素質(zhì)教育理念下的自動控制原理課程設(shè)計

結(jié)合精品課程建設(shè)的基本要求以及素質(zhì)教育的基本要求，對哈爾濱工業(yè)大學(xué)傳統(tǒng)自動控制原理課程設(shè)計的改革問題進(jìn)行了研究與探索。在全面貫徹“授之以魚”與“授之以漁”統(tǒng)一原則、“理論”與“實際”統(tǒng)一原則、“科學(xué)精神”與“人文精神”統(tǒng)一原則，以及“合目的性”與“合規(guī)律性”統(tǒng)一原則的基礎(chǔ)上，在“做什么”和“如何做”兩個方面，對傳統(tǒng)自動控制原理課程設(shè)計的內(nèi)涵進(jìn)行了重新界定與改造。內(nèi)容涉及課程設(shè)計的目標(biāo)、內(nèi)容、方法等各個方面。實踐證明，這項改革工作對于進(jìn)一步完善精品課程建設(shè)工作以及全面推進(jìn)素質(zhì)教育工作具有一定的積極作用。

一課程設(shè)計的基本問題

課程設(shè)計有兩種截然不同的含義：一是指課程論中有關(guān)“教材”編制一類的活動；一是指與一門課程緊密相關(guān)的后續(xù)“實踐”活動。從教學(xué)論角度來看，課程設(shè)計是在教學(xué)實踐活動當(dāng)中引入的一種相對獨立的特殊環(huán)節(jié)。其目的原本只有兩個：一是鞏固學(xué)生所學(xué)知識，二是培養(yǎng)學(xué)生動手能力。這一環(huán)節(jié)包含的學(xué)時可長可短，形式也多種多樣。包含的目標(biāo)不同，發(fā)揮的作用也不相同。但是無論何種課程設(shè)計，都應(yīng)包括以下五項基本內(nèi)涵：一是課程設(shè)計的目標(biāo)，二是課程設(shè)計的內(nèi)容，三是課程設(shè)計的方法，四是課程設(shè)計的評價，五是課程設(shè)計實施的條件。雖然不同的傳統(tǒng)課程設(shè)計針對上述內(nèi)涵都有明確的規(guī)定，但它們卻有一個共同的缺點，那就是它們都不是專門針對素質(zhì)教育的。這就是傳統(tǒng)課程設(shè)計所存在的基本問題。因此，如何改革傳統(tǒng)的課程設(shè)計，使其滿足當(dāng)前精品課程建設(shè)的基本要求，以及素質(zhì)教育的基本要求，并以此來指導(dǎo)具體的課程設(shè)計實踐，就顯得非常必要和很有意義。自動控制原理課程是哈爾濱工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)科的一門學(xué)科基礎(chǔ)課程，為黑龍江省精品課程。自動控制原理課程設(shè)計是其附加的一門重要的實踐課程。鑒于有關(guān)課程設(shè)計改革方面的文獻(xiàn)非常少見，所以本文以哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動控制原理課程設(shè)計的改革為例，在“做什么”和“如何做”兩個方面，談一談我們的心得體會，以供大家參考借鑒。

二課程設(shè)計的目標(biāo)

