融思政建設與多元培養模式為任務驅動的現代控制理論課程改革思考與實踐

柳琳娜，李召，方建印

（中原工學院，河南 鄭州）

現代控制理論是中國自動化學科的一個國家重點專業課，屬于現代自動控制原理的后繼學科，在現代自動化學科教育中有著承前啟后的意義。該課題研究范疇廣泛，但內容抽象，對理論性強、實用性要求也較高，對訓練學生的控制思維能力、綜合分析與解決實際問題的基本能力以及建立學生理論聯系實際與團體協作能力的綜合科學素養都有著很大的指導作用，我國社會對復合型高級人才的需求量也日漸增大，與此相適宜，通過進一步建立以多元培養目標作為主要任務，來驅動整體的個性化教學模式發展，這樣能夠更好地適應學科和社會等各個方面的需求，這也是“現代控制理論”課程之中亟待改善的一項重大問題。

一 思政建設與多元培養模式的意義

唯有適應多元社會的實際，積極回應，樹立與之相適應的思想政治教育教學理念，并克服學校在發展過程中所出現的問題與障礙，才能更好地進行教學工作，從而提高學校思想政治教育教學的適應性和實效。“課程思政教育”建設的基礎在“課程”[1]。沒有好的課程建設，“課程思政”功能建設將變成無源之水、無本之木。因此，重視教材構建規律性，認真加強教材構建管理工作是“教學思政”體系建設的根本。在這個過程中，在高校開展“教學思政”工程中承擔著關鍵性的、重要或者是推動性的角色。教材建設工作也是中國高校教學改革工程的一個主要內容，而學科的教育實踐也是學校課程的常規性工作。教務處不管在教學建設中還是課堂教學組織落實、教學質量評估系統建設中，都應著重有意識地把“核心價值導向”作用功能的提升與培養，成為一種主要因素；在教育工作過程管理和教學質量評估上將“價值引領”視為一項關鍵的監測點技術指標。如此方可從根源、目標和過程上都達到強化每個學科都有“育德”功用的教學宗旨，并透過在各種教學構建、操作和管理等環節中把這個理念落到學生實處。具體來看，在人才培養方案、教學大綱等關鍵課程文件的審核中，要考慮經驗傳遞、才能提高和價值引導同步提高的落實度；在國家精品課程、省級重點學科的遴選建立、評估和驗收工作中應設定“價值引領”或者說“育德作用功能”評估指數；在教學效果評估準則（學員評課、監督評課、共同評課）的修訂中應設有“育德效應”的觀察點[2]。

二 現代控制論課程教學內容所面臨的困難問題

（一） 理論性較強，學生掌握困難較大

現代控制理論是一個理論性很強的課題，不但要求學習者對控制理論基本原理有必要的了解，并掌握必要的數理推理能力，同時需要學習者對“矩陣論”的有關基礎知識了解程度較高。該學科所需的前期學習內容涉及高級計算數學、線性代數、集成電路基本原理、控制基本原理等，知識制度上具有內容系統大、涵蓋的基礎理論知識面寬、信息量大、內容邏輯性強、對現代數學和物理等基本框架的專業知識需求較大等優點。但上述優勢也導致了學生在過程中容易受到教材抽象、不易理解、掌握困難度大等問題，進而使學生在過程中形成了很大的學業壓力和復習障礙，易形成厭學和懈怠的不良情緒[3]。

（二） 學科教育缺少思政建設，忽略對學校科技工匠精神的培育

由于中國高等教育行業分得越來越細，目前不同學校的思想政治學科和專業課程的教育工作都由各個教育單元的老師擔當。特別對理工科專業，由于學科課知識傳播和學校思想政治教學工作的直接關聯性并不高，使得學校在理工科的專業教育過程中只注重于知識的傳播，而忽略了學校的思政教育，而現代控制理論學科也不例外[4]。所以，對培育富有家國情感的工匠人才一直都是工科學校所追求的主要培養目標，而通過對其相應課程內容的掌握，也與學生在控制思維的形成有著密切的關聯和重要的意義[5]。怎樣把社會主義核心價值觀、現代工程倫理與道德等各種不同的課程思政元素，將其與專業課的設計相應內容充分的結合，可以有效地保證該課程在教育方面的內容不僅需要重視邏輯知識，還需要培育具備社會主義道德倫理意識、將造福人類為宗旨的人才提供基礎，這也屬于當前現代控制理論課程教育中亟待解決的問題。

