“控制理论”实验教学改革

［摘 要］ 在当前课程思政建设整体进入质量提升和内涵发展的新时代背景下，“控制理论”实验教学开展了课程思政教学改革，其出发点不只是想把思想政治教育做好，同时也是希望通过将思想政治教育融入知识点加深学生对控制理论抽象概念的理解。提出“两位一体”的教学模式，即将思政元素与实验知识点充分融合形成一体，使学生通过思政内容的学习，在增加对理论知识思考与理解的同时，达到思想政治教育的目的，即通过实验教学与思想政治教育的联动来实现双赢，起到事半功倍的效果。

［关键词］ 控制理论；实验教学；教学改革；课程思政；思想政治教育

［基金项目］ 2022年度燕山大学工程训练中心教改项目“采用‘两位一体’教学模式实现控制理论实验教学与课程思政建设的联动与双赢”（GCXLZX2022JG02）

［作者简介］ 李 婷（1982—），女，河北秦皇岛人，硕士，燕山大学工程训练中心实验师，主要从事控制理论研究；王正峰（1989—），男，河北秦皇岛人，硕士，燕山大学工程训练中心实验师，主要从事电能质量扰动分析研究；吕宏诗（1979—），女，河北秦皇岛人，硕士，燕山大学工程训练中心实验师，主要从事控制理论教学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2025）11-0065-04 ［收稿日期］ 2024-04-09

引言

课程思政是我国教育事业的重要内容。习近平总书记在2019年3月召开的学校思想政治理论课教师座谈会上明确指出，要坚持显性教育和隐性教育相统一，挖掘其他课程和教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人［1］。在此思想指引下，教育部于2020年出台《高等学校课程思政建设指导纲要》，从多元维度提出了落实立德树人根本任务的战略举措，通过明确课程思政建设目标要求和内容重点、科学设计课程思政教学体系、结合专业特点分类推进课程思政建设等，全面推进课程思政建设［2］。

在当前课程思政建设整体上进入质量提升和内涵发展的新时代背景下，在“控制理论”课程教学过程中，选择与知识点契合的思政元素非常重要，即思政内容首先要与实验知识点契合度高。故提出“两位一体”教学模式，将其运用在“控制理论”实验教学的思政教学改革中，即将思政元素与实验知识点充分融合形成一体，旨在让学生通过思政内容的学习，在增加对理论知识思考与理解的同时，达到思想政治教育的目的，即通过实验教学与思政教育的联动实现双赢，起到事半功倍的效果。

一、“控制原理”实验思政内容设计存在的问题

（一）思政元素多数流于形式，存在“硬融入”“表面化”等现象

在实验课程中，一些思政元素的加入略显突兀，造成思政内容与实验内容脱离。工科的教学内容通常以科学技术理论和应用方法的讲解为主，其课程思政的融入需要教师进行设计，这就对教师对课程思政本质、理念的理解提出了较高的要求。由于对课程思政本质的理解还不够深入，目前很多工程类课程教学过程中的课程思政插入较为突兀，没有与教学内容实现隐性融合，教学效果不好［3］。

（二）思政元素与实验中的知识点契合度不高，无法促进学生对实验所论证原理进行深入思考及进一步理解

“控制理论”是一门理论性很强的专业基础课，概念抽象，对实验教师的综合理论基础能力要求较高。要想将思政元素无痕地融入教学中，做到二者的高度契合，考验的是教师的综合素质，即对教师的思想政治素质、教育教学理念和教学能力等方面都提出了更高的要求。目前，理工科专业教师相对而言普遍缺乏人文方面的知识储备，部分高校教师的思想政治意识相对淡薄，教学理念模糊，师资队伍思政培训有待加强［4］。

（三）思政内容教学方法单一，缺乏针对性，无法有效吸引学生

以往的思政内容通过教师单方面讲述的方式进行授课，教师并不了解学生真正感兴趣的方式，不能使学生有效地去接受、去思考。由于一些教师不够了解学生的思想、心理及关心的热点与难点问题，思政教学方案没有针对性，教学方法单一，没有发挥学生的主体性作用。

二、“控制原理”实验课程思政元素与知识点融合的设计

在课程思政建设新阶段，“控制理论”实验课程思政教学改革的重点方向就是思政点与实验知识点的有效融合，要想在这个方向去深入完善，就须深入挖掘与实验中知识点高度契合的思政元素。契合度高的思政元素会提升学生对知识点的理解。

