基于自適應(yīng)控制思想的自動控制原理課程思政建設(shè)探索

摘" 要：自動控制原理是很多工科院校的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，理論性強(qiáng)、信息量大，具有一定深度和難度。結(jié)合全國高校思想政治工作會議精神，南京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院自動控制原理課程組積極推進(jìn)課程思政探索，基于自適應(yīng)控制的原理和思想，針對課程教學(xué)內(nèi)容，選取合適的知識點(diǎn)，挖掘思政元素，用好課堂主渠道，堅持價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授，以“三位一體”的教學(xué)方式不斷提升課程的思政教育功能，取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：自動控制原理;課程思政;價值塑造;能力培養(yǎng);知識傳授

中圖分類號：G641" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2096-000X（2025）05-0193-04

Abstract： Automatic control principle is an important professional basic course in many engineering colleges and universities. It has strong theory， large amount of information， and certain depth and difficulty. In combination with the spirit of the national college ideological and political work conference， the automatic control principle course group of the Automation College of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics actively promotes the ideological and political exploration of the course. Based on the content of the course and the adaptive control theory， it selects appropriate knowledge points， excavates ideological and political elements， makes good use of the main channel of the classroom， adopts the trinity teaching method of value shaping， ability training and knowledge teaching， and uses various ways and channels to achieve ideological and knowledge education. The function of ideological and political education of the course has been continuously improved and good teaching results have been achieved.

Keywords： Automatic Control Principle; curriculum ideology and politics; value shaping; ability development; knowledge transmission

自動控制原理課程是南京航空航天大學(xué)（以下簡稱“我?！保┳詣踊?、電氣工程與自動化、測試技術(shù)與儀器、生物醫(yī)學(xué)工程、通信和信息等多個本科專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程，同時也是飛行控制系統(tǒng)、電機(jī)控制、智能控制等專業(yè)課程的先修課程，是首批國家級精品資源共享課及江蘇省在線開放課程，獲批國家級一流課程建設(shè)。它的特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、內(nèi)容豐富、涉及知識面廣、信息量大、比較抽象、更新發(fā)展快，具有一定深度和難度。該課程的主要任務(wù)是通過對控制理論基本知識的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對控制系統(tǒng)的建模、分析和設(shè)計能力，以及工程實踐和創(chuàng)新能力，為后續(xù)如現(xiàn)代控制理論、飛行控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng)仿真等專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)[1]。

2020年5月，教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》指出，全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)是深入貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述和全國教育大會精神、落實立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措，高校要深化教育教學(xué)改革，充分挖掘各類課程思想政治資源，發(fā)揮好每門課程的育人作用，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量[2]。如何使思政教育有效融入人才培養(yǎng)和課程建設(shè)，實現(xiàn)思想政治與課程知識的有機(jī)統(tǒng)一，是很多課程不斷追求的目標(biāo)[3-5]。結(jié)合我校的航空特色，自動控制原理課程組基于自適應(yīng)控制的原理和思想，采用價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授的教學(xué)方式實現(xiàn)思想育人、知識育人，取得了很好的效果。本文對自動控制原理課程思政的建設(shè)模式進(jìn)行總結(jié)和思考，希望對其他課程有推廣和借鑒價值。

一" 課程思政擬解決的問題

（一）" 缺乏針對性

缺乏針對性是目前很多思政課的共性問題。由于控制理論課程內(nèi)容涵蓋廣泛，在教學(xué)過程中往往很難針對控制課程的特點(diǎn)設(shè)計思政元素和教學(xué)方法。部分同學(xué)會覺得自動控制原理課的思政內(nèi)容與其生活和學(xué)習(xí)毫不相關(guān)，缺乏實際應(yīng)用的意義，這就導(dǎo)致了思想政治理論課沒能達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生高尚情操、追求真理的目的。

（二）" 缺少互動及參與

自動控制原理是一門工科專業(yè)基礎(chǔ)課程，往往被傳統(tǒng)的講授方式所占據(jù)，教師單向傳授，學(xué)生只是被動聽講，參與課堂互動的機(jī)會較少。大多數(shù)學(xué)生接受的是被灌輸?shù)哪Ｊ剑荒艹蔀檎n程的接受者，而缺乏思考和探究，因此學(xué)生很少能通過思政課獲得成長和受益。

