《機械控制工程基礎》課程建設與思政探索

曹軼然，吳軍，郭艷捷

（1.中國民航大學 航空工程學院，天津；2.西安交通大學 機械工程學院，陜西 西安）

一 引言

隨著我國經濟社會快速發展，對于生活的方方面面，都有了更高的要求。高等教育作為影響社會發展水平、人口素質、國家競爭力的重要部分，需要超前識變，把握科學前沿和國家市場需求，培養符合社會要求的接班人才。我國目前處在“世界百年未有之大變局”[1]，新科技和產業革命就在眼前，如何合理調整教育教學內容和方法，培養適應未來需求的新一代人才，成為各高校的重要議題。自2017年起，經復旦共識、天大行動、北京指南，正式開啟了我國新工科建設。鐘登華院士提出了“以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越人才”的新工科內涵[2]。各高校[3-5]均結合自身的特點和情況，積極響應、創新推進，更新教學培養方案，改變教與學的行為。其中課程思政是目前高校落實思想政治教育工作的必然手段和方法之一。將思政教育融入專業課教育，充分挖掘專業課程內容和專業思想的精神，使學生掌握控制工程專業知識的同時提升思想素質和道德品質，構建起全員、全程、全方位育人的一流課程。本文在新工科建設的背景下，考慮基于OBE理念的一流課程建設要求，分析《機械控制工程基礎》課程的問題和現狀，提出相應的建設方案。

二 機械控制工程課程分析

《機械控制工程基礎》課程是機械類專業的重要專業基礎課程，主要培養學生的系統分析設計能力、綜合創新能力,運用包括數學、自動控制理論等知識、科學方法和工具解決機械工程基本問題。該課程有較強的理論和實踐性，涉及較多的數理知識，有較強的學科交叉性質，且理論性較強，概念較為抽象。

《機械控制工程基礎》是中國民航大學機械類專業的一門專業核心課程，主要授課內容是運用現代數學知識、自動控制理論和信息技術來分析、設計典型機電控制系統。旨在培養學生運用科學方法和工具來解決機械工程基本問題的系統分析設計能力、綜合創新能力。該課程主要面向機械電子工程、飛行器動力工程和飛行器制造工程的大三年級進行授課。課程后續課程包括《機電一體化技術》《航空發動機控制》等專業課程。

通過對機械控制工程的課堂教學、實驗過程和教學效果分析、討論及思考，課程教學中主要存在幾點問題。首先，對理論知識的理解和掌握較為局限，難以在實驗和實際中應用理論知識。該課程通過安排包括MATLAB和電機轉角控制的實驗幫助學生理解所學，但在實驗中可以看出，絕大多數學生對于所學不熟悉，在實驗中常出現捉襟見肘，需要臨時閱讀書上概念的現象。不過多數學生在實驗后可以對理論所學有進一步的認識。由此可知，與實際應用的結合更有利于引起學生的興趣，加深印象，理解所學。其次，學習目的集中于應試，學習熱情不足。由于該課程應用了較多的數理理論知識，對于基礎知識掌握不扎實的學生來說，較難結合理論理解和應用，對于控制知識的學習浮于表面的公式和記憶，導致了應試型學習，同時限制了學生的學習熱情。最后，本課程安排了MATLAB軟件應用實驗，并在課程中介紹和展示了使用MATLAB軟件進行控制理論分析的基本方法，要求學生參考課本自主學習該軟件。但根據實驗效果來看，學生對于學習該工具類軟件興趣不足，愿意嘗試使用的人并不多。在當前社會發展下，使用計算機軟件作為理論分析工具或者仿真工具，已成為必備技能，編程甚至成為中小學生的學習內容。因此，提升學生對于工具軟件的掌握應用非常重要。