（一）从“控制理论”的原理中挖掘思政

实验教学中不仅要注重原理性知识的传授，而且要注重深入挖掘德育要素，重视学生德育与工程素质的培养，在不同的实验章节恰当融入不同的思政要点［5］。很多控制原理蕴含着深刻的工程哲理，可以以此为切入点与实验知识点相结合，引入思政教育。

1.从负反馈原理到韧性社会。比如在典型系统实验中，很多学生会忘记连接负反馈回路。负反馈是一个很重要的概念和知识点。负反馈控制的原理就是“检测偏差，消除偏差”，使输出量维持在期望输出。反馈控制是控制理论的精髓所在［6］。在实验操作过程中要想让学生理解负反馈真正的意义，可以在此引入现实中蕴含负反馈控制原理的思政案例，即通过现实社会中蕴含思政元素的负反馈案例的引入来加深学生对负反馈知识点的理解：任何社会都无法规避风险，但我们必须有一种针对风险的适应机制，从控制论角度看，社会的控制系统要足够强大，才能够抵消外部冲击带来的扰动，促使社会回到正轨。最重要的是全社会能形成应对风险和危机的“负反馈循环”。风险形成后，能够通过“负反馈循环”而不断减弱风险，大事化小，小事化无，整个社会在风险冲击下仍能继续沿着既定的方向前进［7-8］。

2.从典型环节到团队合作。在典型环节实验之后引发学生进一步思考，比如，PID控制中的三个环节P（比例）、I（积分）、D（微分）各有其特点，现实中要实现一种控制功能，无法单独使用任一环节，须要将三个环节结合使用并且调整好其各自的系数才能达到良好的控制效果，即三者密切配合，找到一个最佳组合方式，才能实现最优调节，达到最好的工作状态。在此引用《吕氏春秋·用众》中的“物固莫有不长，莫有不短。人亦然。故善学者，假人之长以补其短”，表达取长补短、优势互补的道理，也就是说通力合作才能共赢，让学生懂得团队合作的重要，进而引导学生在今后的学习和工作中应该扬长避短，以团队的方式去创新、创造［9］；而三个环节系数的调节是一个重点和难点，须要不断调试，才能找到最适合的参数，达到最好的控制效果，让学生懂得这就好比每个人必须找准自己的定位才能在团队中发挥最大优势，即在此引入做人的方式的思政教育。

3.从系统的阻尼到顾全大局。在二阶系统实验中，欠阻尼、临界阻尼、过阻尼三种系统中的每一种阻尼情况都有各自的特点和适用的场景。由此引出疑问：我们到底该如何选择参数呢？其实在我们设定系统参数之前一定要明确哪项指标是最重要的，是我们最看重的。比如，对于战斗机这个系统来说，灵敏性高就要求阻尼要小，但是对驾驶员的抗震能力要求高，因为阻尼小系统必然会震荡；而对于民航客机而言，为了乘客的舒适就尽量减小颠簸，所以必然要牺牲系统的灵活性，阻尼大颠簸小就是以牺牲系统的灵活性为代价的。所以，根据实际需要去设定系统参数，才能设计出现实中最适合的方案。同时，要学会用辩证的眼光看待问题，具体问题具体分析，不能片面追求某一方面而忽视其他方面的重要性［10］。要综合各种因素通盘考虑，顾全大局，不能只顾一己之私，要讲究合作共赢［11］。无论在学习中还是生活中我们都要明白这些道理。

4.从系统稳定到国家的稳定。在做三阶系统实验时，可以对三阶系统的稳定状态进行进一步的深入探讨：稳定是系统正常工作的首要条件，社会生活系统能够正常运行的前提必须是稳定。社会稳定，经济才能发展，帮助学生建立稳定的意识［12］。让学生理解稳定性是控制系统的首要指标，是系统正常工作的先决条件。另外，系统稳定的充要条件是系统特征根都分布在复平面的左半侧，只要有一个特征根分布在右半平面，则系统不稳定，依此引申：个人的不当行为可能会对集体产生至关重要的影响，因此，个体一定要服从集体的安排。进而让学生明白我们应坚决与一切破坏国家长治久安的行为做斗争，自觉维护国家稳定，深刻理解“天下兴亡，匹夫有责”的道理［13］。

