基于雙閉環教學模式的“自動控制原理”教學改革研究*

張星紅 ， 鄭秀麗 ， 陳慧波 ， 常文平

（河南工學院電氣工程與自動化學院，河南 新鄉 453003）

0 引言

“自動控制原理”是研究自動控制技術的理論課程，也是自動化、電氣信息、機械工程等工科專業的一門重要的專業基礎課。其主要從數學模型出發，講述自動控制的基本原理和控制系統分析與設計的基本方法，內容較抽象、較復雜，理論性強、綜合性強，學生學習起來較枯燥，理解起來也有一定的難度。在傳統教學模式中，教師只注重理論知識的傳授，忽略了對學生的思想政治教育，這樣不能完全達到立德樹人的教學效果。如何利用課堂教學主戰場，將思政元素與專業理論知識相結合，實現全過程育人，顯得尤為重要[1-3]。

“課程思政”的核心要義是專業課程通過深入挖掘學科中蘊含的思想政治教育元素，充分發揮每一門課程的育人功能和每一位教師的育人職責，推動專業課和思政課同向同行，協同育人[4-5]。針對理論性強的“自動控制原理”，如何充分挖掘自動控制理論中蘊含的哲學思想、習近平新時代中國特色社會主義思想等有效德育元素？如何將思想政治教育滲透、貫穿于教育教學的全過程，對學生進行潛移默化的“隱性教育”，能夠更好落實立德樹人的根本任務？這是很多學者越來越關注的問題[6-8]。目前，將思政融入“自動控制原理”的相關教學工作已經取得成效。姜冠杰等將思政教育與“自動控制原理”課程內容、教學目標以及學風和理想信念進行有機融合[9]；王立紅結合專業培養目標和畢業要求，深入挖掘思政元素，設計典型教學案例，實現潤物細無聲的教育[10]。但大量文獻所討論的思政內容未形成良好的教學模式，若自然科學的課程思政方法不能與專業課相輔相成、相互滲透，很難達到潤物細無聲的專業-思政育人的目的。

本文基于理論知識和思政教育的雙閉環教學模式進行研究：1）針對理論性較強的“自動控制原理”，采取理論知識-思政教育雙閉環模式進行教學，思政知識反饋作為內閉環，借助思政知識反饋閉環激發學生學習理論的積極性，專業知識作為外閉環更好地調節學生專業知識的學習，利用專業知識和思政教育“雙管齊下”的策略，更好地落實立德樹人根本任務；2）針對“自動控制原理”具體理論知識，找到與思想政治教育的契合點，引入人生哲理、為人處世道理等，思政內容涵蓋馬克思主義哲學、習近平新時代中國特色社會主義思想、中國共產黨的性質等多個方面，讓學生有情感共鳴和價值認同，從內心深處鑄牢中華民族共同體意識。

1 基于專業知識的單閉環傳統教學模式

傳統的“自動控制原理”教學模式多采用教師講授為主、課后作業為輔的模式，課堂上教師采用“填鴨式”滿堂灌教學，課后作業學生也基本“照貓畫虎”。這樣，學生學習過程中缺乏主動思考的靈魂，學生對知識的掌握就不夠靈活和深入。傳統教學模式可以用一個單閉環系統表示，如圖1所示。

圖1 傳統教學模式單閉環系統

老師傳授的知識視為給定輸入，學生掌握的知識視為輸出，手機等視為干擾輸入，作業情況和上課回答問題視為檢測裝置等，形成一個單閉環的教學系統。在傳統教學的單閉環模式下，取得了一定的成效，但在新時代背景下人才培養略顯不足。一方面，隨著專業內涵不斷提升，大量信息相關知識涌入，“自動控制原理”內涵也在不斷提升，傳統授課方式下對理論知識點的理解難度增大；另一方面，伴隨互聯網技術的發展，面對西方文化思想，在校學生有必要樹立正確的理想信念。傳統模式下基本不涉及人文知識點，重視知識傳導的“顯性教育”，而忽略了課程思政的“隱性教育”。為了更好地實現“立德樹人”的教育，專業課程也要發揮專業基礎課程教育功能，挖掘其潛在的課程思政內容。

