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

陈一秀

（韩山师范学院 物理与电子工程学院，广东 潮州 521000）

课程思政作为一种综合教育理念，以立德树人为教育的根本任务，以构建全员、全程、全方位育人格局的形式实现各类课程与思想政治理论课同向同行，推动教学工作与学校德育工作相互结合，形成协同育人效应。然而，课程思政不是简单的课程+思政的教学，课程思政是一种与课程教学内容蕴含的思政教育元素相适应的、恰当的教育，这种教育既适用于教学内容，也适用于教育对象，而不是不着边际、大而不当的教育。因此，课程思政的实施应充分挖掘教学内容自身蕴含的、与教学内容黏合在一起的思政元素，做到自然、贴切，起到水到渠成的效果。这样，如何实施课程思政，如何挖掘思政元素，对于很多专业课特别是工程类专业课是个亟待解决的问题。本文针对电气工程及其自动化专业的一门专业课——现代控制理论的课程思政教学实践做了一些有益的尝试。

一 课程教学内容和课程目标

现代控制理论是电气工程及其自动化专业的一门专业课。现代控制理论是在经典控制理论基础上，伴随着计算机技术的发展及工程实践的需要发展起来的，其在时间域应用状态空间方法，研究系统状态的运动规律，使系统的各种指标达到最优。通过本课程的学习，使学生熟练地掌握线性控制系统的状态空间描述和时域分析；掌握利用状态空间模型分析系统性能（如稳定性、能控性和能观性）的方法；掌握利用状态空间模型进行系统设计和综合的方法。通过本课程学习，培养学生具备运用现代控制理论中的状态空间方法分析系统性能和对系统进行设计综合的能力[1]。

二 课程思政案例——系统的能控性、能观性

（一）教学内容

现代控制理论是建立在系统用状态空间描述的基础上的。状态方程描述了系统输入u（t）引起状态变量x（t）的变化过程，输出方程则描述了由状态变化引起的输出y（t）的变化。系统的能控性和能观性正是分别分析输入u（t）对状态变量x（t）的控制能力及输出y（t）对状态变量x（t）的反映能力。如果存在一个分段连续的输入u（t），能在有限时间区间内使系统由初始状态变化到指定的任一终端状态，则系统状态是能控的。因此，要使系统为能控的，其所有状态变量都要与输入有关或与其余状态变量有关，即系统是一个串联型结构，没有孤立部分。如果系统的每一个状态变量对输出都产生影响，状态变量变化能由输出反映出来，那么通过对输出的测量能获得全部状态变量的信息，则这个系统就是能观的[1]。

（二）课程思政元素导入

如上所述，系统能控性反映了输入对系统状态的制约能力，即输入能否控制状态；系统的能观性反映了输出对系统状态的判断能力，即状态能否由输出反映。联想到中国抗击新型冠状病毒感染（以下简称“新冠感染”）疫情这场伟大斗争，据外媒报道其成功控制住疫情的三大支柱是：强有力的领导、全面的联防联控机制和广泛的支持。中国共产党强有力的领导确保了抗疫工作保持正确的方向和战略，正是在党的领导下建立集中统一高效的指挥体系，才能全国一盘棋，上下一条心，最终在这场新冠感染疫情防控人民战争、总体战和阻击战中取得重大战略成果[2]。如果把这场抗击新冠感染疫情人民战争看成是一个庞大体系、系统的话，中国共产党的领导就是系统的“输入”，系统的“输出”就是中国抗击疫情的成功经验和战略成果，而坚持联防联控机制，果断采取“封城”隔离措施，严守社区防疫的“第一道”防线，采取科学防疫措施，运用新一代信息技术辅助诊断、开展国际联防联控等抗击疫情中的各项举措则是系统的“状态变量”。由此可见，中国抗疫这场没有硝烟的人民战争是输入能控，且输出能观测的，具体分析见表1。

