系统理论的基本内容十篇

系统理论的基本内容篇1

关键词：热力学与统计物理学；国家精品课程；统计热力学体系

“热力学与统计物理学”（简称“热统”）是我国高等院校本科物理专业的一门必修课程，是研究物质有关热现象（即宏观过程）规律的理论物理课，也是普通物理“热学”的后续课。内蒙古大学“热统”教学组在20多年教学实践中，不断更新教育观念，探索课程教学体系的改革，逐步建立了以微观理论为主线的教学体系，建设了首门“热统”国家精品课程（2004年）——“统计热力学”，陆续出版了配套教材[1]和学习辅导书[2]。

一、关于“热统”教学体系的思考

关于热现象的理论包括两部分，即宏观理论——“热力学”和微观理论——“统计物理学”。我国目前的“热统”课程由早年设置的 “热力学”和“统计物理学”两门课程合并而成，一直沿袭“热”、“统”相对独立的“一分为二”教学体系[3-5]。教学内容安排大体以学科发展历史和认识层次为序，由唯象到唯理，由宏观到微观。这种体系十分成熟，在多年教学实践中获得很大成功。随着科学技术和人类现代文明的飞速发展，人们认识世界的条件、增长知识的方式和获取信息的渠道发生了质的变化：昔日深奥难解的名词，今天已可闻之于街巷；诸多科学概念的理解，逐渐变得不很困难。在这种知识氛围和学习环境下，从中学到大学的物理教学内容均在不断地改革和深化。同时，现代科学成就在高新技术中的广泛应用向21世纪人才培养提出更高的要求。这一切，催动着大学物理课程改革的进程，也激发起我们对传统体系的思考。

从“热物理”系列课程改革现状来看，一方面，普通物理“热学”课程的内容已进行了必要的深化和后延，原有“热统”课程与现行“热学”课程内容出现较多重复。仅以汪志诚著《热力学 · 统计物理》[5]和秦允豪著《热学》[6]为例，二者内容重叠约为1/3。过多重复造成学习时间与精力的浪费，甚至引发学生的厌学情绪，使学习效益降低。另一方面，飞速发展的高新技术拉近了基础理论与应用技术的距离，就热物理而言，无论实际工作中的应用，还是继续深造时的基础，都对“热统”课程教学提出更高的要求。增加课程的统计物理比重，深化微观理论的系统理解势在必然。此外，改革开放以来，我国高等教育从学制到专业及课程设置均有较大幅度的变动，“热统”课教学时数多次削减（1208672、64），课堂教学的信息量和效益问题变得更加突出。面对这种形势，各校对“热统”课程的内容进行了不断的改革，逐步增加统计物理比重，努力减少和避免与“热学”的重复。然而，由于没有触动“一分为二”的体系，大量的简单重复难以避免，“热力学”内容仍然偏多，实际教学中统计物理的系统性难以保证。

针对上述问题，我们从体系结构着眼，对“热统”课程进行了较大力度的改革[1]。我们的改革思路是：打通“热物理”宏观与微观理论的壁垒，融二者为一体，削减学时、充实内容，有效地避免与普通物理的简单重复，提高教学效益；以微观理论为主导，确保统计物理体系的完整性与系统性，增加课程的先进性与适用性。在上述思想指导下，构建了“热统”课程的“统计热力学”体系。新体系从根本上解决了热物理课程中理论物理与普通物理之间层次交叠、内容重复的问题；大幅增加统计物理比重，使其理论及应用内容在总学时中占到3/4以上。

二、统计热力学体系的特色

统计热力学教学体系的主要特色是：热物理学以微观理论为框架；微观理论以系综理论为主线；系综理论以量子论为基础。体系知识结构框如上图所示。

1．以微观理论为框架，融微观与宏观一体

“统计热力学”以微观理论——统计物理为主导，建立了从微观到宏观、完整自恰的理论体系。

在传统的“一分为二”体系下，学生往往将过多精力用于热力学计算，不能很好地理解统计物理的理论体系，容易将热现象的宏观和微观理论割裂开来。本体系从微观理论出发，用统计物理理论导出热力学基本定律，讨论体系热力学性质，给出统计物理概念与宏观现象的对应，融热现象的微观、宏观理论于一体，结束了两种理论割裂的传统教学格局，提高了认识层次。同时，使理论物理与普通物理的分工更趋合理，便于解决传统体系难以避免的“热统”与“热学”过多重复问题。

本体系按照统计物理学的知识框架，将主要知识点划分为孤立系、封闭系和开放系等三个模块（参见上图）。各块均首先给出相应的统计分布，进而引入热力学势（特性函数），导出热力学基本定律，再用微观和宏观理论相结合的方法研究具体系统的热力学性质。例如：在孤立系一章，从等概率基本假设出发，引入统计物理的熵，导出热力学第一、第二定律，进而研究理想气体的平衡性质。在讨论封闭系时，从正则分布出发，引入热力学势——自由能，给出均匀系热力学基本微分式，进而导出麦克斯韦关系，介绍用热力学理论研究均匀物质宏观性质的方法，再具体讨论电、磁介质热力学、焦-汤效应等典型实例。同时用正则分布研究近独立子系构成的体系，导出麦-玻分布，介绍最概然法；进一步导出能均分定理，介绍运用统计理论研究半导体缺陷、负温度、理想和非理想气体等问题的方法。对于开放系，首先导出巨正则分布，再引入巨势，给出描述开放系的热力学微分式，研究多元复相系的平衡性质，讨论相变和化学热力学问题；用量子统计理论导出热力学第三定律，讨论低温化学反应的性质。另一方面，考虑全同性原理，用巨正则分布导出玻色、费密两种量子统计分布，给出它们的准经典极限——麦-玻统计分布，并运用获得的量子统计分布分别讨论电子气、半导体载流子、光子系的统计性质和玻色—爱因斯坦凝聚等应用实例。

2．以系综理论为主线，完善统计物理体系

与国内现流行体系不同，“统计热力学”的统计物理以“系综理论”为基础，具有更强的系统性。

现流行体系为便于学生理解，大多先避开系综理论，讲解统计物理中常用的分布和计算方法，如近独立粒子的最概然分布、玻耳兹曼统计、玻色统计和费米统计及其应用等，而在课程的最后介绍系综理论有关知识[5]。这种体系除内容不可避免地出现重复外，还在一定程度上牺牲了统计物理的系统性。在实际教学中，为了阐明有关分布和统计法，往往不可避免地运用如等概率假设、配分函数、巨配分函数等系综理论的基本概念，难免出现生吞活剥、“消化不良”的弊端。从体系实施现状来看，不少院校因学时有限，在热力学和基本统计方法的教学之后，对系综理论的介绍只能一带而过，学生难以完整掌握统计物理理论。

我们多年采用系综理论为主线的教学实践表明，“统计分布”与“系综”的“分割”是不必要的。本体系首先引入“系综”概念，将整个“统计热力学”的基础建立在系综理论之上，从一个基本假设——等概率假设（微正则系综）入手，渐次导出各种宏观条件下的系综分布，建立配分函数、巨配分函数等基本概念，给出相应的热力学势和热力学基本微分公式；同时，顺畅地导出如最概然分布、玻耳兹曼统计、玻色统计和费米统计法等常用分布和计算方法，并用于实际问题。在教学过程中，力求循序渐进地阐明统计物理的基本理论，使学生准确、清晰地掌握统计物理的基本概念，对热物理理论有完整系统的理解，能够全面、灵活地运用，为进一步学习更高深的知识和了解物理学的最新成果奠定扎实的基础。

3. 以量子理论为基础，认识微观运动本质

为使学生准确认识微观运动本质，“统计热力学”将系综理论建立在量子论的基础上，而经典统计则作为量子统计的极限给出。

传统体系多从经典统计入手，然后进入量子统计。我们教学实践的体会是，物理学历史上由经典论到量子论的认识过程没有必要在统计物理教学中重演。通过现设“普通物理学”课程的学习，学生已理解微观运动遵从量子力学规律，并具备了一定的量子论知识基础，在量子论基础上建立统计物理理论顺理成章。事实上，微观运动的正确描述须用量子理论，而量子统计与经典统计就统计规律性而言并无本质区别，经典统计只是量子统计的极限情形而已。以量子论为基础构建统计物理体系，更有利于学生尽快认识事物的本质，迅速进入对前沿科学的学习。

三、关于体系的兼容性——几个共同关注的问题

“统计热力学”以系综理论为主线，以量子论为基础,大幅提高统计物理比重，适当地增加了课程深度。在课时缩减，招生规模扩大的形势下,实施上述改革更有一定风险和难度。另一方面，新体系能否与流行体系兼容，也是国内同行普遍关注，需要在优化改革方案过程中解决的问题。为化解难度，提高兼容性，在体系建立和教学实践中，我们着力解决了以下几个问题：

问题之一：量子理论与系综理论理解困难问题。如前所述，学习本体系前应具备一定的量子论知识。目前国内物理专业的“热统”课程多排在“量子力学”之前。这就不可避免地出现了“前量子力学”困难。为解决这一问题，我们在课程引论中安排了量子论基本知识的讲授，介绍量子态、能级、简并、全同性、对应关系等概念。如此处理，再结合普通物理“原子物理学”中学到的量子力学初步知识，学生就能够较好地接受“量子统计”有关概念。此外，我们将“量子态”和“量子统计法”两个初学者较难理解的概念做分散处理：分别在第1章引入“系综”概念之前和第6章巨正则系综概念之后讲授，既分散了难点，又使概念和运用衔接紧密，有利于及时消化。

系综理论是统计物理中最核心、最抽象的内容，也是统计物理教学的难点。国内流行体系将系综理论与常用统计分布及计算方法分离，安排在课程最后集中单独介绍。我们实践的体会是，这种处理将多个难点（三种系综及相应热力学关系）集中，增加了学生的理解困难；加之系综概念孤立于基本统计方法和应用之外，更显抽象枯燥。学生学后或觉不知所云，或难纵观全局，终致应用乏力。鉴于此，我们遵循由表及里、由浅入深、循序渐进、层层推进的认识规律，将系综的基本概念和三个系综分散在七章中穿插讲授、逐步深入，并及时运用理论对相应系统的性质加以讨论。这样做，可分散认知难点，并及时结合应用，实现宏观微观的交错，避免枯燥无味的困惑，既保证了热物理理论的系统性和完整性，又解决了系综理论为主线的教学困难。

问题之二：关于最概然法与麦-玻统计问题。最概然（可几）法与麦克斯韦-玻尔兹曼（麦-玻）统计法，是统计物理中应用较广的两个方法。采用系综理论为主线的教学体系，是否会影响这两种方法的学习和运用？这也是国内同仁关注的问题之一。在新体系课程改革和教材编写中，对这两部分内容均给予充分的注意。在第三章（封闭系）导出正则分布和相应热力学公式之后，用两种方法导出麦-玻分布：一是作为近独立子系的平均分布，由正则分布导出；二是从微正则系综出发，用最概然法导出。同时还由麦-玻分布给出热力学公式，并讨论几种分布之间的关系，给出分布的应用实例。实践表明，这种处理模式能全面深化学生对最概然法与麦-玻分布的理解，以致在应用中得心应手；还能强化对系综理论和统计物理体系的理解。

问题之三：热力学基本方法掌握问题。热力学作为一种可靠的宏观理论，从基本定律出发，通过严格的数学推演，系统地给出热力学函数之间的有机联系，将其用于实际问题。深入理解热力学定律的主要推论和热力学关系，熟悉它们的应用，掌握热力学演绎推理方法，是“热统”课程不可或缺的内容。“统计热力学”体系以微观理论为框架组织教学，是否会削弱学生在热力学理论的理解和应用方面的训练？对这个问题，国内同行关注有加，各见仁智，也是我们在课程改革中始终注意的问题。我们的处理模式是：打通热物理宏观与微观理论的壁垒，针对不同宏观条件，在相应章节给出各种系综分布，然后导出热力学公式，并插入相应的热力学理论训练内容，确保足够篇幅讨论平衡态的热力学性质。例如：在建立封闭系的正则系综理论后，插入“均匀物质热力学性质”一章，集中讲授麦克斯韦关系、基本热力学函数和关系、特性函数等概念，介绍热力学基本方法和对典型实例的应用。建立开放系的巨正则系综理论后，又集中介绍与之相关的相平衡、化学平衡等问题的宏观理论。事实上，热物理的微观和宏观理论相得益彰、不可分割。在学习运用统计物理研究宏观过程的规律时，势必也会反复地运用热力学函数、公式和相应方法，使学习者得到相应训练。此外，再提供一定数量的习题，辅之以课外练习，以达到“学而时习之”的效果。这样，新体系虽然大量削减纯粹“热力学”内容，并未削弱对热力学理论的理解和方法的训练，相反可使其得到加强和升华。

内蒙古大学“热统”教学组近20年的课程改革和教学实践证明，用“统计热力学”体系组织本科物理专业“热统”课教学是可行的。采用同样的体系和教材，适当取舍内容，在应用物理和电子科学技术专业组织2学分“统计物理”教学，亦取得一定的经验，其效果令人欣慰。毋庸置疑，笔者主张统计热力学体系，丝毫无意否定“热统分治”的传统教学体系。两种体系，各有千秋，互补互鉴。究竟采用何种体系组织教学，还应视培养目标、师资力量、学生状况等，因地制宜地选择。

参考文献：

[1] 梁希侠，班士良. 统计热力学[M]. 呼和浩特：内蒙古大学出版社，2000.

