新工科背景下“现代控制理论”课程思政教学设计与实践

［摘 要］ 新工科建设的提出，为高校的教育方式提出了新的挑战。“现代控制理论”是电子信息类、自动化类专业必修的专业核心课程，完善课程的思政建设变得尤为重要。新工科背景下，对“现代控制理论”课程进行课程思政教学的设计与实践。紧紧围绕国家和区域发展需求，结合学校发展定位和人才培养目标，主要从四个方面进行课程思政的建设，包括领域典型伟大人物的介绍、建设典型思政案例库、创建专题教学讨论区和周期性进行热门科技及工程技术的专题讲座。

［关键词］ 新工科；课程思政；思政案例库；专题教学；热门科技

［基金项目］ 2022年度新疆大学课程思政标杆课建设项目“现代控制理论”（XJU2022BGK28）；2022年度新疆大学研究生精品示范课程“线性系统理论”（XJDX2022YJPK27）

［作者简介］ 王 聪（1989—），女，山东菏泽人，博士，新疆大学电气工程学院副教授，主要从事智能控制研究；马 萍（1994—），女（回族），新疆博湖人，博士，新疆大学电气工程学院副教授，主要从事大数据驱动的智能故障诊断与健康管理技术研究；李新凯（1991—），男，山东德州人，博士，新疆大学电气工程学院副教授，主要从事无人机控制理论研究。

［中图分类号］ G641 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）38-0141-04 ［收稿日期］ 2023-05-06

引言

新工科建设旨在形成中国特色、世界一流的工程教育体系，建成工程教育强国［1］，为实现中华民族伟大复兴的中国梦提供有力的人才支撑。高校是人才培养的重要基地，担负着新工科人才培养的职责和使命［2］。“现代控制理论”是电子信息类、自动化类专业必修的专业核心课程，也是电子信息控制工程方向硕士研究生“线性系统理论”课程学习的基础课程。该课程理论性较强，需要具备较好的数学基础，其培养目标是提高学生的分析问题和解决问题的能力，为学生日后相关工作需要提供技术支持。关于该课程的教学改革以及思政设计也多有研究。陈一秀［3］由“系统能控性、能观性”谈“现代控制理论”课程思政教学实践。张丹等［4］从高校人才培养中课程思政的必要性与“现代控制理论”课程思政的可行性出发，主要根据本课程的教学内容设计课程思政，将课程思政融入课堂。赵斌等［5］系统性地总结了“现代控制理论”课程教学创新实践的全过程，分析了观窗教学法与课程培养目标的适应性，详细介绍了如何设计课程教学内容、如何进行过程性教学评价等，并结合航空航天应用的案例说明；总结了近6年教学创新实践的主要成果，并分析了教学创新实践的可推广性。张苗等［6］针对“现代控制理论”实验课程的教学内容理论性强、概念抽象、学生难以理解等问题，以直流电机位置控制系统为例进行实验课程教学探索，借助MATLAB工具将学生从烦琐的矩阵运算中解放出来，以突出系统的工程背景与实际应用。然而，以上研究多是单一地就本门课程进行的教学设计，在新工科背景下，如何紧紧围绕国家和区域发展需求，结合学校发展定位和人才培养目标，将课程思政融入“现代控制理论”课程，全面落实高校立德树人根本任务是亟待完成的课程思政设计与实践问题。对此，本文主要研究新工科背景下“现代控制理论”课程的思政教学设计与实践。

一、课程教学基本要求

“现代控制理论”是自动化相关专业的核心课程，是完成各类系统如计算机控制系统、运动控制系统和过程控制系统等系统建模、动态分析以及综合设计等的理论支撑［7］。“现代控制理论”课程教学方式主要是理论讲述和分析，并结合一定的课程设计和课程实验［8］。“现代控制理论”的教学面临学生不易理解、公式推导过多、计算量过大等问题，因此，在进行课程思政设计时应针对该课程的教学方式，应满足以下的教学要求：（1）以课程完整性和系统性为基础前提，保证知识点的连贯性和统一性，然后基于数学基础，结合实际工程案例，完成知识点的学习和延伸，尽量避免烦琐枯燥的数学公式证明和推导。始终以让学生掌握核心知识点并能学以致用为基本原则，完成该课程的教学任务。（2）始终坚持引导式教学为主，通过应用案例引导引出知识点，再结合知识点和例题完成专业讲述，力争打开学生思维，完成创新性的学习。（3）教学形式采用传统教学与网络化工具结合的方式，以传统教学为主：多媒体主讲，重要知识点板书；再结合网络工具，发布巩固练习及工程讨论课题，加深学生的理解，培养学生创新能力和实际应用能力。

