控制論、控制方法及其在課堂教學中的應用

申大魁

（陜西師范大學教育學院，陜西西安710062）

控制論、控制方法及其在課堂教學中的應用

申大魁

（陜西師范大學教育學院，陜西西安710062）

控制論是關于一切控制系統實現控制職能的科學。從組成要素來看，課堂是一個是由教師、學生、教學內容、教學條件（或環境）等因素組成的可控系統。傳統課堂教學是一種單向的無反饋的教學模式，應將控制論原理、控制方法引入課堂，對教學目標、教學方法等進行控制，使施控系統與被控系統之間的目標差逐漸縮小，逐漸逼近目標，最終實現目標。

控制論；控制方法；課堂教學

一、控制論及控制方法

（一）控制論

控制論（Cybernetics）是20世紀40年代形成的綜合性的新型科學理論。美國數學家維納的《控制論》一書于1948年在法國赫爾曼出版社正式出版，標志著控制論的誕生。之后，控制論向各門學科廣泛滲透，形成了生物控制論、工程控制論、社會控制論等眾多分支。

“控制論是關于一切控制系統的共有特點和規律的科學。簡單地說，控制論是一門關于一切控制系統實現控制職能的科學”。［1］（P204）一切帶有“目的性”的活動都滲透著控制。隨著電子計算機的廣泛使用，現代控制論逐漸由人工控制發展到自動控制，由個別對象、個別過程的局部自動控制發展到對復雜的、大規模的、綜合系統的自動控制。

（二）控制方法

自動控制是在控制系統中實現的，而任何控制系統都是由施控系統和被控系統構成的。當施控系統不斷依據內部或外部條件的變化而進行調整時，就是所謂的控制。人類都處在控制的過程中，控制也是人類主觀能動性重要的表現方面。

“控制方法就是施控系統如何實現對被控系統的控制，即如何使被控系統按照施控系統的目的和要求來發展的方法”。［1］（P206）無論人、生物，還是自控機器，其控制過程都是相同的：首先，施控系統發出口令、指令、信號、行為等控制信息，輸入到被控系統。其次，把被控系統輸出的結果、情報、資料、狀態等信息反饋給施控系統。施控系統對反饋回來的信息進行分析、加工、整理，并與自己想要達到的目的進行比較，繼而調整控制信息，最后，再向被控系統輸入經過加工、整理后的新的信息。如此反復，逐步縮小與目標的差距，最終達到預期的目的。

控制方法就是在上述控制過程中所采用的方法。控制方法是一系列方法的總稱，最主要的有反饋方法、信息方法、擇優化方法、黑箱方法，其中，反饋方法是控制方法的核心。

反饋方法就是將施控系統發出的控制信息作用于被控系統之后，被控系統輸出的信息收集回來，作為修改下一次發出的控制信息依據的方法。反饋又有正反饋和負反饋之分。一般把趨近于目標的反饋稱為負反饋，把偏離目標，打破原有穩定狀態的反饋稱為正反饋。

擇優化方法就是通過先建立模型，然后比較各種模型的利弊得失，從而選擇出最佳方案。這種方法可以顯著加快進度，提高效率，而且使決策和預測建立在科學的基礎上。

“黑箱”方法，當我們對一個事物的內部情況一無所知，而我們又不能打開這一事物的內部時，雖然我們不知道該事物的內部結構，但完全可以測出相應的輸入——輸出過程，我們把這種具有某種功能，而內部結構不清楚的系統叫做“黑箱”。例如我們可以視人腦為“黑箱”。“黑箱方法”就是指不打開和不損壞事物的內部結構，而僅從輸入——輸出的整體轉換功能來把握事物的方法。

