基于工程专业认证背景的《自动控制原理》课程目标设计与思政融入
摘要
关键词
课程定位；课程内容；课程设计；课程目标；课程效果
正文
课程整体目标
通过《自动控制原理》课程的学习，使学生达到如下目标：
课程目标1：掌握古典控制理论的基本知识，包括自动控制系统的基本原理、控制系统的数学建模、线性系统的基本分析方法、线性系统的设计校正方法、线性离散系统的分析与校正以及非线性控制系统分析等。使学生具有控制系统的建模、性能分析及设计能力，同时为学习后续课程打下必要的基础。
课程目标2：能正确运用线性定常系统数学建模方法、线性系统时域分析、根轨迹分析、频率域分析方法、系统校正设计等知识分析、解决工程中遇到的问题。了解线性离散控制系统的分析方法、设计方法及非线性控制系统性能分析的方法，能够利用离散系统及非线性系统分析、设计工具，针对实际工程项目中的离散、非线性系统进行性能分析及设计。
课程目标3：跟踪自动控制理论发展的科学前沿，使学生了解我国在自动控制、智能控制领域的现状和优势、与世界相关行业的差距，增强学生的民族自豪感和时代紧迫感，同时增强学生的法治观念、社会责任感和创新意识。理解自动控制系统开发设计的流程，使控制系统达到预期效果。
课程目标对自动化专业毕业要求的支撑见表1。
表1 课程教学目标与毕业要求关系
毕业要求 | 指标点 | 课程目标 | 支撑 强度 |
1.工程知识：能将数学、自然科学、工程基础和专业知识应用于解决自动化控制领域的复杂工程问题。 | 1.3能够将自动控制工程基础知识用于分析自动控制相关复杂工程问题并提出解决方案。
| 课程目标1 | 强 |
2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析自动控制领域中复杂工程问题，以获得有效结论。 |
2.2能根据数学、自然科学和工程科学的基本原理分析自动控制领域复杂工程问题，获得多种解决方案。
| 课程目标1、课程目标2 | 强 |
2 课程目标完成分级设计
通过本课程的学习，使学生达到能力目标、知识目标和素质目标的培养，具体目标如下：
能力目标：使学生具备对典型自动控制系统进行性能分析、测量和结果的综合整理能力；理解自动控制系统开发设计的流程，简单具备对不良系统性能改善能力，使控制系统达到预期效果。
知识目标：使学生掌握自动控制的基本概念、典型控制系统构成和工作原理、自动控制系统常用数学模型；理解自动控制原理在实际自动控制系统中起的作用；熟练应用控制系统性能分析的常用方法、系统校正方法等知识分析、解决工程中遇到的问题；能够处理简单自动控制系统中故障问题，能独立完成授课基本要求规定的作业内容。
素质目标：使学生能跟踪自动控制理论发展的科学前沿、了解我国在自动控制、智能控制领域的现状和优势、与世界相关行业的差距，增强学生的民族自豪感和时代紧迫感，同时增强学生的法治观念、社会责任感和创新意识；通过典型的案例教学培养学生谨慎务实的工作态度、敬业爱岗，使学生具备谦虚严谨、千锤百炼的工作学习精神、吃苦耐劳的品质及优异的身体和心理素质，拥有较强的事业心和责任感，拥有发现问题、分析问题、解决问题的能力。
“在具体实施上，课程以应用为要旨，着重培养学生能力目标、知识目标和素质目标，以加强学生对理论知识的理解为主线，促使学生达成对知识的理解和掌握，保证岗位所需专业知识同时兼顾知识体系的完整性，有效完成对自动控制系统知识的构建，实现学生知识目标、能力目标和素质目标的培养。具体内容如表2所列，要求90%的学生达到一级完成度即知识目标和素质目标的基本培养，75%的学生可达到二级完成度即实现知识目标和素质目标的培养，50%的学生在达到三级完成度即在知识目标和素质目标的基础上，实现基本的能力目标基本培养，15%的学生可达四级完成度即知识目标、素质目标和能力目标的培养。四级完成度很好地满足了不同程度学生的学习及创新创业需求，为结课后持续学习及创新创业打下坚实基础。
经过2年4个学期的教学改革实践及教学检验，学生成绩取得了明显提升，学生获得感明显增强，80%学生掌握了基础知识，30%学生基本掌握系统控制器设计，10%学生能够独立运用自动控制原理的知识解决实际问题。学生参加全国大学生电子设计竞赛获并获得一定奖项，基本达到了预期目标。
表2 课程教学目标
序号 | 教学模块 | 四级专业目标及思政目标 | 完成比例及成果 |
11 | 自动控制的一般概念 | 发展历程 > 理想信念 | 90%，掌握基础 |
系统构成 >> 团结一致 | 75%，战胜难点 | ||
工作原理 >>> 工匠精神 | 50%，突破自我 | ||
发展方向 >>>> 创新创业 | 15%，挑战极限 | ||
22 | 控制系统的数学模型 | 时域数学模型>知行合一 | 90%，掌握基础 |
复数域数学模型>>自我认知 | 75%，战胜难点 | ||
结构图等效变换>>>正确价值观 | 50%，突破自我 | ||
梅森公式>>>>工匠精神 | 15%，挑战极限 | ||
33 | 线性系统的时域分析法 | 时域性能指标 > 知行合一 | 90%，掌握基础 |
时域分析 >> 大局意识 | 75%，战胜难点 | ||
稳定性分析 >>> 爱国精神 | 50%，突破自我 | ||
稳态误差 >>>> 矛盾统一 | 15%，挑战极限 | ||
44 | 线性系统的根轨迹法 | 基本概念 > 工匠精神 | 90%，掌握基础 |