梁希侠，班士良. 统计热力学(第二版)[M]. 北京：科学出版社，2008.

[2] 梁希侠，班士良，宫箭，崔鑫. 统计热力学（第二版）学习辅导[M]. 北京：科学出版社，2010.

[3] 王竹溪. 热力学简程[M]. 北京：高等教育出版社，1964.

[4] 王竹溪. 统计物理学导论[M]. 北京：高等教育出版社，1965.

系统理论的基本内容篇2

关键词：物联网专业；控制理论与技术；课程内容；课程设置

1、背景

随着自动控制理论的发展和计算机技术的兴起，在工程实践中采用计算机并行、分布式处理设备来控制各类系统正常工作的生产方式已经越来越普遍。根据物联网专业的课程设置和培养目标，控制理论与技术是其重要的专业基础课，通过学习该课程，学生应掌握控制理论与技术的基本概念、原理和方法，并具备一定的工程应用能力。

由于物联网专业的课程设置和培养目标与自动化等专业不同，因此不能开设大量控制类课程。如何在有限的学时内使学生掌握较全面、实用的控制理论与技术，是物联网专业控制理论与技术课程设置中亟待解决的问题。

自动控制原理是自动化等专业的重要基础课程，该课程理论性强，需要学生具有较好的数学基础，而物联网专业的培养目标偏重实践能力，若采用原有自动控制原理的教学内容，无法使学生真正领会该课程的实际应用价值。随着计算机技术的发展，自动化等专业普遍开设了计算机控制系统和分布式控制技术等应用性较强的课程，但如果对物联网专业的学生仅讲授计算机控制系统或者分布式控制技术的内容，则缺乏基本控制理论的支撑，基础知识单薄，难以达到好的人才培养效果。

针对这一问题，笔者提出把自动控制原理、计算机控制系统、分布式控制技术等内容结合起来作为教学内容，并把理论教学、实验、实训结合起来，使学生既具有一定的理论基础，也具备一定的工程实践能力。

2、课程结合形式和授课方式

物联网专业控制理论与技术课程所涵盖的基础内容包含物联网控制技术概述、自动控制原理、计算机控制系统和分布式控制技术4部分（见图1）。

物联网控制技术概述部分简要介绍控制理论与技术的主要内容、基本概念、发展简史、基本控制方式、控制系统的组成及分类、控制系统的性能要求、控制研究的课题与发展方向等，使学生初步了解课程内容，理解控制理论与技术和物联网专业之间的关系，掌握该课程的特点和学习方法。

2.1 自动控制原理内容

物联网专业控制理论与技术中的自动控制原理部分理论性强，对学生的数学要求较高，不易理解，需要学生具备工程数学、电工电子技术等课程基础，同时还要开设计算机控制系统、过程控制工程、运动控制系统等后继课程，使学生充分理解整个课程体系。

然而，对于物联网专业的学生来说，由于培养目标的不同，该专业多数没有开设工程数学作为先修课程，也没有开设相应的后继课程，这增加了自动控制原理部分的教学难度。结合物联网专业的实际情况，可以适当降低该课程的理论难度和深度，简化复杂的知识点讲解，增加实例，同时根据教学需要辅以相应数学知识的讲解。

自动控制原理部分可以分为5大模块：控制系统的数学模型、时域分析法、复域分析法、频域分析法和自动控制系统的设计与校正。

1）控制系统的数学模型。

该模块介绍自动控制原理的基础知识，主要讲解拉氏变换、传递函数、动态结构图及其等效变换、典型环节的传递函数和自动控制系统的传递函数等内容，使学生对自动控制原理的学习内容具有整体的把握，同时了解相应的课程重点、难点和学习方法。

2）时域分析法。

该模块主要讲解典型输入信号及性能指标、一阶系统分析、二阶系统分析、高阶系统分析、系统稳定性分析、系统稳态精度分析等知识点，同时，辅以相关例题，作为课堂和课后作业，加深学生的理解。

3）复域分析法。

该模块主要讲解根轨迹法，包括根轨迹的基本概念、绘制根轨迹图的基本法则、利用根轨迹分析系统的动态性能和广义根轨迹等。在讲解的同时，以课堂讲解例题和课后作业的形式，使学生切实掌握根轨迹法。

4）频域分析法。

该模块主要讲解频率法，包括频率特性、典型环节的频率特性、控制系统开环频率特性、稳定判据及稳定裕度、闭环频域性能指标及时域性能指标的估算和系统开环频率特性三频段概念等。在讲解的同时，通过大量的实例，培养学生对基础知识的应用能力。

5）自动控制系统的设计与校正。

该部分的知识点较多，主要讲解控制系统的设计步骤、性能指标与系统设计的基本思路、基本控制规律、常用串联校正网络、常用的串联校正方法、反馈校正、复合校正和控制系统设计实例等内容。在讲解的同时与实际系统相结合，加深学生的理解。

在这5个模块中，第1模块是学习的基础；第2、3、4模块是核心内容，是授课的重点内容，也是难点，需要详细讲解每个知识点，并辅以实例；第5模块起到承上启下的作用，既要对前面几个模块向应用的层面进行扩展，也要为后面计算机控制系统和分布式控制技术的内容做好铺垫。

2.2 计算机控制系统内容

随着计算机技术的普及，现代工、农业生产中的大多数控制是在计算机的辅助下实现的。在学生日后的实际生产应用中，要想充分发挥所学的控制理论与技术相关知识，计算机控制系统的学习是必不可少的。

物联网专业控制理论与技术中的计算机控制系统部分的学习，可以安排在自动控制原理部分之后。通过自动控制原理部分的学习，学生能掌握自动控制原理的基础知识和分析方法。计算机控制系统部分的内容更加贴近实际，具有较强的实践性和较高的实用价值。计算机控制系统部分主要包括以下内容：检测设备和执行机构、总线技术、过程通道与人机接口、数据处理与控制策略和抗干扰技术。

检测设备和执行机构部分主要讲解常用的传感器、变送器以及执行机构；计算机总线技术部分重点讲解总线的基本概念、内部和外部总线等知识点；过程通道与人机接口部分重点介绍数字量输入输出通道、模拟量输出输入通道以及人机接口的相关内容。这些内容是计算机控制系统的基础知识，教师一般以讲解为主，并辅以实例，使学生把常用的设备、元件和计算机控制系统联系起来。

数据处理与控制策略是授课的重点内容，通过这部分的学习，学生能掌握数字控制器的设计技术，包括数字滤波和数据处理的方法，以及数字PID控制算法、常规控制方案、先进控制方案等基本的控制策略。抗干扰技术是计算机控制系统设计中不可缺少的内容，通过讲解和举例可以使学生明白干扰的传播途径与作用方式，并掌握硬件抗干扰技术和软件抗干扰技术。

计算机控制系统的内容与实际联系较为紧密，如果与实验、实训相结合，则容易调动学生的学习积极性，进一步培养学生的动手能力，可以达到较好的教学效果。

2.3 分布式控制技术内容

分布式控制技术的应用日益广泛，在物联网专业控制理论与技术课程中增加对分布式控制技术的讲授，不仅可以使学生掌握较为先进的控制方法，也可以为后面云计算等与分布式计算相关的课程打下基础。基于物联网专业控制理论与技术课程的培养目标和课时，分布式控制技术的内容不易涉及过多，可以作为计算机控制系统部分--的有益补充。这部分的学习主要使学生了解分布式系统，掌握最常用的客户服务器端架构方式。

在对分布式系统定义的讲解过程中，可以对比介绍分布式与集中式的区别，以及分布式与计算机网络的关系，详细分析分布式系统层次结构、分类以及分布系统的主要特征（容错性、安全性等），并进一步介绍分布式系统中的软硬件设备。

客户一服务器端架构是最常用的分布式控制方式，在介绍客户一服务器模式的基本概念和优点后，可详细讲解两部分内容：一部分是客户一服务器端架构和体系结构，包括面向连接服务与无连接服务、应用程序的层次结构和客户一服务器模型体系结构等；另—部分是客户-服务器模型的进程通信，包括进程通信中客户—服务器模型的实现方法和客户_服务器模型的进程通信协议。

由于云计算等后继课程的开设，分布式控制技术讲授的内容不易过多，使学生能初步掌握分布式系统的概念、特点和典型应用即可。

3、课时安排

物联网专业控制理论与技术课程的学时安排要结合学生的具体情况。如果是本科生专业，可以适当增加自动控制原理的内容，这部分内容的理论性较强，能够使学生深入理解基本的控制理论。如果是专科专业，可以适当增加计算机控制系统和分布式控制技术的内容，这部分内容的理论相对简单，对学生的数学基础要求不高，以结合实践的具体应用为主，能充分调动学生的学习积极性，培养学生的工程实践能力。

以48～64学时的课程设置为例，物联网专业控制理论与技术课程内容安排见表1。在自动控制原理、计算机控制系统和分布式控制技术这3部分中，以自动控制原理为主，占31～3时，这部分包含最基本的控制理论，是学习的重点与难点。计算机控制系统和分布式控制技术占17～25学时，这部分与生产实践结合紧密，是基

同时，还应设置8～16个学时的实验，培养学生的动手能力，并辅以1～2次的专业实训课程，让学生进入生产第一线，进一步理解控制原理和技术在现代化工业生产中的应用。

4、实验与实训设置

实验有助于加深学生对基本概念、理论和算法的理解。由于控制理论与技术课程涉及较多的教学内容，针对每个教学内容都采购专门的实验仪器设备，会给新开设的物联网专业实验室建设带来较大的压力，因此，课程开设初期可以采用仿真试验的方式，既可以涵盖理论教学内容，也能够降低实验室建设成本，以后再逐步增加实验设备及相应的实验。

Matlab软件功能强大，可以直观地显示并分析复杂的结果。很多高校都采用Matlab软件完成自动控制原理和计算机控制系统等课程的实验教学。物联网专业的控制理论与技术课程也可采用Matlab仿真软件，并辅以C或者C++等学生较为熟悉的高级编程语言联合编程，以满足相应的控制需求。

控制理论与技术课程共设置8个实验，每个实验2学时，实验内容为控制系统的Matlab数学建模、控制系统的时域分析、控制系统的频域分析、控制系统稳定性和稳态性能分析、控制系统串联校正、采样系统设计与实现、PID调节器设计与实现和电机控制系统综合设计。其中，前5个实验类型为验证性实验，后3个为综合设计性实验，以学生操作为主，每人一机，辅以计算机多媒体演示。在实际教学中，可根据实际情况调整验证性实验和综合设计性实验的比例，使学生充分理解理论教学内容、灵活运用所学知识，培养学生的综合能力。

实训可以使学生进一步理解控制理论与技术在实际工程中的应用，激发学生研究探索的兴趣，促使学生更快地把所学知识应用到工作中去。以青岛科技大学为例，物联网专业开设了“轮胎智能生产流程实训”。通过实训，学生了解了橡胶轮胎企业生产中的各个环节、各个流程，全面掌握橡胶轮胎企业中的控制原理与技术以及物联网相关的技术环节、技术装置和技术性能等，全面提高了学生综合知识的应用能力。

系统理论的基本内容篇3

〔论文摘要]如何处理学习借鉴西方乐理和发展完善自身传统音乐理论二者的关系，长久以来一直是音乐理论界讨论的热点问题。如何在教材编写中注重学科内在逻辑与教材受众主体的认知心理一致，应该也是值得和必须探讨的。文章从两个方面对普通高校教育“九五”部级重点教材《墓本乐理教程》进行概括性的阐述，以期能对墓本乐理教科书的编排原则有更为全面的认识。

西方乐理从进人我国的音乐生活开始，无论是在音乐生活还是专业教学中都一直倍受重视，相关专著、教材等研究成果不胜枚举。然而西方乐理是建立在其自身的音乐创作和研究基础上的，具有其国家和民族的特点，该理论能否统领不同国家、民族的音乐文化传统，值得认真研究和探讨。因此，在学习借鉴西方乐理的基础上如何正确对待中国传统音乐理论这一问题上，我国音乐理论界一直存在争议。此外，作为教材这一特殊的教学载体，其在内容编排上，除了要注重逻辑性、科学性以外，是否还应考虑学生的认知心理也是一个不容忽视的问题。本文试以童忠良先生的《基本乐理教程;(2001年出版)为例，从教材内容的广度及教材编排的逻辑性与学生认知心理的统一性两个方面对其作概括性的分析，以期与各位同仁探讨。

