基于新工科能力导向的机械控制工程课程思政案例设计

摘  要：课程思政是落实立德树人根本任务的核心举措，针对新工科国家创新工程人才的培养需求，总结机械控制工程课程思政目前存在的问题，基于目标导向教育理念，分析机械控制工程课程知识组成及能力导向，构建爱国主义、核心意识、辩证关系和自我革命四个方面的教学案例设计。实践表明，可实现专业知识与课程思政的有效结合，从而促进学生思想、知识、能力及素质的协调发展。

关键词：课程思政;新工科;机械控制工程;目标导向教育;教学案例

中图分类号：G641        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）01-0184-04

Abstract： Curriculum ideological and political education is the core measure to implement the fundamental task of building morality and cultivating university student. In view of the training needs of emerging engineering national innovation engineering talents， the current problems of ideological and political curriculum of Mechanical Control Engineeringis presented. Based on the outcome based education， the knowledge composition and ability orientation of mechanical control engineering course is analyzed， and the teaching case design in four aspects of patriotism， core consciousness， dialectical relationship and self-revolution are constructed. The implementation results shows the combination of professional knowledge and course ideological and political education is realized， thereby， the students' thoughts， knowledge， abilities， and qualities is promoted.

Keywords： course ideological and political education; emerging engineering; Mechanical Control Engineering course; Outcome- based Education; teaching cases

2016年12月，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上明确指出，“要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人”“要用好课堂教学这个主渠道……使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”[1]。

课程思政把人的价值观培养放在首要位置，每一门课程都以立德树人为根本，将知识教育、理想信念教育和道德教育有机融合。课程思政是思想政治课在专业课中的延伸和提高，大大冲破了思想政治课教育的局限性，发挥自己独特的教育效力[2]。

党的二十大报告指出，教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。联合国教科文组织也指出，高等工程教育要从“技术范式”发展为“科学范式”，进而转换为“工程范式”。新工科以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才，为高等工程教育的改革探索提供了一个全新视角和“中国方案”[3]。

目标导向教育是一种面向市场需求的、重点强调学生能力培养和能力训练的工程教育模式[4]。新工科同样也强调学生学习的主动性以及“学”与“做”的有机结合，如此，新工科与目标导向教育结合实践会有助于实现复合工程技术人才的培养。

机械控制工程是机械类专业一门专业基础课，该课程是从控制方法论的角度，研究控制系统的建立、分析与设计的方法，是一门理论性较强的课程。目前，国内部分控制类的课程思政建设成果很不错，如王晓梅等[5]在做好机械控制工程基础教学团队、师生学习共同体和课程网络平台资源基础上，通过挖掘专业教学内容中的育人元素，构建“以学生为中心”和“产出导向”改革教学方法与考核评价，专业教学与课程思政同向同行，落实立德树人根本任务。杨汇军等[6]针对自动控制理论建模、时域分析、稳定性分析、频域三频段分析四个知识点，挖掘思政元素，并按课程培养目标对其进行教学设计，采用问题导向或引入小故事、典故及小视频等途径引入思政元素，为课程教学添加适宜的“催化剂”，推动专业基础课程思政的改革与创新。侯明哲等[7]从自动控制原理课程的性质和特点入手，重点提炼了课程思政元素，进一步分析了典型教学案例，旨在为提高课程教学质量和深化教学改革，为实现立德树人的根本任务及提升学生的综合素养提供了有益参考。王云[8]以社会主义核心价值观为主线，从家国情怀、社会责任和个人修养三个层面对自动控制技术课程教学内容进行优化设计，进一步完善课程思政教学内容建设，教育引导学生将国家、社会的价值与个人的价值融为一体，坚定“四个自信”，增强“四个意识”，实现“三全育人”目标。

以上研究成果均取得了不错的教学效果，对机械控制工程课程的思政元素挖掘与教学案例设计与实践起到了很好的示范作用。针对机械控制工程实际教学存在的问题，以新工科创新理念为背景，构建机械控制工程课程的知识组成及能力导向，以案例为任务驱动，实现了专业知识与课程思政的有效结合，从而促进学生的思想、知识、能力及素质协调发展。

一  机械控制工程课程思政目前存在的问题

首先，部分授课教师认识不充分和不主动，随着专业的细分，专业课程之间融合度似乎在下降，部分老师认为思想政治教育仅仅是思想政治理论课和思想政治理论课教师的事情，与其他课程和课程教师则无关，从而导致学校思想政治教育在其他专业课程中部分出现认识不充分和不主动的现象。

其次，立德树人落实不全面，在全球互联网背景下，多元信息鱼龙混杂，各种价值观交叠冲突，单一的思想政治教育难以为继，需要在整个教育过程中贯彻立德树人的目标，作为专业课程来说，虽然主要的教学时间在于专业内容，但是需要以思政要素作为基础和引导，教会学生正确运用科学专业知识，传递社会和专业“正能量”，减少各种“杂音”的干扰。