表1 “系统能控性、能观性”课程思政教学方案设计

三 课程思政方案实施

如上所述，系统的能控性和能观性是系统的重要性质。一个系统的各个状态变量都要存在内在关联性，而且都能随着输入变化而变化，这样输入对各个状态变量才是能控的，从而才能通过各个状态变量控制着输出的变化，与此同时通过输出的变化也反映出各个状态变量的动态变化的过程信息。因此，一个系统如果是能控能观的，系统就不能有孤立的状态变量，每个状态变量都有内在联系且与输入有直接或间接的关联。同样，每个状态变量也与输出有关联，其信息能由输出反映出来。由此可见，能控能观的系统一定是一个在输入调配下的有机的统一体。

中国抗击新冠感染疫情能取得阶段性胜利，成功控制住疫情，大中小学陆续开学，各行各业复工复产步入正轨，关键在于整个抗疫斗争形成了一个有机、有序、能控和能观的系统。系统的有序、良性运行必须有一个强有力的输入，中国的新型举国体制在本次抗疫中发挥了关键作用。疫情发生后，党中央迅速做出部署，成立应对疫情工作领导小组并向湖北派出了中央指导组，加强对疫情防控一线工作的指导督导，确保疫情防控有序推进，坚决遏制疫情扩散蔓延。正是在党的领导下建立了集中统一高效的指挥体系，才能形成全国一盘棋，上下一条心的局面，才能使抗疫防控这个巨大复杂的系统工程成为能控，才能打赢抗疫防控这场艰巨的人民战争。正是有了党中央的统一指挥领导这个“系统输入”，抗疫战这个系统内的各个“状态变量”就在输入作用下发生以下各种变化。

（一）由国家卫健委牵头建立了应对新冠感染疫情的联防联控工作机制，以最快速度集结各界力量，共同筑起“抗疫长城”

在中央的统筹部署和指挥协调下，截至2020 年3月5日，共派遣31 支医疗团队、42 000 余人支援湖北，有效保证了医疗救治能力。十余天建成建筑面积3.4 万m2、1 000 多张床位的火神山医院和3 万m2、1 500 多张床位的雷神山医院，酒店、学校和体育馆等公共场所被迅速改建为方舱医院和隔离收治点，实现了“应收尽收、应治尽治”。大批医疗防疫物资纷纷抵达武汉，仅8 天就收到社会捐款25.86 亿元和急需物资16 万件套，彰显了“中国速度”背后的“中国力量”[3]。

（二）为了阻断病源从武汉输出，抑制病毒的蔓延扩散，果断实施“封城”举措

阻断病源从武汉输出是疫情前期防控的重要途径，武汉封城是非常时期的非常之举，有效降低了返乡、探亲和旅游等人口流动，阻断了疫情外部输出和内部扩散，事实证明了封城政策的正确性和必要性，为赢得全国抗疫胜利作出了巨大的贡献。全球顶级研究机构分析发现，采取“封城”这一举措，使中国感染新冠病毒的病人人数减少96%。同时政府统筹协调各类社会资源，保障医疗物资、生活物资供应充足，确保人民群众基本生活需求，使人民群众平稳度过疫情期。

（三）在这场疫情防控中，基层社区是联防联控的第一线，也是群防群治的最前沿

城市“内防扩散”是否能够做到，关键在于能否控制住社区。社区防控是抗疫的关键环节和主要战场之一，为中国抗疫的阶段性胜利作出了不可磨灭的贡献，彰显了中国之治的基层根基。武汉抗击新冠感染疫情背景下，通过动员、激活与引领，不断实现着防控资源、防控重心和防控力量向城乡社区下沉，激活社区防控的免疫力，努力营造人人重视，人人防控的社区氛围，促进社区成为疫情防控的坚强堡垒。