一、含古纳今，中学为体，西学为用，突出传统音乐理论的重要性

西方乐理从进人我国的音乐生活开始，一直占据着统治地位。wWw.lw881.com然而随着时代的变迁，乐理学科中的一些不尽如人意之处日益凸显:如一些术语、标记不够规范统一;在强调多元文化的今天，如何做好民族传统音乐基本理论的传承等等。童忠良教授在很早以前就提出在“西方乐理”内容基础上做“两极拓展”的构想，即:一方面朝着中国传统音乐、民族民间音乐、戏曲说唱音乐、尤其是中国传统乐律学等方面拓展;另一面则是面向20世纪的国际新音乐拓展。而这本教材则正是充分吸收当时基本乐理研究领域的最新成果，体现其“两极拓展”构想的实践成果。

“世界音乐的多样性是由音乐的民族性质决定的，也就是说，世界民族的多样性决定了世界音乐的多样性。没有不受民族特质约束的文化，也没有绝对脱离民族根基的音乐。”那么作为音乐文化最根本的基本理论而言，是否也应该充分重视其个性化的民族化的东西呢?1962年李重光先生曾著过《基本乐理教程》一教材，书中对欧洲基本乐理讲述得非常仔细、透彻，同时增加了以往同类教材中从未出现的中国传统乐理中的五声调式体系的内容，对中国传统音乐基本理论进行了本土化的研究和探索，可谓具有开拓性的价值。相比之下，童忠良先生的《基本乐理教程》则在中国传统乐理方面吸收增加了更多的成果，较以往迈出了跨越性的一大步。

该本教材主要包括三方面的内容:西方基本乐理、近现代乐理、中国传统乐理。在关于西方基本乐理的讲述上，其内容基本沿用了李重光乐理教材编写的体系，而在中国传统音乐基本理论内容上则与前人有较大的不同。

1、中国传统乐理的内容得到扩展并且其展现方式凸显了该内容的重要地位

第一，扩展了“音”与“音体系”概念的内涵

乐理学科的所有内容都是建立在“音”的基础之上的，该书中关于“音”的阐述，扩展了“音”概念的内涵。例如:

关于音乐的材料，作者在第一章第一节“乐音与噪音”中指出:“音乐中的音，虽然是以乐音为主要材料，但噪音的使用也是相当重要的。特别是世界民间音乐中的某些打击乐器所发出的音响，在该音乐中就具有极其重要的地位。此外，某些由自然音响或某种电声音响所产生的噪音，在现代音乐中的地位也越来越显得重要。”关于“音体系”的概念，童先生指出，“不可误认为音体系就只有基本乐理中的大调与小调”，还有“中国传统音乐的宫调理论”和世界其他不同民族与地区的“不同的音体系”。这些理论在以往的教科书里都是看不到的。

在多元文化音乐教育大背景下的今天，如何在培养学生正确理解音乐文化差异，寻找音乐文化交往基础的同时，能真正从本质上认识到中外文化的差异是“不同之不同”而非“不及之不同”，必然要求我们在教育中加强中华“母语”文化的渗透。而在音乐基础理论教育中就开始加强渗透和揭示，无疑是极为重要和有远见卓识的。

第二，改变了以往教科书中西方乐理一统天下的局面

在教程中涉及到中国传统音乐基本理论的传统律名、调式及曾侯乙编钟的乐学体系等内容时，通常是与西方乐理一并讲述。如:第一章共有六节，其中作者分别在第三节“音体系”、第五节“十二半音的不同标记法”和第六节“中国传统阶名、律名的标记法”中涉及到传统音乐理论;第三章共有五节，作者分别在第三节“中国传统音乐的八度分组’，、第四节“律吕阴阳”和第五节“四基与辅曾”中涉及到传统音乐理论;尤其是第八章、第十三章、第十五章几乎用了全部的篇幅来讲中国传统音乐理论，内容之多之精是以往教材所无法比拟的。

通过这样的陈述，无疑会给读者这样的一种概念引导，即“音乐是世界范围的音乐，其中有我们的中国音乐;所讲的乐理是世界音乐的乐理，其中也必然包括我们中国音乐的乐理”。同时，也得到启示:世界范围的各国音乐有共性也有个性，不能一味效仿共性而失去自己独特的赖以生存的个性。

第三、借助西方基本乐理知识对照讲解中国传统乐理是面对现实的务实选择

当下，尽管在人们的意识中对中国传统音乐的重要性和意义形成了共识，但事实上相当一部分中国音乐人对传统音乐理论还是所知甚少。毕竟以往的教科书没有给我们提供这样一种可能，而在童先生的教程中，只要愿意我们就可以更近距离、更通俗、更方便地接触它。

通读该教程，我们不难发现其间不仅讲到了黄钟、大吕等传统律名，还讲了八十四调、之调式、为调式、以及曾侯乙编钟的辅曾乐学体系等重要内容。而且这些内容都是在每一章节中，与西方乐理并行讲述，分量相当。同时，通过童先生的讲述和比较，用西方乐理来讲中国传统乐理，实在可以说是在两者之间搭了一座桥梁，使得两者之间的相似和不同之处都更容易让学习者理解和接受。

如第一章第五节“十二半音的不同标记法”中提到:“十二半音，有音名、唱名、阶名与律名四种标记方法。音名与唱名更多涉及到大小调体系，阶名与律名则属于中国传统宫调体系的范畴”，其后第六节详尽地讲述了“中国传统阶名、律名的标记法，”并对照指出“中国古代乐理中的‘律名’与基本乐理中的‘音名’，二者是可以对应互换的”。“实际上，第一律黄钟可以相当于现代音名的任何音。只要我们熟记了十二律名及其顺序，知道十二律之间都是半音关系，那么，不论黄钟相当于现代音名中的何音，都能很容易地推导出其余十一律与现代音名之间的对应互换结果。”

再如，第五章第九节“相隔八律与纯五度”中指出:“在中国传统乐学中，相隔八律是一个很重要的概念。所谓‘隔八相生’就是指‘相隔八律’产生另一律”。“这里必需知道的是，中国传统乐学的相隔八律(又简称‘隔八’)，实际上就是普通乐理的‘纯五度”’。这样的例子在该教程中，比比皆是。不难看出作者对传统乐学及西方乐理掌握之纯熟及对后学者的悉心引导。

2、适时增加现代乐理知识

时代的进步和社会的发展，使得我们的文化生活内容愈加丰富。各种音乐体裁不由分说地走进我们的听觉世界。有关摇滚乐、爵士乐等所表现的音乐风格在音阶、和声、记谱等方面的常识;以德彪西为代表的“印象派音乐”，以斯特拉文斯基为代表的“新古典主义音乐”，以勋伯格为代表的“无调性音乐”等现代音乐的多种多样的现代和弦、和音、记谱法等都使得一些近现代的新音乐与音乐受众之间的距离不断加大。在我们的乐理教学中，适时增加这些现代音乐的乐理知识是时代的迫切需要和必然选择。《基本乐理教程》在这方面应该说体现了正确的、开放的、实事求是的态度。

二、内容编排上的逻辑性、实用性、启发性及其与学生认知心理的不完全吻合

任何一部教科书，在内容组织上应有相对的完整性，体例设计应有内在的科学性，章节编排也应有潜在的逻辑性。具体到乐理教科书而言，也是如此。

(一)《基本乐理教程》一书在课程内容的编排上，遵循了这样的原则:一是以对音乐构成的物质材料以及组织原则、常用音乐概念、五线谱记谱法等理论知识和相关技能的全面介绍为主线的内容组织原则;二是注重内部逻辑性，注重章节编排原则。除了内容的范围较以往教材有所扩大外，在次序上作了某些改进比如说将调式排在和弦之前来讲述。这样将不同章节的内容有效地综合起来，以求达到温故知新而融会贯通的学习效果。这些都充分体现了作者在教材编排上的良苦用心。

(二)不仅注重具体知识的讲述，还精心地提出了一些简单有效的教学方法和学习方法，包括用一些自编的、朗朗上口的、形象的口诀来帮助学生理解和接受知识。如关于对不同时值的音符的记忆口诀:“全音符，一个圈，二分音符加符干;四分音符黑符头，加个符尾短一半。”又如对于不同时值的休止符归纳的口诀:“全休止，倒挂一;二分休止横卧一;四分休止似反“3”八分休止象正“7”十六分休止象双“7”三十二分休止再加“7”。

(三)布鲁纳主张，教师要善于引导学生去学习，要尽可能保留一些令人兴奋的观念的系列，以引导学生自己去发现，在发现学习中培养学生的主体性。从这个意义上说，该教材注意到了这一点:为了帮助学习者达到最佳学习效果，每章附有复习题，并且设计了问答形式的‘。复习题”和具体操作的“书面题”两类。并且其中有标注*号者，为选自有关音乐院校的招生考试乐理试题。使不同要求和能力的学生都有“悬念”，而这正是学生学习的动力。考虑到现实情况，童先生对一些章节作了说明，在涉及传统乐学和现代乐理部分都标有号，并明确指出这些内容是可以“灵活处理”“甚至可暂时跳过不讲”，则更是体现了其实事求是的态度和对教材适用性的认真考虑。

(四)教材的更新、发展和完善是永无止境的，作为具有权威性的部级教材更应该力求科学严谨。笔者以为，尽管《基本乐理教程》倾注了童忠良先生的大量心血，但其中仍不免会存在一些值得商榷的地方，比如:

(1)童先生将音程的定义表述为:“乐音间的音高距离，叫做音程。”笔者以为这一定义是不确切的，因为，它没有包括音程的特殊的乐音方面，而仅限于确定音的纯物理的相互关系。奥斯特洛夫斯基认为音乐实践只承认处于一定“音列体系”和一定调式中的音程。这就是说，音程不是由一般的物理上的音所构成，而是由乐音、音级所构成。同时他还认为，将“距离”一词用于指调式音级之间的距离时，也是不确切的。问题在于，音程的表现意义首先取决于构成音程的各音级的性质，而不只取决于各音级之间的距离。……音程中最重要的因素是音级，其次才是音高的距离。所以，音程的准确定义应该是:“调式的两个音级在音高上的相互关系叫做音程。”

(2)一般的教科书的编排习惯于把音程、和弦放在调式之前来讲述。这是遵循了心理学中行为主义的课程组织观点。行为主义认为，复杂行为是由简单行为构成的，主张把教学目标和教学内容分解成很小的单元，然后按照逻辑顺序排列，逐步通过强化手段使学生掌握课程内容，最终达到课程目标。这种观点认为教材内容的组织比学生自己的经验内容重要，主张课程内容的逻辑顺序，忽视了学生学习认知心理顺序和学科的整合性原则。然而认知心理学家认为学校课程所涉及的主要是认知领域的学习，理论假设为:学生的行为始终是建立在认知基础上的。所以认知心理学家研究的对象是学生处理环境中各种事件的内部心理活动，并试图解释学生头脑中的认知结构。

布鲁纳既是心理学家也是教育学家，他认为:任何学科都有一个基本结构，即内在的规律。“不论选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构”，因为基本结构反映了事物之间的联系，具有普遍而有力的适用性。有助于学生理解和掌握基本概念、基本原则，有助于学生记忆。而且，学习基本原理，缩小了“高级知识”与“初级知识”之间的差距，有利于学生举一反三，触类旁通。同时，他提出教材的编写应注意知识的“阶梯性”，使之适合不同能力的学生，再经过学生的自觉思维，最终为他们所接受，即所谓的“螺旋型课程”，这既适应学生的认知特点，又能促进学生的认知发展。

认知心理学思想对于乐理课程理论的影响，在于主张螺旋式的课程，因此必然会让学生一开始就学习音乐基础理论的基本结构和基本概念。这样则体现了学科呈现方式与学生的思维方式相吻合，力求使音乐基础理论知识和基本技能训练的基本观念在以后的学习中不断扩展、再扩展。按一定结构呈现的内容，在呈现内容的方式上既有着某种学科逻辑的联系，又使学生将学习内容与其记忆中的有关信息建立有机联系，防止其成为孤立信息，从而便于记忆和解决问题。

系统理论的基本内容篇4

关键词:操作系统;课堂教学;教学实施

中图分类号:G642 文献标识码:B

1引言

操作系统是计算机系统的核心和灵魂,是最为基础的软件系统,构造极为复杂。“操作系统”课程是计算机相关专业的专业核心课程,通过该课程的学习不但要求学生掌握操作系统的基本理论和知识,具有剖析、设计和实现操作系统的基本能力,而且应该培养学生的软件开发能力、技术创新能力、科学作风与综合素质等。因此,计算机科学与技术专业的学生必须要学好这门专业课程。

由于操作系统理论性与实践性结合紧密,涉及学科抽象、理论、设计3个形态,与理论模型、算法设计、软件系统、工程实现、程序设计、领域应用等密切相关,具有理论性强、概念抽象、难以理解掌握,设计技巧高、实现机制精妙、代码量庞大,技术发展迅速、知识更新快、内容广泛且与多个方向交叉等特征,因此“操作系统”教学有相当难度。

