“自动控制原理”课程思政元素的挖掘与融合

侯明哲，周 彬，马明达

（哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001）

高校人才培养的主渠道在课堂。习近平总书记在2016年全国高校思想政治教育工作会议上指出，除了思想政治课程之外，“其他各门课都要守好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”[1]。教学过程不仅是知识技能传授的过程，更是师生双方交流、学生心智得到发展形成科学世界观的过程。“自动控制原理”是工科院校一门重要的基础课程，该课程的思政建设主要是通过挖掘专业课中的思政内容，再与专业课教学内容有机融合，从而达到教书育人的作用。其中最为核心、最为关键和最难解决的就是专业内容中思政元素的挖掘与融合。因此，以飞行器设计类“自动控制原理”课程为载体，根据该课程的性质和特点，通过观视频、悟道理等多种方法对课程中蕴含的思政元素进行挖掘，进一步将道德规范、工匠精神、家国情怀等以内隐的方式融入专业课教学过程中，引导学生树立科学、正确的世界观、人生观和价值观，力求完善课程的育人功能，使其与思想政治理论课同频共振，形成协同效应，构建三全育人的大格局[2]。

一、课程性质和特点

“自动控制原理”是自动化、飞行器设计等专业的重要基础课，在整个专业课程体系中起着承上启下的关键作用。该课程主要讲解自动控制原理的基本概念、理论与方法，使学生掌握控制理论的基本概念，自动控制系统的组成，建立控制系统数学模型的方法，分析与综合控制系统的方法等，最终培养学生灵活运用基本理论知识解决自然科学和工程实际中控制系统分析和设计问题的能力。该课程涵盖的知识面广、内容丰富、概念抽象、公式多、图形多、习题多，要求学生具备复变函数、线性代数、大学物理等基础知识，还要有较强的抽象思维能力、建模能力和解决实际问题的能力。因此，该课程具有理论性和系统性较强，抽象性和复杂性高的特点，属于学生理解难度较大，教师教学难度较高的课程[3]。

二、“自动控制原理”课程思政的必要性

将课程思政与“自动控制原理”课程进行充分融合的必要性体现在以下三个方面。

（一）深化教学改革的需要

近年来，为适应新时期育人和思政工作的需要，各高校都在深入开展课程思政教学改革。教师应将课程思政贯穿于“自动控制原理”课程教学实践各个环节，深度挖掘课程体系中蕴含的思政元素，将价值塑造、知识传授和能力培养三者融为一体，量身定制专业课程和思政教学目标，充分利用新媒体技术，采取多元化的教学形式，课内与课外、线上与线下有机结合，为深化教学改革和提高教学质量提供条件，进而为培养出三观端正、技术能力强、综合素质高的工科人才奠定基础。

（二）落实立德树人根本任务的需要

立德树人是教育之根本。课程思政是新形势下高校落实立德树人的重要路径[4]。在“自动控制原理”课程教学过程中落实课程思政理念，就是教师在向学生传授专业的自动控制方面的理论知识和工程实践技能的同时，依据课程特点和专业特色，深度挖掘德育元素，有机地融入道德规范和思想观念，培养学生高尚的道德品质，塑造健全的人格品质和正确的价值观。因此，“自动控制原理”课程思政建设是“自动控制原理”课程教学中落实立德树人根本任务的需要。

（三）培养时代新人的需要

当前全球科技创新进入密集活跃时期，新一轮科技革命和产业变革正在大规模快速发展，世界正面临百年未有之大变局。新时代背景下的教育是要培养时代新人，以提升我国在科技创新方面的核心竞争力。在“自动控制原理”课程中融入思政教育，发挥思政教育的浸润功能和价值导向作用，使学生在掌握专业知识和技能的同时，强化科学思维和主动创新精神，提升追踪和引领新科技的能力，培养思政素养、道德品质、家国情怀和责任担当，提升他们的综合素质，助力他们全面发展，肩负起民族复兴大任，更好地为社会主义建设服务。

三、“自动控制原理”课程思政元素的挖掘与融合及案例分析

（一）课程思政元素的挖掘与融合

在“自动控制原理”课程的教学设计过程中，依据不同知识点有针对性地挖掘和提炼思政元素，把握思政元素融入的节点、时机、方式和渠道，通过热点新闻、周边实例、典型视频、情境教学等进行导入设计，使思政元素与专业知识无痕地融合为一体，发挥课程思政“隐性”的功能，实现思想与价值引领、立德树人的目的。针对飞行器设计专业“自动控制原理”课程的教学内容与思政元素挖掘、融入设计如表1所示。

表1 课程思政融入点与元素挖掘设计

（二）典型案例教学设计

1.自动控制技术的应用——激发学习热情，培养爱国情怀。针对飞行器设计相关专业学生特点，结合天宫机械臂、实践21号成功捕获失效北斗2号卫星和相关视频资料，介绍自动控制技术在航空、航天领域国之重器的应用上取得的伟大成就。天宫核心舱机械臂负载自重比、操控精度等指标均达到世界领先水平，且全部核心部件实现国产化，属于七自由度机械臂，能够头尾互换、舱体爬行、悬停飞行器捕获和辅助对接、舱外货物搬运、航天员出舱活动等重要任务。我国的实践21号卫星成功捕获了失效的北斗2号G2卫星，并将其拖到“墓地轨道”后，自己又回到了地球静止轨道（GEO）。这些成果显示出我国在航空航天领域取得的突飞猛进的进步。通过这些实例结合“中国卫星之父”孙家栋先生身上的航天精神的介绍，激发学生的学习热情和民族自豪感，培养爱国情怀和航天精神，引导学生为祖国航天事业更上一层楼发挥自己的力量。