課程設(shè)計是為課程目標(biāo)服務(wù)的。有什么樣的課程目標(biāo)，就會有什么樣的課程設(shè)計。確定課程設(shè)計目標(biāo)的基本原則是繼承性。課程設(shè)計目標(biāo)的內(nèi)涵決定著課程設(shè)計其他問題的內(nèi)涵，是解決課程設(shè)計其他問題的主要依據(jù)。課程設(shè)計目標(biāo)的繼承性表現(xiàn)在大部分情況下它只是課程目標(biāo)的一個子集，反映著課程目標(biāo)的一個或若干個方面。在這里，為了更好地理解和把握課程設(shè)計目標(biāo)的內(nèi)涵，我們給出素質(zhì)教育理念下課程設(shè)計目標(biāo)的一般性描述：有助于增加科學(xué)與人文知識、有助于理解科學(xué)與人文思想、有助于掌握科學(xué)與人文方法、有助于遵循科學(xué)與人文精神，或在以上幾個方面有助于形成一種趨于統(tǒng)一的綜合品質(zhì)。這是基于建構(gòu)主義教育理論給出的一種定義，如果從發(fā)展觀角度來看，課程設(shè)計目標(biāo)可表述為學(xué)生通過課程設(shè)計活動在上述幾個方面所能獲得的有效發(fā)展程度。這一課程設(shè)計目標(biāo)在操作上可分解為知識結(jié)構(gòu)、能力結(jié)構(gòu)和素質(zhì)結(jié)構(gòu)三大模塊。對每一模塊內(nèi)容的具體規(guī)定性可依據(jù)課程性質(zhì)而有所側(cè)重。例如，我們在自動控制原理課程設(shè)計目標(biāo)中，對這三大模塊所做的規(guī)定分別是：在知識結(jié)構(gòu)方面我們要求學(xué)生在廣度和深度上能夠進(jìn)一步擴(kuò)大和掌握兩種知識，一是自動控制原理的課程知識，二是高于課程知識的相關(guān)方法論知識，在這一方面，同自動控制原理課程理論教學(xué)與實踐教學(xué)部分一樣，我們?nèi)匀蝗尕瀼亍笆谥贼~”與“授之以漁”統(tǒng)一原則；在能力結(jié)構(gòu)方面我們要求學(xué)生在知識運用上能夠進(jìn)一步熟練地使用自動控制的基本原理與相關(guān)技術(shù)方法來分析與設(shè)計控制系統(tǒng)，有意識地將學(xué)生能力發(fā)展的矛盾運動引向發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的能力架構(gòu)之中，在這一方面，我們?nèi)匀蝗尕瀼乩碚摻虒W(xué)和實踐教學(xué)中的“理論”與“實際”統(tǒng)一原則，即理論聯(lián)系實際的原則；在素質(zhì)結(jié)構(gòu)方面我們要求學(xué)生進(jìn)一步了解和認(rèn)識二個方面的內(nèi)容，一是哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動控制原理課程發(fā)展史及其在各個不同歷史時期的地位與作用，以增強(qiáng)學(xué)生的榮譽(yù)感和使命感，二是自動控制理論的發(fā)展史以及發(fā)展歷程中各項重大成果的科學(xué)價值與人文價值，以及取得這些重大成果的科學(xué)方法與人文方法，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和追求科學(xué)的偉大精神，在這一方面，我們在全面貫徹“科學(xué)精神”與“人文精神”統(tǒng)一原則的同時，還突出強(qiáng)調(diào)了歷史語境下問題意識與合作意識的重要性。當(dāng)代科學(xué)史表明，缺少這兩種意識的人，在科學(xué)的道路上無論如何都是走不遠(yuǎn)的。以上是對課程設(shè)計“做什么”的討論。當(dāng)課程設(shè)計目標(biāo)確定后，剩下的問題就是“如何做”了。這涉及以下四個方面的內(nèi)容：課程設(shè)計的內(nèi)容、課程設(shè)計的方法、課程設(shè)計的評價以及課程設(shè)計實施的條件。在“如何做”這一方面，我們也是仍然全面貫徹理論教學(xué)和實踐教學(xué)中所采取的“合目的性”與“合規(guī)律性”統(tǒng)一原則，即“合教育的目的性”與“合教育的規(guī)律性”統(tǒng)一原則，這種堅持科學(xué)理性、自覺遵循客觀規(guī)律的態(tài)度與做法能夠為我們帶來兩個明顯的好處：一是可以有效增強(qiáng)素質(zhì)教育的針對性，二是做好此事的代價最小。