多年来,我们积极开展“操作系统”课程建设,跟踪计算机科学与技术的新趋势、新技术、新方法,不断更新教学大纲、理论教材、实验教材、电子教案、教学方法、实验环节,革新课堂教学和实验教学的内容和手段,改进考核评分办法、探索加强能力培养的途径,组建和培养教学师资梯队,开发数字化网络支撑平台,多方位、立体化推进“操作系统”课程教学质量的提高。

教材建设是课程建设和人才培养的核心,本文以作者编著出版的理论课教材《操作系统教程》(第4版)为背景,结合教材的总体规划与建设,围绕“操作系统”讲什么?怎么讲?介绍多年来在“操作系统”课堂教学上的心得体会,以期抛砖引玉。

2操作系统理论教材的规划与建设

2.1教材建设历史

南京大学是国内最先开展操作系统研究与教学的单位之一,我校自1973年为计算机专业本课生开设“操作系统”课程开始,到2009年为止,30多年间,共出版操作系统教材7本。1980年出版《操作系统原理》(人民邮电出版社),1987年出版《分布式操作系统》(国防工业出版社),1989年出版《操作系统教程》(高教出版社)获1992年部级优秀教材奖,1995年出版《操作系统教程(第2版)》获1997年江苏省二类优秀课程奖,2003年出版《操作系统教程(第3版)》获2004年江苏省优秀课程群奖,2008年出版《操作系统教程(第4版)》被评为2008年教育部精品教材。

2.2 《操作系统教程(第4版)》教材建设思路

操作系统是计算机领域最活跃的分支之一,尽管其基础理论与技术已基本成熟,进入二十世纪九十年代后,随着计算机技术突飞猛进,操作系统新概念、新技术、新方法层出不穷。“操作系统”课程一方面要适应这种发展的趋势,即时更新教学内容;另一方面,也必须抓住操作系统最基本的原理和技术,注重基础理论知识教学。

《操作系统教程(第4版)》(以下简称“第4版”)以“科学性、系统性、先进性、实用性”为教材编著指导思想,从理论、抽象、设计3个形态的高度来组织教学内容,将整个教材划分成十个知识单元:(1)概念与原理;(2)进程和线程;(3)同步、通信和死锁;(4)处理器管理和调度;(5)存储管理与虚拟存储器;(6)设备管理;(7)文件管理与虚拟文件系统;(8)安全与保护;(9)结构与设计、典型操作系统实例;(10)网络与分布式操作系统。教材安排布局和内容组织紧密围绕十个知识单元,有系统、有层次、有广度、有深度地展开全书内容。

第4版教材总体规划与建设过程中,着重考虑了以下几点:

(1) 既要涵盖传统操作系统的基本概念、技术和方法,又要融合现代操作系统的最新技术发展和应用。

(2) 注意理论联系实际,相关概念或原理内容,精选现代操作系统实例作剖析与对比,有益于学生深入理解基本概念和原理,牢固掌握设计与实现的技术和方法。

(3) 强调四讲:讲概念、讲原理,讲方法、讲编程。

以并发进程知识点为例,表1为进程通信知识点及层次安排,给出了自底向上构筑操作系统中“并发问题”解决方案的知识框架。从程序并发执行出现的与时间有关的错误问题出发,逐层深入、逐步展开与阐述,讲解并发程序设计从低级通信原语到高级通信原语,从面向指令的低级程序设计到面向语言的高级程序设计转化的过程,体现了操作系统并发性解决方案自底向上的构筑过程和不同层次。在每个层次上,不但讲概念和原理,也讲具体方法和用来求解经典同步问题的编程(伪代码)例子,使学生容易掌握这些重点与难点,既有利于学生正确理解概念和原理,又能培养学生的动手实践能力和分析解决问题的能力。

(4) 归纳综合、总结提高,从对概念和技术的散碎的感性认识,上升到系统的、理论的高度。资源管理是操作系统最重要的功能之一,目前所见国内外教科书都会讨论这些内容,但鲜有系统地论述的。第4版教材作了尝试与探索,归纳综合资源管理有关知识点,进行系统深化和总结提高。首先,给出资源管理的三种技术:复用技术、虚化技术和抽象技术,阐述每种技术的定义、用途和用法。其次,讨论操作系统中三种最基础抽象:进程抽象、虚存抽象和文件抽象,于是可面向进程而不是处理器、面向虚存而不是实存、面向文件而不是磁盘,也就是不直接面向硬部件进行处理,这样一来操作系统资源管理工作就会变得简单与有效。至此,就能从理论高度掌握资源管理技术,为教好学好操作系统打下良好基础。

(5) 注重基础知识,加强技能训练。确保基础理论和知识在课程中的地位,只有掌握理论和知识,才能为创新能力培养打好基础,这一点在第4版教材编写中予以关注。全书编写200多道应用题,作为实践和技能训练的内容之一。通过让学生多做各种类型应用题达到强化技能训练的目的,也是加强能力培养的一个重要方面。

(6) 注意与实验课教材的衔接。充分体现操作系统理工紧密结合,理论与实践紧密结合的特点。课堂教学以传授理论和知识为主,实验教学以操作和实验为主,理论可在实验中得到检验并指导实践,实验有利于对理论的理解并促进理论的发展。另外编写配套实验教材《Linux操作系统实验教程》,两本教材相辅相成完成“操作系统”教学任务。

3 “操作系统”课堂教学实施中的有关问题

系统理论的基本内容篇5

关键词：ICAI；系统模型；教学策略；综合集成方法论MSM；现代教育技术

中图分类号：G250.73 文献标识码：B 文章编号：1673-8454(2012)01-0030-04

计算机辅助教学（Computer Aided Instruction，简称CAI）是利用计算机来模拟教师的行为，通过学生与计算机之间的交互活动来达到教学的目的。即在计算机辅助下进行的各种教学活动，主要是以对话方式和学生讨论教学内容、安排教学进程、进行教学训练的方法与技术。CAI为学生提供一个个人化的学习环境，综合应用多媒体、知识库等计算机技术，这是传统CAI的主要应用方式。

在没有智能系统支持的情况下，传统CAI尽管可能具有良好的教学材料模型，但它往往仅借助于计算机来展示教学内容，并不能很好地根据它所教学生的学习特征，以不同的教学策略和教学方法来教授；只是盲目地传授知识给学生，如果某个学生不能接受提供的教学策略，系统没有为这个学生提供可供选择的另外的教学策略。目前使用的绝大多数CAI是将全部教学信息以编程方式预置于课件中，这样的CAI课件一旦制作完成，很难对课件进行更新和维护，尤其是在这样的CAI系统中，学生的学习仍然处于被动状态，即完全受计算机控制。

一、智能化计算机辅助教学概念

现代教育技术的日益发展以及与其他领先技术的结合，必然促使计算机辅助教学CAI的进一步发展。人工智能技术应用于CAI产生的基于网络环境的智能化CAI，就是现代信息化社会发展的产物，并在教育教学领域中有很好的发展前景。

人工智能是计算机科学的一个分支，它的目标是构造能表现出一定智能行为的，目的就是让计算机这台机器能够像人一样思考。人工智能的研究更多地是结合具体领域进行的，主要研究领域有专家系统、机器学习、模式识别、博弈、智能决定支持系统、人工神经网络等等。人工智能技术与专家系统的成就，促使人们把问题求解、知识表示这些技术引入CAI，并借助于网络环境来实施，这便是智能型计算机辅助教学。

智能计算机辅助教学ICAI（Intelligence Computer Assisted Instruction）属于人工智能的一个分支，是以认知科学和思维科学为理论基础，综合人工智能技术，教育心理学等多门学科的知识对学生实施教育的一门新的教育技术。ICAI通过研究人类学习思维的特征和过程，探索学习知识的模式，利用信息化网络环境使学生获得个别化自适应性学习的获取知识方法，从而使学生的学习更有针对性，更有效。

ICAI依靠人工智能技术的进步，主要应在因材施教方面取得进展。其主要特点是:

（1）能自动生成适合学习者程度的学习内容。

（2）能根据学生的不同认知水平与学习风格选择教学策略和教学方法。

（3）能评价学生的学习结果，并不断地在教学中改善教学策略。

二、智能化计算机辅助教学研究现状

现阶段，在一些发达国家，如美国、日本、加拿大、英国、法国、澳大利亚等，CAI已经普遍存在于学校和家庭中，正起着越来越大的作用。而ICAI的研究还处于初始阶段。目前国内在这一领域的研究主要集中在CAI和ICAI的优缺点比较，ICAI的理论来源、系统特征、模块建设、发展趋势等基础理论知识的研究，基于相关课程或学科的实践研究还比较少见。智能教学系统的设计和开发是一项复杂的系统工程，由于需要考虑的因素较多，系统比较庞大，同时也依赖于人工智能等技术的发展,因而要建立完善的ICAI还是比较困难的。[1]因此ICAI有很大的理论和实践发展空间。

完善的ICAI系统需能够充分调动学生的主动性，并能通过分析推理，对某具体学生做出适合的教学决策。使学生获得个别化自适应性学习的学习方法，达到因材施教的目的。人工智能技术的发展必将会对ICAI的发展起到巨大的推动作用。随着计算机科学的发展，21世纪的教育教学辅助手段将是以ICAI为主线，多学科、多方位发展的新技术的体现，越来越多的教育工作者会从更多的视角审视ICAI，并从事ICAI的研究。相信ICAI将会在现代教育领域中有更广泛的应用。

“现代教育技术”既是教育技术专业的必修课程，也是大中专院校广泛设置的选修课程，适用范围非常广泛。本文以《现代教育技术》这门课程为主要研究对象，来研究智能化教学系统设计在具体实践中的应用。

三、ICAI决策系统的理论依据

1.综合集成理论

教育是以人为主体参与的活动，而人本身就是一个复杂巨系统，因此以这种大量的复杂巨系统为子系统组成的系统――教育系统，是一个复杂巨系统。依据系统与其环境是否有物质、能量和信息的交换，将系统划分为开放系统和封闭系统来看，学生的学习受到教师、同学、家庭及社会等因素的影响，所以教育系统是一个开放的复杂巨系统。

钱学森的理论和实践研究表明：现在能用的、惟一能有效处理开放的复杂巨系统的方法，就是定性定量相结合的综合集成方法论。综合集成方法论（Meta-synthesis Methodology MSM）是方法论上的创新，它是研究复杂巨系统和复杂性问题的方法论。[2]定性定量相结合的综合集成方法是将专家群体(各种有关的专家)、数据和各种信息与计算机技术有机结合起来，把各种学科的科学理论和人的经验知识结合起来，发挥这个系统的整体优势和综合优势。[3]它把人的经验、知识、智慧以及各种情况、资料和信息系统集成起来，从多方面定性认识上升到定量认识，从而达到解决复杂系统问题的目的。在解决问题的过程中，专家群体和专家的经验知识起着重要的作用。

教学系统设计是一个复杂的系统，它是由教育系统的复杂性决定的。教育系统具有复杂系统的基本特点，它在结构与功能上表现为规模大、相关因素多且相关方式复杂、目标多样等；在运动上表现为随机性、非线性等。用一般的理论方法无法全面合理地解决这一不良结构的问题，本研究尝试用综合集成方法论来指导、分析教学设计智能化过程。因此，运用综合集成理论的方法来研究教学设计系统，探讨具体科目的教学设计在设计过程中遇到的复杂性问题，进而构建科学合理的教学设计系统，具有重要的理论和实践价值。

2.教学设计理论

本文采用“双主”教学模式作为ICAI的教学设计的理论基础。“双主”教学模式既能发挥教师的主导作用又能充分发挥学习者认知主体作用，是在教师主导下的课堂中能让学习者参与进来共同学习的一种教学模式。

基于“双主”的教学模式，要求根据学习者的特征、学习内容、学习策略、学习目标等多种因素的不同情况研究它们的结合方式，以使系统达到理想的教学效果。

基于网络环境的ICAI相对于传统的CAI来说，充分体现了“双主”的教学模式。ICAI中有专门分析学习者学习方式和认知水平的学生模型，有专门为不同的学习内容选择不同的学习策略的策略库模型（也称为教师模型），有评价学习效果并反馈给系统的评价模型。学生模型是对学习者的学习特征进行分析，包括学习者的学习风格、认知水平。策略库模型包含有丰富教学策略和有一个智能推理机，能根据学生模型的信息和学习目标为学习者选择合适的学习策略，指导学习者学习。

3.建构主义学习理论

当代建构主义者主张，世界是客观存在的，但是对于世界的理解和赋予意义却是由每个人自己决定的。建构主义者认为学习者要以自己的经验为基础来建构现实，或者至少说是在解释现实，每个人的经验世界是用自己的头脑创建的。

学习过程同时包含两方面的建构：一方面是对新知识意义的建构，同时又包含对原有经验的改造和重组。建构主义者强调学习者在学习过程中能够灵活地建构起用于指导实践活动的图式，这种图式是对概念的丰富理解，依据个人经验背景的不同而不同。

