融思政建设与多元培养模式为任务驱动的现代控制理论课程改革思考与实践

柳琳娜，李召，方建印

（中原工学院，河南 郑州）

现代控制理论是中国自动化学科的一个国家重点专业课，属于现代自动控制原理的后继学科，在现代自动化学科教育中有着承前启后的意义。该课题研究范畴广泛，但内容抽象，对理论性强、实用性要求也较高，对训练学生的控制思维能力、综合分析与解决实际问题的基本能力以及建立学生理论联系实际与团体协作能力的综合科学素养都有着很大的指导作用，我国社会对复合型高级人才的需求量也日渐增大，与此相适宜，通过进一步建立以多元培养目标作为主要任务，来驱动整体的个性化教学模式发展，这样能够更好地适应学科和社会等各个方面的需求，这也是“现代控制理论”课程之中亟待改善的一项重大问题。

一 思政建设与多元培养模式的意义

唯有适应多元社会的实际，积极回应，树立与之相适应的思想政治教育教学理念，并克服学校在发展过程中所出现的问题与障碍，才能更好地进行教学工作，从而提高学校思想政治教育教学的适应性和实效。“课程思政教育”建设的基础在“课程”[1]。没有好的课程建设，“课程思政”功能建设将变成无源之水、无本之木。因此，重视教材构建规律性，认真加强教材构建管理工作是“教学思政”体系建设的根本。在这个过程中，在高校开展“教学思政”工程中承担着关键性的、重要或者是推动性的角色。教材建设工作也是中国高校教学改革工程的一个主要内容，而学科的教育实践也是学校课程的常规性工作。教务处不管在教学建设中还是课堂教学组织落实、教学质量评估系统建设中，都应着重有意识地把“核心价值导向”作用功能的提升与培养，成为一种主要因素；在教育工作过程管理和教学质量评估上将“价值引领”视为一项关键的监测点技术指标。如此方可从根源、目标和过程上都达到强化每个学科都有“育德”功用的教学宗旨，并透过在各种教学构建、操作和管理等环节中把这个理念落到学生实处。具体来看，在人才培养方案、教学大纲等关键课程文件的审核中，要考虑经验传递、才能提高和价值引导同步提高的落实度；在国家精品课程、省级重点学科的遴选建立、评估和验收工作中应设定“价值引领”或者说“育德作用功能”评估指数；在教学效果评估准则（学员评课、监督评课、共同评课）的修订中应设有“育德效应”的观察点[2]。

二 现代控制论课程教学内容所面临的困难问题

（一） 理论性较强，学生掌握困难较大

现代控制理论是一个理论性很强的课题，不但要求学习者对控制理论基本原理有必要的了解，并掌握必要的数理推理能力，同时需要学习者对“矩阵论”的有关基础知识了解程度较高。该学科所需的前期学习内容涉及高级计算数学、线性代数、集成电路基本原理、控制基本原理等，知识制度上具有内容系统大、涵盖的基础理论知识面宽、信息量大、内容逻辑性强、对现代数学和物理等基本框架的专业知识需求较大等优点。但上述优势也导致了学生在过程中容易受到教材抽象、不易理解、掌握困难度大等问题，进而使学生在过程中形成了很大的学业压力和复习障碍，易形成厌学和懈怠的不良情绪[3]。

（二） 学科教育缺少思政建设，忽略对学校科技工匠精神的培育

由于中国高等教育行业分得越来越细，目前不同学校的思想政治学科和专业课程的教育工作都由各个教育单元的老师担当。特别对理工科专业，由于学科课知识传播和学校思想政治教学工作的直接关联性并不高，使得学校在理工科的专业教育过程中只注重于知识的传播，而忽略了学校的思政教育，而现代控制理论学科也不例外[4]。所以，对培育富有家国情感的工匠人才一直都是工科学校所追求的主要培养目标，而通过对其相应课程内容的掌握，也与学生在控制思维的形成有着密切的关联和重要的意义[5]。怎样把社会主义核心价值观、现代工程伦理与道德等各种不同的课程思政元素，将其与专业课的设计相应内容充分的结合，可以有效地保证该课程在教育方面的内容不仅需要重视逻辑知识，还需要培育具备社会主义道德伦理意识、将造福人类为宗旨的人才提供基础，这也属于当前现代控制理论课程教育中亟待解决的问题。