三課程設(shè)計的內(nèi)容

課程設(shè)計目標(biāo)決定課程設(shè)計內(nèi)容。確定課程設(shè)計內(nèi)容的基本原則是一致性。課程設(shè)計的內(nèi)容是課程設(shè)計目標(biāo)的外在體現(xiàn)，由課程特有知識以及課程設(shè)計特有知識構(gòu)成，直接為課程目標(biāo)提供服務(wù)。課程設(shè)計內(nèi)容的一致性有兩層含義：一是課程設(shè)計內(nèi)容與課程內(nèi)容的一致性，兩者不能偏離太遠(yuǎn)；二是課程設(shè)計內(nèi)容與課程設(shè)計本身其它內(nèi)容的一致性。這種內(nèi)在一致性要求確定課程設(shè)計內(nèi)容時，應(yīng)以科學(xué)的理論為指導(dǎo)。因為面對同一課程設(shè)計目標(biāo)，不同的指導(dǎo)老師，由于其自身教育理論水平以及學(xué)科專業(yè)水平的不同，確定出來的課程設(shè)計內(nèi)容往往會有很大差別，從而使得課程設(shè)計內(nèi)容在為課程設(shè)計目標(biāo)服務(wù)方面，會呈現(xiàn)出很大的不同。課程設(shè)計內(nèi)容的確定是一種集合約束下的內(nèi)容選擇問題，自上而下的約束來自課程設(shè)計目標(biāo)，自下而上的約束來自課程設(shè)計方法、課程設(shè)計評價以及課程設(shè)計實施的條件，它們之間的關(guān)系本質(zhì)上屬于網(wǎng)狀支持與限定關(guān)系，如經(jīng)簡化，可看成是層級支持與限定關(guān)系，但無論是哪一種支持與限定關(guān)系，都必須是一種內(nèi)在的邏輯相互證立關(guān)系，因此需要統(tǒng)籌安排，盡力將各種相互沖突的不利因素協(xié)調(diào)處理好。在課程設(shè)計內(nèi)容與課程內(nèi)容一致性方面，應(yīng)盡量采用課程內(nèi)容當(dāng)中提供的各種知識主線、技術(shù)方法主線。例如，我們在自動控制原理課程設(shè)計內(nèi)容中所確定的知識主線、技術(shù)方法主線與課程內(nèi)容所包含的各種主線是完全一樣的。首先，從一個待設(shè)計的控制系統(tǒng)出發(fā)，將其分析與設(shè)計問題還原為三大知識主線：穩(wěn)定性問題、快速性問題和準(zhǔn)確性問題，外加三個知識對應(yīng)關(guān)系：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與穩(wěn)定性問題的對應(yīng)關(guān)系、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)與快速性問題的對應(yīng)關(guān)系、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)（外加輸入）與準(zhǔn)確性問題的對應(yīng)關(guān)系。技術(shù)方法主線有兩個：頻率特性法和根軌跡法。通過對這兩種技術(shù)方法主線的選擇與使用來改變上述三個知識對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)而達(dá)到對上述三大知識主線問題的解決。最后，通過模擬實現(xiàn)或物理實現(xiàn)上述三個知識對應(yīng)關(guān)系，就可以獲得一個理論上或?qū)嶋H上可用的控制系統(tǒng)。但應(yīng)注意的與課程設(shè)計內(nèi)容有所不同的是，在課程內(nèi)容中還包含一些為三大知識主線、三個知識對應(yīng)關(guān)系以及技術(shù)方法主線服務(wù)的知識碎片。這些碎片對厘清上述各種主線，既有積極認(rèn)識作用又有消極屏蔽作用。當(dāng)上述主線、關(guān)系以及技術(shù)方法主線客觀地位不可動搖時，對知識碎片的否定則是知識創(chuàng)新可能的切入點。需要指出，上述做法雖然保證了課程設(shè)計與課程在內(nèi)容上的一致性，但是我們在自動控制原理課程設(shè)計實踐中所使用的題目卻全部來自于各級各類實際科研課題，其設(shè)計參數(shù)與設(shè)計要求均有實際應(yīng)用背景。這些設(shè)計參數(shù)與設(shè)計要求一般要經(jīng)過適當(dāng)?shù)睾喕蛴心康牡难a(bǔ)充，有的甚至還需要進(jìn)行脫密處理，才能形成最終的可供學(xué)生們選擇使用的課程設(shè)計題目。