教学应当把学习者原有的知识经验作为新知识的生长点，引导学习者从原有的知识经验中，生长新的知识经验。教学不是知识的传递，而是知识的处理和转换。

ICAI伴随着这种理论的发展而发展，它注重的是由学习者来控制学习过程，重视学习内容的知识结构和学习情境，让学习者主动构建对自己有意义的知识的活动。基于网络环境的ICAI积极地为学习者创设学习情境，帮助学习者用他们已有的知识去建构、生成、整合新的知识。

4.教学处方理论

“教学处方理论”是郑永柏博士于1998年提出的一种新型适合于信息化教学设计的理论，他通过对教学系统设计理论和计算机辅助教学设计方面的研究，建构了一种新型的教学系统设计理论――教学处方理论。该理论主要包括：六个基本概念、一个理论框架、三条基本原理和两个关于教学设计的知识库。[4]

该理论指出教学处方可以看作是教学设计者(有时可以看作是教师)依据系统分析后使用的各种教学模式、教学方法和教学内容处理模式的组合；说明了在特定教学条件下对特定教学结果的教学，以不同的学习理论和教学理论为指导将会采用不同的教学方法，即教学处方，这也是本研究的核心内容，是该系统设计的指导理论。“教学处方理论”具有更好的包容性、开放性，能够吸收和容纳丰富的学习和教学研究成果。

四、ICAI系统的模块结构

1.前端分析模块：认知能力、学习动机、认知风格

前端分析是美国学者哈利斯（Harless，J．）在1968年提出的一个概念，指的是在教学设计过程开始的时候，先分析若干直接影响教学设计但又不属于具体设计事项的问题，本文主要指认知能力、学习动机和认知风格方面的分析。前端分析模块主要是建立相应的学生特征类型的数据库。

认知能力的测量采用认记、理解、应用、分析、综合、评价六个维度，每个维度有“优、良、中、差”四个选项。通过数据分析找出学习者的现状和期望之间的差距，确定需要解决的问题是什么，并确定问题的性质，形成不同层次的教学设计项目的目标。

学习风格和学习动机通过专门的量表来收集数据。

2.内容分析模块

教学内容分析就是在确定好总教学目标的前提下，借助归类分析法、图解分析法、层级分析法、信息加工分析法等方法，分析学习者要实现总的教学目标，需要掌握哪些知识、技能或形成什么态度。通过对教学内容的处理，确定学习者所需学习内容的范围和深度，确定内容各组成部分之间的关系，为以后教学顺序的安排奠定好基础。

对教学内容的处理主要包括：教学内容的选择、教学内容的编排、确定单元目标及对内容进行初步评价、分析教学内容类别及性质等四个基本方面。在构建规定性教学内容处理模式库时，应对上述四个方面提供具体的方法。[5]

3.决策模块

教学策略（处方）的制定就是根据特定的教学目标、教学内容、教学对象等条件，来合理地选择相应的教学顺序、教学方法、教学组织形式。在数据库中建立可供选择的不同的教学策略（处方），是本文所研究的ICAI系统的主要模块，也是特色模块。

教学策略（处方）的制定包括教学顺序的确定、教学方法的选择、教学组织形式的选择等。教学顺序的确定就是要确定教学内容各组成部分之间的先后顺序；教学方法的选择就是要通过讲授法、演示法、讨论法、练习法、实验法、示范模仿法等不同方法的选择，来激发并维持学习者的注意和兴趣，传递教学内容；教学组织形式主要有集体授课、小组讨论和个别化自学三种形式，各种形式各有所长，须根据具体情况进行相应的选择。教学策略的制定是根据具体的目标、内容、对象等来确定的，要具体问题具体分析，不存在能适用于所有目标、内容、对象的教学策略。

4.评价模块

在基于网络环境的ICAI的评价模块，要依据前面确定的教学目标，运用评价量表，分析学习者对预期学习目标的完成情况，主要收集三个方面的基本信息，一是要收集关于教师对教学设计方案和教学方案实施结果的满意度的信息数据，二是要收集关于学习者对教学过程、教学策略的适应性的信息数据，三是要看与其他方法相比，本处方中所采用的方法是否有独到之处，是否有不足之处。[6]在数据分析的基础上，对教学策略和教学内容的修改和完善提出建议，并以此为基础对ICAI各个环节的工作进行相应的修改。

5.ICAI系统模型框图

学习者前端数据采集数据库包括：认知结构测量及分析系统、学习动机测量及分析系统、学习风格测量及分析系统和学生基本信息系统。系统模型如图所示。

五、ICAI决策系统实验数据来源

本课题实践研究的调查对象来自云南大学，是2008届市场营销教育和财会教育本科生，共89人，课程设置为现代教育技术。学生调查表包括本科生基本信息表，所罗门学习风格量表，学习者认知能力调查问卷，学习者学习动机调查问卷四份表格组成。实际收到数据表89份，有效数据表75份。数据表中的信息选项根据所占权重，统一折合成百分制进行处理。

六、总结

本文把教学设计理论、方法与“现代教育技术”课程相结合，拟研发出一个基于综合集成方法论的广义智能网络教学设计辅助系统。主要研究成果如下：

（1）把综合集成方法论引入解决教学设计这一不良结构问题；

（2）结合数字化方法和数据挖掘技术，它能对学习者进行数字化的前端分析；

（3）它所自动化给出的教学设计方案，可为青年教师提供良好借鉴，有利于教师因材施教、因风格施教、因需要施教；

（4）它所自动化给出的学习者学习建议方案，有利于促进学习者自主学习。

现有的CAI存在的许多问题随着新技术的不断出现而显得越来越不能适应新环境的需求，因此以基于网络环境的ICAI为代表的新计算机辅助教学系统，将是教育教学研究人员在教育技术上需要不断探求、努力实现的发展方向。

参考文献：

[1]杨采坚，董玉铭.智能教学系统设计[J].中国电大教育,1993（3）.

[2]于景元,涂元季.从定性到定量综合集成方法――案例研究[J].系统工程理论与实践,2002.5.

[3]钱学森,于景元,戴汝为.一个科学新领域：开放的复杂巨系统及其方法论[J].自然杂志,1990(1).

[4]郑永柏.教学系统设计理论和方法研究:教学处方理论和ISD-EPSSS的设计与开发[D].北京师范大学博士学位论文，1998.

系统理论的基本内容篇6

关键词：仿真；课群；教学改革；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）10-0098-03

一、引言

仿真技术已成为与理论研究、实验研究并列的第三种认识和改造客观世界以及科学研究的手段，因此仿真技术被认为是一种“使能”技术。仿真类课程是控制科学与工程学科的重要课程，在理论和实验教学、科学研究、装备研制中都发挥着不可替代的作用。因此，建设好仿真课群对于学员专业素质的提高与创新能力的培养具有重要的意义。

仿真科学与技术是一门多学科交叉融合的新兴学科。因此，相关专业能力的培养不可能靠一两门课程的配置达到，需要精心设置和规划相关课群，并从基本概念、基本方法、基本理论、工程应用等方面进行整合和统一架构化，形成一个以培养学生专业素质为目的的仿真课群体系。

本教学组在教学内容改革、师资队伍建设、教学资源建设、实践教学完善、人才培养等方面开展了全方位、高质量的仿真课群建设探索与实践，对该课群内的《计算机仿真技术》、《系统仿真技术》、《复杂系统建模与仿真》、《导弹控制系统仿真实验》及《精确制导武器半实物仿真技术》等课程进行了有创新性的、高质量的整合和优化，使课群内各门课程的整体教学水平得到了大幅度的提高。通过十多年的教学实践，形成了一个特色鲜明的仿真课群体系。

二、建立了本硕博一体的菜单式课群体系，实现了课群内课程内容的整合、优化与统一架构

为适应教学改革的发展，同时也为了进一步符合本科生、研究生的教学要求，根据不同培养目标定位和仿真类课程的特点，以培养宽口径、基础扎实和具有创新性的高素质人才为目标，按照理论和实践、知识和能力相互配合、重在实践的教学理念，构建了以本科《计算机仿真技术》、硕士《系统仿真技术》、《导弹控制系统仿真实验》和博士《复杂系统建模与仿真》、《精确制导武器半实物仿真技术》适合于本硕博一体、菜单式的课群体系，制定了相应的课程标准，精选了教学内容。

在如何精选课程内容，避免课群内教学内容大量重叠方面，课题组经过了多年的探索和实践。我们认为，仿真方向的课程教学内容要从宏观上分为三个层次：基础级、提高级和前沿级，这三个级别分别对应于本科生、硕士研究生和博士研究生。对本科生来说，主要定位于最基础的理论和最基本的方法；对硕士研究生来说，主要定位于工程应用技术，特别是当今工程实践中普遍采用的成熟理论和方法；对博士研究生来说，主要定位于仿真技术的发展前沿和基础理论，特别是关注当今研究的热点问题。

基于这样的思路，本科课程应该准确地定位于仿真学科基础级课程。换言之，该课程的教学目标是为所有其它仿真类和控制类课程打下最底层的知识基础。因而本科《计算机仿真技术》课程在课时有限的限制下，将主要内容定位在仿真基本概念和连续系统的仿真方法上，而对离散事件系统仿真以及仿真技术的具体工程应用则只作一般性了解的要求，一句话，本科的课程主要让学员掌握基本的仿真方法。

事实上，这种定位与美国亚利桑那大学面向建模与仿真领域的“建模仿真理论与应用”课程、系统工程方向的“系统仿真”课程以及澳大利亚皇家墨尔本理工大学的“仿真技术导论”、麻省理工学院的“建模与仿真导论”课程等存在一定的对应关系。换句话说，遵循这种定位的课程教学内容将与国际上同类课程的教学内容基本保持一致，也大致与国内清华大学、北京理工大学、国防科技大学等的相关课程保持一定的对应关系。

硕士课程则定位于掌握理解仿真的具体应用技术及一般仿真系统的实现技术，并且能够真正动手进行仿真实验；博士课程则定位于让学员掌握仿真的基本理论和方法，并且强调从认识论和方法论的角度来提高对系统的认识，即使面对复杂系统，也可根据仿真的基本理论和方法学开展仿真研究。另外，在具体的仿真系统构建上，开设《精确制导武器半实物仿真技术》课程，对于学员掌握半实物仿真技术，构建半实物仿真系统具有重要的意义。课群内课程关系如图1所示。总之，根据以上课程内容设计思路，较好地解决了各授课层次教学内容的有效衔接和划分，优化了教学内容和课程体系。

三、加强教学资源建设，提高教学效果

1.开发本科辅助教学软件，增强学员理解仿真算法的能力。计算机仿真技术作为仿真科学与技术涉及到的有关具体仿真技术中最为基础的部分，具有综合性、多学科交叉等特点。因此，学员普遍反应该课程难学。另外，由于本科课程学时有限，学员很难对本课程的主体内容有较好的掌握，虽然连续系统的仿真方法容易掌握，但如何具体应用，各种方法特点是什么，学员并没有直观印象，缺乏深层次的掌握，可以说学完之后仍然是模糊的。为此，我们利用Matlab语言开发了连续系统仿真算法辅助教学演示软件，辅助本科课程的教学。所开发的软件的主要功能包括：（1）对常用的数值积分法进行仿真演示，演示各种连续系统仿真算法的递推求解公式，显示每步计算结果；（2）对典型的一阶系统、二阶系统和三阶系统进行仿真建模并进行演示；（3）对仿真结果和精确解进行比较；（4）对病态系统进行仿真方法的比较；（5）对鱼雷攻击移动目标（9阶系统）过程进行仿真建模分析，并仿真演示其仿真研究过程。

在教学过程中，涉及到相关仿真算法时，利用辅助教学软件进行教学演示，对公式的推导、每步计算过程和结果都进行演示，并最终演示仿真结果及与精确解、其他仿真算法之间的差异，从而帮助学员理解算法的计算过程。

2.编写教材、出版专著。根据课程标准和课程内容的选择，我们编写了《计算机仿真技术基础》内部教材，经过近5年的使用，在此基础上经过修订，计划明年正式公开出版《计算机仿真技术》教材，满足教学需求。同时，我们在2009年出版了专著《复杂工程系统建模与仿真》作为博士课程的教材，另外还根据教学内容的安排，编写了部分内容的讲义，满足了博士生教学的需要。

下一步，我们还将结合科研实践，出版半实物仿真技术方面的专著以满足《精确制导武器半实物仿真技术》课程的教学需求。

四、完善实践教学环节，增强科研型实验系统在教学中的应用

仿真学科是一门理论和工程性较强的学科，学员只有通过工程应用才能对仿真技术和理论有更深的理解。鉴于作者所在的制导与仿真技术实验室已经建立了多个仿真实验系统，如何发挥其在仿真课群教学方面的作用，是本课题组长期思考和探索的问题。

1.制定了现地教学和实验课程标准。为了加强实践教学环节，制定了实验课程标准，在科研型仿真试验系统的基础上开发了相应的仿真实验系统，为实践教学环节提供了重要的平台支持。为本科课程制定了现地教学内容和标准，结合某导弹控制系统数学仿真和半实物仿真系统进行现地教学；为硕士、博士课程制定了实验课程标准，为硕士生课程开发了相应的仿真试验系统，如XX制导武器半实物仿真系统”、“XX导弹控制系统半实物仿真系统”、“XX导弹六自由度数学仿真与决策系统”、“XX导弹飞行可视化仿真系统”、“XX导弹攻防对抗仿真系统”、“XX攻击可视化仿真系统”等，并在近3年的教学中加以应用，提高了学员学习兴趣，了解仿真技术如何在导弹武器性能评估、分析中发挥作用。