信息方法，就是運用信息的觀點，把系統的運動過程看作信息傳遞和信息轉換的過程，通過對信息流程的分析和處理，獲得對某一復雜系統運動過程的規律性認識的一種研究方法。信息方法的特點是用信息概念作為分析和處理問題的基礎，它完全撇開研究對象的具體結構和運動形態，把系統的有目的性運動抽象為一個信息變換過程。信息流的正常流動，特別是反饋信息的存在，才能使系統按預定目標實現控制。當然，控制方法不是單一的方法，而是上述各種方法所構成的動態、綜合的方法。

二、課堂教學引入控制論和控制方法的可行性和必要性

（一）課堂教學引入控制論、控制方法的可行性

控制論是關于一切控制系統實現控制職能的科學。從控制論的觀點來看，教學過程是一種老師借助于一系列的輔助手段，諸如教科書、教具、電教設備、多媒體課件等，利用高超嫻熟的教學技巧來實現的復雜信息動態控制過程。既然課堂是一個系統，而且是一個可控系統，當然可以應用控制論和控制方法。

假如將課堂系統看成是由施控系統和被控系統構成的，則教師就是施控系統，學生就是被控系統。從組成要素，可將課堂系統看成由教師、學生、教學內容、教學條件（或環境）等因素組成的系統，組成系統的各要素相互作用、相互依賴，并與外部環境構成更大的系統。

（二）課堂教學引入控制論、控制方法的必要性

教學效率是課堂教學永恒追求的目標。可是，縱觀學校的課堂教學，有一個十分普遍的現象，那就是老師講了很多遍的內容，老師總以為學生已經完全掌握，可是，每當考試結束后，才發現這只是老師一廂情愿，其實很多東西學生依然沒有掌握，于是老師開始埋怨學生學習不夠認真，頭腦不夠聰明等等。長期下去，必然導致課堂教學效率低下，學生成績的兩極分化。其實，造成這種現象的主要原因是老師只管講，學生只管聽，老師很少關注學生的理解程度，沒有根據學生的反饋信息及時調整教學，這就是一種單向的無反饋的傳統教學模式。正是由于傳統教學模式沒有控制過程，或者控制不夠，結果使得老師和學生之間的距離越來越遠，很難實現教學目標。因此，要實現教學目標，提高課堂教學效率，就必須建立反饋機制，形成控制系統。

三、控制方法在課堂教學中的應用

（一）反饋信息的獲取

反饋是控制論的重要概念之一，反饋方法是控制方法中最為核心的方法。所謂反饋，“就是控制系統把信息輸出去，又把其作用結果反饋回來，并對信息的再輸出發生影響，起到控制的作用”。［2］具體到課堂系統而言，教師既有控制信息輸入到學生，學生也有反饋信息回到教師，教師和學生之間應形成一個閉合回路。

反饋原理在我國古代就已經發現并應用，我國古代教育著作《學記》中早有論述：“學然后知不足；教然后知困。知不足，然后能自反也；知困，然后能自強也。故曰：教學相長也。”學而知不足，然后自反；教而知困，然后自強，其實就是教學信息反饋過程。反饋信息的獲取是課堂教學中應用控制方法的關鍵。在課堂中獲取反饋信息的方法主要有以下方面。

觀察法，即教師在課堂教學過程中利用眼、耳或儀器等觀察學生學習效果的方法。教師在課堂教學過程中要善于從學生聽課時的表情、神態、眼神等捕捉他們內心活動，從而推斷他們對教師輸出的知識信息是否理解、是否有興趣，并依此迅速調整教學措施，并將課堂教學引向深入。

征詢法，在課堂教學中，為了獲取更多、更全面、更準確的反饋信息，教師要善于創設信息反饋的教學情境，開辟多種信息反饋的渠道。征詢法就是一種教師創設信息反饋的情境，把課本上的知識點轉化成形式多樣的問題，并通過提問、討論、練習等多種方式，及時從學生那里獲得反饋信息，并做出簡潔、精辟、深刻的分析，及時調控教學進程的方法。

