基于双闭环教学模式的“自动控制原理”教学改革研究*

张星红 ， 郑秀丽 ， 陈慧波 ， 常文平

（河南工学院电气工程与自动化学院，河南 新乡 453003）

0 引言

“自动控制原理”是研究自动控制技术的理论课程，也是自动化、电气信息、机械工程等工科专业的一门重要的专业基础课。其主要从数学模型出发，讲述自动控制的基本原理和控制系统分析与设计的基本方法，内容较抽象、较复杂，理论性强、综合性强，学生学习起来较枯燥，理解起来也有一定的难度。在传统教学模式中，教师只注重理论知识的传授，忽略了对学生的思想政治教育，这样不能完全达到立德树人的教学效果。如何利用课堂教学主战场，将思政元素与专业理论知识相结合，实现全过程育人，显得尤为重要[1-3]。

“课程思政”的核心要义是专业课程通过深入挖掘学科中蕴含的思想政治教育元素，充分发挥每一门课程的育人功能和每一位教师的育人职责，推动专业课和思政课同向同行，协同育人[4-5]。针对理论性强的“自动控制原理”，如何充分挖掘自动控制理论中蕴含的哲学思想、习近平新时代中国特色社会主义思想等有效德育元素？如何将思想政治教育渗透、贯穿于教育教学的全过程，对学生进行潜移默化的“隐性教育”，能够更好落实立德树人的根本任务？这是很多学者越来越关注的问题[6-8]。目前，将思政融入“自动控制原理”的相关教学工作已经取得成效。姜冠杰等将思政教育与“自动控制原理”课程内容、教学目标以及学风和理想信念进行有机融合[9]；王立红结合专业培养目标和毕业要求，深入挖掘思政元素，设计典型教学案例，实现润物细无声的教育[10]。但大量文献所讨论的思政内容未形成良好的教学模式，若自然科学的课程思政方法不能与专业课相辅相成、相互渗透，很难达到润物细无声的专业-思政育人的目的。

本文基于理论知识和思政教育的双闭环教学模式进行研究：1）针对理论性较强的“自动控制原理”，采取理论知识-思政教育双闭环模式进行教学，思政知识反馈作为内闭环，借助思政知识反馈闭环激发学生学习理论的积极性，专业知识作为外闭环更好地调节学生专业知识的学习，利用专业知识和思政教育“双管齐下”的策略，更好地落实立德树人根本任务；2）针对“自动控制原理”具体理论知识，找到与思想政治教育的契合点，引入人生哲理、为人处世道理等，思政内容涵盖马克思主义哲学、习近平新时代中国特色社会主义思想、中国共产党的性质等多个方面，让学生有情感共鸣和价值认同，从内心深处铸牢中华民族共同体意识。

1 基于专业知识的单闭环传统教学模式

传统的“自动控制原理”教学模式多采用教师讲授为主、课后作业为辅的模式，课堂上教师采用“填鸭式”满堂灌教学，课后作业学生也基本“照猫画虎”。这样，学生学习过程中缺乏主动思考的灵魂，学生对知识的掌握就不够灵活和深入。传统教学模式可以用一个单闭环系统表示，如图1所示。

图1 传统教学模式单闭环系统

老师传授的知识视为给定输入，学生掌握的知识视为输出，手机等视为干扰输入，作业情况和上课回答问题视为检测装置等，形成一个单闭环的教学系统。在传统教学的单闭环模式下，取得了一定的成效，但在新时代背景下人才培养略显不足。一方面，随着专业内涵不断提升，大量信息相关知识涌入，“自动控制原理”内涵也在不断提升，传统授课方式下对理论知识点的理解难度增大；另一方面，伴随互联网技术的发展，面对西方文化思想，在校学生有必要树立正确的理想信念。传统模式下基本不涉及人文知识点，重视知识传导的“显性教育”，而忽略了课程思政的“隐性教育”。为了更好地实现“立德树人”的教育，专业课程也要发挥专业基础课程教育功能，挖掘其潜在的课程思政内容。

