《机械控制工程基础》课程建设与思政探索

曹轶然，吴军，郭艳捷

（1.中国民航大学 航空工程学院，天津；2.西安交通大学 机械工程学院，陕西 西安）

一 引言

随着我国经济社会快速发展，对于生活的方方面面，都有了更高的要求。高等教育作为影响社会发展水平、人口素质、国家竞争力的重要部分，需要超前识变，把握科学前沿和国家市场需求，培养符合社会要求的接班人才。我国目前处在“世界百年未有之大变局”[1]，新科技和产业革命就在眼前，如何合理调整教育教学内容和方法，培养适应未来需求的新一代人才，成为各高校的重要议题。自2017年起，经复旦共识、天大行动、北京指南，正式开启了我国新工科建设。钟登华院士提出了“以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为理念，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、创新型卓越人才”的新工科内涵[2]。各高校[3-5]均结合自身的特点和情况，积极响应、创新推进，更新教学培养方案，改变教与学的行为。其中课程思政是目前高校落实思想政治教育工作的必然手段和方法之一。将思政教育融入专业课教育，充分挖掘专业课程内容和专业思想的精神，使学生掌握控制工程专业知识的同时提升思想素质和道德品质，构建起全员、全程、全方位育人的一流课程。本文在新工科建设的背景下，考虑基于OBE理念的一流课程建设要求，分析《机械控制工程基础》课程的问题和现状，提出相应的建设方案。

二 机械控制工程课程分析

《机械控制工程基础》课程是机械类专业的重要专业基础课程，主要培养学生的系统分析设计能力、综合创新能力,运用包括数学、自动控制理论等知识、科学方法和工具解决机械工程基本问题。该课程有较强的理论和实践性，涉及较多的数理知识，有较强的学科交叉性质，且理论性较强，概念较为抽象。

《机械控制工程基础》是中国民航大学机械类专业的一门专业核心课程，主要授课内容是运用现代数学知识、自动控制理论和信息技术来分析、设计典型机电控制系统。旨在培养学生运用科学方法和工具来解决机械工程基本问题的系统分析设计能力、综合创新能力。该课程主要面向机械电子工程、飞行器动力工程和飞行器制造工程的大三年级进行授课。课程后续课程包括《机电一体化技术》《航空发动机控制》等专业课程。

通过对机械控制工程的课堂教学、实验过程和教学效果分析、讨论及思考，课程教学中主要存在几点问题。首先，对理论知识的理解和掌握较为局限，难以在实验和实际中应用理论知识。该课程通过安排包括MATLAB和电机转角控制的实验帮助学生理解所学，但在实验中可以看出，绝大多数学生对于所学不熟悉，在实验中常出现捉襟见肘，需要临时阅读书上概念的现象。不过多数学生在实验后可以对理论所学有进一步的认识。由此可知，与实际应用的结合更有利于引起学生的兴趣，加深印象，理解所学。其次，学习目的集中于应试，学习热情不足。由于该课程应用了较多的数理理论知识，对于基础知识掌握不扎实的学生来说，较难结合理论理解和应用，对于控制知识的学习浮于表面的公式和记忆，导致了应试型学习，同时限制了学生的学习热情。最后，本课程安排了MATLAB软件应用实验，并在课程中介绍和展示了使用MATLAB软件进行控制理论分析的基本方法，要求学生参考课本自主学习该软件。但根据实验效果来看，学生对于学习该工具类软件兴趣不足，愿意尝试使用的人并不多。在当前社会发展下，使用计算机软件作为理论分析工具或者仿真工具，已成为必备技能，编程甚至成为中小学生的学习内容。因此，提升学生对于工具软件的掌握应用非常重要。

综合以上分析，可知该课程开展中有诸多问题亟待解决。在新工科建设中，对于学生的培养目标进行了更加详细的分析和设计。新版大纲中，本课程不仅要求学生掌握概念理论，同时要求学生具有基本的机电和复杂机械系统的控制问题的分析、求解和论证能力。从新大纲的课程任务可以看出，本课程需要进一步改革建设，以满足新的课程大纲和新工科建设要求。根据课程现状和分析，参考各高校针对控制类课程的改革方案[6-8]，构思课程改革的基本方案和思路。

三 基于OBE理念的《机械控制工程基础》课程改进探索

根据以上对于课程中存在问题的分析，根据新工科要求，结合OBE的教学理念，融入思政教学内容，采用以学生为中心、产出导向、持续改进的思想，结合讨论式、案例式[6]及问题引导式教学模式，对该课程教学内容及教学形式提出了新的体系结构，如图1所示。

图1 《机械控制工程基础》教学体系结构

（一） 结合互联网工具，适当安排自学内容

OBE教学理念要求为目标产出导向，需结合学生需求，制定培养目标、课程目标，再分解至每节课的授课内容，完成目标需求。根据大纲要求，并根据学生反馈意见，考虑调整全线下授课方式，将学生反馈可自学的第2、3章的部分内容调整为线上学习。本课程在疫情期间已建立起基于智慧树的网络教学平台，提供包括课程大纲、课件、教学视频、习题等资源，具备一定的网络教学能力。通过线上线下混合式教学，采用网络平台的自学内容，学生可以自主学习，并可进行线上讨论。

实际教学实践中，可采用问题引导式的教学方式，通过智慧树、雨课堂等线上工具，提出课程内容相关的分析论述和计算思考题目，由浅至深引导学生通过线上视频，自学第2、3章内容，并完成相应的练习和作业。练习可考虑将计算题目同分析论述题目交叉安排，根据课程内容，对应每节部分。题目可由简单的概念解释，基础计算到复杂的综合应用问题。要求学生自学完成后以报告的形式提交word文档完成作业。该部分内容主要以线上学习的形式进行，可适当的安排作业的线上或线下交流，以学生提出问题的形式，讨论课程内容，加深学生理解。该部分教学提升学生的自学能力，并可通过作业、讨论等方式，提升学生的表达能力和应用软件工具的能力。

