研究生課程“線性系統理論”教學內容的組織方式探索

徐為民

摘要：“線性系統理論”是一門體系較為完備的研究生基礎課程，在教學內容組織上容易依賴教材，產生教學內容的乏味等現象。針對這些問題，考慮到學生認知習慣的特點，論文提出了“線性系統理論”課程教學內容規劃的問題，結合相關教學研究成果，探討了線性系統理論課程教學內容規劃的方法，采用以知識點為核心的課程組織思路進行教學內容重組。這些課程教學內容的組織方法已應用于“線性系統理論”課程的教學實踐中，取得了良好的教學效果。

關鍵詞：教學內容重組；知識點；線性化組織；非線性化組織

中圖分類號：G643 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）36-0233-02

一、引言

“線性系統理論”課程是為港口航運類高?？刂葡嚓P專業研究生開設的一門學位基礎課，主要研究線性控制系統的分析與綜合方法，為后續課程的學習和研究奠定基礎，并指導港航控制工程實踐。“線性控制系統”課程知識體系相對獨立，隨著重點課程建設和精品課程建設的深入開展，課程教學實踐研究也比較全面[1-3]。由于這門課程屬于基礎理論課，強調理論方法和結論，容易造成教學內容抽象晦澀。另外，“線性系統理論”課程內容豐富，涉及的基礎知識范圍廣，容易使學生無從下手，從而失去學習興趣。為了避免上述問題，需要在教學內容上對“線性系統理論”課程的教學內容進行重構，在教學方法和教學手段上對“線性系統理論”課程的教學進行規劃。

二、“線性系統理論”課程教學內容規劃的思路

“線性系統理論”課程教學內容的規劃要從縱向和橫向兩個角度進行。在縱向上應以課程的知識體系為線索組織教學內容，亦即線性系統建模方法、線性系統的分析方法（包括定量分析和定性分析）和線性系統綜合方法三個教學內容組成既相互獨立又因果承接的縱向結構，在橫向上以知識點為線索匯聚教學的焦點。

1.以知識點為核心的課程組織。一般地，基礎理論類課程的學習都是由知識點的學習開始的。學生在學習知識點的同時，對課程內容有了逐步的了解和認識，在此基礎上，可以通過其他輔助手段如控制系統實驗等加深對知識點的理解。

“線性系統理論”課程教學內容以知識點為線索進行規劃，即以課程內容的基本知識點為基礎元素，其中以課程中的基本概念、核心公式、主要原理和重要結論等組成教學的知識點，構成課程的基本知識內容，在此基礎上，根據教學要求和學生的基礎知識，適當引入控制系統實例或控制案例教學，逐步擴充課程的教學內容。

2.線性化與非線性化結合的課程知識組織。線性化教學[5]以教學大綱為指導，根據課程的知識體系展開教學內容，按照特定的教學節點，順序地安排教學知識內容。

非線性化教學方式組織線性系統理論課程知識內容，就是以知識點為線索，構建出線性系統理論課程的知識結構和教學內容。亦即，先將課程知識內容進行結構分解，然后再將定義、定理、引理和結論等教學元素整理出核心的知識點，并擴展穿插進控制實例、控制應用案例或仿真演示等教學資料，將“線性系統理論”課程知識轉變為學生容易接受的教學內容。

三、“線性系統理論”課程內容的組成結構

“線性系統理論”課程內容的構成應以知識點為核心，在考慮教學大綱和學生認知習慣的前提下組織課程知識，具體包括課程知識結構設計、認知工具設計、知識關聯設計和課程實例設計等[4]?！熬€性系統理論”課程的知識結構設計主要采用線性化和非線性化方式組織知識內容，其中，線性化知識組織以線性系統理論知識發展演進的時序為線索，按照課程基本內容以自然的知識體系組成知識序列。在“線性系統理論”課程內容的組成中，教學知識結構的重組與設計是最為關鍵的部分。本文重點探討“線性系統理論”課程的知識結構設計問題。

課程知識結構設計的核心是非線性化知識組織方式的設計，它是以“線性系統理論”的知識點為核心，以樹型結構和網絡型結構構造符合學生認知習慣的知識表現形式。

1.“線性系統理論”課程樹型結構的知識重組?！熬€性系統理論”課程的樹型結構教學內容是將課程知識點相關的教學內容按照特定問題、結論或解法、案例和實例等方式進行組織。

例如，在研究系統定性分析問題中，線性系統的能控的條件之一是系統的能控性判別矩陣滿秩，此后，可以研究系統的能控規范性問題，于是，這樣的系統可以化為能控規范形；同理，若系統的能觀測性矩陣滿秩，則系統可以化為能觀測規范形，在此基礎上，可以引出線性定常系統結構的規范分解問題，這樣的課程內容就可以構成樹型結構知識。

2.“線性系統理論”課程網絡型結構的知識重組。網絡型結構的知識重組是將作為基本學習元素的知識點設置為網絡結點，將相互關聯的知識點進行連結組成網絡結構。

例如，“線性系統理論”中的系統“能控性”相關的概念貫穿于課程的大部分章節，這些知識點反映了線性系統的不同屬性，但是它們之間存在著密切的聯系和承啟關系。如果線性系統能控，則該線性系統具有一系列的性質，同時，該線性系統可以按照能控性或者其對偶系統的能觀測性進行規范形結構變換，還可以滿足線性系統綜合條件，比如可以對該線性定常系統進行極點配置、鎮定、無靜差跟蹤、解耦設計，還可以對其對偶系統進行狀態觀測器設計等。因此，這種網絡型結構的知識重組可以加深學生對相關知識點的理解，有利于學生學習知識的自主性和知識掌握的牢固性。

四、結論

在港口航運類高?？刂葡嚓P專業研究生課程中，“線性系統理論”是一門知識體系相對完善和成熟的學位基礎課，但正是這樣的課程往往容易導致教學內容的教材化和課程知識的堆砌化，不利于課程教學方式從“以教為主”模式向“以學為主”模式的轉變，也不能適應現代化教學環境。本文主要針對“線性系統理論”教學內容組織中常見的問題，以“線性系統理論”課程的“能控性”和“能觀測性”相關知識點為例，探索在信息化條件下組織和規劃課程教學內容的一些方法，使課程知識的組織更加符合學生的認知能力特點，以利于激發學生的學習興趣和探究知識的熱情，文中這些做法已經在課程教學實踐中進行了嘗試，并取得了良好的教學效果。教學知識內容的組織和規劃策略、理論和方法還有許多[5-7]，本文僅僅結合“線性系統理論”課程教學實踐進行了初步嘗試，未來還有許多問題需要不斷地解決，仍有很多方法值得持續地探索，并在實踐中檢驗和完善。

參考文獻：

[1]劉新宇，張紅濤.線性系統理論課堂教學的改革與探索[J].課程教學，2015，6（下）：103-105.

[2]魏萍.研究生課程“線性系統理論”的深入解析[J].科教文匯，2015，12（下）：65-66.

[3]張冬梅，王辛剛，高雪芬.地方性院校研究生“線性系統理論”課程的改革[J].電氣電子教學學報，2014，36（6）：50-52.

[4]張武威，黃宇星.精品課程的課程內容知識組織探究[J]。中國電化教育，2009，12（275）：66-70.

[5]張相學.非線性教學：教學研究新視閾[J].期南師范大學教育科學學報，2004，（6）：10-12.

[6]辛自強.問題解決與知識建構[M].北京：教育科學出版社，2005.

[7]R.M.加涅.教學設計原理[M].上海：華東師范大學出版社，1999.endprint