新工科建设背景下自动控制理论课程思政内容设计*

黄 瑶

（上海理工大学机械工程学院，上海 200093）

0 引言

现代社会中，大学的使命和责任多种多样，育人始终是大学的核心价值。高质量人才培养离不开全面深层次的思想政治教育，课程思政就是将思想政治教育融入课堂教学的各个环节，通过课程建设和课堂教学对学生进行思想政治教育的过程[1]。全面推进课程思政建设是进一步做好当代大学生思政教育的关键抓手，是培养造就担当时代重任接班人的重要环节[2]。

机器人工程是响应国家“中国制造2025”“互联网+”等重大发展战略和创新工程教育的国际发展趋势而成立的新工科专业，其学科专业建设思路应与国家实施创新驱动的发展战略相符[3]。作为支撑专业建设的核心课程建设，应以培养科学基础扎实、工程实践能力强、综合素质高的工程科技人才为导向，为建设制造强国和创新型国家提供人才储备[4]。

“自动控制原理”作为机器人工程专业的核心课程，是一门具有一般方法论的专业基础课。对于机器人工程专业的学生，掌握基础的控制理论方法是最基本的专业素养，“自动控制原理”也是“现代控制理论”“电机驱动”“机器人运动控制”等控制相关课程的基础[5]。此外，自动控制技术的思想不仅涉及几乎所有工程学科，还可拓展至经济、社会等学科领域，是具有多学科应用背景的理论思想和科学技术[6]。因此，为了实现 “三全育人”的培养方针和育人体系，需要深入挖掘课程中包含的科学方法论以及隐含的核心价值思想，对“自动控制原理”进行课程思政内容设计。

1 课程简介与建设目标

“自动控制原理”主要涉及经典控制部分的理论，课程内容主要包括控制系统数学模型的推导、系统时域和频域性能分析、系统综合校正等[7]。教学内容理论性较强，目前的课程设计主要围绕着如何将理论性的课程内容与实际案例相结合，以帮助学生对理论知识的理解和掌握[8]。其实，在控制系统设计和分析时，贯穿始终的核心思想和方法论主要有反馈的思想、系统性评价方法、系统分模块和分层级设计的思想、稳定与动态的平衡发展等[9]。围绕着这些科学方法和核心思想，本课题将重新思考课程设计的主要内容，在传授学生专业知识的同时，还需提升其专业素质，适时进行价值引领。

“自动控制原理”课程思政的建设目标包括两部分，首先，要充分挖掘课程中蕴含的思想品德、人文素养、价值观等育人元素，在教学过程中将这些育人元素进行隐形植入[10]。使学生掌握专业能力的同时，培养出自动控制相关领域的国际视野、工程意识以及创新意识等。其次，强调从系统整体角度分析问题和解决问题，使学生懂得系统整体性能取决于系统内部的配合与协调，提高学生的宏观掌控能力。通过理论与实践环节穿插结合的教学过程，为课程的理论知识点设计相应的实验内容，使学生掌握灵活运用自动控制理论知识，解决机器人控制系统中的实际控制问题的能力。

2 课程思政模块

基于课程思政设计内容及目标，凝练专业课程建设的核心价值观，将从反馈核心思想、系统评价体系、整体局部关系、辩证发展思路四个方面打造“自动控制原理”课程思政模块。

2.1 反馈核心思想

一个控制系统要实现自动控制的核心就是反馈的存在。反馈的机理就是通过调节实际与理论之间的偏差，来对被控对象施加作用。反馈又分为正反馈和负反馈，正反馈能够促进和加强控制部分的作用；负反馈能够起到纠正和减弱控制部分的作用，使系统变化减小，趋向稳定。与反馈联系在一起的就是系统的开环和闭环控制，一个有反馈的控制系统其实就是构成了一个闭环，反之则是开环。一个开环系统是无法实现稳定和自动的，例如，人闭着眼睛走路就容易摔倒。这也体现反馈的重要性，通过反馈构成闭环是实现系统稳定的前提。

其实反馈闭环无处不在，把反馈闭环这一思想投射到个人身上，解释了人为什么需要有感知能力，感知能力就是人体获取外界信息的通道。只有个体能够获得外界信息，并与设定目标进行比较，才能形成个人的行为准则。古语云“吾日三省吾身”就是希望个人能够及时自我反思校正，以避免行差踏错，此时的反馈就是负反馈作用。如果投射到更宏观的社会和国家，一个国家的运行和社会的稳定都需要有监管体系和制度，它们起到的也是负反馈作用。新闻媒体报道感人事迹、评选感动中国人物等，这些宣传正能量弘扬中华民族传统美德的事件，就属于社会的正反馈。这一课程思政模块分别从微观和宏观两个方面介绍课程核心思想，使学生能切实感受本门课程的核心价值。