（二） 结合案例式教学，培养应用知识、分析解决复杂问题能力

线下教学部分，重视第一节课的课程引论和历史发展介绍，可以通过实际演示实验、视频等更加丰富有趣的形式引起学生注意力，提高兴趣，加深理解。第4章到第6章内容较为复杂抽象，根据学生反馈，概念内涵较难理解，采用线下教学。

由于本课程中书本内容理论分析为主，虽然结合了部分实际案例，但对于工程经验缺乏、专业课程刚刚起步的学生而言，比较难以想象。尤其从第3章到第6章，内容由时域转为频域分析，学生对于频域的接受程度较低，难以理解其中含义，且其中采用的复变函数的分析方法较为难懂。为使学生可以更好地学习和应用理论，并、串联实验和后续课程内容考虑选取直流电机、直线运动工作台等典型系统作为案例式教学，采用理论分析、MATLAB仿真分析，结合现场演示实物实验，课程中进行更加直观的理论内容的应用和展示。

在作业中同样可以加入少量综合分析题目，采用小组学习讨论形式进行，鼓励学生通过理论分析、MATLAB仿真等方式分析问题，并适当给出课上报告分析时间、讨论时间，应用所学。

（三） 结合讨论式教学，充分挖掘思政内容，通过表达讨论激发兴趣

以学生为中心的教学中更重视学生的学习、理解和表达，目前由于课堂主要以教师教授为主，学生较少表达，作业完成情况各异，抄袭现象难以避免，教师难以掌握学生实际的学习情况。适当缩短2、3章内容占用的时间，分配1-2节课时间作为学生课程思政内容讨论，讨论作业或综合分析题目的时间。

以课程思政内容举例，通过讨论控制系统的稳定性，引申学生如何面对挫折。从高中迈入大学，大学生初次独自面对生活、社交、独立学习、时间安排等复杂的问题，很容易在突然缺少父母帮助的环境中陷入焦虑和不安，导致身心健康问题。控制系统正常工作的首要条件是稳定性。而实际系统在工作中容易受到外界和内部因素的影响，就如我们的学习生活，很容易会偏离理想轨迹，我们的首要工作是保持自己的稳定性，如何排除干扰项，可以考虑增强高频滤波，即提升心态，学会区分主次问题，将次要的干扰项排除在外，同时提升增益和积分，使自己保持稳定的同时提升自己的能力，可以更好地解决复杂问题的影响。可以在习题讨论中将习题作为思政教学需要的挫折问题，通过提问、课堂练习，辅助以思政元素和价值观的引导，帮助学生正确看待学习上的挫折和困难，引导学生学会正确分析问题和困难，久而久之可以提高学生的抗挫折能力和积极面对困难的精神。同时在习题分析计算过程中，还可以通过计算错误和计算困难等问题，融入细致思考、认真分析等思政内容，避免粗心和得过且过的学习态度。

可以采用分组讨论、小组擂台等形式，请各组学生分析作业，讲解自己的思路，进一步活跃课堂氛围，通过讨论了解学生的学习情况，反馈学习效果，同时训练了学生独立思考、团队协作、表达和写作等能力。

该部分内容实践较为困难，如何分组及每组人数、如何把握课堂时间、如何调动每位学生参与、如何选取综合题目及课程中学生人数等均会影响课堂实践效果。该部分需要多年调整建设，通过实践效果反馈来持续调整。

（四） 考核方式比例分配调整

新大纲要求考核分为三个部分，分别为实验20%，平时成绩20%及考试60%，可以看出，相对于旧版考试成绩占70%，提高了平时成绩及实验在考核中所占比例。传统的平时成绩以到课率及作业提交为标准。考虑目标导向的教学思路，为使学生达到课程目标，需要将课程目标所考查的内容在考核中体现。在新的课程目标中，学生分析复杂问题的能力较难体现，可以通过将课程讨论、综合分析题目等部分加入平时分数，来体现分析能力的评估。学生的实验能力、软件能力等可以采用实验成绩来进行评价。

在实践中，平时成绩及实验成绩的量化考核通常较为困难，根据目标为导向的思路，可以通过将评级量化指标表格化，让学生依据每条指标，在实验及分组讨论中完成指标要求，以互相评分的方式作为平时成绩及实验成绩的一部分。这样学生比较有参与感的同时，可以让学生实事求是，面对自己的问题，并且可以有目的地提升个人能力。

同时学生的课程考核评估成绩亦可作为课程持续改进的评估内容，通过分析学生课程考核中的三项成绩和综合成绩，可以判断课程内容选择、作业安排、实验内容等部分是否合理，并不断调整具体的实施内容和方案，形成课程的持续改进。

四 结语

本文从笔者角度对于中国民航大学《机械控制工程基础》课程现状及问题进行了分析总结，结合新工科建设要求及新版教学大纲，采用基于OBE教学理念，考虑了课程教学内容及教学模式的改革建设方案。针对该课程理论难度大、交叉学科多、数理知识要求高、学生学习较为困难，较难理解、想象和应用，学习热情难以激发等问题，提出了相应的改革方案。通过探索增加课程思政内容，综合分析作业，结合网络自主学习、案例式教学、讨论式教学等课程教学方式，调整课程考核比例分配，以期提升学生在学习中的主动性，修正学生的学习目标，实现学生学习能力、知识应用能力、分析复杂问题能力、写作表达能力和思想道德水平的共同进步。