（三）" 不適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣

隨著時代的推移，學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣發(fā)生了巨大的變化。傳統(tǒng)的思政課往往采取書面的形式，而現(xiàn)在的年輕人更喜歡新穎的信息獲取方式，如網(wǎng)絡(luò)、視頻、音頻等。如果思政課能夠充分運(yùn)用多種資源和多樣的媒體進(jìn)行知識傳授，將不同的思想和價值觀有效地傳遞給學(xué)生，就有可能取得更好的效果。

（四）" 缺乏實踐部分

思政課大多數(shù)是理論性的講授，而缺少實踐環(huán)節(jié)。理論和實踐是互相緊密聯(lián)系的，如果缺少實踐環(huán)節(jié)，那么學(xué)生對課程內(nèi)容的理解將會大打折扣。自動控制原理作為一門工科課程，實踐能力培養(yǎng)格外重要。實踐環(huán)節(jié)可以幫助學(xué)生更好地理解和吸收專業(yè)及思政知識，這就需要相應(yīng)的課程安排和教學(xué)設(shè)計。

（五）" 缺少多元化的教學(xué)方式

除了上述幾個方面，思政課還缺乏多元化的教學(xué)方式，缺乏效率和活力。現(xiàn)在的學(xué)生是具有多樣性特征的個體，因此思政課在教學(xué)過程中應(yīng)該采用多樣的方式和手段實現(xiàn)多樣化的教學(xué)。例如，采用案例分析、小組討論、觀看視頻或在線討論等多種方式讓學(xué)生更好地理解和掌握所學(xué)專業(yè)知識和思政內(nèi)容。

二nbsp; 課程思政建設(shè)擬達(dá)到的目的

通過對控制技術(shù)發(fā)展及相關(guān)科學(xué)家、知名校友的介紹，讓學(xué)生了解我國古代人民的優(yōu)秀智慧，了解我國和我校的科技發(fā)展水平，激發(fā)學(xué)生的愛國愛校熱情。

通過知識點(diǎn)講解中的哲學(xué)原理分析，培養(yǎng)學(xué)生正確的世界觀、人生觀和價值觀，利用多種方式和渠道實現(xiàn)思想育人、知識育人。

引導(dǎo)學(xué)生利用課余時間觀看與課程相關(guān)的紀(jì)錄片、閱讀有關(guān)科學(xué)家的傳記與專著，及時了解國際、國內(nèi)時訊和前沿科技知識，樹立正確的價值觀念。

通過作業(yè)、問卷等形式掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，并對學(xué)生所遇到的問題及時給予解答，實現(xiàn)與學(xué)生的多渠道互動。

利用單獨(dú)談話、作業(yè)、郵件等多種方式了解學(xué)生的具體學(xué)習(xí)、思想情況，對思政教育的效果進(jìn)行衡量和評價。

通過線下實驗、虛擬仿真、線上實驗、課程設(shè)計等多種形式，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中鞏固專業(yè)和思政知識。

三" 課程思政教學(xué)實踐情況

考慮到自動控制原理內(nèi)容多、難度大，結(jié)合我校航空航天特色，課程組深入挖掘思想政治教育資源，不斷豐富和擴(kuò)充課程內(nèi)容，探索課程思政新模式，創(chuàng)新教學(xué)方法和路徑。改革傳統(tǒng)的課堂，以學(xué)生為中心，采用啟發(fā)式、討論式、線上和線下結(jié)合的混合式教學(xué)方法，授課整體遵從問題導(dǎo)入、啟發(fā)思考、理論講授、歸納總結(jié)、案例分析、得出答案的路線，以引領(lǐng)、浸潤、深化、拓展的方式實現(xiàn)課程思政育人[6]。首先引領(lǐng)學(xué)生對一些問題進(jìn)行思考，接著用思政教育浸潤學(xué)生內(nèi)心，結(jié)合專業(yè)知識講解，深化學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握。通過課堂提問、作業(yè)、談話、問卷等形式掌握學(xué)生的思想和學(xué)習(xí)狀況，增加互動，對學(xué)生所遇到的問題及時給予解答，最后呼應(yīng)主題，深化教育效果[7]。具體方法如下。