四課程設(shè)計的方法

課程設(shè)計方法有兩層含義，一是指教師用于指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計的方法，二是指學(xué)生用于完成課程設(shè)計任務(wù)所使用的方法。確定課程設(shè)計方法的基本原則是可行性。這種可行性表現(xiàn)在理論上是能行的，實踐上是能用的。從教學(xué)論上來看，指導(dǎo)課程設(shè)計的方法有三種可供選擇的形態(tài)：行為主義、認(rèn)知主義與建構(gòu)主義。由于建構(gòu)主義教育教學(xué)理論具有主體性、合作性和情境性等特征，因而更適合作為指導(dǎo)課程設(shè)計的首選方法。這種方法可以變教師的主導(dǎo)指導(dǎo)方式為主體指導(dǎo)方式，并以服務(wù)者的角色出現(xiàn)在課程設(shè)計活動之中。同時，這種方法也可以變學(xué)生們的被動設(shè)計為主動設(shè)計，變主導(dǎo)研究為主體研究、合作研究。主體研究有利于讓學(xué)生們學(xué)會獨立思考、獨立處理問題，合作研究有利于培養(yǎng)學(xué)生們的合作意識。顯然，這兩種研究方式均有助于學(xué)生科學(xué)與人文素質(zhì)的形成。其實，選擇建構(gòu)主義教育教學(xué)理論作為首選的指導(dǎo)方法也是做好課程設(shè)計在做法上必須要滿足合目的性與合規(guī)律性統(tǒng)一原則的必然要求。而對于學(xué)生用于完成課程設(shè)計所使用的方法來說，則涉及到方法論素質(zhì)教育問題。在這里，學(xué)生所使用的方法基本上屬于專業(yè)方法，處于方法論體系的最低層。到底有沒有必要將這些具體的方法提升到更高的哲學(xué)方法層次上來進(jìn)行認(rèn)識，以便給學(xué)生呈現(xiàn)出一幅清晰而完整的方法論圖像，并作為長效知識儲備在學(xué)生的知識體系中，就值得大家研究和討論。我們的觀點是：作為一名有發(fā)展?jié)摿Φ奈磥砜茖W(xué)工作者，其認(rèn)識不可能永遠(yuǎn)停留在經(jīng)驗或者事實的層次上，總是要借助哲學(xué)方法甚至是哲學(xué)的反思、批判與預(yù)見功能，使其認(rèn)識上升到更高的層次上去，以形成更加普遍的認(rèn)識，只有這樣，才有可能形成新的科學(xué)概念或體系結(jié)構(gòu)，從而有助于科學(xué)的發(fā)展。因此，將這種方法論素質(zhì)教育元素引入課程設(shè)計之中顯然是非常必要的。我們的具體做法是：將這幅圖像在自動控制原理理論教學(xué)、實驗教學(xué)和課程設(shè)計這三個環(huán)節(jié)中重復(fù)呈現(xiàn)給學(xué)生，以強(qiáng)化這種認(rèn)識。這幅完整的方法論圖像是自動控制原理在方法論上涉及的四大理論方法：模型論，用于系統(tǒng)本質(zhì)的抽象描述；系統(tǒng)論，用于系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系、結(jié)構(gòu)與功能的描述；信息論，用于系統(tǒng)內(nèi)外部信息計量、傳遞、變換和儲存的描述；控制論，用于系統(tǒng)內(nèi)外部行為的描述。在認(rèn)識論方法論上又涉及另外兩大理論方法：還原論，用“切分”的方法從系統(tǒng)內(nèi)部認(rèn)識系統(tǒng)本質(zhì)；整體論，僅從系統(tǒng)的外部特征來認(rèn)識系統(tǒng)本質(zhì)。這幅圖像若按方法論的任務(wù)層次劃分又有：第一，自動控制原理賴以產(chǎn)生和發(fā)展的基本方法，包括：模型論，系統(tǒng)論，信息論，控制論。第二，建立自動控制原理理論分支體系的基本方法，包括：反饋法，模擬法，類比法。第三，處理自動控制原理常見問題的基本方法，包括：功能模擬方法，黑箱-灰箱-白箱方法，形式化、數(shù)量化、最優(yōu)化方法等。自動控制原理最為關(guān)心的哲學(xué)范疇共有三對：一是作用與反作用，例如，可解釋反饋原理。二是原因與結(jié)果，例如，可解釋系統(tǒng)行為的齊一性。三是可能性與現(xiàn)實性，例如，可解釋控制系統(tǒng)的能控性與能觀測性。如有必要，還可以為來自不同學(xué)科進(jìn)行交叉培養(yǎng)的學(xué)生提供其他相關(guān)課程的方法論圖像，以擴(kuò)大學(xué)生的方法論視野。例如，對于來自數(shù)學(xué)學(xué)科交叉培養(yǎng)的學(xué)生來說，可以為其提供以下數(shù)學(xué)方法論的基本內(nèi)容，以資其比較學(xué)習(xí)。第一，數(shù)學(xué)賴以產(chǎn)生和發(fā)展的基本方法，有兩大類：（1）歸納法、演繹法、類比法；（2）分析法、綜合法、抽象法（以分析為基礎(chǔ)產(chǎn)生）。第二，建立數(shù)學(xué)體系的基本方法，有三大類：（1）極限法，可他用，如解決具體問題；（2）公理法，僅用于建立數(shù)學(xué)體系或理論；（3）模型法。第三，處理數(shù)學(xué)常見問題的基本方法，有兩類：（1）映射法；（2）數(shù)學(xué)實驗法：思想實驗（如概率論中的隨機(jī)實驗）和計算機(jī)實驗。

