“自動(dòng)控制理論”系統(tǒng)觀思維可視化的教學(xué)探索

杜鵬英 李艷君 姚立海 徐潔

摘 要 針對(duì)“自動(dòng)控制理論”課程教學(xué)過(guò)程中，理論性較強(qiáng)、知識(shí)點(diǎn)繁多，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)有難度等教學(xué)現(xiàn)狀，在該課程的教學(xué)中從專(zhuān)業(yè)層、課程內(nèi)容架構(gòu)層、各知識(shí)模塊層等不同層面滲透系統(tǒng)觀的理念，梳理各層知識(shí)的關(guān)聯(lián)，并通過(guò)思維導(dǎo)圖進(jìn)行可視化展示。在教學(xué)中通過(guò)引言和總結(jié)進(jìn)行導(dǎo)問(wèn)-導(dǎo)學(xué)的設(shè)計(jì)，促進(jìn)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率，提升了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 系統(tǒng)觀 層次型 知識(shí)關(guān)聯(lián)

中圖分類(lèi)號(hào)：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2019.12.062

The Teaching Exploration of "Automatic Control Theory"

System View Thinking Visualization

DU Pengying， LI Yanjun， YAO Lihai， XU Jie

（Automation Department， Zhejiang University City College， Hangzhou， Zhejiang 310015）

Abstract In view of the teaching situation of "automatic control theory" course， such as strong theory， many knowledge points， and difficulty for learners to learn， etc.， in the teaching of this course， the concept of system concept is infiltrated from different levels， such as professional level， course content architecture level， knowledge module level， etc.， and the correlation of knowledge at each level is combed， and visual display is carried out through thinking map. In the teaching process， the introduction and summary are used to design the question guide design， which promotes the learning efficiency of learners and improves the teaching effect.

Keywords system view; hierarchical type; knowledge relevance

“自動(dòng)控制理論”是高等學(xué)校自動(dòng)化、電氣、機(jī)電等工科專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)基礎(chǔ)課，在專(zhuān)業(yè)教學(xué)中占有重要地位。課程理論性強(qiáng)，知識(shí)點(diǎn)較多，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)感覺(jué)到難度較大，難以建立知識(shí)的關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)綜合應(yīng)用和分析能力不足，需要對(duì)相關(guān)分散知識(shí)點(diǎn)彼此間有關(guān)聯(lián)的信息進(jìn)行分層、分類(lèi)管理。利用系統(tǒng)觀思維，建立各知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)圖，構(gòu)建知識(shí)體系系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)控制理論的知識(shí)導(dǎo)航，可以將系統(tǒng)觀思維可視化展示，有利于系統(tǒng)觀思維的訓(xùn)練。

系統(tǒng)觀體現(xiàn)在不同的層面上，專(zhuān)業(yè)（藍(lán)圖）、課程（森林）、模塊（樹(shù)林）等由宏觀到微觀逐層進(jìn)行系統(tǒng)化，強(qiáng)調(diào)各模塊、各知識(shí)點(diǎn)所處的位置及作用，使學(xué)習(xí)者心中有數(shù)、有的放矢、目標(biāo)明確。因此在該課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，梳理各個(gè)章節(jié)的關(guān)系、各章的知識(shí)點(diǎn)以及各綜合知識(shí)點(diǎn)等不同層面的知識(shí)關(guān)聯(lián)，總體、局部滲透并體現(xiàn)系統(tǒng)觀。

1 專(zhuān)業(yè)層面的系統(tǒng)觀思維體現(xiàn)

從專(zhuān)業(yè)和學(xué)科角度來(lái)看，先根據(jù)專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)所要達(dá)到的目標(biāo)（即藍(lán)圖），將自動(dòng)控制理論課程放到專(zhuān)業(yè)課程體系中，明確課程的專(zhuān)業(yè)地位，從宏觀上理解該課程學(xué)習(xí)的意義及在相關(guān)領(lǐng)域中的作用，提升學(xué)習(xí)的興趣和價(jià)值感。