2.2 系统评价体系

控制系统最基本的三个属性即稳定性、快速性和准确性，其中稳定性是控制系统能够正常运行的首要条件。对系统进行各类品质指标分析，如反应系统快速性的瞬态性能和反应系统准确性的稳态性能，都必须在系统稳定的前提下进行。为衡量一个控制系统的性能，在控制系统设计过程中会有不同的具体要求，一般通过控制系统的两个评价指标动态性能和稳态性能进行分析。实际系统中，很难同时得到最佳的动态性能和稳态性能，系统设计时，需要根据具体要求进行分析权衡，得到满足性能要求的系统。

稳定的重要性不仅体现在控制系统中，对个人、家庭、国家和社会都是极重要的。国家社会稳定，才能有精力进行五个文明建设，才能有条件建设美好家园，才能构建和谐社会；家庭稳定了家人才能安居乐业，人们才有幸福感。在稳定的前提下，个人发展也需要寻找适合不同个体的评价体系，既要全面发展，又要根据每个人的特长而有所偏重。国家的发展，是通过科技创新能力、经济活动能力、军事能力等来衡量的，其中，科技创新能力已经成为综合国力竞争的决定性因素，这也是国家提出“中国制造2025”“互联网+”等重大发展战略的原因。小到个人，大到国家社会都需要一个合适的评价体系来衡量这些复杂系统，这一课程思政模块目的在于引导学生认识并树立正确的评价体系，要有大局意识和协调发展意识，同时培养科学创新意识。

2.3 整体局部关系

一个自动控制系统是通过多个典型环节组成的，包括比例环节、惯性环节、积分环节和微分环节等。每个环节有各自的功能和特性，缺少一个环节就会对系统性能产生影响，甚至系统无法稳定。控制系统的良好运行离不开鲁棒的控制单元、稳定的执行单元和可靠的检测单元，三者各自完成自己功能的同时又紧密结合在一起，以保证整体系统的正常运行。用对数频域特性对系统性能进行分析时，一般对每一个典型环节分析作图，然后将各个环节进行叠加就可以分析系统的整体性能。系统综合校正时，在系统不可变部分的基础上，要根据系统整体的性能指标，寻求满足性能要求的校正方案。系统分析与综合两个相反的过程体现了系统整体性能与各模块之间的关系。

通过辩证讨论整体与局部的关系，明确个体发挥作用才能保证整个社会的正常运行，个人成长与国家发展是休戚与共、紧密相连的。国家是由每个个体共同组成，国家意志体现的是个体共同组成的意志。一方面，国家的发展依靠个人的成长，当代年轻人的成长就是祖国发展源源不绝的动力。另一方面，单独个体的能力是有限的，必须通过团队合作，才能发挥更大的作用。国家的强大能为个人成长提供更优质、更广阔的平台，能塑造更好的发展环境。随着祖国的强大，当代年轻人应具有更强的荣誉感和使命感。这一课程思政模块通过整体局部关系激发学生的爱国情怀与民族使命感和责任感。

2.4 辩证发展思路

时刻变化的外部扰动是影响控制系统稳定的最大难题，预先对扰动模态进行分析，在控制系统设计时加入超前校正环节是比较有效的处理手段。通过频域法进行系统控制器设计时，频域的带宽决定了系统的抗干扰能力，因此需要保证足够的稳定裕度使系统能够抵抗未知外部扰动的影响。这两种抗扰方法，一个是通过提前预判抵抗风险，另一个是提高抗风险能力，以不变应万变。

在瞬息万变的社会环境中，也要进行辩证思考，以发展的眼光看待问题。在个人成长过程中，要以动态的角度看待问题，不要只关注眼前的情况，而应该把眼光放长远。如对于学生而言，不应该是到了考前才突击学习，或者只为拿高绩点而完成对应的任务，这些行为都只着眼当前，当遇到实际问题时，却不具备解决问题的能力。学习应以掌握知识，并能将知识用于解决实际问题为目的，并且要保持持续学习的态度，不断充实自己，才能够顺应时代和国家需求及时调整发展方向，紧跟国家发展的步伐，顺势而为。这一课程思政模块的目的在于引导学生能用辩证的眼光看待社会发展和世界发展，时刻保持批判和创新精神，以提升个体的稳定性。

3 结语

综上所述，通过融入了课程思政的“自动控制原理”教学内容设计，将专业课程知识与思政教育有机融合，不仅传授学生专业知识，还要对学生成长进行正确的引导。培养学生的工程意识和创新意识，使学生掌握工程实践能力；培养当代大学生的爱国情怀、求实精神、奉献精神、民族使命感和责任感；引导当代青年树立正确的人生观、价值观和世界观，能用辩证的眼光看待世界发展和社会发展。