2.将科研成果和大型科研型仿真系统引入硕士博士教学。在博士硕士课程中，结合近几年承担的仿真类科研项目，将最新研究成果引入课堂，动态更新教学内容，动态更新教学内容，其中“红外成像制导/激光半主动制导/卫星导航/地磁匹配导航半实物仿真技术”、“基于复杂性理论的XX作战建模与仿真方法”等理论与方法都直接来自于所承担的科研项目，分别在2门博士生课程中加以介绍，让学员了解仿真理论与方法在武器系统工程中的具体应用以及相关领域的研究现状和发展趋势。

五、建设了一支教学、科研和学术水平较高的仿真课群教学队伍

青年教员的培养是保证课群建设可持续发展的关键。课群组高度重视青年教员的培养，采取一系列措施，极大地提高了课群组教员的教学能力和水平，具体措施包括：一是让青年教员尽快上讲台。课群组鼓励青年教员进行高水平研究的同时，还尽量安排青年教员进行练讲、随堂听课、答疑、指导实验等教学环节；正式授课前，还安排有经验的教员进行指导和授课点评，保证了青年教员授课能力的提高和顺利成长。二是注重加强青年教员的综合能力素质培养。有意识地培养青年教员爱岗敬业、专心教学的思想，加强课程设计，在“教好学、上好课”上下功夫；鼓励青年教学继续深造学习，团队中有5人具有博士学位，1人正在攻读博士学位；带动青年教员参与科研项目攻关，增强其科研学术能力。三是资源共享，加强交流。教学组内部定期开展教学方法和教学内容的研讨，并进行集体备课活动，交流经验，实现教学上的共同进步；要求军内外仿真领域专家来校讲学，传授教学经验。

经过多年的努力，培养造就了一支科研学术能力较强的教学队伍，教学团队成员承担了大量的仿真类科研项目，发表了一系列仿真类文章。教学团队共有6名教员，全部为中国系统仿真学会会员，5人次获全国优秀仿真科技工作者称号，3人兼职全国性学会理事、副秘书长和仿真杂志编委，2人获军队院校育才银奖，多项研究成果获国家和军队科技进步奖，2人次在校级教学比赛中获奖。承担本科仿真课程的有4人，硕士课程的有4人，博士课程的有3人，每门课程最少有两名教员可以独立承担。近几年在人才培养方面，2人获军队优秀硕士论文，5人次获陕西省自动化学会本科优秀毕业论文特等奖、一等奖和优秀奖。

六、结束语

经过多年的改革、实践与创新，我校仿真课群在体系架构和优化整合、教学内容改革、教学资源建设、实践教学环节等方面取得了长足的进步，特别是将多个大型科研型实验系统引入教学中，已经成为我校测控工程专业培养创新型人才的重要平台。总之，仿真课群已经成为满足我校控制科学与工程学科本科生和研究生教学需求的重要知识群体系。

参考文献：

[1]潘峰，薛定宇，陈大力，等.计算机仿真课群教学体系的改革与实践[J].高等教育与学术研究，2009，（06）：1-5.

系统理论的基本内容篇7

关键词：热学；热统；整合

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）43-0121-03

“加强教学基本建设，提高人才培养质量，增强社会服务能力”，是地方性院校的办学宗旨。为适应这一形势，我校这类新升本科院校必须一切以教学工作为中心，改变人才培养模式，积极倡导理论课教学内容整合、教学方法的改革和现代教育技术手段的运用，降低必修课比例、加大选修课比例、减少课堂讲授时数等，增加学生自主学习的时间和空间，拓宽学生知识面，提高学生的学习兴趣，完善学生的知识结构，促进学生个性发展，培养服务地方经济的应用型、技能型人才。对热学和热力学与统计物理课程整合已有许多文献[1-3]，但是，本文根据我校实际情况对《热学》与《热力学与统计物理》（以下简称“热统”）两门理论课进行整合与改革，突出适应我校的富有特色的课程设置与教学模式。

一、课程整合的原因

1.教学现状。我校2011级物理学专业的培养方案是把“热学”安排在第三学期上，共72学时；而“热统”安排在第六学期上，共54学时。2011级应用物理专业的培养方案是把“热学”安排在第三学期上，共54学时；而“热统”安排在第六学期上，共54学时。2011级光电子技术科学专业的培养方案是不开设“热学”，而“热统”安排在第六学期上，共54学时。2012级、2013级的培养方案是把“热学”和“热统”课时数都减为54学时，所开设的学期不变。这样，由于我们这种地方性院校学生基础较差，学生对“热学”知识的掌握不深入，两门课的跨度时间又过长，导致上“热统”的时候老师还要再详细地给学生复习“热学”部分基础知识，导致“热统”教材中的热力学部分的讲解占用大量的时间，在有限的课时内不能更多讲解系综理论的内容，以及介绍与课程有关的前沿知识和应用，不能突出“热统”这一门课的核心地位，学生的实践能力的培养得不到保障。

2.“热学”与“热统”内容的重复性。目前，我校物理学专业“热学”和“热统”课程使用的教材为：李椿、章立源、钱尚武编的《热学》，是普通高等教育“十一五”部级规划教材[4]，其结构基本上先是微观理论部分，后是宏观理论部分，最后是物态与相变。汪志诚编的《热力学・统计物理》[5]（以下简称“热统”），内容包括热力学与统计物理两个部分，其中热力学讲授的主要是热力学的基本定律、热力学函数、相平衡与化学平衡等；统计物理部分主要讲授玻耳兹曼系统、玻色系统、费米系统、系综理论、涨落理论和非平衡态统计理论初步。据统计，“热统”课程中热力学部分和统计物理部分各占总内容的46%和54%。而“热学”课程中的热力学定律部分和“热统”课程中热力学的部分内容重复率高达2/3，“热学”中统计物理部分和“热统”中统计的部分内容（玻耳兹曼统计、能均分定理、麦克斯韦分布等）重复率近1/4。按照这样的课程设置进行授课，我们新升本科院校的办学宗旨难以得到很好的实现。

二、“热学”和“热统”课程的整合思路和整合原则

“热学”和“热统”课程整合是为了适应现代社会对知识发展的需求，其知识体系符合培养地方院校培的人才培养模式，既要整合重复部分又要强化与现代科技的联系，增加实践部分，淡化传统部分。第一，“热学”和“热统”整合后应保持原有知识体系的完整性和系统性。以热物理学的基本概念、基本规律、基本方法为主线，突出热物理学的学科特点，突出热物理学研究问题和解决问题的方法和思维。第二，“热学”和“热统”的整合要符合教学的基本规律、人们认识事物的基本规律和学生的认知规律。从宏观热现象入手，通过合适的实验定律、逻辑演绎推理，去认识微观热现象的本质，又从微观入手，建立物理模型、物理过程，应用统计物理学的方法理论分析物质的宏观特性，如图1所示。第三，“热学”和“热统”整合后的内容渗透现代化知识。整合后，老师可以在每一章之后把与课程内容有关的新成果、新方法和新理论充实到课堂教学中来，便于学生瞻望热物理学与近代科技前沿之间的发展关系，开阔眼界，启迪思维，增强热物理学的实用性，避免学生总是认为热物理学的知识太老了，与现代生活没有联系。进一步培养和提高学生的学习兴趣，提高教学质量。

三、课程整合的实践与改革

结合我校物理学专业的学生基础、师资队伍、教材建设等各方面的情况，“热学”与“热统”课程独立教学。在教学过程中，采用两本教材教学，对相同、重复的内容合二为一进行教学，根据教学要求和培养目标，合理选取教学内容：第一，授课内容的整合。可以将《热学》整合为五章，其内容包括：绪论―温度―热力学第一定律―热力学第二定律―气体分子运动论，第四学期开设。在第一章温度的物态方程部分增加介绍与物态方程有关的几个物理量：体胀系数、压强系数和等温压缩系数（为《热统》中的内容），将《热统》整合为六章，其内容包括均匀物质的热力学性质―近独立粒子的描述―玻耳兹曼统计―玻色统计和费米统计―系综理论―涨落理论，第五学期开设。这种编排体现了热物理学知识结构的完整性、严谨性和科学性，体现了从宏观到微观，又综合运用宏观微观两种方法阐明物质的性质及它们之间的转化规律。这种体系避免了两门课程内容不必要的重复，知识点之间更具很好的衔接，这种安排在教学体系上一气呵成，有利于必课时数大大减少的新形势下有效地完成教学内容，能有相对充足的时间介绍统计物理，以便于把热物理学这门学科拓展为既老又新的知识。第二，在“热统”教学中大量削减热力学内容。在“热统”中主要讲授统计物理的理论和应用。关于热力学的基本概念和基本定律，在“热学”中已作过较详尽的讨论，不作更多的介绍。在“热学”中已讨论较多的“麦-玻分布（最可几分布）”也尽量不再重复，只将它作为系综理论的结果讨论。这样，还可以更好理解宏观理论与微观理论的统一，使学生认识上一个层次。第三，适当增加实践课。每学期安排1～2次专题讲座，请外校或本校的资深专家教授介绍热物理学学科的最新进展，如负温度的概念、熵在信息和生命科学中的应用等。通过这种方式将前沿科学与课堂教学内容相结合，这不仅避免了学生急功近利的想法，还引导学生对旧知识、物理学史的更深的理解，而且让学生身临其境地体会到科学家正在向大自然探索的问题以及解答这些问题经常使用的方法，这样既能增强学生的实践能力，又能为培养适应现代社会的富有竞争能力的人才创造了条件。第四，为考研学生进行辅导。据调查，我校毕业的学生考研的仅占4%左右，大部分毕业生都到各行政、机关、企事业单位工作。对于少数考研学生而言，整合后的知识内容可能不满足考研的要求，老师可以专门给考研学生集中进行辅导，再增加整合后没有讲到的又与考研有关的内容，强化考研章节。

四、改革教学方法

根据整合后的教学内容，传统的教学方法已不再适应新教学内容和新形势的发展，只有知己知彼地分析设计一种全新教学模式：精练地讲解整合后的重点内容+渗透现代化知识的精彩的PPT课件+广泛的师生研讨+课程内容相关知识拓展，并逐步形成“问题为纲，分层教学，师生互动，自主探索，协作讨论，课后辅导”的教学模式。例如，封闭系：近独立粒子的麦-玻分布、玻耳兹曼统计、玻色统计、费米统计这些内容是统计热力学的重点、难点，所以占用学时也是最多的，配分函数可说是本章的关键。一定要改变传统的教学方法，使用全新的教学模式教会学生能利用统计物理“三步曲”熟练计算配分函数，从而求出所有热力学函数，并拓展其内容，总结研究热物理问题的方法和思维，引导和协作学生研讨课程内容与前沿科学的新科技新成果的联系。实践表明，利用整合后的课程内容和改革后的教学方法对2010级物理学专业（1）、（2）班的学生进行教学，并做了问卷调查：学生的补考率相对整合前少了，大多数学生对热物理学有了新的认识，不再感到热物理学知识的陈旧，也排除了物理学专业的学生流传下来的物理学既难学又没用的观点，对学习物理学不再有盲目感了，了解到热物理学与科学研究息息相关，而且非常重要。例如：激光冷却、超导、超流现象都是与热物理学为基础的新科技成果。激发了学生的学习兴趣，提高了学生的认识能力。

在高等教育改革不断推进的今天，作为物理学专业基础课和专业主干课程的“热学”和“热统”，其内容过多重叠而且知识陈旧。怎样整合两门课程，优化课程设置，以达到高效的教与学的目的，达到培养服务地方经济的应用型、技能型人才培养的目标，是我们教师必须考虑的问题。从我校的实际情况出发，对“热学”和“热统”两门课程进行整合和教学方法进行改革，理顺知识体系，删减重叠内容，增加现代科技内容，不但使总的教学时数减少（由72+72学时减为54+54学时），而且学生的物理概念、物理模型、物理过程进一步加强，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的认识能力。课程整合不仅没有削弱学生的物理基础，反而得到了加强。但是，在实施课程整合过程中有相当大的难度，不仅需要教师具有广博精深知识结构，还要富有创造性思维和创新，还需要教师不断地学习、不断进步，了解与本学科有关的前沿的新知识。

参考文献：

[1]谢国秋，刘仁臣，程和平.热学和热力学与统计物理课程整合探索与实践[J].高等理科教育，2010，（3）：68-70.

[2]梅金硕，桂太龙，王，等.整合理论物理课程体系及教学方法探讨[J].信息技术，2012，（11）：37-39.

[3]苏安.“热学”与“热力学统计物理”课程整合探索[J].教育与职业，2008，（9）：84-86.

[4]李椿，章立源，钱尚武.热学―普通高等教育“十一五”部级规划教材[M].第2版.北京：高等教育出版社，2008.