绘制规则 >> 团队意识 | 75%，战胜难点 | ||
性能分析 >>> 抓大放小 | 50%，突破自我 | ||
发展方向 >>>> 创新创业 | 15%，挑战极限 | ||
55 | 线性系统的频域分析法 | 开环频率特性 > 知行合一 | 90%，掌握基础 |
稳定判据 >> 民族意识 | 75%，战胜难点 | ||
稳定裕度 >>> 内外兼修 | 50%，突破自我 | ||
性能指标 >>>> 大局意识 | 15%，挑战极限 | ||
66 | 线性系统的校正方法 | 基本概念 > 理想信念 | 90%，掌握基础 |
校正装置 >> 工匠精神 | 75%，战胜难点 | ||
串联校正 >>> 辩证唯物主义 | 50%，突破自我 | ||
系统设计 >>>> 团结协作 | 15%，挑战极限 | ||
77 | 线性离散系统的分析与校正 | 基本概念 > 应变能力 | 90%，掌握基础 |
采用与保持 >> 工匠精神 | 75%，战胜难点 | ||
数学模型 >>> 自由平等 | 50%，突破自我 | ||
性能分析 >>>> 矛盾统一 | 15%，挑战极限 | ||
88 | 非线性控制系统分析 | 基本概念 > 知行合一 | 90%，掌握基础 |
非线性特性 >> 工匠精神 | 75%，战胜难点 | ||
非线性影响 >>> 具体问题具体分析 | 50%，突破自我 | ||
非线性分析 >>>> 中庸之道 | 15%，挑战极限 |
3 思政融入
作为专业必修课，自动控制原理课程不仅要使学生掌握专业技能，同时承担着培育学生人文素养责任，在“思政教育入心入脑，润物无声升华人文素养”教育理念指导下，我们深挖思政元素与专业教育的融入点，将科研项目分解融入各个教学章节，在教学过程融入了大量思政元素，如表3所列，根据教学内容，通过循序渐进与循环增强的方式逐步引入理想信念、工匠精神、知行合一、四个意识、团结统一、个人修养、团结协作等思政元素，在不同教学内容中采用动画、图片、视频等多种形式，润物无声地培养、巩固、升华学生的人文素养。
思政元素的融入实现了“知识传授与价值引领相结合”，全面推动习近平新时代中国特色社会主义思想进教材、进课堂、进头脑，引导学生将所学专业知识和技能转化为内在德性和修养，帮助学生树立正确的人生观、价值观和世界观，激发学生为国学习、为民族学习的热情，实现个人发展与国家发展的统一。
表3 自动控制原理程思政元素
序号 | 教学内容 | 思政模块 | 育人目标 |
1 | 自动控制的一般概念 | 理想信念、工匠精神、团结一致 | 树立理想信念，为国学习，专业报国 |
2 | 控制系统的数学模型 | 正确价值观、自我认知、工匠精神 | 打牢基础，培养进益求精的工匠精神 |
3 | 线性系统的时域分析法 | 知行合一、大局意识、爱国精神、矛盾统一 | 培养理论与实践辩证统一思维、大局意识、团队协作意识 |
4 | 线性系统的根轨迹法 | 抓大放小、团队意识 | 坚定理想信念，培养处理问题的能力 |
5 | 线性系统的频域分析法 | 民族意识、大局意识、内外兼修 | 巩固民族意识，培养大局意识 |
6 | 线性系统的校正方法 | 团结协作、辩证唯物主义、工匠精神 | 巩固团队协作意识、大局意识和工匠精神 |
7 | 线性离散系统的分析与校正 | 矛盾统一、自由平等 | 不同问题不同处理方法 |
8 | 非线性控制系统分析 | 理想信念、具体问题具体分析、中庸之道 | 培养灵活应对问题能力 |
4 结论
伴随着人工智能、物联网、大数据等高新技术快速发展及日趋广泛应用，极大地拓展了自动控制系统的应用领域，同时对自动控制系统也提出了艰巨的挑战，要在这样的形势下占领自动控制系统的一席之地，对自动化专业建设和人才培养的要求不断提高。在“面向市场应用需求，面向学生创新需求，构建持续迭代课程体系” 教学理念的指导下，在调研大量企业用人要求及学生专业能力需求基础上，开展教学内容改革，设置的四级完成度，90%的学生达到一级完成度，75%的学生可达到二级完成度，50%的学生可达到三级完成度，15%的学生可达到四级完成度，四级完成度很好地满足了不同程度学生的学习及创新创业需求，达到四级完成度的学生可进入实验室参与科研课题及学科竞赛，极大地增强了学生实践能力、团队协作能力，培养了学生严谨的科研态度、精益求精的工匠精神。该体系实现了专业基础课程与专业核心课程的完美融合，通过更新科研课题、学科竞赛、学生活动及其它课程，可实现课程体系的持续更新迭代。
参考文献：
[1] 冯洋,武昊.基于人才培养的高校专业课“课程思政”教学研究——以自动控制原理为例[J].成才之路,2022(17): 113-115..
[2] 金耀花,任小红,庄新颖,等. 思政教育融入自动控制原理课程教学的探索[N].山西科技报,2024-03-14(B07).
[3] 吕兴荣,桂和利.适应高职培养目标探索《自动控制原理》课程改革[J].广西轻工业,2009,25(10):146-147.
作者简介：郑秀丽（1978.02），女，黑龙江省佳木斯市，博士研究生，讲师，研究方向：自动化,智能控制
通讯地址：河南省新乡市平原路699号河南工学院教学4号楼 邮编：453003
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