5.从稳定裕度到做好充分准备。在根轨迹及频率特性的上机实验中，学生通过Matlab指令的运行很快能得出对应的幅值裕度和相角裕度的值。但直接将结果进行记录，未必能理解这两个稳定裕度的真正意义，而在此引入与稳定裕度相关的思政内容则会帮助学生进一步理解：稳定裕度指的就是距离临界稳定还具有的储备量，用来综合衡量控制系统的稳定程度，保证系统在受到不确定、随机的扰动时，仍能保持稳定性能。比如，在神舟系列载人飞船顺利升空时，人员安全是第一位的，除了其他系统的高度安全设计之外，控制系统的高度稳定性设计也至关重要。一个稳定的控制系统具备长时间适应各种变化的能力，控制系统是这样，对于人也是一样。做什么事一定要事先做好充分准备，不打无准备、无把握之仗，多方面考虑，做到以防万一，这样才能更有底气，更从容自信。即通过稳定裕度的含义，映射做任何事要做好充分准备，留有余地，游刃有余。

6.从控制系统校正到自身的校正。在控制系统校正的实验中，可以在强调系统校正的必要性时引入思政元素，即现实中没有完美系统，任何系统都有缺点和不足，因而须要进行校正，以此引导学生正视自身，发现缺点、接受缺点、改正缺点，不断校正、不断进步，最终实现人生理想。

（二）从学生常见的不规范实验操作入手，教授学生做事、做人的方法，使其具备职业素养等

例如，从学生做实验时常出现的错误操作中帮助学生分析为什么会发生这样的错误，了解学生是否真正理解知识点，在此引入现实中的相关思政案例。虽然学生在实验操作过程中会犯下各种错误，但是我们应该告诉学生不要害怕犯错，要学会从错误中不断积累经验。比如，学生实现同一个系统可以有很多种电路连接方式，我们应该尽可能寻找利用最少资源的最优方案，尽可能简化电路，也就是引入正确的做事方式。

三、多元化、个性化的课程思政教学方式的运用

多元化是指不只拘泥于上课讲述这种单一方式，而是通过多种途径、多种方式或多样化的教学形式，比如采用视频微课、网络互动等，或者在实验前预习相关原理知识、分析实验操作过程出现的问题或在实验结束后的经验总结中融入思政教学，突破思政教学时间、空间与形式的限制。具体选取哪种方式要充分尊重学生的意愿，有针对性地做学情分析，选用学生认可度高的方式和内容融入思政。这是一个动态调整的过程，是一个持续改进的过程。采用个性化手段其实就是重视学生所想、满足学生所需，为进一步提升思政授课的质量和内涵而做的努力。

结语

以上“控制理论”实验思政点挖掘的宗旨是紧密围绕实验原理和实验操作相关知识点，充分挖掘与实验内容相关知识点高度契合的各种思政元素，做到“两位一体”，以实现实验教学和思政教育的联动与双赢。挖掘思政素材是教师提升自身专业素质的过程，只有通过不断学习，教师的思想政治素养和专业素养才会有很大的提高。

参考文献

［1］习近平主持召开学校思想政治理论课教师座谈会强调 用新时代中国特色社会主义思想铸魂育人 贯彻党的教育方针落实立德树人根本任务［N］.人民日报，2019-03-19（1）.

［2］教育部.关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知：教高〔2020〕3号［A/OL］.（2020-06-01）［2024-03-14］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

［3］施永，解宝，张国荣，等.“单片机原理及应用”项目化与课程思政结合的教学研究与实践［J］.科教文汇，2023（13）：99-102.

［4］周萌，王晶，史运涛.PDCA模式下研究生课程思政建设与改革探索：以智能控制课程为例［J］.大学，2023（29）：

61-64.

［5］王瑞芳，张姣.“自动控制原理”课程多元混合式教学模式探索与实践［J］.装备制造技术，2023（9）：114-118.

［6］雷文平，郝旺身，董辛旻，等.机械工程控制基础课程思政探索［J］.科教文汇，2023（12）：155-158.

［7］鄢一龙.“十四五”时期：推动以人民真实福祉为中心的发展［J］.理论与改革，2020（4）：94-105.