控制论、控制方法及在课堂教学中的应用

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1、控制论、控制方法及在课堂教学中的应用`＊本文系教育部人文社会科学研究项目“高考多元录取机制促进高中教育多样化发展研究”（项目批准号：11YJA880093）的阶段性研究成果。申大魁（陕西师范大学教育学院，陕西西安710062）【摘要】控制论是关于一切控制系统实现控制职能的科学。从组成要素，课堂是一个是由教师、学生、教学内容、教学条件（或环境）等因素组成的可控系统。传统课堂教学是一种单向的无反馈的教学模式。应将控制论原理、控制方法引入课堂，对教学目标、教学方法等进行控制，使施控系统与被控系统之间的目标差逐渐缩

2、小，逐渐逼近目标，最终实现目标。【关键词】控制论；控制方法；课堂教学一、控制论及控制方法（一）控制论控制论（Cybernetics）是20世纪40年代形成的综合性的新型科学理论。美国数学家维纳的《控制论》一书于1948年在法国赫尔曼出版社正式出版，标志着控制论的诞生。之后，控制论向各门学科广泛渗透，形成了生物控制论、工程控制论、社会控制论等众多分支。什么是控制论？“控制论是关于一切控制系统的共有特点和规律的科学。简单地说，控制论是一门关于一切控制系统实现控制职能的科学”。⑴一切带有“目的性”的活动都渗透着控

3、制。随着电子计算机的广泛使用，现代控制论逐渐由人工控制发展到自动控制，由个别对象、个别过程的局部自动控制发展到对复杂的、大规模的、综合系统的自动控制。（二）控制方法自动控制是在控制系统中实现的，而任何控制系统都是由施控系统和被控系统构成的。当施控系统不断依据内部或外部条件的变化而进行调整时，就是所谓的控制。人类每时每刻都处在控制的过程中，控制也是人类主观能动性重要的表现方面。什么是控制方法？“控制方法就是施控系统如何实现对被控系统的控制，即如何使被控系统按照施控系统的目的和要求来发展的方法”。⑵无论人、生物

4、，还是自控机器，其控制过程都是相同的：首先，施控系统发出口令、指令、信号、行为等控制信息，输入到被控系统。再把被控系统输出的结果、情报、资料、状态等信息反馈给施控系统。施控系统对反馈回来的信息进行分析、加工、整理，并与自己想要达到的目的进行比较，继而调整控制信息，然后再向被控系统输入经过加工、整理后的新的信息。如此反复，逐步缩小与目标的差距，最终达到预期的目的。整个控制过程如下图所示：被控系统施控系统输入输出（反馈）再输入控制方法就是在上述控制过程中所采用的方法。控制方法是一系列方法的总称，最主要的有反馈方

5、法、信息方法、择优化方法、黑箱方法，其中，反馈方法是控制方法的核心。1、反馈方法5反馈方法就是将施控系统发出的控制信息作用于被控系统之后，被控系统输出的信息收集回来，作为修改下一次发出的控制信息的依据的方法。反馈又有正反馈和负反馈之分。一般把趋近于目标的反馈称为负反馈，把偏离目标，打破原有稳定状态的反馈称为正反馈。2、择优化方法这种方法就是通过先建立模型，然后比较各种模型的利弊得失，从而选择出最佳方案。这种方法可以显著加快进度，提高效率，而且使决策和预测建立在科学的基础上。3、“黑箱”方法当我们对一个事物的

6、内部情况一无所知，而我们又不能打开这一事物的内部时，虽然我们不知道该事物的内部结构，但完全可以测出相应的输入——输出过程，我们把这种具有某种功能，而内部结构不清楚的系统叫做“黑箱”。例如我们可以视人脑为“黑箱”。“黑箱方法”就是指不打开和不损坏事物的内部结构，而仅从输入——输出的整体转换功能来把握事物的方法。如下图所示：？输入输出X1X2X3Y1Y2Y3…………4、信息方法所谓信息方法，就是运用信息的观点，把系统的运动过程看作信息传递和信息转换的过程，通过对信息流程的分析和处理，获得对某一复杂系统运动过程的

7、规律性认识的一种研究方法。信息方法的特点是用信息概念作为分析和处理问题的基础，它完全撇开研究对象的具体结构和运动形态，把系统的有目的性运动抽象为一个信息变换过程。信息流的正常流动，特别是反馈信息的存在，才能使系统按预定目标实现控制。如下图所示：储存处理输入输出反馈系统信息信息当然，控制方法不是单一的方法，而是上述各种方法所构成的动态、综合的方法。二、课堂教学引入控制论和控制方法的可行性和必要性（一）课堂教学引入控制论、控制方法的可行性上文已提及，控制论是关于一切控制系统实现控制职能的科学。从控制论的观点来看

8、，教学过程是一种老师借助于一系列的辅助手段，诸如教科书、教具、电教设备、多媒体课件等，利用高超娴熟的教学技巧来实现的复杂的信息动态控制过程。既然课堂是一个系统，5而且是一个可控系统，当然可以应用控制论和控制方法。假如将课堂系统看做是由施控系统和被控系统构成的，则教师就是施控系统，学生就是被控系统。从组成要素，可将课堂系统看做是一个是由教师、学生、教学内容、教学条件（或环境）等因素组成的系统，组成系统的各要素相互作