（四）采取科学防治措施，加强疫情信息公开，持续优化医疗诊治方案

疫情发生以来，政府及时通过传统媒体、新媒体等多种渠道准确发布疫情信息，政府部门在风险沟通过程中承担起责任，及时告知公众相关风险信息，进而达到风险沟通的目的。中西医结合、中西药并用，是中国新冠感染疫情防控的一大特点。在抗击疫情的过程中，中医药及中西医结合在临床救治中应用率达到80%以上，对疫情的迅速控制起到了不可忽视的作用。中医关注症候，讲究辨证论治；西医关注病毒，要破解病毒的结构，中西医各有所专、各有所长。新冠感染疫情爆发之际，在没有特效药的情况下，国家实行中西医结合，先后推出8 版全国新冠感染诊疗方案，筛选出“三药三方”等临床有效的中药西药和治疗办法。中医药在防治越来越复杂的新冠病毒过程中，起到了不可替代的作用。

（五）信息技术和数字技术在本次疫情监测分析、病毒溯源、防控救治和资源配置等方面提供了技术保障和信息支撑

如海尔等知名企业发挥工业互联网柔性制造的优势，迅速转产口罩、防护服等抗疫物资，保证前方抗疫需求并援助疫情严重、物资紧缺的国家。过硬的通信基础设施支持全民隔离抗疫，疫情期间中国的网络经受住了考验，人们的工作、生活、学习和娱乐全部转移到了网上，5G 通信使得智慧医疗的远程指挥成为可能。在武汉“封城”、人民居家隔离期间，互联网快递电商全力支持抗击疫情，保障群众生活和医疗物资的正常供应。在疾病的快速诊断和治疗方面，利用人工智能、大数据和5G 等技术加快病毒检测、疫苗新药的研发和防控救治等工作的速度和进度，提高抗疫的效率，实现远程精准诊断和治疗。无人机、无人车和机器人的应用加快了企业复工复产，工业互联网、工业应用软件、人工智能和虚拟现实等新技术的运用，推动了协同研发、无人生产、远程运维及在线服务等新模式和新业态，加快恢复制造业的产能。

（六）主动分享抗疫经验，开展国际联防联控，支持药物、疫苗和检测联合研发，积极维护全球经济稳定，有效防止疫情跨境传播

中国在整个抗疫防控过程中，坚持及时通报疫情，公开抗疫成果，主动分享抗疫经验，分享治疗方案，深入推进医疗卫生领域国际交流合作，支持药物、疫苗和检测联合研发，特别是在疫情发生后第一时间向世界卫生组织报告疫情，第一时间同各国分享新冠病毒基因序列，第一时间建立疫情信息定期沟通机制……[3]。疫情发生以来，中国加大与疫情防控相关的国际技术合作交流力度，积极向疫情严重国家提供抗疫物资援助，向疫情严重国家派遣援助医疗队，并与国外公共卫生机构、医疗单位合作开展专业技术培训，共同提升各国疾控专业技术人员的能力和水平，面向人类展现出积极的中国作为。

综上所述，中国抗击新冠感染疫情斗争正是在党中央的集中统一高效的领导下（系统输入）从以上几方面（系统状态变量）采取了行之有效的举措，已经取得了这场艰难持久抗疫战的关键性胜利，为全世界抗疫积累了宝贵的中国经验（系统输出）。其中系统的输入及输出与各状态变量的关系尤其重要。正是由于党的集中统一领导，以及在这个高效的指挥体系下采取的各项举措，才能在这场抗击疫情的“大考验”中交出一份合格的“成绩单”，反之这份“中国答卷”也反映出了党中央采取的各项举措的正确性和有效性。

四 课程思政教学感悟

综观中国抗击新冠感染疫情的艰难历程及取得的伟大胜利，充分彰显了中国特色社会主义制度的独特优势[2，4]。

（一）党的集中统一领导是中国制度的最大政治优势

历史已经证明，坚持党的集中统一领导，我们取得了中国革命、建设和改革的全方位胜利，中国从封建的积贫积弱的被动挨打的落后局面，走到了如今成为世界第二大经济体并日益接近世界舞台中央的政治局面。这次抗击新冠感染疫情取得的伟大胜利就说明了党的集中统一领导的制度优势和重要性，让我们更加坚信，新时代的中国要排除各种风险，化解世界经济全球化一体化中的不确定性、复杂性和潜在的威胁，顺利实现中华民族的伟大复兴，必须继续坚定发挥中国共产党总揽全局、协调各方的领导核心作用。

