工程教育认证背景下自动控制原理课课程思政教学探索与实践

摘  要：新时代背景下，通过工程教育专业认证，能够完善工程教育质量监控体系，提高工程教育质量，获得国际工程教育认证。同时，目前面临的国际国内复杂形势，要求我们贯彻“课程思政”新理念，构建全方位教书育人体系，结合专业课程本身的知识结构和内容，融入生动活泼和个性化的思政元素，则是高校专业课教师新的教书育人理念和任务。针对高校的课程思政建设要求，以通过工程教育专业认证的自动控制原理课程为例，在工程教育认证三大核心理念指导下，考虑思政要求，将思政元素映射并融入进课程教学中，分别从教学目标设计、教学内容整合、教学形式多样化等几个方面，进行课程思政教学改革，从而激发学生学习该课程的积极性和主动性，培养爱国情怀，提高专业前景和学科优势认同感，同时提升其工程素养和社会责任感。

关键词：课程思政；工程教育专业认证；自动控制原理；教学改革；教学目标

中图分类号：G641         文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2023）14-0189-04

Abstract： Under the background of the new era， passing the professional certification of engineering education can improve the quality monitoring system of engineering education， improve the quality of engineering education and obtain the international engineering education certification. At the same time， the current complex international and domestic situation requires us to implement the new concept of "curriculum ideological and political education"， construct an all-round teaching and education system， integrate lively and personalized ideological and political elements into the knowledge structure and content of professional courses， which is the new teaching and education concept and task of professional course teachers in colleges and universities. In view of the requirements of curriculum ideological and political construction in colleges and universities， taking the automatic control principle course that has passed the professional certification of engineering education as an example， under the guidance of the three core concepts of engineering education certification， the paper considers the ideological and political requirements， mapping and integrating the ideological and political elements into the curriculum teaching， and carrying out the curriculum ideological and political teaching reform from the aspects of teaching goal design， teaching content integration， teaching form diversification and so on， so as to stimulate students' enthusiasm and initiative in learning the course， cultivate patriotism， improve professional prospects and discipline advantage identity， and improve their engineering literacy and sense of social responsibility.

Keywords： curriculum-based ideological and political education; engineering education accreditation; automatic control principle; teaching reformation; teaching objectives

培養获得国际工程教育认证的新工科人才既是对专业素质和能力的要求，也是对中华优秀传统文化传承的需求，培养学生的爱国主义情怀，社会主义核心价值观，社会主义建设的创新意识和工匠精神，坚定新时代共产主义理想信念和工程职业道德，树立法律法规和学术道德意识，为实现我国第二个百年奋斗目标贡献聪明才智[1]。因此，将课程思政融于工程认证的教学中，在目前我们面临的百年未有之大变局和国际国内复杂形势下有着特殊重要的意义。自动控制原理是工科电类的一门专业必修课，既有较强的理论性，又有较广的工程背景，非常适合于作为课程思政的坚实阵地，在专业知识和技能的传播中融入爱国情怀、工匠精神和工程职业道德教育[2]。在工程教育认证背景下对自动控制原理课课程思政教学进行改革，是具有时代意义的积极探索与实践。

一  工程教育专业认证内涵分析及其与课程思政的融合

工程教育专业认证要求完善工程教育质量监控体系，提高工程教育质量，课程思政的建设任务在于正确塑造工科人才积极向上的世界观、人生观和价值观，两者缺一不可，并且相辅相成，互为支撑。最终都会归结为高校专业课教师新的教书育人理念和任务中去，将思政元素映射并融入进课堂教学中，同时发挥积极向上的引领作用[3]。不断完善我国工程教育质量监控体系，并提高新工科人才的工程教育质量，是进行工程教育专业认证的目标。体现社会主义核心价值观的课程思政則必须体现并落实在工科教与学的各个培养环节，贯穿整个教学过程，将精心设计的思政元素和情境融入教学中，完成高校专业课教师新的教书育人理念和任务[4]。