三 课程改革思考

（一） 课程体系科学化及多元化

现代控制系统理论课程框架改造的思想：针对当前新工科专业背景下多元化的课程目标体系，以培养学生目标任务能力为驱动，形成具有学生学习表现和跟踪评价反馈功能的闭环型课程体系。在课程的内容设置、教学方法、课程侧重点等几个方面加以改造，并进行个性化训练。同时进一步优化教学内容，强化与专业领域最新发展方向的联系，以全面反映现代智能自动化发展的最新动向。课堂构建上将着眼于“理论讲授+仿真实验+工程案例+前沿讲座”的四大模块，通过混合式课堂教学、在线视频、信息化课程、专家讲课等各种现代教育技术手段，同时进行现代控制系统模型构建、分析研究与系统设计等三个重要课程的讲授，以达到课程体系的科学性和多元化，为学生现代控制理论思维的训练和形成奠定基石[6]。

（二） 教学模式改革

1.课堂教学改革。现代的控制理论教学过程中，整体的理论性比较强，且抽象水平高，这样对于学生在学习方面的兴趣具有一定的影响。针对不同培养目标体系下，怎样引进富于变革的新教学方法、以代替常规的教学手段、建立“个性化+专业化”的教学模型、动态而客观地揭示课程内在的知识结构，是该课程教学改革所面临的主要内容。

（1）构建基于多维度的课堂教学改革模式。传统的学校讲授管理模式多采用老师讲课、学员听讲，教学方式较简单直接。在这种教学方式下，学员对知识点主要是被动地了解，缺少与老师之间的直接沟通互动，学员的参与性大大降低。但随着多媒体技术、慕课等电子教育资源的问世，为传统单一的“以老师为主体”的教法管理模式向“以学生为主体”的教学方式过渡提供了条件，也为多维度教学课堂管理模式的实现创造了条件。老师们能够利用网络多媒体课堂教学设计、翻转课堂教学、线上线下的混合式教学、雨课堂教学等多维教学课堂管理模式进行教师与学生之间的全方位交流，从而实现了各种教学策略的融合和各种教学资源的优化设计与资源共享。从而增加了学习者的课堂教育参与性，调动学生的教、学情感换位体验，并鼓励了学习者对知识点的积极探究，从而增强了其对知识点的掌握与迁移[7]。

（2）建立了根据不同培养目标体系的任务驱动型教学。对于差异性的培养任务，需要保证能够设计出不同的教学内容和相应的措施，这样才能够更好地实现融个性化及专业化于一体的新工科教学体系。例如，对于卓越工程师班，可以在常规教学内容的基础上，充分基于工程实践的角度设计教学模式进行分析，例如：通过实施“案例+问题+讨论”式的教学方式，来进一步提高学生对于实际工程问题在分析与解决方面的能力。对于理工复合班，要偏向理论思维方式的培养，需要坚持的是“理论问题工程化，工程问题理论化”的新教学方法宗旨。至于人工智能课程方面，则需要强调与前沿知识、机器人等智慧体系的融合，并可以提供前沿课程讲座，同时注重对计算机程序仿真和实现等创新能力的训练。只有通过针对不同的人才培养任务，建立基于任务驱动的教学模式，引领学生去探究、创造，才能实现因材施教，从而真正达到新型工科的多样化人才培养、个性化人才培养[8]。