（二）举国同心、集中力量办大事是中国制度优势的最集中体现

习近平总书记强调：“我们最大的优势是我国社会主义制度能够集中力量办大事。这是我们成就事业的重要法宝。”中国共产党享有崇高的威望和地位，掌握着强大的资源，具有快速的组织动员能力，人民群众具有很高的认同感和服从感，这些因素共同构成了集中力量办大事的制度优势。整个抗疫期间，以习近平同志为核心的党中央充分发挥了统揽全局、协调各方的领导核心作用，迅速建立了从中央到地方、从社区到民众的完善的防疫体系，上下一盘棋、上下一条心，强大的执行能力是其他国家和制度无法办到的。

（三）公有制、社会主义基本经济制度是中国制度的最坚实物质基础

随着中国的发展和强大，其面临的风险和挑战也会愈来愈多，而战胜这些风险和挑战的基础就是我们国家的基本经济制度，没有公有制为主体的基本经济制度作为保障，就无法集中全国全社会的物力、财力和人力去应对各种突发风险和挑战。

（四）生命至上、以人民为中心是中国制度的最大价值优势

在新冠感染疫情防控期间，党和政府把人民群众的生命安全和身体健康放在第一位，把生命至上和“以人民为中心”的理念贯彻到抗疫的各个环节和方面，真正让每一个患者都得到了精心的治疗和照顾，让全国人民真正感受到了中国共产党的伟大和中国特色社会主义制度的优势，人民群众的爱国热情和凝聚力也因此得到了空前提高。

（五）命运与共、构建人类命运共同体是中国制度的最终发展趋势

新冠感染疫情发生以来，中国在以习近平同志为核心的党中央的坚强领导下，为迅速遏制疫情向中国其他地区和全球扩散作出了重要贡献，彰显了中国共产党“构建人类命运共同体”的理念优势和价值关怀优势。中国在自身抗击疫情取得重要成果的同时，不忘伸出援手，跨越西方意识形态偏见和鸿沟，超越民族、种族的局限，积极主动为需要帮助的西方国家、第三世界国家提供力所能及的支援，给他们带去急需紧缺的医疗技术、抗疫物资和抗疫经验，帮助他们共同应对新冠感染疫情的挑战。

一个系统的输入、系统内部状态变量及系统的输出要形成一个有机的统一体，才能使系统状态受控于输入且可由输出反映体现出来，即系统是能控能观的。在这里，系统的输入及各个状态变量与输入的关系起着决定性的作用，这是“系统能控性、能观性”的本质内涵。现代控制理论是电气工程及其自动化专业的一门专业课，是一门理论性较强的课程，需要用到很多前面所学的基础课和专业基础课的知识，往往学生都感觉比较抽象、难以理解。其中“系统的能控性、能观性”这部分内容如果只是按照书上描述“能控性”“能观性”的定义来讲解的话，学生即便能明白字面意思也很难理解、体会其本质含义。通过引入思政元素，引入中国抗击新冠感染疫情这场人民战役这个大系统，分析这场战役（系统）当中党的统一领导、中国特色社会主义制度的优势（系统输入）及战役中采取的各项战略举措（状态变量）、最后取得的伟大胜利和成功经验（系统输出）三者之间的辩证关系，使学生能够直观地领悟“能控性、能观性”本质内涵，又能通过抗疫的真实经历真切体会到党的领导和中国特色社会主义制度的优越性。

这场伟大的抗疫斗争，让我们更加坚信——有中国共产党的坚强领导，有中国特色社会主义制度的巨大优势，有亿万中国人民共同奋斗的磅礴之力，我们必将战胜前进道路上一切艰难险阻，未来之中国，必将在中华民族伟大复兴的新航程中乘风破浪、一往无前！