处于工程教育专业认证下的自动控制原理的课程思政教学改革，就是要以工程教育专业认证标准为指导，以学生为中心，构建课程思政教育机制和体系，设计合理的适应于专业课程的教学目标，通过充分挖掘思政元素和情境，找到与自动控制原理知识的契合点，而不能牵强附会和敷衍对付[5]。达到“润物细无声”的化境，使我们的教与学的实践获得应有的良好效果[6]。自动控制原理课程是自动化专业的专业必修课，既有较强的理论性，又有较广阔的工程背景。其主要内容是介绍经典控制理论及其应用和基本分析方法。要求通过本课程的学习，学生能够掌握自动控制系统的原理和分析求解方法等专业基础知识，合理应用数学、自然科学和工程科学的基本原理描述、分析和表达自动控制系统复杂工程问题，具备初步设计自动化控制系统解决方案和解决自动控制系统复杂工程问题的能力；培养学生能够针对自控控制系统实际问题设计实验方案，具备构建自动控制实验系统并安全开展实验和运用各种现代工程工具和信息技术工具对系统进行模拟和仿真的能力。在每一个理论知识的学习和实践应用中，都能够按照理论方法的特点和实践应用的要求，通过挖掘思政元素和设置情境，将思政元素映射并融入进课堂教学中，发挥课程思政的积极作用。

二  工程教育认证机制驱动下课程教学目标能力达成情况分析

以自动化1171班的自动控制原理课程为例，通过课程达成度结果来分析课程教学目标能力达成情况。根据自动化1171班40名同学的课程目标考核成绩，按照课程目标能力达成度的计算公式，计算得到班级总体的各课程目标能力达成度分别为0.73、0.69、0.76和0.69；课程目标能力达成度均在0.65以上，课程目标1和课程目标3的实际能力达成度评价值与课程目标期望值有较好的吻合度，而课程目标2和课程目标4的实际能力达成度评价值稍稍偏低，课程目标总体达成情况如图1所示。

学生对课程目标1，即通过学习掌握自动控制系统相关概念与性质、分类与组成，系统稳定的充要条件，系统性能指标，控制系统基本控制方式和校正方式，系统型别，根轨迹的绘制法则，离线系统和非线性系统类型的目标达成度平均值为0.73，有6名学生的能力达成度低于0.65。

学生对课程目标2的能力达成度平均值为0.69，有12名同学能力达成度低于0.65。有些同学掌握较好，也有相当一部分学生对于自动控制系统相关问题的分析、计算和解决能力明显不足，不能对系统给出有效的解决方法，呈现一定的两极分化趋势；部分同学数学基础相对薄弱，对于将数学相关知识和方法用于自动控制系统相关分析和表达方面存在一定的学习困难，在今后的教学过程中仍需重视典型例题的过程推导，并采用灵活的方式让同学们反复练习，促进同学们对于自动控制系统相关问题的分析、表达及解决能力的提高。

学生对课程目标3的能力达成度平均值为0.76，全部同学的能力达成度均高于0.65，说明同学们对于相关自动控制系统实验方案设计并进行相关实验波形测试与分析方面的能力达成度与目标期望值有较好的吻合度。

学生对课程目标4的能力达成度平均值为0.69，有12名同学能力达成度略低于0.65，学生个体之间的差异较大，呈现一定的两极分化趋势，有些同学掌握较好，也有相当一部分学生对于运用相关现代工程工具和信息技术工具对现代自动控制系统相关问题的预测与模拟的能力不强，特别是灵活运用仿真工具进行绘图和分析方面缺乏活学活用的能力，需要加强这方面的学习和反复练习，并将其运用到自动控制系统复杂工程问题实际解决过程中，不断提高自己运用现代工程工具和信息技术工具的能力。

综上所述，本课程考核结果说明课程目标总体达成，但是还存在一些有待提高的地方，在以后的教学过程中进行持续改进，其中十分必要的措施就是融入课程思政元素和情境，在每一个知识模块中，通过加入潜移默化的思想引导和思政教育，促进教师的教与学生的学，从而取得期望的教学效果。

三  融入课程思政的教学目标设计改革

自动控制原理课程的内容既有理论知识体系，又有实践环节相辅，教学目标则在总体上划定了培养创新应用型工科人才的任务要求。在确保自动控制原理课程的理论教学内容完整的基础上，适应于课程思政的需求、教学目标、教学内容和形式，还应该具备培养新一代工科人才的爱国情怀、创新意识、工匠精神和学术职业道德素养等思政元素[7]。