第一章“概論”，講述控制理論的發(fā)展歷史，通過視頻、圖片結(jié)合文字的形式介紹我國古代的科學(xué)家如張衡、馬鈞，以及諸多發(fā)明如地動儀、指南車等，介紹其中蘊(yùn)含的控制理念，展現(xiàn)我國古代人民的優(yōu)秀智慧。介紹被譽(yù)為“中國自動化控制之父”“中國航天之父”的錢學(xué)森的事跡，引導(dǎo)學(xué)生弘揚(yáng)其攻堅克難精神、創(chuàng)新精神及其“學(xué)成必歸”報效祖國的愛國精神;介紹嫦娥五號探測器的繞、落、回工作過程，其制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制分系統(tǒng)副主設(shè)計師鄭永潔是南航三院探測、制導(dǎo)與控制專業(yè)的畢業(yè)生，正是在本課程學(xué)習(xí)了控制理論。通過學(xué)習(xí)其事跡，激勵學(xué)生學(xué)習(xí)優(yōu)秀學(xué)長，為祖國的航空航天事業(yè)貢獻(xiàn)力量。

第二章“控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型”，控制系統(tǒng)的設(shè)計與分析都是以建立數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生如何發(fā)現(xiàn)科學(xué)問題并描述問題，學(xué)習(xí)辯證唯物主義中的認(rèn)識論。控制理論中的數(shù)學(xué)變換體現(xiàn)了不同領(lǐng)域的映射思想，如拉普拉斯變換體現(xiàn)了時域和復(fù)域的映射關(guān)系、傅里葉變換體現(xiàn)了時域和頻域的映射關(guān)系;卷積計算反映了“不積跬步無以至千里、不積小流無以成江河”的人生道理。相似物理系統(tǒng)可能具有相同的數(shù)學(xué)建模，由此啟發(fā)學(xué)生思考特殊性與普遍性的對立統(tǒng)一，不同的物理系統(tǒng)，在某一個層面上可能找到其共性特點(diǎn)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中培養(yǎng)科學(xué)的思維方式。

第三章“時域分析法”，其中穩(wěn)定性一節(jié)是本章重點(diǎn)。穩(wěn)定是控制系統(tǒng)正常工作的首要條件，由此延伸到穩(wěn)定性對社會及國家的重要意義。學(xué)生的學(xué)習(xí)也應(yīng)具有穩(wěn)定性，應(yīng)該能抵御外界干擾，有計劃、有條理、能堅持，才能更好地完成學(xué)業(yè)。通過對穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的分析引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)辨證唯物主義和諧共生思想。通過系統(tǒng)的快速性分析闡述執(zhí)行能力在職場中的重要作用?？焖傩院推椒€(wěn)性是一對矛盾體，在馬克思主義哲學(xué)中，是對立與統(tǒng)一的。在設(shè)計控制系統(tǒng)中，抓住實際系統(tǒng)中的主要矛盾，適當(dāng)?shù)仄胶庵饕痛我?，在快速性與平穩(wěn)性中找到系統(tǒng)最優(yōu)的“平衡點(diǎn)”。

第四章“根軌跡法”，相角條件是繪制根軌跡的充要條件，根軌跡增益連續(xù)變化使得閉環(huán)特征根在復(fù)平面上畫出連續(xù)的軌跡，由此告訴學(xué)生，要抓住事物的主要矛盾，且要善于總結(jié)歸納事物的發(fā)展規(guī)律。參數(shù)根軌跡無法直接使用根軌跡法則，而是需要化為等效傳遞函數(shù)后再進(jìn)行繪制，由此引導(dǎo)學(xué)生，在學(xué)習(xí)和工作中要善于變通、積極思考、講究方法。通過基于根軌跡的系統(tǒng)性能分析告訴學(xué)生，閉環(huán)特征根的毫厘變化也許會導(dǎo)致系統(tǒng)性能的巨變。因此，解決問題要抓關(guān)鍵點(diǎn)，其往往牽一發(fā)而動全身，引導(dǎo)學(xué)生確定好目標(biāo)，早做準(zhǔn)備，用奮斗實現(xiàn)夢想。

第五章“頻域分析法”，穩(wěn)定裕度是個重要的概念，引用生活中的例子進(jìn)行類比和解釋：做任何事要都要留有余地，這樣應(yīng)對不確定性的情況才能沉著冷靜、游刃有余。通過講授頻域三頻段理論告訴學(xué)生，系統(tǒng)在低頻、中頻和高頻段有不同的要求、實現(xiàn)不同的目標(biāo)。由此得出結(jié)論：無論是國家發(fā)展還是個人進(jìn)步同樣需要有規(guī)劃目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生要有規(guī)劃意識，根據(jù)不同階段規(guī)劃好其階段目標(biāo)，例如大一、大二階段打好學(xué)科基礎(chǔ)，大三、大四階段沖刺考研。有了目標(biāo)才有努力的方向，并要為此做好充分準(zhǔn)備。