以上是對課程設(shè)計目標(biāo)、內(nèi)容與方法三個問題的討論。限于篇幅，本文沒有對課程設(shè)計評價問題進(jìn)行展開討論。課程設(shè)計評價主要有形成性評價與總結(jié)性評價兩種方法。有關(guān)這兩種評價方法的優(yōu)缺點以及使用方法在很多教育學(xué)文獻(xiàn)上都有敘述，感興趣的讀者可參閱相關(guān)文獻(xiàn)。而關(guān)于課程設(shè)計實施的條件，由于我們無論是在硬件上還是在軟件上都不存在任何問題或困難，因此也一并省略，敬請讀者原諒。

總之，在一個歷時只有兩周的自動控制原理課程設(shè)計中，如何引入素質(zhì)教育元素，積極開展素質(zhì)教育工作，是我們在建設(shè)精品課程初期就遇到的問題。我們面臨的具體問題是：有沒有必要對傳統(tǒng)的課程設(shè)計進(jìn)行改革？如何引入素質(zhì)教育元素？引入哪些素質(zhì)教育元素？引入多少？引入的素質(zhì)教育元素一經(jīng)確定后，又該如何實施？效果又該如何評價？這些問題伴隨著我們教育思想觀念的不斷轉(zhuǎn)變?nèi)缃穸加卸饬恕Ｎ覀冋J(rèn)為，在精品課程建設(shè)過中，在如此小的一個教學(xué)實踐環(huán)節(jié)上也施以理念、原則、目標(biāo)、內(nèi)容與方法的重構(gòu)與改造，使其完全滿足精品課程建設(shè)的基本要求以及素質(zhì)教育的基本要求，這本身就是一種責(zé)任的體現(xiàn)、一種自我超越的體現(xiàn)，更是一種對教育理想執(zhí)著追求的體現(xiàn)。實踐證明，這種集素質(zhì)教育理念與科學(xué)理性于一體的課程設(shè)計改革工作是成功的，在全面推進(jìn)素質(zhì)教育方面發(fā)揮了應(yīng)有的積極作用。