针对工程认证背景下的自动控制原理课程教学目标要求，进行具体设计。教学目标与课程思政要点及情境对应关系见表1。

不同的课程目标对应于不同的知识能力要求，应该融入相应的思政元素和情境达到教学目标要求。具体设计举例如下：

通过分析、表达及解决自动控制系统相关复杂工程问题的课程目标，能够反映出从本课程的学习和运用需要出发，需要加强学生认真学习掌握和运用巩固相关数学知识，如高等数学课程中的微分方程求解、复变函数与积分变换课程中的拉普拉斯变换等，同时联合电路理论、模拟电子技术、数字电子技术等课程，协同培养学生对自动化相关问题的分析、表达和解决的能力，需要举例说明前续课程理论知识的重要性，以及对于创新意识培养的基础作用，需要培养工匠精神和体现学术职业道德素养的实例。

通过模拟和仿真结果对自动控制系统稳定性、性能指标等进行预测，并理解其局限性的课程目标，能够反映出应用现代工程工具和信息技术工具对自动控制系统相关问题进行预测和模拟，对于自动控制系统频域分析、校正等复杂问题及其模拟和预测，需要有很好的理解和掌握，需联合MATLAB及其应用实验等课程加强学生对相关现代工具的学习和运用，提高学生利用现代工程工具和信息技术工具对自动化相关复杂工程问题进行建模、仿真分析、参数设置、性能测试等的能力，需要结合专业前沿动态引入典型工程案例进行说明。

四  融入课程思政的教学内容改革探索

思政元素和情境主要通过其与主要教学内容的映射，自覺地融入到日常教与学的工作之中。因此需要广开渠道，多方搜集详实而具体的典型工程案例、专业前沿动态、工匠精神事例和体现学术职业道德素养的实例，充实课程思政教学。根据教学具体内容，可以融入相应的思政元素和情境。具体设计举例如下：

在知识模块中，要求掌握线性定常微分方程求解，系统结构图的绘制和等效变换、信号流图的绘制和计算、闭环系统传递函数求解；系统稳定性分析、稳态误差计算、性能分析和表达；控制系统频率特性、稳定判据、稳定裕度；Z变换理论，系统的稳定性与稳态误差，离散系统的求解方法和约束条件；描述函数法，非线性自动控制系统的稳定性和周期运动的分析与表达；通过系统参数的分析和计算，培养学生精益求精的工匠精神和爱国情怀。可引入在自动控制理论应用领域做出卓越贡献的科学家钱学森回国进行科技奉献的事迹等事例。

在自控原理理论分析方面，如自动控制系统的组成和原理分析，控制系统框图的绘制与化简，系统设计不同方案的对比与分析，系统方案设计过程中需考虑的相关影响因素和制约条件等；通过系统方案的分析和设计案例分析与练习，能够促进学生了解工业生产中自动控制相关的新技术、新方法，具备追求卓越的创新精神。可适当引入控制论鼻祖即创始人数学家兼控制理论家维纳的创新事例，以及我国天宫一号、天宫二号载人飞船顺利发射等事例。

在实践环节方面，控制系统典型环节模拟实验方案设计，测试响应曲线；二阶线性系统实验方案设计，参数变化设置，测试响应波形并分析；频率特性测试实验方案设计，测试绘制系统Bode图；给定系统校正参数，绘制系统特性曲线；建立信号的采样和恢复Simulink仿真模型，编写仿真程序，改变采样周期，观测不同采样周期值时的波形；通过系统波形测试、参数设计和性能分析等，培养学生实事求是的科学精神。可适当引入在自动控制理论应用领域卓有建树的科学家、国内三大自动控制原理教材编写者胡寿松教授的事例，以及我国天舟系列货运飞船的先进姿态自动控制事例，我国著名天文学家南仁东的感人事迹等事例。

