“运动控制系统”课程思政教学新思路_李新德.pdf

第 45 卷第 3 期2023 年 6 月电气电子教学学报Journal of Electrical and Electronic EducationVol 45No 3Jun 2023收稿日期:2022-10-29;修回日期:2023-01-15基金项目:国家自然科学基金重点项目(62233003)第一作者:李新德(1975)，男，博士，教授，主要从事人工智能与机器人相关的教学和研究工作，E-mail:xindeli seu edu cn“运动控制系统”课程思政教学新思路李新德1李星霖1李和清2余乐1(1 东南大学 自动化学院，南京 210096)(2 东南大学 网络空间安全学院，南京 211100)摘要:在新工科教育模式改革背景下，为顺应高质量人才培养的迫切需求，从培养学生的综合能力出发，提出了“运动控制系统”课程思政“1+1+1”教学新模型，包括“政治+科学+人文”教学模型构建、思政课程教学实践案例以及课程评价体系，实现了在“1+1+1”教学模型下学生综合能力提升“3”的教学效果。关键词:运动控制系统;课程思政;教育方式中图分类号:G420文献标识码:A文章编号:1008-0686(2023)03-0083-04New Ideas for Ideological and Political Teaching in the CourseMotion Control SystemLI Xinde1LI Xinglin1LI Heqing2YU Le1(1 School of Automation，Southeast University，Nanjing 210096，China)(2 School of Cyber Science and Engineering，Southeast University，Nanjing 211100，China)Abstract:Under the background of the reform of the new engineering education model，in order to meet the urgent needs of high-quality talent training，starting from the cultivation of students comprehensive ability，a new“1+1+1”teaching model of ideo-logical and political courses of“motion control system”is proposed，including the construction of“politics+science+human-ities”teaching model，the teaching practice cases of ideological and political courses and the course evaluation system，so as torealize the teaching effect of“3”for students comprehensive ability improvement under the“1+1+1”teaching modelKeywords:motion control system;curriculum ideology and politics;educational methods在高校教学理论创新教育改革中，对面向未来的课程与教学现状革新是教学改革模式探究的重点内容。基于社会对高质量人才以及学生对个人素质全面提升的需求，将思政教育融入课程教学具有重要意义。“运动控制系统”是理工类开设的重要专业学科课程，其包含电机、电力电子、自动控制原理、电动机调速等基本自动化学科专业知识。课程要求学生不仅能够学习和掌握“自动控制原理”“电路原理”“模拟电路”“数字电路”“电力拖动”等专业理论，而且强调能够结合现实条件综合实践应用，因此，该课程对学生的整体学习进程具有强化与加深的作用1。课程思政是通过构建“全员”“全程”“全课程”育人格局的形式，让各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应，它把“立德树人”作为教育的根本任务，是一种综合教育理念2。因此，教育者在传授学生专业知识的过程中融入思政教育，能够在传授知识、提高学生专业素养的同时提升学生的思想道德水平，使得学生于潜移默化中形成“讲政治、讲科学、讲人文”的价值观念。1背景与意义自 21 世纪以来，在高校教育水平不断进步以及科技手段变革等多重冲击下，“运动控制系统”课程的教学模式逐步指向更高效、更完善、更贴合学生实际学习状况等多维度的新需求。为了适应新时代高校教学新环境，在发展中不断发展，以新的发展带动和启发更多的发展，这是高校教学结构模型更新中常见的进步模式与方法，如申亚莉等(2020)，阐述了大数据背景下，传统教学在一些概念、数据结构和思维方式等方面发生的变化，刘丽(2022)研究了人工智能时代，国内外学者所遇到的相关课程教学在大数据时代面临的机遇和挑战等2 3。同时，通过观察和记录近年来本门课程教学中存在的问题，我们发现选修本门课程的学生存在分布更广、来源院系更多、体量更大、综合学习需求更强烈等新特点，这进一步促发了教育工作者对教学模式新的思考。政治、科学和人文是新时代高校教育的新要求4。其中，政治是课程思政建设的本质和关键环节，也是响应高校全面提高人才培养质量的号召以及推进高质量人才发展的关键环节3 4。“运动控制系统”作为理工科类课程，需要不断培养学生的理论分析能力和科学创新思维5。因此，将思政教育融入到本门专业实践教学课程，不仅能够提升学生科学素养，还能引导学生树立正确的人生观、价值观和世界观。同时，融入课程思政教育将促使学生发展成为国家需要、民族需要的综合型高质量人才4 6，更加有利于学生实现个人价值和社会价值。