二、课程思政设计

为满足新工科背景下的课程思政教育要求，在传授专业知识、满足课程教学基本要求的前提下，要融入课程思政的设计与教育。能够挖掘老一辈科学家吃苦耐劳、奋勇拼搏的精神，将政治认同、爱国主义情怀、民族自豪、道德修养传递给学生，引导学生提高对中国共产党创新理论的政治认同、思想认同、情感认同，坚定中国特色社会主义制度自信、文化自信等［9］。针对“现代控制理论”课程的特点，课程思政设计主要包括以下几个方面。

（一）该领域典型伟大人物的介绍

“现代控制理论”课程主要包括状态空间表达式的建立、状态空间表达式的解、线性控制系统的能控性能观性、稳定性与李雅普诺夫方法以及线性定常系统的综合和最优控制六部分内容。每一部分内容的提出，都离不开国内外伟大学者的付出。将相关伟大人物为解决某一类难题时不怕吃苦坚持不懈的事迹与课程内容相结合，一方面激发学生学习的兴趣，另一方面教育学生坚守学术操守和道德理念，把学问和人格融合在一起，铸就了独特的精神气质。例如，在讲述李雅普诺夫方法时，结合李雅普诺夫的生平事迹，譬如大学的后两年李雅普诺夫艰辛的生活，以及李雅普诺夫毕业后忙碌的工作，毕业后李雅普诺夫除了担任授课教师外，还同时兼任助教、实验员、指导教师以及讲义编撰者，他的时间被这些事情占据着，但他仍然坚持系统稳定性的相关研究课题。让学生学习他这种对科学真理执着的精神，激发学生在自己专业领域做出一番成绩的动力。再如，在讲授绪论部分时，可引入控制论的奠基人维纳，介绍维纳从旷世神童到顶级数学家的一生，维纳进行了多学科的学习与研究，使得他的思维广阔，多学科的学习对他的科研之路有极大的帮助，正是这种经历使维纳借鉴各学科的优势完成了其在数学和控制领域的伟大成就，通过回顾维纳科研的一生，让学生明白兴趣和探索同样重要。最后再引入维纳的自评“如果要为我的生涯确定一个分界点，即作为一个科学上刚出徒的工匠，到在某种程度上成为这一行的一个独当一面的师傅，那么我应当选择1935年，即我在中国的那一年。”让学生认识到我国的数学和科技在世界上一直发挥着重要的作用，激发学生的爱国主义情怀，并有为之奋斗的动力。

（二）建设典型思政案例库

针对“现代控制理论”课程的核心知识点，有针对性地设计典型思政案例库，将实际工程实例及在发展过程中该领域学者专家如何寻求解决方案的过程建设为典型的案例。典型案例或结合社会上的真实热点问题，或领域内的重点问题，或实践中的代表性问题。通过案例库的教学，激发学生发现问题和解决问题的能力，培养学生吃苦耐劳、坚毅的工匠精神，让学生在解决问题的过程中激发爱国主义情怀和团队荣誉感。例如，在最优控制这个知识点的讲解中，引入电力生产管理控制的问题：电力生产会受到很多不确定因素影响，如何确定可行的生产方案并以最小的成本去满足电力需求？首先，讲述在20世纪就有专家发现了这个问题，并通过团体协作最终确定了模型辨识和最优反馈的方法解决了当时的这类问题，通过这一步让学生认识到团队协作的重要性；其次，引出当前新型电力系统存在的问题，新型电力系统是我国目前电力发展的趋势，新型电力系统存在高耦合高比例新能源接入以及高电力电子设备等特点，其对电力系统的动态分析和稳定控制是当前的一个难题，引导学生根据所学知识提出解决方案，为我国的电力事业发展出一份力。