宏觀上，從專(zhuān)業(yè)和課程關(guān)系的角度分析，一個(gè)典型的自動(dòng)控制系統(tǒng)所需的知識(shí)結(jié)構(gòu)涉及控制器、功率放大與變化、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、被控對(duì)象、信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)處理、控制測(cè)量等相關(guān)知識(shí)，每部分知識(shí)即為專(zhuān)業(yè)中相關(guān)各課程的內(nèi)容，而自動(dòng)控制理論是整個(gè)系統(tǒng)建模、分析設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)者可以從整體上把握專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)藍(lán)圖，并清晰地掌握各課程的關(guān)系以及在藍(lán)圖中的地位和作用。掌握自動(dòng)控制理論在整個(gè)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)中是重要的理論基礎(chǔ)，該課程的學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)好專(zhuān)業(yè)的根基所在。

2 課程層面的系統(tǒng)觀思維體現(xiàn)

課程（森林）的體系化主要圍繞控制系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，梳理課程的各模塊（樹(shù)木）內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，并尋跡各模塊在自動(dòng)控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)中的作用。各模塊即為各種樹(shù)林，了解了森林里的各種樹(shù)林，將總的知識(shí)體系和目標(biāo)以及各模塊的知識(shí)和目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，各知識(shí)模塊及其實(shí)際應(yīng)用的意義就可以很清晰地表達(dá)出來(lái)。

從自動(dòng)控制理論課程角度上系統(tǒng)構(gòu)建內(nèi)容體系結(jié)構(gòu)。該課程主要研究線(xiàn)性系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和非線(xiàn)性系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)主要進(jìn)行系統(tǒng)建模、性能分析。線(xiàn)性系統(tǒng)中由第一章的基本概念及系統(tǒng)出發(fā)，要進(jìn)行及系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，就需要進(jìn)行系統(tǒng)的建模，涉及第二章的內(nèi)容;在分析方法中有時(shí)域分析、復(fù)域分析和頻域分析不同的分析方法，分別涉及第三章、第四章和第五章;系統(tǒng)的特性如果不滿(mǎn)足要求，需要進(jìn)行校正和設(shè)計(jì)，此部分知識(shí)涉及第六章的內(nèi)容;另外對(duì)于另外兩類(lèi)系統(tǒng)，則分別涉及第七章和第八章的知識(shí)。

3 知識(shí)模塊層面的系統(tǒng)觀思維體現(xiàn)

各章知識(shí)模塊（樹(shù)木）中，相關(guān)知識(shí)點(diǎn)（枝葉）之間也有各種關(guān)系，梳理各模塊與各知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)，以第三章時(shí)域分析為例（如圖1）。對(duì)于各種關(guān)系的解讀和導(dǎo)航，有利于對(duì)整個(gè)知識(shí)模塊的了解。這樣可以構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，掌握其中的內(nèi)在練習(xí)，環(huán)環(huán)相扣，每個(gè)知識(shí)點(diǎn)的掌握。明確了各枝葉對(duì)各樹(shù)林的關(guān)系及貢獻(xiàn)，學(xué)生就會(huì)對(duì)所學(xué)的每個(gè)知識(shí)點(diǎn)都能清楚地知道其功能和作用，有效帶動(dòng)學(xué)習(xí)的效率、提升學(xué)習(xí)動(dòng)力。