2“1+1+1”教学模型构建方案在新时代中国特色基础教育课程改革理论体系和创新方案指引下，本文针对“运动控制系统”课程提出“1+1+1”教学新模型，主要体现为三个新。首先是“内容新”。此处，我们将内容“1+1+1”对应于前文提到的“政治+科学+人文”。倘若学生在学习时只是纯粹的在授课过程中汲取专业课程知识，在思政类课程中仅学习思想道德修养，综合效果显然难以达到最优。即单一的教学模型难以满足科学知识、科学素养、个人价值综合提升的新需求。我们将集成“政治+科学+人文”后的教学内容看作学生学习历程的“全局”，未经集成的两类单一课程中当作“局部”，通过培养学生在复杂的环境中能够实现从“局部最优”实现“全局最优”。其次是“样式新”。通过构建教学模型实现与实践形式“1+1+1”的转变，即教育方式从“结果型”向“过程型”转变，从“单一化”向“多元化”转变，以及授课反馈形式从“抽样”向“全体”转变。上述三种转变可以网络型和实验型授课的出现和大量应用为前提7，强调在教学过程中充分考虑个体差异性和全面覆盖性。最后是“评价体系新”。根据上述全新的“内容”和“样式”，传统的期中、期末考试成绩评价标准难以充分体现教学水平。因此，我们可基于大数据背景，应用大数据挖掘构建全新评价体系，通过人工智能手段对学生知识与行为进行综合评价。如图 1 所示，基于上述三方面“新”的集成，构建了“1+1+1”实验型教学模型的主要结构和创新思路，制定了详细的教学模型实践方案。我们通过创新式地构建工科类型课程泛式教学模型 “1+1+1”实验型教学模型，在“运动控制系统”中集成和融入课程思政，可以充分考虑到与课程属性和相匹配的思政课程内容、集成方式与评价流程的问题。同时，可以通过教学模型的实践有效规避“运动控制系统”课程的教学过程中专业知识教育和思想政治教育在教育形式上相互分离的问题，我们认为这二者之间的关系应当是相互融合，相辅相成的。因此，合理且自然地将课程思政内容嵌入进日常教学中是“运动控制系统”课程教学的需要。此外，考虑到“运动控制系统”作为理工类课程，所要实现的主要教学目标是培养学生的科学素养，课程面向对象是未来的科技型创新型人才，因此，教学课程融入思政教育有利于培养学生科学思维方式和创新理论思维，同时使得学生注重科研道德的形成和提升，培养学生形成远大的理想抱负和坚定的信念，引导学生向着伟大“工匠精神”学习与进发6 7。图 1“1+1+1”实验型教学模型3“1+1+1”教学模型课程实践案例“运动控制系统”课程主要章节包括直流电机调速系统、交流脉宽调速系统、位置随动系统、数字式运动控制系统以及预备基础知识体系1。本次指向思政课程融入的教学改革实施方案中对不同的章节按照内容性质进行了划分，并加入相适应的课程思政内容。本小节将以综述课堂与实验课堂8(直流双闭环系统搭建)为例，阐述思政与“运动控制系统”的集成教学。课程实践如图 2 所示。(1)在综述与概括原理知识教学阶段，穿插“理论联系实际”的思想。一般地，运动控制系统主要包含控制器、功率驱动装置、执行器、机械结构等模块。其中，系统的输入端包括给定输入以及功率驱动的电极输入;控制器的控制模型选择、功率驱48电气电子教学学报第 45 卷图 2“运动控制系统”课程实验案例动模型的整流调频逆变选择、电动机模块的选择均具备多样化的特性。学生在构建整体运动控制系统的过程中，需要思考构建模型系统的目标以及机械结构的动力要求，根据系统环境的约束条件，选择合理的控制器、功率驱动装置、执行器、机械结构等其他模块。实践是检验真理的唯一标准，检验知识的重要理论是实践论。实践与真理具有相互统一相互促进的关系，通过在实践中检验真理，运用真理再次实践，以实现真理标准与价值标准的统一9。因此，在教学过程中，我们可融入“理论联系实际”的思想，避免学生将理论联系实际的思想简单化和庸俗化。(2)在子模型建立时穿插“科学”的思想。不同模型与子系统之间的组合方式产生的效果可能不尽相同，只有科学的模型搭建和组件配合才能实现系统最佳的稳定。因此，模型组建的过程将有效地训练学生的整体性思维，使其形成和发展成为一套较成熟的科学创新思维体系，为学科知识综合应用技能培养和科学思维理念的形成打下基础。此外，除对学生个人素质的培养，这种科学性整体思维也同时启发高校学生作为社会运转的关键“螺丝钉”，应科学地参与并成为某个“系统”的一员，在发挥自己的价值同时，积极考虑行业乃至国家整体的发展战略，充分运用科学性、整体性思维，勤于思考、勤于探索，使得自己的祖国发展得更加强大有力。(3)在系统设计和搭建的逐个关键环节，我们将“统筹兼顾”的政治思想穿插其中。以课程中经典的直流电动机调速系统为例，图 3 为直流电动机双闭环模型框图，对该模型进行控制，需要三相桥式整流电路输出一个驱动信号向电动机供电，将三相交流电源与驱动电路输入进行整流，并在此间插入保护电路，实现双闭环直流调速机的成功运行。图 4 为含扰动观测器的 PID 控制逆变直流双闭环调速系统。学生在课上研讨理论内容和进行仿真实验时，可以发现的是闭环回路的应用几乎遍及了每一个子系统模型，而输出闭环能够及时地更新模型系统的完成进度与能力。将输出反馈到前端，使得系统能够通过反馈内容自适应地进行调整和修正，使得系统更加稳定，更具有鲁棒性。这启示学生在学习与科研的过程中，应当不断地进行思考和反思，对于好的结果或状态要总结经验，而对于不好的结果和状态要吸取经验，通过自身的反馈来及时调整当前的行为与思维。此外，保护电路模块等也为学生指向了一种思政式的启示，即学生在大胆创新的同时也应该要为自己设置“保护电路”。谨慎计划勤于思考，敢于创新的同时心细而稳重，这是教师团体对学生的殷切希望，更是社会对于人才的潜在要求。因此，教学过程中我们穿插“统筹兼顾”的政治思想，既要总揽全局、统筹规划，又要抓住牵动全局的主要工作、事关系统效益的突出问题，着力推进、重点突破。图 3双闭环直流电动机调速系统框图图 4含扰动观测器的 PID 控制逆变直流双闭环调速系统图4“1+1+1”