最后，课程思政教学案例不够深入，机械控制工程课程内容整体可以划分为机械控制一般概念、控制系统建模、控制系统分析、控制系统设计四部分内容，理论性强，内容抽象，对于机械类专业学生而言，往往需要具体的教学实际案例和思政资源作牵引，从而满足新工科背景下的人才培养目标。目前，教学实际案例和思政资源较为分散，缺乏一定的系统性和逻辑性，不够深入，需要进一步加强教学案例建设。

二  机械控制工程课程知识组成及能力导向

目标导向教育采用专业需求→教学目标→课程知识的逆向设计原则[9]，即从专业需求开始，由需求决定教学目标，再由教学目标决定课程知识，可以快速适应专业的需求变化。

控制工程在机械工程中主要起一个模型提供和特性分析作用[10]，因此机械类专业需要机械控制工程课程提供反馈控制系统的构成、控制系统数学模型的建立方法及系统时域、复域、频域分析和校正方法的内容。

基于上述专业需求，按照新工科理念，机械控制工程课程的学生知识组成及能力导向如下。

首先，掌握机械工程控制论的基本概念、控制系统的原理、组成以及性能指标，并能将所学的专业基础理论知识用于控制问题的描述中。培养学生运用控制理论的原理去分析各类机械系统的能力。

其次，掌握运用力学、机械和电气等基础知识建立描述系统动态特性的时域数学模型的过程，从而掌握衍生的传递函数和频域数学模型的建模过程，掌握系统传递方框图及其简化过程。培养学生运用各种基础知识和方法建立不同控制数学模型的能力。

再次，掌握控制系统分析的方法和过程，包括时间响应分析、频率特性分析和稳定性分析，能够对系统的稳定性和性能指标进行分析评价。培养学生运用控制系统的各类方法对控制系统进行分析的能力。

最后，掌握控制系统设计校正的方法和过程，包括常用的串联校正、反馈校正、顺馈校正和PID控制规律，能够按照控制系统的实际性能指标，运用合适的校正方法对控制系统进行各类校正。培养学生运用各类校正方法对控制系统校正的能力。

三  机械控制工程课程思政教学案例设计

按照上述的机械控制工程课程的知识组成及能力导向，主要从以下四个方面挖掘和设计课程思政教学案例。

首先，突出控制理论发展中的爱国主义教育，在自动控制理论发展历程中，我国古代劳动人民在控制系统方面有着重要的贡献，我国现代科学家在的理论发展史上作出了杰出贡献。具体的案例如下。

以1027年宋代的燕肃所造的指南车为例，讲解无论机构如何运行，小车的指向始终不变，根据自动控制原理分析，这是一个典型的开环顺馈控制系统。

以1086—1089年北宋的苏颂和韩公廉所造的水运仪象台为例，讲解该装置是一个利用误差进行控制，具有负反馈的自动控制系统，比瓦特发明的蒸汽机离心调节装置早700余年。

以1954年我国科学家钱学森所著的《工程控制论》为例，讲解从控制论这一总题目中，把当时科学技术与工程实践所证明了的部分分离出来，创立了工程控制论这门学科，这对推动控制理论的具体应用起到了极大的作用。

以1985年我国科学家邓聚龙所著的《灰色控制系统》为例，讲解相对信息完全明确的白色系统和系统信息完全不明确黑色系统，确定信息部分明确、部分不明确为灰色系统，选择适当的序列算子，作用于部分已知信息，使之逐步变成白色系统，从而实现对现实世界的描述和认识。

以上案例从历史维度展示了我国在控制装置发明和理论发展过程中的贡献，然后从文化自信的角度，突出了爱国主义教育，引导学生坚决做到中国特色社会主义道路自信、理论自信和制度自信。从而凸显了爱国主义教育，激发了学生的民族自豪感。

其次，突出控制系统中的核心意识教育，数学模型是自动控制系统中的核心，决定了系统的基本性能。突出核心意识教育，始终做到坚决拥护核心、坚决听从核心、坚决维护核心，确保党的领导更加坚强有力。具体的案例如下。

以自行车骑行和卫星发射为例，讲解不论是经典控制理论还是现代控制理论，控制的核心不外乎都是数学模型，其是控制论的基础。经典控制理论基于数学模型可解决单入单出系统（自行车）的稳定性、快速性和准确性等问题。现代控制理论基于数学模型可解决多入多出系统（卫星）的能控性、能观性和稳定性等问题。

以机械质量-阻尼-弹簧系统和电气电阻-电感-电容系统为例，讲解时域数学模型建立的过程，以此为基础，应用拉普拉斯变换建立传递函数，应用傅里叶变换建立频域数学模型，从而搭建经典控制系统中的三大数学模型。现代控制理论也是根据时域数学模型应用状态空间方程描述多系统的输入和输出。