三 課程改革思考

（一） 課程體系科學化及多元化

現代控制系統理論課程框架改造的思想：針對當前新工科專業背景下多元化的課程目標體系，以培養學生目標任務能力為驅動，形成具有學生學習表現和跟蹤評價反饋功能的閉環型課程體系。在課程的內容設置、教學方法、課程側重點等幾個方面加以改造，并進行個性化訓練。同時進一步優化教學內容，強化與專業領域最新發展方向的聯系，以全面反映現代智能自動化發展的最新動向。課堂構建上將著眼于“理論講授+仿真實驗+工程案例+前沿講座”的四大模塊，通過混合式課堂教學、在線視頻、信息化課程、專家講課等各種現代教育技術手段，同時進行現代控制系統模型構建、分析研究與系統設計等三個重要課程的講授，以達到課程體系的科學性和多元化，為學生現代控制理論思維的訓練和形成奠定基石[6]。

（二） 教學模式改革

1.課堂教學改革。現代的控制理論教學過程中，整體的理論性比較強，且抽象水平高，這樣對于學生在學習方面的興趣具有一定的影響。針對不同培養目標體系下，怎樣引進富于變革的新教學方法、以代替常規的教學手段、建立“個性化+專業化”的教學模型、動態而客觀地揭示課程內在的知識結構，是該課程教學改革所面臨的主要內容。

（1）構建基于多維度的課堂教學改革模式。傳統的學校講授管理模式多采用老師講課、學員聽講，教學方式較簡單直接。在這種教學方式下，學員對知識點主要是被動地了解，缺少與老師之間的直接溝通互動，學員的參與性大大降低。但隨著多媒體技術、慕課等電子教育資源的問世，為傳統單一的“以老師為主體”的教法管理模式向“以學生為主體”的教學方式過渡提供了條件，也為多維度教學課堂管理模式的實現創造了條件。老師們能夠利用網絡多媒體課堂教學設計、翻轉課堂教學、線上線下的混合式教學、雨課堂教學等多維教學課堂管理模式進行教師與學生之間的全方位交流，從而實現了各種教學策略的融合和各種教學資源的優化設計與資源共享。從而增加了學習者的課堂教育參與性，調動學生的教、學情感換位體驗，并鼓勵了學習者對知識點的積極探究，從而增強了其對知識點的掌握與遷移[7]。

（2）建立了根據不同培養目標體系的任務驅動型教學。對于差異性的培養任務，需要保證能夠設計出不同的教學內容和相應的措施，這樣才能夠更好地實現融個性化及專業化于一體的新工科教學體系。例如，對于卓越工程師班，可以在常規教學內容的基礎上，充分基于工程實踐的角度設計教學模式進行分析，例如：通過實施“案例+問題+討論”式的教學方式，來進一步提高學生對于實際工程問題在分析與解決方面的能力。對于理工復合班，要偏向理論思維方式的培養，需要堅持的是“理論問題工程化，工程問題理論化”的新教學方法宗旨。至于人工智能課程方面，則需要強調與前沿知識、機器人等智慧體系的融合，并可以提供前沿課程講座，同時注重對計算機程序仿真和實現等創新能力的訓練。只有通過針對不同的人才培養任務，建立基于任務驅動的教學模式，引領學生去探究、創造，才能實現因材施教，從而真正達到新型工科的多樣化人才培養、個性化人才培養[8]。

