力量，应具有浓厚的家国情怀，以及对祖国和民族的认同感和使命感。在介绍现代控制理论发展历程时，引入我国现代控制理论的奠基人之一“中国航天之父”“中国导弹之父”和“火箭之王”钱学森院士及其著作《工程控制论》[2]。在介绍钱老在现代控制理论发展中做出贡献的同时，通过线上线下多种资源和多种学习方式，展示这位伟大人民科学家的民族大义和爱国情怀。我国现代控制理论研究的开拓者与传播者关肇直院士在20世纪60年代敏锐地意识到现代控制理论对我国国防现代化的重要性，毅然回国创建国内第一个控制理论研究室，开始研究现代控制理论在军事方面的应用，之后他在人造卫星测轨、导弹制导和潜艇控制等方面做出了开拓性贡献[3]。以此进一步引出赵忠尧、郭永怀和邓稼先等爱国科学家，并通过查阅历史资料和观看相关影像对伟大科学家的事迹进行学习，引领学生深刻地认识什么是真正的民族精神、民族脊梁和爱国主义情怀。

2. 科学家精神

在两院院士大会、中国科协第十次全国代表大会上，习近平总书记再次强调了科技强国、人才培养的重要性。科技人才首要应具备科学家精神，在现代控制理论的应用方面，介绍“两弹一星”功勋王永志先生采用最优控制方法解决导弹发射的实际问题，让学生深切感受到自身所学在工程领域中所发挥的重要作用，通过学习航天“三大精神”的内涵，使学生深刻意识到学好专业的同时更应该具备科学家精神，才能成为真正的科学家和民族脊梁[5]。

（二）坚定“四个自信”

“四个自信”即中国特色社会主义道路自信、理论自信、制度自信、文化自信，由习近平总书记在庆祝中国共产党成立95周年大会上提出。“四个自信”是一个有机统一体，既相对独立，又相辅相成。坚定“四个自信”，落实“三全育人”，是实现民族复兴的有力保证[6]。

1. 文化自信

优秀传统文化是文化自信之根，民族复兴需要强大的物质力量，更需要强大的精神力量，没有中华文化繁荣兴盛，就没有中华民族伟大复兴。控制理论的发展史，特别是古典控制理论中总能够看到中华民族的贡献，如指南车、都江堰、水运仪象台等[2]。李约瑟曾评价指南车是世界上第一个自动控制系统。通过对控制理论发展史的学习，让学生体会到中华传统文化的源远流长、博大精深。通过对这些文化“元素”的学习，培养学生对中华优秀传统文化的认同和坚持。

2. 理论自信

理论自信是对中国特色社会主义理论体系的科学性、真理性、正确性的自信，也是对唯物主义哲学认识论和方法论的自信。系統可控性是指外加控制作用对受控系统的状态变量和输出变量的支配能力。系统可观性是对系统的量测输出识别过程状态的能力的反映。系统可控性体现了人类能动地改造世界的概念，而系统可观性体现了人类能动地认识世界的概念，这两个概念的提出丰富和充实了唯物主义哲学的认识论和方法论。培养学生灵活运用辩证唯物主义原理、自然辩证法的能力，增强辩证思维、战略思维能力，提高驾驭复杂局面、处理复杂问题的本领[7]。

3. 道路自信与制度自信

控制系统的稳定性是指控制系统在外作用消失后自动恢复原有平衡状态或自动地趋向一个新的稳定的平衡状态的能力。控制系统的设计是以系统稳定为前提的。稳定不仅是系统的重要性能指标，更是国家和民族发展的保障，当代大学生有责任有义务担负起“国家”这个大系统稳定发展的重担。在介绍系统的稳定性分析时，结合美国白宫暴力事件、香港暴乱事件、疫情防控，将稳定性延伸到一个民族、一个国家的发展层面，稳定是一个国家一个民族发展的根本保障。

通过我国近年来的稳定发展看待我国今天的国家治理体系，以及新中国成立以来社会主义现代化建设形成的综合实力，由此可知坚持社会主义道路是正确的。中华民族不仅创造了灿烂的古代文明，也形成了关于国家制度和国家治理的丰富思想。

（三）科学素养贵在养成

把崇尚科学和追求真理作为一种信念、一种精神境界，养成良好的科学素养，才能在探索自然、认识社会、领悟人生中摆脱愚昧和狭隘，才能树立起远大的理想，在平凡的岗位上创造出不平凡的业绩。在控制理论发展的长河中有很多科学家都做出了重大贡献，具体以李雅普诺夫为例引导学生养成良好的科学素养。在李雅普诺夫之前已经存在不少关于稳定性的研究成果，但是李雅普诺夫在攻读博士学位时，仍然追求真理，勇往直前，刻苦努力，才提出了李雅普诺夫稳定性理论[3]。该理论逐渐成为自动控制系统分析和设计不可缺少的普适性理论和有效工具之一。虽然李雅普诺夫在控制理论界是著名的科学家，但是著名的李雅普诺夫理论是在他求学阶段提出的，以此鼓励学生养成良好的科学素养和卓越的精神品格，敢于挑战难题，将来成为科学家，为自己所在的学术领域贡献力量。

四、结束语

本文介绍了现代控制理论课程思政教学设计的思路，课程思政教学设计要点，以及与之相关的教学内容、教学方法、评价机制改革，全面落实全员全过程全方位的“三全育人”要求。在深入挖掘和析出专业课程思政要素的基础上，通过典型案例设计，改革教学组织方法和教学模式，将思政之“盐”融入专业课程之“汤”，让课程思政发挥切实作用，达到提高培养人才质量的目的。通过课程的学习，激发学生追求科学真理的兴趣，树立正确的科学观，培养学生的家国情怀和爱国主义精神，坚定学生的社会主义核心价值观的信念，坚定中国特色社会主义“四个自信”。

参考文献：

[1]教育部. 高等学校课程思政建设指导纲要（教高[2020]3号）[EB/OL].（2020-6-3）.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[2]王宇嘉，麻超，吴健珍.基于“现代控制理论”的课程思政教学设计探讨[J].教育教学论坛，2021（5）：137-140.

[3]姜顺.“现代控制理论”课程思政教学案例建设研究[J].教育教学研究，2020，9（40）：35-36.

[4]邵璇，张礼慧，高俊山.双一流建设下《现代控制理论基础》课程思政教学策略研究[J].高教学刊，2019（21）：107-109.

[5]郑恩让，王素娥.打造《现代控制理论》“金课”的探索与实践[J].中国电力教育，2020（10）：79-80.

[6]方雄.增强当代大学生“四个自信”的路径初探[J].长江丛刊，2021（7）：161-162.

[7]彭纪南，王明.系统能控性和能观性的哲学分析及其意义[J].科学技术与辩证法，1992，9（1）：14-16.