《机械控制理论》课程思政案例

章节名称

第二章 控制系统数学模型

数学模型建立

传递函数

信号流图和等效变换

思政主题

系统数学模型的建立与自身的发展和进步是一致的，自身的内因是决定因素，不同的生活环境以及适应社会的发展也是很重要的。

教学设计

教学手段：本章节通过数学模型的建立，与学生人生规划发展进行对比，对于内部结构参数的优化来分析不同传递函数的性能，将自身比作模型内部参数，将外部信号比作朋友和社会，进而引申到人与社会的和谐发展。

教学内容：介绍自动控制系统的数学模型，要求学生掌握如何建立系统的动态微分方程，掌握传递函数的定义并求出系统的传递函数，学会通过动态结构图的等效变换求传递函数，绘制信号流图用梅逊公式求出系统的传递函数。

教学过程：首先讲述在建立微分方程中，通过输入量和输出量的不同选取，得到的数学模型可能是不同的。对于个人，选择不同的伙伴，得到的结果是不尽相同。选择好的伙伴会达到事半功倍的效果。其次在传递函数的分析中，说明传递函数与外部输入信号无关，而与自身结构有关，对于每个人，外因不是主要的，内因才是事物的决定因素，只有加强自身的修养，才能获得人生的进步。在传递函数图形化表示中，无论是用方框图还是信号流图，从求得的传递函数结果来看，两种方法是等效的、一致的，这个过程映射出社会主义核心价值观：自由和平等。同时，等效变换法则是有一定条件的，这就好比“自由”是建立在以“法制”为前提的基础之上的。

教学效果

1.通过深入浅出的举例，使学生在理解专业基础知识的同时，学会如何养成良好的学习态度和方法，如何成为德才兼备的有用之人，从而树立正确世界观、人生观和价值观；

2.培养了学生适应社会的能力。通过数学模型的等价变换映射自由、平等、诚信、公正、法制原则。数学模型的等价变化如同人与人相处之道，必须互相尊重，遵守自由、平等、诚信、友爱、公正的原则。失去这个基础，人与人之间便不会融洽、和谐相处；

3.使学生对自身能力提升的认识有了数学基础的支撑。出于对人生目标认识不足或者扰动因素的作用，人生目标不一定能达到预期的控制性能，就需要根据人自身知识和修养的培养，评价其控制性能，对照要求寻找不足，为人生发展进行校正和优化提供依据；

4.实现了教学的质量提升与学生职业规划教育的双重效果。通过引入思政内容把教育的内容更加形象化，更容易理解，使得教学质量得到提升，同时也起到了教育学生的目的，在理论的讲解中对学生的思想作风实现了很好的教育。

章节名称

第三章 控制系统时域分析

一阶系统输入信号

时间常数

思政主题

把单位脉冲响应和单位阶跃响应，与课堂中的积极和消极学习态度进行分析，实现参数理解的具体化。

教学设计

教学手段：本章节实现通过一阶系统输入信号，与学生学习态度和听课效果进行类比，引入时间常数，作为学生听课效果的指标。

教学内容：分析一阶系统的时间响应是一节重要的内容，一阶系统主要探讨了单位脉冲响应和单位阶跃响应，其中时间常数是一阶系统响应的重要参数。

教学过程：以两个具体实例引入，将课堂上教师提问问题比喻为一个脉冲输入信号；学生在课堂上玩手机，教师连续拍桌子的动作比喻为阶跃响应然后看学生的反应程度，可看出一个学生对课堂注意力投入程度。

如果学生对教师问题反应积极，或者学生收起手机，很快将注意力回归课堂，可以说课堂系统的时间常数小，说明这个课堂的听课质量高，学生素质佳，反映这是一个融洽的课堂，课堂气氛活跃；反之，若学生反应迟钝，或者继续玩手机，说明课堂的系统时间常数大，学生听课质量不高。表现为机械中特性为惰性，时间常数是机械特性一个重要衡量指标。然后将话题引回课堂，说明两个例子中学生的反应就是控制系统时域分析中的时间常数，时间常数是反应系统响应快慢的指标。

教学效果

1.加强班级的纪律管理。通过以班级遵守课堂纪律的思政教育的案例引入，使学生指导教师在强化课堂记录，潜意识中达到提高班级纪律的目标，又把课程中的知识点讲解的形象化了，使学生对知识的理解更加透彻，也更容易记忆，更容易与机械系统结合；

2.敦促了学生自我管理意识。上课玩手机、睡觉和注意力不集中，是目前智能手机兴起导致的一个重要因素，有的学生沉溺之中，不能自拔，导致学习成绩上不去，而在课堂教学中有意识融入思政教育，不直接说教，但从反面中给出敦促学生需要提高自我克制与管理的意识，实现了真正的育人目的；

3.使学生对积极人生观和消极人生观的认识有了数学基础的支撑。时间响应特性的分析从微分方程中分析得到响应特性，用复变函数简化表达，把人生观的这个积极与消极一面通过思政教育联系在一起，实现了人生观认识的数学基础表达，使学生对教育合理性认识更加可以接受，而不是空穴来风，让学生接受的基础不牢，实现了思政教育的数学理论基础支撑；