綜合以上分析，可知該課程開展中有諸多問題亟待解決。在新工科建設中，對于學生的培養目標進行了更加詳細的分析和設計。新版大綱中，本課程不僅要求學生掌握概念理論，同時要求學生具有基本的機電和復雜機械系統的控制問題的分析、求解和論證能力。從新大綱的課程任務可以看出，本課程需要進一步改革建設，以滿足新的課程大綱和新工科建設要求。根據課程現狀和分析，參考各高校針對控制類課程的改革方案[6-8]，構思課程改革的基本方案和思路。

三 基于OBE理念的《機械控制工程基礎》課程改進探索

根據以上對于課程中存在問題的分析，根據新工科要求，結合OBE的教學理念，融入思政教學內容，采用以學生為中心、產出導向、持續改進的思想，結合討論式、案例式[6]及問題引導式教學模式，對該課程教學內容及教學形式提出了新的體系結構，如圖1所示。

圖1 《機械控制工程基礎》教學體系結構

（一） 結合互聯網工具，適當安排自學內容

OBE教學理念要求為目標產出導向，需結合學生需求，制定培養目標、課程目標，再分解至每節課的授課內容，完成目標需求。根據大綱要求，并根據學生反饋意見，考慮調整全線下授課方式，將學生反饋可自學的第2、3章的部分內容調整為線上學習。本課程在疫情期間已建立起基于智慧樹的網絡教學平臺，提供包括課程大綱、課件、教學視頻、習題等資源，具備一定的網絡教學能力。通過線上線下混合式教學，采用網絡平臺的自學內容，學生可以自主學習，并可進行線上討論。

實際教學實踐中，可采用問題引導式的教學方式，通過智慧樹、雨課堂等線上工具，提出課程內容相關的分析論述和計算思考題目，由淺至深引導學生通過線上視頻，自學第2、3章內容，并完成相應的練習和作業。練習可考慮將計算題目同分析論述題目交叉安排，根據課程內容，對應每節部分。題目可由簡單的概念解釋，基礎計算到復雜的綜合應用問題。要求學生自學完成后以報告的形式提交word文檔完成作業。該部分內容主要以線上學習的形式進行，可適當的安排作業的線上或線下交流，以學生提出問題的形式，討論課程內容，加深學生理解。該部分教學提升學生的自學能力，并可通過作業、討論等方式，提升學生的表達能力和應用軟件工具的能力。

（二） 結合案例式教學，培養應用知識、分析解決復雜問題能力

線下教學部分，重視第一節課的課程引論和歷史發展介紹，可以通過實際演示實驗、視頻等更加豐富有趣的形式引起學生注意力，提高興趣，加深理解。第4章到第6章內容較為復雜抽象，根據學生反饋，概念內涵較難理解，采用線下教學。

由于本課程中書本內容理論分析為主，雖然結合了部分實際案例，但對于工程經驗缺乏、專業課程剛剛起步的學生而言，比較難以想象。尤其從第3章到第6章，內容由時域轉為頻域分析，學生對于頻域的接受程度較低，難以理解其中含義，且其中采用的復變函數的分析方法較為難懂。為使學生可以更好地學習和應用理論，并、串聯實驗和后續課程內容考慮選取直流電機、直線運動工作臺等典型系統作為案例式教學，采用理論分析、MATLAB仿真分析，結合現場演示實物實驗，課程中進行更加直觀的理論內容的應用和展示。

在作業中同樣可以加入少量綜合分析題目，采用小組學習討論形式進行，鼓勵學生通過理論分析、MATLAB仿真等方式分析問題，并適當給出課上報告分析時間、討論時間，應用所學。

（三） 結合討論式教學，充分挖掘思政內容，通過表達討論激發興趣

以學生為中心的教學中更重視學生的學習、理解和表達，目前由于課堂主要以教師教授為主，學生較少表達，作業完成情況各異，抄襲現象難以避免，教師難以掌握學生實際的學習情況。適當縮短2、3章內容占用的時間，分配1-2節課時間作為學生課程思政內容討論，討論作業或綜合分析題目的時間。