2 融入課程思政的雙閉環教學模式

將思政教育恰當地運用到“自動控制原理”中，從思政角度去重新理解和運用專業課知識，同時從專業知識角度拓展和滲透思政知識，使得“專業-思政”兩者無痕跡融合為一體，相互滲透，相互促進。思政教育不僅能夠培養學生的思想道德素質，而且還可以激發學生的學習主觀能動性，對專業知識學習起到良好的積極推動作用，同時適當地針對專業知識開展思政教育，有助于學生思想道德素質的培養，增強對中國特色社會主義的道路認同、理論認同、制度認同、文化認同。

借助于雙閉環控制系統基礎知識，在傳授專業知識的過程中，潤物細無聲地嵌入一個思政知識反饋閉環，如圖2所示。“自動控制原理”授課對象一般是大三學生，學生已積累一定的思政知識，對思政知識理解較快，滿足雙閉環系統中內環響應之要求。

圖2 思政-專業相融合的雙閉環系統

“專業知識檢測裝置”與“思政知識檢測裝置”均由專業課教師完成，專業課教師檢測學生對思政知識的理解狀態，對專業課程思政內容進行調節，將思政知識根植于學生的核心知識領域，落實立德樹人的根本任務，極大地激發學生的學習熱情，并合理運用唯物主義辯證對待自然科學學科課程學習。

3 教學環節課程內容設計

“自動控制原理”的主要內容包含四個模塊：自動控制的一般概念、控制系統的數學模型、線性系統的性能分析和線性系統的校正。從思政教育的角度審視四個模塊知識點，挖掘各知識點與思政教育的關系，從而在傳授專業知識的同時，無痕跡地融入思政教育。

1）針對自動控制的一般概念，融入社會前沿和熱點事件中的自動控制最新成果，在課程導入階段就激發學生的學習興趣和民族自豪感；在梳理自動控制理論的發展歷程中，引入科學家錢學森的故事，映射出愛國情懷，引導學生樹立“自強不息、為國奉獻”的愛國情懷，如圖3所示。

圖3 第一模塊與愛國情懷相融合的雙閉環系統

2）針對控制系統的數學模型之一——傳遞函數，利用天下大事，必作于細；天下難事，必作于易。正所謂，大道至簡。紛繁復雜的表象之后，其實蘊藏著最簡單的道理。引導學生向更深層次探索，善于根據表面現象總結事物本質，然后引申到自我認識上；也可利用卷積定理，來讓學生體會其與“積少成多”“百倍努力、千倍收獲”等道理的相似之處，循循善誘地實現思想政治教育，如圖4所示。

圖4 第二模塊與探索精神相融合的雙閉環系統

3）針對線性系統的性能分析，系統的基本要求是穩定性、快速性、準確性。穩定性對系統來說是首要的，對國家、社會也是如此，應自覺維護國家穩定；快速性和準確性是一對矛盾的指標，應學會在保證系統穩定的前提下，優先滿足首要指標，抓主要矛盾；在保證穩定的情況下兼顧動態性能和穩態性能的要求，不可只顧一種性能要求而忽略另一種性能訴求，而要顧全大局，明白合作共贏的思想，如圖5所示。

圖5 第三模塊與顧全大局等相融合的雙閉環系統

4）針對線性系統的校正，融入中國共產黨的自我糾正、自我革命的思政教育。共產黨將人民群眾利益作為重要“指標”，不斷自我糾正、自我改革，走向了一個又一個輝煌。同時，個人也應該不斷地自我調整、自我糾正，在人生偏離預期時，要“三省吾身”、自我反思以及時校正行為，這樣可以避免誤入歧途，如圖6所示。

圖6 第四模塊與自我糾正相融合的雙閉環系統

授課過程中思政內容不能過多，以免影響教學進度，沖淡專業教學。思想教育要與專業課程做到有機、緊密結合，不能生搬硬套，要對學生進行春風化雨、潤物無聲的滲透和潛移默化的人格塑造。本文基于“自動控制原理”的四個模塊中的知識點，融入課程思政，使得課程思政與“自動控制原理”理論教學有機融合，相輔相成，相互促進。

4 結語

本文巧妙地將思政教育納入“自動控制原理”，用“隱性教育”點化“顯性教育”，透過“內環”和“外環”的交感互動，把專業知識與思政知識合而學之。專業知識隱含思政教育，思政知識促進學生更好地吸收專業知識。基于雙閉環控制思想的教學模式打破了傳統教學模式，引導學生將閉環控制思想等運用到平時的學習和生活中去，達到“知行合一”。融入思政的雙閉環教學模式明顯提高了學生學習的主動性和積極性，使得學生對課程內容也有了更深刻的理解，有利于學生形成創新思維意識。