系统理论的基本内容篇8

1、重视课程体系架构的教学

在绪论课上,我们向学生讲解两方面内容:一是以“自动控制技术与人类进步”为题介绍控制论的发展史、自动控制技术的发展对人类社会产生的影响、现代控制理论产生的数学基础、现代控制理论的主要内容等,向学生强调控制理论处在以自动化、计算机和机器人为代表的新技术革命的核心,控制理论的成果在美国Apollo登月计划实施中起过实质性的作用[12]。由此启发学生对该课程的兴趣,让学生了解到现代控制理论是应分析与设计高质量和大型复杂控制系统的需要而产生的,它以近代应用数学为理论工具。二是向学生说明控制技术与信息技术的关系。现在信息技术已渗透到生活中的方方面面,信息产业的发展也日新月异,数学与应用数学专业和信息与计算科学专业的学生就业主要在信息产业中,而控制技术是信息技术的四大基本技术之一[13],现代控制理论的内容为从事信息技术方面工作提供重要的思想方法。

2、优化教学内容,突出本质性概念

在教学内容的选择上,必须抓住最基本、最本质的概念、原理和方法及其相互联系,在结构上使课程的体系清晰完整,防止定义和结论的堆砌,帮助学生构建出自己的系统的知识结构。针对教材[14]的特点,在保证严谨性和系统性的前提下,我们为学生补充拉普拉斯变换、能控子空间的概念及表示、能控性能观性的PBH判据、稳定性与特征值的关系等内容。在讲授定理、公式时,不刻意追求定理证明中数学上的严密性,重点强调其应用背景、应用条件的限制,要求！学生从本质上进行理解,避免生搬硬套地运用理论。

3、介绍新知识,跟踪新技术

我们在教学中把当年中国控制会议、中国控制与决策学术年会、美国控制会议等国内外一流会议的征稿范围和部分大会报告介绍给学生,并介绍一些非线性控制、自适应控制、H∞控制和分布参数系统控制等的基本思想。这样可以拓展学生思路、开阔学生视野,使学生深入了解现代控制理论的思想体系和发展前沿,把握该学科的研究方向和发展趋势,为进一步学习、研究,以及将所学的基础理论应用于工程实际打下良好基础。

4、渗透数学文化思想

在讲授基本理论和方法的同时,可以向学生介绍一些大师们的研究成果和相关的数学史,引导学生提炼数学思想的方法,积累数学文化。控制论科学的创立者之一维纳[15]是一位数学天才,在布朗运动理论和位势理论研究方面做出了独创性的贡献,他也是信息论的创始人。工程控制论的创始人钱学森[16]是我国杰出的爱国工程师,人类航天科技的重要开创者和主要奠基人,是应用数学和应用力学领域的领袖人物,他也致力于当代大学生的教育问题。在教学中还要不断强化数学知识在控制论中的应用。数学作为系统控制科学的基本分析工具,内容涉及了数学的各个学科。如以W.M.旺纳姆代表的基于几何概念和方法的几何理论,以R.E.卡尔曼为代表的基于抽象代数方法的代数理论,以及以H.H.罗森布罗克基为代表的基于复变量方法的频域理论。在现代控制理论课程中,涉及了频域理论、状态空间理论及变分理论等。矩阵分析和微分方程理论是不可或缺的数学工具。在授课过程中,适时地介绍相应的数学基础,是学生学好现代控制理论课程的基础和关键。例如,高等代数中的Cayley-Hamilton定理、极小多项式、矩阵Jordan分解等在控制论中有着重要的应用,在判断系统的能控性、能观性,系统的能控标准型、能观标准型中都有体现。讲解数学文化不仅可以提高学生学习的兴趣,也是对学生思想文化进行熏陶,这对学生数学素养的形成和提高有着极其重要的作用。

系统理论的基本内容篇9

随着计算机技术、设备的迅速发展和应用需求的拓展，三十年来，课程内容不断充实更新，计算机操作系统今非昔比。现代操作系统的内容蕴涵了什么？知识结构的重点是什么？操作系统在课程体系中的关系如何？需要本科学生理解和掌握什么？如何加深理解和运用？课程的发展如何与时俱进？这都是课程建设必须考虑的问题。

课程历史与课程建设

电子科技大学“计算机操作系统”课程起源于20世纪70年代初期。当时，随着计算机巨头IBM公司的S/360大型机系统软件的推出，对“计算机操作系统”这个系统软件的讨论遍及全球。以周锡令教授为代表的一批专家学者敏锐地感觉到“操作系统”将成为计算机技术和学科发展的重要领域，他们不失时机地开展了计算机操作系统的研究和分析。在收集汇总国际上相关“操作系统”学术论文的基础上，出版了中文“操作系统”论文集（上、下册）和英文论文集，组建了“操作系统”软件研究小组，展开了对计算机体系结构和操作系统的研究。先后多次举办了全国高校和研究单位参加的“操作系统”学习班、研讨班和培训班，并派教师到国外学习相关操作系统知识。1977级本科学生就开始采用新的教学体系，设置了“操作系统原理”课程。在“操作系统”论文集的基础上，计算机专业汤子瀛和杨成忠老师编写了《操作系统原理》讲义， 1981年，《操作系统原理》教材正式出版。1984年，改名为《计算机操作系统》，由重庆大学著名教授童\主审，作为全国统编教材由西北电讯工程学院出版社出版，在全国计算机界产生了很大的影响，并在1987年获得国家电子部优秀教材二等奖。

“操作系统”课程组承上启下、与时俱进，自2001年起，进一步完善课程内容体系，采用国际优秀教材和双语教学，进行精品课程建设。以操作系统原理为核心和基础，并拓展到“操作系统结构”、“嵌入式操作系统”和“大型机操作系统”等相关课程，推动多层次、多类型、多应用教学。并以培养学生创新能力为目标，以系统设计和软件构架为教学理念，突出概念、原理等理论内容的实践应用环节，优化课程内容，教学资源网络化，使学生受益面不断拓宽。教学项目“计算机主干课程建设与教学改革”曾获2001年度国家教学成果二等奖。课程组先后出版操作系统教材四部、讲义四部，发表相关操作系统和教学改革的论文20余篇，教学实验和教材等项目先后获得电子科技大学多项校级奖励。目前，“计算机操作系统”课程获得“教育部-微软精品课程”建设项目支持，教材被列入高教出版社“十一五”规划教材建设。在操作系统应用研究领域，课程组和项目团队在常规操作系统、分布式操作系统、实时操作系统、嵌入式操作系统、大型机操作系统等领域也具有较大的优势和独到的特色。

知识结构与课程教学

一门课程的教学目的是通过该门课程的教学（讲授、讨论和实践）让学生学习（了解、理解、掌握、运用等）到课程内容所提供的知识和技能，构建合理的知识结构，为进一步的学习和应用打下基础，这是对本科生的基本要求。因此，建立计算机操作系统的知识结构，设计和规划本科阶段的教学内容，就是课程建设的重要工作，如图1所示。

掌握计算机操作系统的基本原理是计算机专业学生深入学习该方向其他课程和进行研究的必备基础，有着极其重要的学科地位。课程组以操作系统中成熟、经典的思想和设计算法为核心，紧密结合当代操作系统的发展趋势，建立以操作系统所管理的资源对象为分类标准、以操作系统的性能为设计目标、以操作系统的各类算法和数据结构为实现手段的教学内容体系和风格；注重该课程与其他课程的交叉关联，以计算机组成原理课程为基础，以嵌入式系统设计为实例，在传统知识结构基础上，以现代Unix、Linux和Windows操作系统的新特征为案例；强调研究型教学，教师积极进行教学研究，探索新的教学方法和手段，自主提出了“融入式”、“定位式”等教学新理念，并率先采用双语教学，引入国内外最新的发展成果和教学理念；结合理论与实践，针对学生的理论理解能力、技术性实践能力、综合性实践能力和探索性实践能力的培养需要，配套课堂实验及低、中、高四个层次的实验内容，使课程理论与实践相互促进，形成积极的、充满生机活力的互动教学机制，提高人才培养质量。

“计算机操作系统”是一门理论性、实践性并重的基础核心课程，内容抽象、课程教学难度大。为提高课程教学质量，针对教学难点，研究教学方法，融入教学过程，探索教学改革，课程组采用了如下教学方法和教学手段。

1．合理选用教材和参考书，保持教学内容的时代性和先进性

教材是影响教学内容的一个非常重要的因素。现代操作系统工程实践和技术发展迅速，传统开发技术被淘汰或被改进，新的开发思想和基本概念不断出现，并应用到当前流行的操作系统产品中。要求“操作系统原理”的教学内容必须及时更新，适应发展，与时俱进。否则，难以使学生学以致用，势必影响学生学习兴趣，从而影响教学质量。通过采用原版教材，加大参考与辅导学习，自编教材，灵活采用双语教学的方式，促进教学质量的提高。

2．强调教师素质，通过教学研究和科研工作提高教师业务水平

作为教学主体之一，教师必须及时更新自己的知识，不断学习，提高业务水平。多年来，课程组始终坚持收集和阅读与操作系统有关的各种资料和文献，并结合科研项目对操作系统开展了大量的研究工作，参加了若干有影响的操作系统软件的开发。在课堂教学中，介绍研究方向和学科前沿，吸引本科学生参与教师的科研工作，拓展自己的视野。

3．精心备课，突出教学内容的系统性和完整性

如何组织课程内容，使其成为一个有机整体，是课程组必须解决的问题。通过较长时间的探索，我们认为必须首先帮助学生建立操作系统总体结构轮廓，然后再介绍各部件内容。同时，我们还总结出“突出总体结构、深入讲解部件”的教学原则。而且，整个教案的内容组织注重引导学生探讨各种知识的内在联系和技术的引入背景，注重知识的理解，而非简单记忆。基于这样一条明确主线，学生的学习更具方向性和目的性，学习效果明显提高。

4．科学授课，充分调动学生的积极性和创造性

课堂教学是整个教学活动的另一重要环节，课堂组织是否科学合理会直接影响学生学习的质量和效果。课程组总结出了一些有效的措施。

* 明确学习目的，激发学习兴趣，采用启发式教学。兴趣是促进学习的巨大动力，教师有义务激发学生的学习兴趣，尤其是理论性较强的课程。所以，在课程之初就必须清楚地告诉学生学习该课程的目的，讲清不同学习对象（如一般计算机用户、程序员、系统分析员、系统管理员）的学习目的，根据学生已经遇到的问题结合教学内容激发学生思考，探索问题的答案。

* 根据教学内容，合理安排教学进度，注重节奏教学。“操作系统”课程内容的概念多而抽象，而从抽象到设计又是理论到工程的转换，本科学生缺乏系统和工程的概念，因此，是一个难点。我们在课程进度方面采用“先慢后快”的节奏。“先慢”是为了让学生有充足的时间消化新概念，也让学生适应教师的授课风格；“后快”是当学生基本掌握了该课程的主要概念以后，可以适当加快教学进度，以便按时完成教学计划。

* 精心准备，激情授课，强调交互式教学。教学方法需要强调讲课的高度激情，以教师高昂的情绪感染学生，避免“满堂灌”。课程组要求教师在课前要根据内容需要设计准备适当的问题，在课堂教学适当的时候提出，留给学生适当的思考时间。同时，鼓励学生提问，根据学生反馈信息和问题，与学生探讨问题的解决，而非给出答案。这种交互式方式，学生非常乐于接受。

* 深入浅出，理论联系实际，突出原理的应用。如何将高深的理论用浅显的语言表述是教学方法的技巧。操作系统中的“并行与并发”、“进程与线程”的概念是理解的难点，我们结合当前主流操作系统产品（如Windows和Unix系统中的多任务执行，多层调用等）的具体示例进行讲解，从应用角度和生活常识形象生动地解释理论，开拓了学生的思维。

* 以人为本，诚心与学生交朋友，推崇亲情教学。“操作系统”课程对象通常是大学三年级学生，此时，很多学生正处于人生规划决策的关键时期，作为老师与长者，帮助他们健康成长是义不容辞的职责。以讲授课程知识为基础，辅以讲授人生发展与规划，帮助他们解除成长过程中的烦恼，把他们当作朋友，对于推动教学工作是非常有益的，这种“亲情式”教学手段往往能收到良好的教学效果。

5. 注重实践环节，强调能力培养，合理进行学生考核

遵循学生创新能力培养的整体规划，基于系统设计和软件模块设计的思路，课程组利用较好的实验室条件，开设“实验室课堂”，构建“操作系统案例库”，结合课程实验、应用实验和综合实验加强学生系统编程与内核模块设计的能力。这些案例既作为教学，也供学生自行设计或复现，优秀作品又进入案例库循环，使学生能即学即用，及时发现和解决问题，对抽象概念通过实践环节理解，拓展深层次思考，对学生的能力训练收到很好的效果。案例如图2和图3所示。