以課程思政內容舉例，通過討論控制系統的穩定性，引申學生如何面對挫折。從高中邁入大學，大學生初次獨自面對生活、社交、獨立學習、時間安排等復雜的問題，很容易在突然缺少父母幫助的環境中陷入焦慮和不安，導致身心健康問題。控制系統正常工作的首要條件是穩定性。而實際系統在工作中容易受到外界和內部因素的影響，就如我們的學習生活，很容易會偏離理想軌跡，我們的首要工作是保持自己的穩定性，如何排除干擾項，可以考慮增強高頻濾波，即提升心態，學會區分主次問題，將次要的干擾項排除在外，同時提升增益和積分，使自己保持穩定的同時提升自己的能力，可以更好地解決復雜問題的影響。可以在習題討論中將習題作為思政教學需要的挫折問題，通過提問、課堂練習，輔助以思政元素和價值觀的引導，幫助學生正確看待學習上的挫折和困難，引導學生學會正確分析問題和困難，久而久之可以提高學生的抗挫折能力和積極面對困難的精神。同時在習題分析計算過程中，還可以通過計算錯誤和計算困難等問題，融入細致思考、認真分析等思政內容，避免粗心和得過且過的學習態度。

可以采用分組討論、小組擂臺等形式，請各組學生分析作業，講解自己的思路，進一步活躍課堂氛圍，通過討論了解學生的學習情況，反饋學習效果，同時訓練了學生獨立思考、團隊協作、表達和寫作等能力。

該部分內容實踐較為困難，如何分組及每組人數、如何把握課堂時間、如何調動每位學生參與、如何選取綜合題目及課程中學生人數等均會影響課堂實踐效果。該部分需要多年調整建設，通過實踐效果反饋來持續調整。

（四） 考核方式比例分配調整

新大綱要求考核分為三個部分，分別為實驗20%，平時成績20%及考試60%，可以看出，相對于舊版考試成績占70%，提高了平時成績及實驗在考核中所占比例。傳統的平時成績以到課率及作業提交為標準。考慮目標導向的教學思路，為使學生達到課程目標，需要將課程目標所考查的內容在考核中體現。在新的課程目標中，學生分析復雜問題的能力較難體現，可以通過將課程討論、綜合分析題目等部分加入平時分數，來體現分析能力的評估。學生的實驗能力、軟件能力等可以采用實驗成績來進行評價。

在實踐中，平時成績及實驗成績的量化考核通常較為困難，根據目標為導向的思路，可以通過將評級量化指標表格化，讓學生依據每條指標，在實驗及分組討論中完成指標要求，以互相評分的方式作為平時成績及實驗成績的一部分。這樣學生比較有參與感的同時，可以讓學生實事求是，面對自己的問題，并且可以有目的地提升個人能力。

同時學生的課程考核評估成績亦可作為課程持續改進的評估內容，通過分析學生課程考核中的三項成績和綜合成績，可以判斷課程內容選擇、作業安排、實驗內容等部分是否合理，并不斷調整具體的實施內容和方案，形成課程的持續改進。

四 結語

本文從筆者角度對于中國民航大學《機械控制工程基礎》課程現狀及問題進行了分析總結，結合新工科建設要求及新版教學大綱，采用基于OBE教學理念，考慮了課程教學內容及教學模式的改革建設方案。針對該課程理論難度大、交叉學科多、數理知識要求高、學生學習較為困難，較難理解、想象和應用，學習熱情難以激發等問題，提出了相應的改革方案。通過探索增加課程思政內容，綜合分析作業，結合網絡自主學習、案例式教學、討論式教學等課程教學方式，調整課程考核比例分配，以期提升學生在學習中的主動性，修正學生的學習目標，實現學生學習能力、知識應用能力、分析復雜問題能力、寫作表達能力和思想道德水平的共同進步。