（三）创建专题教学讨论区

根据课程内容进行专题划分，将“现代控制理论”设计的知识点分为建模、分析、控制、优化、辨识等多个专题类别，利用雨课堂设置专题讨论区，定期发放结合实际工程背景和工程难题的相关讨论主题，鼓励学生通过专业学习以及查阅文献，进行讨论发布观点，可以是简单观点，也可以是解决思路或解决问题的具体方案。由教师进行讨论结果的总结，以交流为目的，而不是以正确与否为评价标准。以此发散学生思维，培养学生勇于探索、勇于创新的能力。例如，在建模部分以电力系统为例，构建电力系统的数学模型，重点讨论：电力系统的各个环节如何考虑、多机群如何等效、环境及参数的不确定性如何表示等，电力系统专题讨论思路如图1所示。

将该问题发布在建模讨论专区，给大家1～2周的讨论时间，在讨论结束后，主讲教师进行总结并与学生讨论，通过讨论共同提出一套相对完善的解决方案。

（四）周期性举办热门科技及工程技术的专题讲座

课程的教学不仅是完成知识点的讲述，还应该“以学生为中心，以产出为导向，持续发展”［10］，让学生了解科技的发展、社会的进步，因此，在课程思政设计方面，应周期性举办热门科技及工程技术的专题讲座。因自动化专业本身涉及的领域较多，专题讲座的内容可涉及各个领域的先进技术；专题讲座的形式可采用线上、线下等多种方式；专题讲座的讲授人可以是主讲教师，还可以是专家、学者、企业人员等。例如，在开学第一课时，可结合本课程的特点和本专业的特色，开展智能家居的专题讲座。首先，以某公司开发的自有知识产权智能家居系列解决方案为例，该方案涵盖智能中控、智能照明、智能窗帘、智能背景音乐、智能家电控制、智能安防监控、智能门锁、智能环境控制、私人影院等系统，广泛应用于住宅、酒店、办公等场所；其次，以自己身边接触的各类智能产品为例和学生进行互动讨论。通过专题讲座的形式，让学生了解科技的发展，增强民族自豪感和爱国主义情怀。再如，可邀请本专业优秀毕业生分享自己学习期间及工作期间的心路历程和经历，增强学生的认同感，认识到知识的学习不仅仅是完成课程的考核，还可为我们提供谋生的手段、提供建设国家的武器、提供推动社会进步的助推器等，并提出讨论主题：作为本专业学生，如何推动工程领域的发展？如何将知识应用到实际生产中？

结语

“现代控制理论”作为自动化相关专业的核心课程，其课程思政建设对该领域人才的培养有着至关重要的作用。通过对该领域典型伟大人物的介绍、建设典型思政案例库、创建专题教学讨论区和周期性进行热门科技及工程技术的专题讲座等四项课程思政的设计，深入地将思政教育融入课程教学，可满足新工科背景下学校发展定位和人才培养目标，全面落实高校立德树人根本任务。

参考文献

［1］景国勋，程磊，袁东升.“新工科”背景下的安全工程专业建设与发展思考［J］.河南理工大学学报（社会科学版），2018，19（2）：102-107.

［2］卢爱新，丁梧秀.新工科背景下工科专业课程思政建设的思考与探索［J］.洛阳理工学院学报（社会科学版），2021，36（6）：88-92.

［3］陈一秀.由“系统能控性、能观性”谈中国抗击新型冠状病毒感染疫情成功经验：现代控制理论课程思政教学实践［J］.高教学刊，2023，9（7）：181-184.

［4］张丹，俞立.新时代“现代控制理论”课程思政案例设计［J］.教育教学论坛，2023（4）：35-39.

［5］赵斌，郭建国，卢青，等.现代控制理论课程的教学创新探索与实践［J］.中国现代教育装备，2022（17）：101-105.

［6］张苗，肖士敏.现代控制理论实验课程案例教学探索［J］.中国现代教育装备，2022（7）：117-119.

［7］赵艳花，王晓丽.自动化专业核心课程教学平台研究［J］.中国电力教育期刊，2011（23）：74-75.

［8］王建宏，叶景贞，温如春.现代控制理论课程目标的设计［J］.电子技术，2022，51（12）：104-105.

［9］孙朝阳.层次分析与改革实践：课程思政切入点设计的三个维度［J］.河北大学学报（哲学社会科学版），2020，45（6）：146-154.

［10］王俊伟，杨俊玲.基于OBE理念的现代控制理论教学改革研究与探讨［J］.大学教育，2022（8）：81-83.

Design and Practice of Curriculum Ideology and Politics in the Course of Modern Control Theory under the Background of Emerging Engineering Education