（3）构建融思政建设及提高科研素养的教学改革模式。“培育什么样的人，如何培养人，为谁培育人”是习总书记思想的一个组成部分，也是新时期教育事业改革发展基本指引。现代控制理论课程对于工科学生的控制系统思想体系的形成具有重要的指导作用，基于此种情况，作为教师一方面需要完成对课堂知识的传递，同时还应该在课程的学习中，给学生传递合理的生命价值理念以及相应的伦理道德，从而进一步达到专业知识传递与社会价值引导的有机统一。如何对于融思政建设及提高科研素养的教学模式进行构建，积极落实“立德树人”是一个有着意义的工作。能够保证在一百多分钟的课堂中，教师按照每个学生专业内容创设“课堂思政五分钟”的思政内容和情境，在潜移默化中养成了学员认真的科学态度，以求真务实的治课风气，引领学生建立正确的人生观、价值理念，建立健康的专业伦理和科学信念，为了能够促进中华民族伟大复兴的中国梦作出充分的贡献。

2.考核模式多样化改革。为达到对现代控制论教学过程的有效监控，并达到对学生学习过程的动态管控，学校必须形成科学合理的教学考核系统。在期末试卷的考查模块上，增加课后写作与模拟实践，作出一定的变革探索。

（1）课后作业+课程知识图谱构建。通过学生作业的完成状况作为主要考核内容，与此同时，在以往学校之中仅布置书本中课后作业的基础上，来增加部分具有承前启后的综合选择题，这样不但能够有效减少学生直接通过课后练习答卷的现象，同时也使其在对这些选择题的回答过程中，有效加强了对前面相关知识点的掌握和运用，并且积极构建起了所有知识点的学习图谱，使学生对知识点的了解从点延伸到面，训练了其发散思维。特别是在每个一章内容结束后，教师可以布置大习题，通过总结不同章节知识点中的关系，来绘制整本书章节的知识图谱，这对提高学生理论知识的了解程度、训练学生的现代控制理论思维，从而有着更好地推动作用。

（2）采取仿真实验活动。通过培养运用数学方法处理现代控制理论实践课题的才能，与此同时，需要重视对学生模拟工程实践活动能力的训练。比如，在状态空间表达式与传递函数阵的相互转化部分，让学生使用MATLAB等模拟软件编写有关的控制算法，其通过对算法的操作，能够逐步理解控制器中的超调量、稳定性、可控性、可观性等课题。在整个教学任务结束后，由学校教师以小队为单元，选择在工程实践中具备各种特征的控制器作为研究对象，展开模型、数据分析与控制器的方案设计工作，并进行模拟试验。然后各个小队按照所选择内容制成的PPT进行报告答辩，由任课教师进行提问考核，并以成果报告作为最后成果。这种考核方法既能够提高独立思考提问、解答现实问题的水平，与此同时，也在任务的执行过程中培育团队合作奉献精神，从而促进学生科学素养的提高。

四 课程改革阶段实施效果

上述教学改革依托于山东大学2020年教改重点立项项目，例如，山东大学测控科学与工程学院的自动化类本科生现代控制系统与理论课程教学中广泛使用、成效良好。根据学员的广泛反馈，该课教学模式灵活多样，课程设计上不但具有开放性、自主、研究性，同时还实现了个性化教育，充分体现出不同的培养目标与教学模式。在培养了学生学习兴趣的同时，也便于其将所学的知识和实际运用技能相结合，进一步培养学生在实际编程技术以及分析问题等方面的能力。老师在讲解过程中，通过介绍诸如钱学森等老一辈物理学家的研究经验以及与学员共享教师自身研究经验，引导学生培养“以技报国”的社会责任心和端正的科学素质与道德情操。

五 结语

综上所述，学校需要充分根据现代控制理论课程中存在的较强的高度抽象、涵盖知识面广泛等不同种类的问题，面向新型工科背景下的多元化人才培养模式，在对当前教学模式中面临的各种问题进行了系统分析研究的基础上，提出了融思政建设及自动化大类多元化人才培养模式为一身的教学变革思想，从课程和教学方式两个层面提出了具体的教学变革意见。现代工程控制与基础理论学科的教学改革将是一个漫长而又日益优化的过程，希望通过这些变革，能够改善教学内容的质量，进一步培养学生掌握基础知识并与现代工程技术实际相结合的基本能力，为在新型工科背景下培育适应现代经济与社会需要的高层次综合性工程专业人才打下基石。