2.反馈的概念——引导学生三省吾身，重视学科交叉，培养创新意识。讲解控制系统的灵魂反馈时，重点强调反馈不仅是一种最基本的控制方式，而且在自然系统、生物系统和社会系统中都具有普遍性，并用框图展示，我们每一个人自我成长过程中“吾日三省吾身”也体现了反馈的精神。进而结合反馈概念的提出者维纳创立控制论的故事，并引用维纳的原话“在科学发展史上可以得到最大收获的领域是各种已经建立起来的部门之间的被人忽视的无人区”[5]，强调在学科分类越来越细的今天，重视学科交叉对于取得创新性成果的重要性。再扩展介绍现代控制理论主要创立者卡尔曼的故事，其所提出的状态空间法仍然是重视学科交叉、继承与创新的典范。通过讲授维纳和卡尔曼的故事，提升学生的学习兴趣，培养他们的创新意识。

3.对最佳阻尼比的讨论——培养学生发现问题的能力和科学探索的精神。在国内众多的自动控制原理教科书中都有欠阻尼二阶系统的最佳阻尼比是0.707的陈述。但是，这些书中都没有讲最佳阻尼比所对应的性能指标函数是什么。从理论上讲，在没有给定性能指标函数的情况下讨论最佳是没有意义的。从这一背景出发，给学生拓展介绍控制工程中一些常见的性能指标。通过计算展示，对于这些工程上常见的性能指标，对应的最佳阻尼比都不是书中所说的0.707。进而，作为课外作业，让学有余力的学生去思考这个最佳阻尼比对应的性能指标可能是什么。通过这一方式，引导学生要善于发现问题，并积极思考、努力探索去解决这些问题，从而培养他们发现问题的能力和科学探索的精神。

4.稳定性的概念——引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观。结合美国猎鹰HTV-2高超声速试飞器失败的案例，讲述稳定性是对控制系统最根本的要求，也是控制系统能正常工作的前提。明确稳定性对于自动控制系统的重要性。从系统稳定性的讲解过渡到个人、家庭和国家的稳定性，使学生认识到个人、家庭和国家也是特殊的系统，稳定性对个人、家庭和国家都非常重要，培养学生树立正确的世界观、人生观和价值观。特别是，当个人遇到外来干扰因素时可能会产生动摇，偏离方向，但是如果拥有坚定的信念和抗挫折能力，并以积极的心态去改变某些固有特性，轨迹虽有曲折、偏离，仍然会回到正确的方向，保持初心，从容面对困难与挫折，使个人系统处于稳定状态。

结合系统典型的不稳定情况，强调立场、意志和信念不坚定的危害。立场、意志和信念的不坚定相当于系统具有临界稳定的极点，通过例子说明：（1）若系统存在一个单独的临界稳定的极点，则当外部信号提供相同的极点时，可能导致系统输出的发散。这相当于集体内部一个立场、意志和信念不坚定的人，容易被外部敌人投其所好而破坏集体的事业。（2）若系统存在两个或以上临界稳定的极点，则即使没有外部输入也可能导致系统输出的发散。这相当于集体内部多个立场、意志和信念不坚定的人，容易拉帮结派，对集体的事业造成破坏。同时，鼓励学生做到不拉帮结派，不搞任何小团体，以平等心对待所有的人，不媚上欺下，不畏强凌弱。

此外，结合校园发生的泄密案例，强调坚定立场、意志和信念的重要意义，引导学生时刻维护国家和民族的利益，坚决与一切破坏国家和民族利益的行为作斗争，以维护国家的稳定和发展。

5.PID控制——引导学生珍惜时光、勤奋学习、躬身自省、目光长远。在讲述PID控制的基本原理时，强调PID控制虽然形式简单，它是P控制项、I控制项和D控制项三项的组合，但是其思想却并不简单，I控制项使用的是系统过去的信息，P控制项使用的是系统现在的信息，这是最基本的控制项（PI、PD、PID均离不开P），而D控制项则使用了预见的系统未来。也就是说，PID控制综合了系统在过去、现在和未来，因此具有优良的控制性能，在工程实际中得到了广泛的应用。PID控制对于我们的人生启迪是：（1）最基本的P控制项告诉我们，只有立足当下，才能成就未来，引导学生珍惜大学的美好时光，勤奋学习，为未来的发展打下坚实的基础。（2）I控制项告诉我们，要以史为鉴，躬身自省，从过去的事情上认真总结经验和教训，这有助于我们无偏差地达成自己的目标。（3）D控制项告诉我们，做事情要有预见性和长远目光，针对可能发生的不利情形提前采取行动，有助于我们更好地达成目标。培养自己的预见性和长远目光，就不能两耳不闻窗外事，需要家事国事天下事，事事关心。

四、结语

“自动控制原理”是一门专业理论性较强的课程，对于其课程思政知识点的选择不能简单地生拼硬凑，而是要从全局的思政内容考虑，在理论研究和探索的基础上实施到课堂之中。思政元素的挖掘和融合需要教师投入一定的精力和智慧。因此，教师要在日常教学工作中不断学习，汲取更多的经验智慧和灵感，挖掘更多、更深层次的思政元素，以提升育人的综合能力。同时，要在掌握学生认识规律、心理特点等基础上，结合课程特点、思维方法和价值观念，把握好思政元素的融入点和方式，力争实现专业知识与思政元素的内在融合，达到潜移默化地实现价值引导、品质培养的效果，为培养担当民族复兴大任的时代新人服务。