4 導(dǎo)問(wèn)—導(dǎo)學(xué)教學(xué)方法

通過(guò)不同層次的系統(tǒng)化知識(shí)構(gòu)建和梳理，每一層級(jí)的知識(shí)關(guān)系譜圖通過(guò)思維導(dǎo)圖進(jìn)行可視化展示，在教學(xué)中起到很好的導(dǎo)航和導(dǎo)學(xué)作用。首先通過(guò)宏觀層的課程與專(zhuān)業(yè)的關(guān)系、課程各模塊知識(shí)的關(guān)系初步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程內(nèi)容的導(dǎo)論學(xué)習(xí)，系統(tǒng)地把控課程內(nèi)容及相互關(guān)系，粗略勾勒了課程內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的輪廓。通過(guò)后續(xù)的內(nèi)容不斷深入探究，結(jié)合不同層次的思維導(dǎo)圖進(jìn)行系統(tǒng)化地引導(dǎo)和導(dǎo)航，這樣學(xué)習(xí)者就很清晰地明確各知識(shí)點(diǎn)的作用和意義，而不是只關(guān)注知識(shí)點(diǎn)本身，卻不知道其在課程學(xué)習(xí)目標(biāo)中的作用，即便學(xué)會(huì)了各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，也不能夠進(jìn)行系統(tǒng)地分析和應(yīng)用。

另外在各模塊的學(xué)習(xí)中都有引言和總結(jié)環(huán)節(jié)，通過(guò)引言，根據(jù)各模塊的所需要達(dá)到的目標(biāo)進(jìn)行設(shè)疑，由已學(xué)知識(shí)結(jié)合整體系統(tǒng)目標(biāo)，構(gòu)建體系化的問(wèn)題，通過(guò)導(dǎo)問(wèn)遷移引出新模塊的內(nèi)容、目標(biāo)以及與整體目標(biāo)的關(guān)聯(lián)，引發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題和主動(dòng)思考，進(jìn)行導(dǎo)問(wèn)。通過(guò)導(dǎo)問(wèn)可以將各模塊的知識(shí)點(diǎn)系統(tǒng)化進(jìn)行引入，逐層深入探究。另外在各模塊知識(shí)結(jié)束時(shí)進(jìn)行總結(jié)，并通過(guò)思維導(dǎo)圖進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)梳理，強(qiáng)化明確各知識(shí)點(diǎn)的關(guān)系，根據(jù)系統(tǒng)的整體思維導(dǎo)圖知識(shí)結(jié)構(gòu)，并關(guān)聯(lián)到后續(xù)模塊知識(shí)的學(xué)習(xí)。整個(gè)過(guò)程自成鏈路，展示了思維和學(xué)習(xí)痕跡，很好地起到導(dǎo)問(wèn)和導(dǎo)學(xué)的作用，讓學(xué)習(xí)者可以很便捷高效地前行，不至于因?yàn)榉彪s的知識(shí)點(diǎn)，而茫然盲目，不知方向。

5 總結(jié)

在“自動(dòng)控制理論”教學(xué)中植入系統(tǒng)觀理念，構(gòu)建不同層次的系統(tǒng)化知識(shí)結(jié)構(gòu)，將繁多的抽象知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，體系化地開(kāi)展思考及學(xué)習(xí)活動(dòng)，在教學(xué)實(shí)施中提升了自動(dòng)控制理論的學(xué)習(xí)路徑，有效建立了課程總目標(biāo)和各知識(shí)點(diǎn)分目標(biāo)的關(guān)系，大大提升了自主探索知識(shí)的學(xué)習(xí)信心?；谒季S導(dǎo)圖的系統(tǒng)觀可視化方法的應(yīng)用在自動(dòng)控制理論的教學(xué)中，在課堂互動(dòng)、學(xué)生學(xué)習(xí)投入、學(xué)習(xí)主動(dòng)性等方面都有了一定的改善和提升。

基金項(xiàng)目：2019《自動(dòng)控制理論》浙江省在線(xiàn)課程建設(shè);2019浙江省教育科學(xué)規(guī)劃研究課題（2019SCG201）;2019浙江大學(xué)城市學(xué)院教學(xué)成果孵化項(xiàng)目（智能制造背景下多方協(xié)同的信電類(lèi)交叉復(fù)合實(shí)踐平臺(tái)構(gòu)建與實(shí)施）;2019浙江大學(xué)城市學(xué)院校企共建重點(diǎn)課程建設(shè)項(xiàng)目（XQ1905），2016浙江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目（jg20160225）

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