（3）構建融思政建設及提高科研素養的教學改革模式。“培育什么樣的人，如何培養人，為誰培育人”是習總書記思想的一個組成部分，也是新時期教育事業改革發展基本指引。現代控制理論課程對于工科學生的控制系統思想體系的形成具有重要的指導作用，基于此種情況，作為教師一方面需要完成對課堂知識的傳遞，同時還應該在課程的學習中，給學生傳遞合理的生命價值理念以及相應的倫理道德，從而進一步達到專業知識傳遞與社會價值引導的有機統一。如何對于融思政建設及提高科研素養的教學模式進行構建，積極落實“立德樹人”是一個有著意義的工作。能夠保證在一百多分鐘的課堂中，教師按照每個學生專業內容創設“課堂思政五分鐘”的思政內容和情境，在潛移默化中養成了學員認真的科學態度，以求真務實的治課風氣，引領學生建立正確的人生觀、價值理念，建立健康的專業倫理和科學信念，為了能夠促進中華民族偉大復興的中國夢作出充分的貢獻。

2.考核模式多樣化改革。為達到對現代控制論教學過程的有效監控，并達到對學生學習過程的動態管控，學校必須形成科學合理的教學考核系統。在期末試卷的考查模塊上，增加課后寫作與模擬實踐，作出一定的變革探索。

（1）課后作業+課程知識圖譜構建。通過學生作業的完成狀況作為主要考核內容，與此同時，在以往學校之中僅布置書本中課后作業的基礎上，來增加部分具有承前啟后的綜合選擇題，這樣不但能夠有效減少學生直接通過課后練習答卷的現象，同時也使其在對這些選擇題的回答過程中，有效加強了對前面相關知識點的掌握和運用，并且積極構建起了所有知識點的學習圖譜，使學生對知識點的了解從點延伸到面，訓練了其發散思維。特別是在每個一章內容結束后，教師可以布置大習題，通過總結不同章節知識點中的關系，來繪制整本書章節的知識圖譜，這對提高學生理論知識的了解程度、訓練學生的現代控制理論思維，從而有著更好地推動作用。

（2）采取仿真實驗活動。通過培養運用數學方法處理現代控制理論實踐課題的才能，與此同時，需要重視對學生模擬工程實踐活動能力的訓練。比如，在狀態空間表達式與傳遞函數陣的相互轉化部分，讓學生使用MATLAB等模擬軟件編寫有關的控制算法，其通過對算法的操作，能夠逐步理解控制器中的超調量、穩定性、可控性、可觀性等課題。在整個教學任務結束后，由學校教師以小隊為單元，選擇在工程實踐中具備各種特征的控制器作為研究對象，展開模型、數據分析與控制器的方案設計工作，并進行模擬試驗。然后各個小隊按照所選擇內容制成的PPT進行報告答辯，由任課教師進行提問考核，并以成果報告作為最后成果。這種考核方法既能夠提高獨立思考提問、解答現實問題的水平，與此同時，也在任務的執行過程中培育團隊合作奉獻精神，從而促進學生科學素養的提高。

四 課程改革階段實施效果

上述教學改革依托于山東大學2020年教改重點立項項目，例如，山東大學測控科學與工程學院的自動化類本科生現代控制系統與理論課程教學中廣泛使用、成效良好。根據學員的廣泛反饋，該課教學模式靈活多樣，課程設計上不但具有開放性、自主、研究性，同時還實現了個性化教育，充分體現出不同的培養目標與教學模式。在培養了學生學習興趣的同時，也便于其將所學的知識和實際運用技能相結合，進一步培養學生在實際編程技術以及分析問題等方面的能力。老師在講解過程中，通過介紹諸如錢學森等老一輩物理學家的研究經驗以及與學員共享教師自身研究經驗，引導學生培養“以技報國”的社會責任心和端正的科學素質與道德情操。

五 結語

綜上所述，學校需要充分根據現代控制理論課程中存在的較強的高度抽象、涵蓋知識面廣泛等不同種類的問題，面向新型工科背景下的多元化人才培養模式，在對當前教學模式中面臨的各種問題進行了系統分析研究的基礎上，提出了融思政建設及自動化大類多元化人才培養模式為一身的教學變革思想，從課程和教學方式兩個層面提出了具體的教學變革意見。現代工程控制與基礎理論學科的教學改革將是一個漫長而又日益優化的過程，希望通過這些變革，能夠改善教學內容的質量，進一步培養學生掌握基礎知識并與現代工程技術實際相結合的基本能力，為在新型工科背景下培育適應現代經濟與社會需要的高層次綜合性工程專業人才打下基石。