五  融入课程思政的教学方式方法改革实践

2020年初突如其来的新型冠状病毒感染疫情的侵袭，导致线下授课受到了巨大的挑战，以往轻松解决的教与学的各方面问题，在此时都会变得十分艰难。随着线上授课课程的相继开展，以及线上开课课程数量的极大增加，导致出现了新问题。比如师生不能见面，以前线下面对面教学方法已经不能完全适应新的情况，教学内容在线下课堂能够轻松把握，但在线上课堂中却遇到了前所未有的挑战，因此教学方法、教学内容把控、教学考核和教学管理都亟待改进。下面仅就工程认证背景下的部分问题提出自己的看法，经过实践证明确实能有效提升疫情防控下的线上教学效果。

教学方法的改进探讨。基于课程目标达成结果分析，以及对学生学习状态和学习效果的跟踪分析，注重引导学生运用相关理论知识和方法对自动控制系统相关复杂问题进行识别、分析表达和解决，改进教学过程的各环节，与支撑对应毕业要求指标点的其他课程进行协同。确立以学生能力和达成目标为主的课程教学体系，坚持目标导向，同时加大对基础差学生的精力投入，加强课后练习和辅导，促进学生了解工业生产中自动控制相关的新技术、新方法，具备追求卓越的创新精神。

考核方式的改进措施。基于课程目标达成结果分析，应该采取多样化和更加灵活的考核方式，增加课堂问答、分组讨论、在线答疑等方式，并在平时作业中加强对自动控制系统相关复杂问题的分析、计算、设计等方面的内容和要求，同时在试卷中适当控制题量，注意设计试题的难度，更注重解决实际复杂工程问题，提高学生掌握学习主动权的能力，培养学生实事求是、一丝不苟的科学精神。

考虑到疫情防控下的线上教学已经进入常态，应积极主动作为，充分利用教学资源，如加大超星平台课程建设力度，引入国家级精品课程的网络资源，培养学生线上自主学习的兴趣；开展线上线下相结合的教学改革；重点关注学生分析解决问题能力的培养，有针对性地加强理论和实践教学过程管理；改革教学手段，在线下课程教学为主的基础上，加强线上视频教学方法，协同培养学生精益求精的工匠精神和掌握先进的学习方式方法的能力。

六  结束语

本着传承中华优秀传统文化，培养学生的爱国主义情怀，体现社会主义核心价值观，践行社会主义建设创新意识和工匠精神，以及树立法律法规和学术道德意识，为实现培养国际工程教育认证的新工科人才的要求做出积极努力。针对自动控制原理课程，在工程教育认证的三大理念指导下，分别从教学目标设计、教学内容整合、教学形式多样化等方面，通过自动控制原理课程教育认证的内涵分析和思政元素与情境的引入，予教于整个教学过程，进行课程思政教学改革的探索与实践，以期对课程思政教学改革起到抛砖引玉的作用。

参考文献：

[1] 吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[2] 谭泽媛.课程思政的学理逻辑探析[J].高教学刊，2021（26）：185-188.

[3] 侯莎莎.“课程思政”理念指导下的管理学教学改革[J].陕西教育（高教），2020（12）：21-23.

[4] 韩宪洲.论课程思政建设中的几个基本问题——课程思政是什么、为什么、怎么干、怎么看[J].北京教育（高教），2020（5）：48-50.

[5] 陈荣，赵仁德，郭静，等.新工科背景下基于项目驱动的新能源课程群教学模式探索[J].大学教育，2020（3）：49-51.

[6] 李有桂，吴祥，朱成峰，等.“课程思政”视域下高校教师人文素养的培育[J].高教学刊，2020（31）：169-171，176.

[7] 黄玲.线上线下混合教学课程中融入思政元素的建设路径研究与实践[J].科技资讯，2020，18（27）：17-18，21.

基金项目：2021年教育部产学合作协同育人项目“5G与物联网技术教学创新与实践”（202102296008）；2021年江苏省产学研合作项目“自动秸秆粉碎机高精度测控系统技术咨询及服务”（BY2021419）

作者简介：张新荣（1973-），男，汉族，陕西渭南人，博士，副教授。研究方向为自动控制、无线传感器网络定位与分布式计算、物联网技术应用。