2 融入课程思政的双闭环教学模式

将思政教育恰当地运用到“自动控制原理”中，从思政角度去重新理解和运用专业课知识，同时从专业知识角度拓展和渗透思政知识，使得“专业-思政”两者无痕迹融合为一体，相互渗透，相互促进。思政教育不仅能够培养学生的思想道德素质，而且还可以激发学生的学习主观能动性，对专业知识学习起到良好的积极推动作用，同时适当地针对专业知识开展思政教育，有助于学生思想道德素质的培养，增强对中国特色社会主义的道路认同、理论认同、制度认同、文化认同。

借助于双闭环控制系统基础知识，在传授专业知识的过程中，润物细无声地嵌入一个思政知识反馈闭环，如图2所示。“自动控制原理”授课对象一般是大三学生，学生已积累一定的思政知识，对思政知识理解较快，满足双闭环系统中内环响应之要求。

图2 思政-专业相融合的双闭环系统

“专业知识检测装置”与“思政知识检测装置”均由专业课教师完成，专业课教师检测学生对思政知识的理解状态，对专业课程思政内容进行调节，将思政知识根植于学生的核心知识领域，落实立德树人的根本任务，极大地激发学生的学习热情，并合理运用唯物主义辩证对待自然科学学科课程学习。

3 教学环节课程内容设计

“自动控制原理”的主要内容包含四个模块：自动控制的一般概念、控制系统的数学模型、线性系统的性能分析和线性系统的校正。从思政教育的角度审视四个模块知识点，挖掘各知识点与思政教育的关系，从而在传授专业知识的同时，无痕迹地融入思政教育。

1）针对自动控制的一般概念，融入社会前沿和热点事件中的自动控制最新成果，在课程导入阶段就激发学生的学习兴趣和民族自豪感；在梳理自动控制理论的发展历程中，引入科学家钱学森的故事，映射出爱国情怀，引导学生树立“自强不息、为国奉献”的爱国情怀，如图3所示。

图3 第一模块与爱国情怀相融合的双闭环系统

2）针对控制系统的数学模型之一——传递函数，利用天下大事，必作于细；天下难事，必作于易。正所谓，大道至简。纷繁复杂的表象之后，其实蕴藏着最简单的道理。引导学生向更深层次探索，善于根据表面现象总结事物本质，然后引申到自我认识上；也可利用卷积定理，来让学生体会其与“积少成多”“百倍努力、千倍收获”等道理的相似之处，循循善诱地实现思想政治教育，如图4所示。

图4 第二模块与探索精神相融合的双闭环系统

3）针对线性系统的性能分析，系统的基本要求是稳定性、快速性、准确性。稳定性对系统来说是首要的，对国家、社会也是如此，应自觉维护国家稳定；快速性和准确性是一对矛盾的指标，应学会在保证系统稳定的前提下，优先满足首要指标，抓主要矛盾；在保证稳定的情况下兼顾动态性能和稳态性能的要求，不可只顾一种性能要求而忽略另一种性能诉求，而要顾全大局，明白合作共赢的思想，如图5所示。

图5 第三模块与顾全大局等相融合的双闭环系统

4）针对线性系统的校正，融入中国共产党的自我纠正、自我革命的思政教育。共产党将人民群众利益作为重要“指标”，不断自我纠正、自我改革，走向了一个又一个辉煌。同时，个人也应该不断地自我调整、自我纠正，在人生偏离预期时，要“三省吾身”、自我反思以及时校正行为，这样可以避免误入歧途，如图6所示。

图6 第四模块与自我纠正相融合的双闭环系统

授课过程中思政内容不能过多，以免影响教学进度，冲淡专业教学。思想教育要与专业课程做到有机、紧密结合，不能生搬硬套，要对学生进行春风化雨、润物无声的渗透和潜移默化的人格塑造。本文基于“自动控制原理”的四个模块中的知识点，融入课程思政，使得课程思政与“自动控制原理”理论教学有机融合，相辅相成，相互促进。

4 结语

本文巧妙地将思政教育纳入“自动控制原理”，用“隐性教育”点化“显性教育”，透过“内环”和“外环”的交感互动，把专业知识与思政知识合而学之。专业知识隐含思政教育，思政知识促进学生更好地吸收专业知识。基于双闭环控制思想的教学模式打破了传统教学模式，引导学生将闭环控制思想等运用到平时的学习和生活中去，达到“知行合一”。融入思政的双闭环教学模式明显提高了学生学习的主动性和积极性，使得学生对课程内容也有了更深刻的理解，有利于学生形成创新思维意识。