第六章“線性系統(tǒng)的校正”，通過講解線性系統(tǒng)時域和頻域設(shè)計與校正方法，學(xué)會從多種角度解決問題，根據(jù)不同性能指標(biāo)要求確定相應(yīng)的校正策略。在學(xué)習(xí)和生活中，也要學(xué)會掌握不同的角度和不同的立場，從而會發(fā)現(xiàn)解決問題不同的方法，增強(qiáng)自己靈活應(yīng)變的能力。以航天器姿態(tài)控制為例，通過數(shù)學(xué)模型介紹其頻率特性，強(qiáng)調(diào)原系統(tǒng)的性能不符合要求，通過啟發(fā)式教學(xué)，帶領(lǐng)學(xué)生思考如何使校正后系統(tǒng)的對數(shù)曲線接近希望的特點(diǎn)，從而引出從低頻段改善準(zhǔn)確性、中頻段改善穩(wěn)定性和快速性、高頻段改善抗干擾性的方法。結(jié)合系統(tǒng)仿真及動畫視頻加深學(xué)生的印象。

四" 課程思政建設(shè)的創(chuàng)新點(diǎn)

將負(fù)反饋與自適應(yīng)控制思想融入思政教學(xué)，這是本課程思政建設(shè)的亮點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)。自動控制的核心思想是負(fù)反饋，即按偏差對系統(tǒng)進(jìn)行控制[8-10]。穩(wěn)定的思想狀態(tài)、優(yōu)良的學(xué)習(xí)成績是學(xué)校對學(xué)生思政教育所要達(dá)到的預(yù)期“控制效果”。對學(xué)生的思想狀態(tài)評價盡可能采用多種方式，以確保反饋的及時、準(zhǔn)確，比如問卷調(diào)查、思政測評、訪談、郵件和微信群等形式，用盡可能多的手段追蹤了解學(xué)生的思想狀態(tài)和學(xué)習(xí)成果，以方便教師設(shè)計下一步的教學(xué)方案。

借鑒自適應(yīng)控制系統(tǒng)的設(shè)計理論，構(gòu)建專業(yè)課教學(xué)與課程思政聯(lián)合調(diào)控的教學(xué)模式，如圖1所示。主回路通過課后作業(yè)、隨堂測試、課堂問答等手段對學(xué)生的專業(yè)知識掌握情況進(jìn)行檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其與期望輸入即教學(xué)大綱規(guī)定內(nèi)容有偏差時，須及時調(diào)節(jié)知識講授的進(jìn)度與深度，實現(xiàn)良好的教學(xué)效果。在該環(huán)路的基礎(chǔ)上再引入自適應(yīng)環(huán)節(jié)——思政素養(yǎng)的反饋，并據(jù)此設(shè)計思政知識調(diào)節(jié)器，思政教育不僅培養(yǎng)學(xué)生的思想道德素質(zhì)，而且可以激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，對專業(yè)知識學(xué)習(xí)起到良好的推動作用。

例如，頻域校正法中的三頻段理論知識點(diǎn)比較抽象和復(fù)雜，學(xué)生不易接受。在講解時引入思政元素，通過“思政知識調(diào)節(jié)器”對學(xué)生的思想狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，告知學(xué)生在不同頻段系統(tǒng)有不同的要求、實現(xiàn)不同的目標(biāo)，最終完成一個共同的任務(wù)，如圖2所示。引入中國最復(fù)雜的航天任務(wù)——嫦娥五號的實例，其探月過程實施繞、落、回三步走戰(zhàn)略，三個階段互為輔助、逐步遞進(jìn)，完成各自任務(wù)，最后才能順利實現(xiàn)探月目標(biāo)。引導(dǎo)學(xué)生建立規(guī)劃意識，根據(jù)不同階段規(guī)劃好目標(biāo)，有了目標(biāo)才有努力的方向，同時要做好充分準(zhǔn)備。調(diào)動學(xué)生的思想積極性之后，再回到控制理論的頻域分析中，有利于更好地掌握相關(guān)知識。