4.实现教学的质量提升与思想作风教育的双重效果。通过引入思政内容把教育的内容更加形象化，更容易理解，使得教学质量得到提升，同时也起到了教育学生的目的，在理论的讲解中对学生的思想作风实现了很好的教育。

章节名称

第七章 控制系统的综合和校正

思政主题

勇于挑战自我

教学设计

教学手段：本章节实现通过多媒体技术，根据控制系统在设计过程中需要引入校正环节入手，引出中国共产党的党史回顾，进而引导学生思考中国共产党在百年的历史中，是什么鲜明标志保证了永葆青春—“用于自我革命”。

教学内容：在百年非凡历程中，我们党一路风霜雪雨，历经无数磨难、战胜无数艰险，创造了彪炳史册的辉煌业绩，始终保持蓬勃生机和旺盛活力，根本在于我们党具有彻底的自我革命精神。这与控制系统的校正环节有异曲同工之妙。

教学过程：1.   党在建立之初，就制定了严格的党员标准，只有符合条件的先进分子才能成为党组织的一员。党员入党后，还要受到党的纪律的严格约束。我们党依靠“三大纪律、八项注意”，把红军打造成为一支具有高度纪律性和强大战斗力的铁军。党员一旦违反纪律则要受到严厉惩处。延安时期，立下战功但犯有严重罪行的黄克功被依法处决，就是“共产党与红军，对于自己的党员与红军成员不能不执行比较一般平民更加严格的纪律”的生动例证。新中国成立后，我们党提出了共产党员标准的八项条件的更高要求，坚决挡住怀着各种不纯动机的投机分子混进党内。进入改革开放和社会主义现代化建设新时期，鉴于商品交换原则侵入党内政治生活等新问题的出现，我们党采取各种措施加强教育管理监督，绝大多数党员、干部经受住了考验；

2.   党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央深入推进全面从严治党，坚持严字当头，坚持真管真严、敢管敢严、长管长严，狠抓思想从严、监督从严、执纪从严、治吏从严、作风从严、反腐从严，把严的标准贯穿管党治党的全过程、各方面，不留死角、不留盲区、不允许有任何特殊和例外，严出了习惯、严出了正气、严出了形象、严出了干事创业的精气神，实现了管党治党从宽松软向严紧硬的根本性转变。

3.党的纪律就是控制系统中的校正环节，不断修正正确的航向，保证我们党历经百年风霜，仍然风华正茂。

教学效果

1.   根据控制系统中的校正环节，引导学生思考我们党的百年发展中，是否存在“校正环节”

2.   通过党史的回顾，引入学生思考党的百年历史中，是“勇于自我革命”在促使我们党不断进步，保证党永葆青春；

3.通过系列讲述和讨论，让学生认识到校正环节的重要性，更提醒学生在人生的发展中也要引入“校正环节”，促使自我进步，为社会主义建设贡献力量。

章节名称

第九章 线性定常系统的状态空间分析与综合

现代控制理论的发展历史

思政主题

从哲学的角度让学生学会自觉地把认识世界与改造世界统一起来，在改造世界的过程中正确认识世界，在正确认识世界的指导下有效地改造世界，实现真理与价值的统一。

教学设计

教学手段：本节实现通过多媒体技术，借助网络资源搜集相关现代控制理论发展历史图片及现阶段相关视频资源。引入前沿应用，强调知识点背景。我国的北斗卫星、军事装备、载人宇宙飞船等尖端技术都离不开控制技术。

教学内容：第一部分主要包括现代控制理论的发展历程、控制系统状态空间模型的建立方法，系统的运动分析、能控制与能观性以及系统的稳定性，这一部分侧重于对已知系统的性能分析；第二板块主要包括系统的控制器设计、观测器设计、极点配置及性能优化等内容。

教学过程：1.讲述现代控制理论的发展历史，工业化进程加快，第一台数控机床、人造地球卫星的发射、火星探测器软着陆、新时代我国国防军事力量的提升、北斗卫星的成功发射等，播放中华人民共和国建国七十周年阅兵视频片段；2.在讲授推动现代控制理论发展的关键人物时，结合中华人民共和国在控制理论与控制工程研究方面取得的重要成果，特别是我国杰出科学家钱学森将维纳的纯粹理论应用于工程实践，创立了工程控制论与系统科学，首次把控制理论成功应用于我国的航空航天领域，并用英文出版了《工程控制论》，这本著作对现代科技的发展具有极其深远的意义，钱学森对我国火箭、导弹和航天事业具有开创性贡献，被称为“中国航天之父”。

教学过程PPT截图：

教学效果

充分对学生进行主人翁意识教育，树立民族自豪感，引导学生敢于担当，勇于创新，践行报国之志，通过伟大科学家的感人事迹激发学生的家国情怀和奉献精神，进一步增强学生的爱国主义情操，增强使命感和责任感；引导学生把崇尚科学和追求真理作为一种信念、一种精神境界，在探索自然、认识社会、领悟人生中摆脱愚昧和狭隘，从而树立起坚定的信念、远大的理想，在平凡的岗位上创造出不平凡的业绩。