控制论、控制方法及在课堂学中的应用控制论、控制方法及在课堂教学中的应用.doc

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控制论、控制方法及在课堂学中的应用控制论、控制方法及在课堂教学中的应用

PAGE  PAGE 5 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,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???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 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 X1 X2 X3 Y1 Y2 Y3 …… …… 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,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,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

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