本課程采用項目式、案例式等教學(xué)模式增加學(xué)生的互動，結(jié)合實驗、課程設(shè)計等形式在實踐中鞏固專業(yè)和思政教學(xué)效果。結(jié)合我校的科研特色，增設(shè)關(guān)聯(lián)虛擬仿真實驗“艦載機(jī)著艦縱向飛行控制律設(shè)計”。航母艦載機(jī)是國家戰(zhàn)略，專門人才培養(yǎng)是工業(yè)部門的剛性需求，艦載機(jī)工程中不斷涌現(xiàn)的先進(jìn)事跡是思政教育的生動教材。通過該實驗強(qiáng)化學(xué)生對穩(wěn)定性分析、控制律設(shè)計等課程核心知識點(diǎn)的理解和應(yīng)用，也激勵學(xué)生勇往無前，開拓創(chuàng)新地解決復(fù)雜工程技術(shù)難題。

五" 課程考核評價機(jī)制和建設(shè)成效

自動控制原理課程以前采用了傳統(tǒng)的課程考核方式，包括平時成績和期末考試卷面成績，二者各占總評成績的20%和80%。傳統(tǒng)的平時成績主要由上課出勤率和作業(yè)完成情況來決定。這種考核方式的弊端是僅僅反映了學(xué)生對課程知識技術(shù)層面的掌握情況，缺乏思想層面的交流和記錄。在近期的思政教育實踐中，課程組將學(xué)生在德育方面的表現(xiàn)引入課程考核機(jī)制，加大對學(xué)生的思想認(rèn)識和平時表現(xiàn)的關(guān)注。例如：平時作業(yè)及課內(nèi)實驗是否獨(dú)立完成;課上表現(xiàn)是否積極認(rèn)真，思想認(rèn)識是否積極主動。教學(xué)過程中及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行思政教育，促使學(xué)生提高思想認(rèn)識、端正學(xué)習(xí)態(tài)度。

2022—2023、2023—2024這兩學(xué)年的教學(xué)實踐表明，本課程思政教學(xué)改革初見成效，學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度更加積極主動，成績有明顯提示。表1為2017—2018、2018—2019，以及2021—2022三個學(xué)年的平均成績。課程思政實施以來，本學(xué)年（2021—2022）的平時成績有明顯提升，期末和總評成績也有很大進(jìn)步，相關(guān)教學(xué)方法受到了校內(nèi)督導(dǎo)專家和學(xué)生們的好評，并向其他課程推薦。課程組也于2021年榮獲“中國自動化學(xué)會高等教育教學(xué)成果獎”一等獎。

六" 結(jié)束語

課程思政建設(shè)是個不斷推進(jìn)的過程，如何做到既緊扣時代發(fā)展、又回應(yīng)學(xué)生關(guān)切，既具備深厚學(xué)術(shù)積淀、又有效激發(fā)學(xué)生求職需求，這仍需要繼續(xù)研究和探索。同時，目前的考核方式中，專業(yè)知識的考試仍占絕大部分，思政方面的考核所占份額較小，如何進(jìn)行合理調(diào)整和分布，需要不斷試驗和調(diào)整。同時，如何將課內(nèi)教學(xué)成果推廣應(yīng)用到課堂外、生活中，還需整個專業(yè)的共同努力。今后，本課程將依托南京航空航天大學(xué)自動控制原理國家一流課程和國家級精品課程平臺，持續(xù)推進(jìn)思政建設(shè)，每學(xué)期結(jié)合學(xué)生和同行專家的反饋意見，對思政元素的融入點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。結(jié)合新聞時事，不斷挖掘新的思政教育的典型案例，并與專業(yè)知識更好地切合。

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基金項目：教育部高等學(xué)校自動化類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會第五批（2024年）教改研究面上項目“自動控制原理課程思政的研究及實踐”（2024078）;教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項目“現(xiàn)代控制理論線上線下混合式教學(xué)改革研究”（202101124009）;江蘇省學(xué)位與研究生教育教學(xué)改革課題“以新質(zhì)生產(chǎn)力為導(dǎo)向雙一流學(xué)科為依托的控制工程領(lǐng)域研究生產(chǎn)教融合培養(yǎng)模式創(chuàng)新研究”（JGKT24_B004）;南京航空航天大學(xué)研究生教育教學(xué)改革研究項目“航空航天電子信息領(lǐng)域?qū)I(yè)學(xué)位工程博士培養(yǎng)模式探索”（2022YJXGG12）

第一作者簡介：唐超穎（1979-），女，漢族，江蘇南京人，博士，副教授，自動控制系副主任。研究方向為控制科學(xué)與工程。