卡片法，即教師將學生在學習方面的各種反饋信息及時記載到卡片上，并將記載作為因材施教的依據的方法。

當然，在課堂教學過程中，要綜合使用一種甚至多種方法，以獲取更多信息，更好地調控課堂教學。

（二）教學目標的控制

課堂教學作為一個可控系統，離不開控制。教學目標是課堂教學活動的出發點和歸宿，課堂教學首先要對教學目標進行控制。與以往不同，課程標準對課程目標從知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個維度來表述，與此相對應，課堂教學目標一般也從這個三個維度進行表述。此處所指的教學目標主要側重于知識領域。

第一，教學內容數量的適度性。記憶分為感覺記憶、短時記憶和長時記憶。1956年喬治·米勒在其著名的論文“神奇數字7加減2，我們加工信息的能力的某些限制”中，明確指出短時記憶的容量為7 ±2，即一般為7，在5～9之間波動。在心理學中為了方便記憶，把一些要記憶的東西加以分類或加工使之成為一個小的整體，稱之為組塊。組塊的作用就在于減少短時記憶中的刺激單位，而增加每一單位中所包含的信息。不同的組塊方式可以導致不同的組塊數，而且一個人的知識經驗越豐富，組塊所包含的信息越豐富。因此，教師要在教學過程中積累、豐富教學經驗，不斷減少組塊數目，豐富組塊內所包含的信息。

心理學研究表明，人的短時記憶容量是五個組塊，因此，每堂課的信息容量不能超過五個組塊，否則人的短時記憶就難以保持，更不能將其轉化到長時記憶中，就會影響課堂教學效率，所謂“欲速則不達”。當然，一堂課究竟多少信息容量合適，也因不同地區、不同學校、不同班級、不同學生而異，決不能犯教條主義錯誤，搞“一刀切”。

第二，知識密度的控制。一般來說，一堂課的教學內容總量確定之后，這堂課的知識內容平均密度也就大體確定了。但是，每堂課教學內容的分布并不是均勻的。因此，教師要善于根據學生的知識基礎、智力水平、接受能力、教學內容的難易程度、學生的反饋信息等合理控制教學內容，當然，知識密度的控制要避免兩個極端：一是知識密度太大，導致學生難以及時消化；二是知識密度太小，導致學生學習興趣下降，教學效率低下。高效率的課堂應該有張有弛，富有節奏感。

第三，教學方法的控制。教學方法的選擇直接影響課堂教學的效率。新課程改革提出教師教學方式和學生學習方式的改變。教師教學方式改革的方向是實現教學方式的多樣化，而且應以講授法為主，綜合運用講授法、自主學習、合作學習、探究學習等多種教學方法。在課堂教學過程中，教師要善于對教學方法進行控制，特別是要建立反饋機制，形成控制系統，根據不同教學內容、學生的反饋信息等靈活運用合適的教學方法，使每一種方法最大限度起到作用，才能使各種教學方法形成“合力”，提高課堂教學效率。否則，在課堂上就會出現教師“自以為是”，學生還沒有完全聽懂，教師卻仍然滔滔不絕地往下講個不停，或者學生已經完全聽懂了，而老師仍然一遍又一遍講個沒完等現象，無論講授法還是自主學習、探究學習、合作學習，其效果必然要大打折扣。

當然，課堂教學系統的控制還包括教學對象控制、情緒控制、語言控制、機智控制等方面。總之，教師要把課堂教學看成是一個可控的系統，要善于利用控制論原理和控制方法控制課堂，只有這樣，才能縮小施控系統與被控系統之間的目標差，逐漸逼近目標，最終實現目標。

［1］錢玉干.教師思維論［M］.哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1994.

［2］謝國生.建立信息反饋系統提高課堂教學效益［J］.徐特立研究，1997（47）.

G633.93

A

1673－1395（2012）08－0124－03

2012 -06 -05

教育部人文社會科學研究項目（11YJA880093）

申大魁（1968－），男，青海互助人，副教授，博士研究生，主要從事課程與教學論研究。

責任編輯 胡號寰 E－mail：huhaohuan2＠126.com