6. 灵活运用现代化教学平台，提高教学质量

在精品课程建设过程中，教学网站是一项充分发挥现代信息技术，拓宽教学资源使用和学生受益范围的举措，也是让学生更大程度获得需要的信息和知识，了解整个课程教学过程，让学生参与到我们的教学中来，形成师生共建、共促质量的模式。教学网站的建立，基于CERNET西南中心结点和校园网，利用教师社区课件，利用留言板与学生交流答疑，通过电子邮件向学生提供课外辅导渠道等，既对本专业学生提供了共享与交流环境，也为其他专业和远程教学提供了网络教学资源。

7. 操作系统发展的系列学术交流

学术交流是提高课程教学质量的另一种途径。操作系统技术发展日新月异，为使学生了解现代操作系统发展的新趋势，课程组组织了有关操作系统技术领域的系列讲座。根据“操作系统”课程内容及相关课程在今后学科中的应用，讲述应用需求对操作系统的要求。此外，还邀请国内外专家进行学术交流（如Intel、IBM、Mircrosoft、Nokia等公司技术专家），了解操作系统发展动向等。通过这些课程讲座，使学生充分领略该课程在科学研究和应用开发中的重要作用，使学生学习目的更加明确。

课程的主要特色

“计算机操作系统”课程的建设和教学过程体现了电子科技大学本科教学中的理论、技术与工程结合的特点。其特色体现在：

1）坚持基础核心，带动多层次、多类型教学，构建先进课程内容体系

以本科“操作系统原理”为基础核心，形成多层次、多类型教学，层次分明、思路清晰，内容彼此呼应，系列课程与实验相互配套，保证了理论教学、实践教学和资源辅助教学的有机结合。

2）强调能力培养与创新，实施“循环案例”和“师生共建”的教学模式

灵活实施双语教学，开设“实验室课堂”，构建“案例库”，通过教案电子化、教学资源网络化、参考资料广域化、师生交流多样化，强化课程内容的理解和运用。鼓励本科学生参与教师的科研工作，通过分析和模块设计，不断完善“案例库”，师生共同参与课程建设，保证课程质量。

3）强调与时俱进，优化课程内容，保持与现代操作系统发展同步

以现代计算机系统软件构架为教学理念，以并行处理技术和智能管理技术为重点，以技术和设备发展为驱动，以应用系统实施为特点进行课程内容讲授。同时，课程组积极开展教学研究和科研应用项目，在常规操作系统（Windows, Unix/Linux）、嵌入式操作系统（WinCE, Em-Linux, VxWorks）、移动终端操作系统（Symbian等）和大型主机操作系统（z/OS）等方面开展研究工作，以科研促进教学，收到明显的效果。

总结

电子科技大学“计算机操作系统”课程具有深厚的历史积淀和教学经验，在国内同类课程教学上有较明显的特色和优势，体现了电子科技大学本科教学中强调理论、技术与工程结合的特点。课程建设与时俱进并持续发展，在采用国际优秀原版教材，灵活实施双语教学的基础上，使自编教材达到较高的水平，教材先后被列为全国统编教材（1984）、全国推荐教材（1997）、全国“十五”规划教材（2003）和全国“十一五”规划教材（2006）。课程建设提出“操作系统”系列课程和系列实验，开出分层次的配套实验课程，强化理论的理解和运用。

通过课程建设，我们也认识到：

1）操作系统的实践环节需要进一步完善，在时间和验证评价指标上需要进一步探索，类型需要进一步更新。

2）双语教学问题需要认真思考并灵活掌握，在教材、理解、语言和学生接受程度等方面需要进一步实践。

3）国内外教学和学术交流需要进一步拓宽。

系统理论的基本内容篇10

【关键词】 数学专业；现代控制理论；教学改革；实践

一、引言

系统控制的理论和实践被认为是20世纪对人类社会生活和生产活动产生重要影响的科学领域之一[1]。现代控制理论思想深刻、方法多样、内容丰富、充满美感，既提供了对线性系统进行建模、分析、综合的完整理论，也蕴涵着很多处理复杂问题的方法，如线性非奇异变换方法、分离原理、对偶原理、反馈方法、增广向量法等。这些方法可以简化系统的建模、分析、综合，为系统控制理论的其它分支乃至其它学科提供了可借鉴的思路。这些方法为解决复杂问题提供了一条有效途径。近十年来，为了适应素质教育发展的要求，不少从事现代控制理论课程教学工作的教师对该课程的教学提出了改革思路和措施[2-11]。

现代控制理论是计量学院数学与应用数学专业和信息与计算科学专业的学科选修课。该课程的主要任务是培养学生用系统的方法来分析、研究和解决问题。作为数学专业学生，通过该门课程的学习，除了培养学生从事控制系统分析和设计的基本能力之外，对于了解作为信息科学主要组成部分之一的自动控制科学，特别是现代控制理论的体系和结构，以及认知涉及的相关数学理论和应用均具有重要意义。该课程的主要特点是将实际系统抽象为数学模型，根据数学模型去研究系统的各个方面，理论性强、内容丰富、概念抽象、公式多、习题多、计算繁杂。对于数学专业的学生而言，虽然数学公式的推导相对较为容易，但对公式意义和内涵的正确理解并非容易。近几年来，为了适应当今社会对人才素质教育培养的要求，提高教学质量，培养学生创新意识、创新精神和创新能力，我们结合学生的专业特点和课程自身的特点，对教学改革进行积极探索和尝试。

二、教学内容改革

1、重视课程体系架构的教学

在绪论课上，我们向学生讲解两方面内容：一是以“自动控制技术与人类进步”为题介绍控制论的发展史、自动控制技术的发展对人类社会产生的影响、现代控制理论产生的数学基础、现代控制理论的主要内容等，向学生强调控制理论处在以自动化、计算机和机器人为代表的新技术革命的核心，控制理论的成果在美国Apollo登月计划实施中起过实质性的作用[12]。由此启发学生对该课程的兴趣，让学生了解到现代控制理论是应分析与设计高质量和大型复杂控制系统的需要而产生的，它以近代应用数学为理论工具。二是向学生说明控制技术与信息技术的关系。现在信息技术已渗透到生活中的方方面面，信息产业的发展也日新月异，数学与应用数学专业和信息与计算科学专业的学生就业主要在信息产业中，而控制技术是信息技术的四大基本技术之一[13]，现代控制理论的内容为从事信息技术方面工作提供重要的思想方法。

2、优化教学内容，突出本质性概念

在教学内容的选择上，必须抓住最基本、最本质的概念、原理和方法及其相互联系，在结构上使课程的体系清晰完整，防止定义和结论的堆砌，帮助学生构建出自己的系统的知识结构。针对教材[14]的特点，在保证严谨性和系统性的前提下，我们为学生补充拉普拉斯变换、能控子空间的概念及表示、能控性能观性的PBH判据、稳定性与特征值的关系等内容。在讲授定理、公式时，不刻意追求定理证明中数学上的严密性，重点强调其应用背景、应用条件的限制，要求学生从本质上进行理解，避免生搬硬套地运用理论。

3、介绍新知识，跟踪新技术

我们在教学中把当年中国控制会议、中国控制与决策学术年会、美国控制会议等国内外一流会议的征稿范围和部分大会报告介绍给学生，并介绍一些非线性控制、自适应控制、H∞控制和分布参数系统控制等的基本思想。这样可以拓展学生思路、开阔学生视野，使学生深入了解现代控制理论的思想体系和发展前沿，把握该学科的研究方向和发展趋势，为进一步学习、研究，以及将所学的基础理论应用于工程实际打下良好基础。

4、渗透数学文化思想

在讲授基本理论和方法的同时，可以向学生介绍一些大师们的研究成果和相关的数学史，引导学生提炼数学思想的方法，积累数学文化。控制论科学的创立者之一维纳[15]是一位数学天才，在布朗运动理论和位势理论研究方面做出了独创性的贡献，他也是信息论的创始人。工程控制论的创始人钱学森[16]是我国杰出的爱国工程师，人类航天科技的重要开创者和主要奠基人，是应用数学和应用力学领域的领袖人物，他也致力于当代大学生的教育问题。在教学中还要不断强化数学知识在控制论中的应用。数学作为系统控制科学的基本分析工具，内容涉及了数学的各个学科。如以W.M.旺纳姆代表的基于几何概念和方法的几何理论，以R.E.卡尔曼为代表的基于抽象代数方法的代数理论，以及以H.H.罗森布罗克基为代表的基于复变量方法的频域理论。在现代控制理论课程中，涉及了频域理论、状态空间理论及变分理论等。矩阵分析和微分方程理论是不可或缺的数学工具。在授课过程中，适时地介绍相应的数学基础，是学生学好现代控制理论课程的基础和关键。例如，高等代数中的Cayley-Hamilton定理、极小多项式、矩阵Jordan分解等在控制论中有着重要的应用，在判断系统的能控性、能观性，系统的能控标准型、能观标准型中都有体现。讲解数学文化不仅可以提高学生学习的兴趣，也是对学生思想文化进行熏陶，这对学生数学素养的形成和提高有着极其重要的作用。

三、教学方法改革

1、 注重仿真与实验

现代控制理论实践性强，为了使学生真正掌握控制系统分析和设计的方法，必须进行仿真和实验的教学。通过仿真和实验，学生可以加深对理论知识的理解，培养分析、解决问题的能力和创新思维的能力[4]。我们开设了8学时的上机实验（4个实验，每个实验2学时），内容包括：（1） 利用MATLAB进行系统模型的相互转换、对状态空间模型进行分析；（2） 系统能控性、能观性和稳定性的判定；（3） 基于极点配置的系统设计、基于状态观测器的系统设计；（4） 基于线性二次型最优控制的系统设计。这些实验不仅可以培养学生应用计算机对系统进行辅助分析的能力，也极大提高了学生的学习兴趣。

2、采用交互式教学

在讲授完基本概念和原理之后，学生对于本课程的方法和思路有了初步认识。对于某些不出现新概念和原理的章节，例如极点配置问题和状态观测器设计等，我们组织学生进行讲授。事先把学生分成几个小组，每组5-6人，每个小组分配一节内容，进行预习，一般留一周的预习时间。讲授时各小组派代表到讲台上讲授，逐句解释所讲内容，小组其他成员可以随时进行补充，其他学生和老师可以提问。如果讲授有误，老师马上打断，让学生重新思考，或者予以纠正。我们通常向学生提问讲授中涉及到的概念和结论，借以检查学生对所学知识的掌握情况，并在每一部分完成后进行总结。通过学生讲授，可以提高学生的自学能力、查资料的能力和协作能力。这一学习方式要求教师对讲授的内容了如指掌，能够应对学生讲授中发生的各种情况，以免纠缠细节，影响教学进度。在应用中还要注意精心选择让学生讲授的内容，不宜过多。

3、对学生进行科研训练

现代控制理论课程一般面向高年级学生开设，在教学中可以对学生进行科研训练，为学生未来进行科学研究打下基础。教师可以把自己的科研课题分成一系列小问题，让学生参与研究。学生通过查阅文献，分析论证，能够接触到学科发展的前沿，提高创新能力。教师也可以给学生提供开放式题目，让学生进行总结。题目可以是“控制理论在***领域中的应用”、“***的控制理论模型”或“***控制器设计”等。把学生分成若干个小组，每组3-5人，让学生查阅文献，撰写研究报告。在此过程中检查学生对知识的掌握情况，并引导学生提出创新想法。题目完成后学生把研究报告做成PPT，每个小组派代表为大家讲解，一起进行讨论。这样可以开阔学生的眼界和思路，增加知识的广度和深度。

四、考核方式改革

为了克服传统考核方式的不足，实现素质教育的目标，引导学生参与科研型学习，考核方式应该加大科研型学习的比重。我们采用的考核方式如下：（1）平时成绩30分，其中出勤情况10分、课堂表现10分、课后作业10分；（2）实验成绩20分；（3）科研型学习占50分，其中研究报告20分，讲解情况20分，创新性10分。

五、结论

本文针对现代控制理论课程内容多，课时少，理论性和应用性都很强的特点，从教学内容、教学方法、考核方式等方面对教学改革进行了探讨，以期达到提高学生学习兴趣，培养学生分析、解决问题的能力，增强学生创新意识的素质教育目标。这些改革在教学实践中受到学生的好评，学生的学习热情和学习效果有了很大提高，学生感觉收获很大。但是，现代控制理论的教学改革是一个不断探索实践的过程，仍需坚持不懈的努力。特别是针对数学专业的学生，由于学生主体专业的特点，如何更好地实现专业和课程教学目标，仍然有大量的问题需要在课程教学实施过程中继续尝试和探索。

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[4]高立群，杨姝，韩杰等.关于本科生教学改革的实践思考——以《现代控制理论》课为例[J].辽宁教育研究， 2006（11）78-79.

[5]张正强，王艳霞.“现代控制理论”课程的教学探讨[J]. 电气电子教学学报，2009（5）31-32.

[6]薛文涛，吴晓蓓，朱志宇.面向行业特色的“现代控制理论”课程改革探讨[J].电气电子教学学报，2010（2）17-19.

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[14]俞立.现代控制理论[M].北京：清华大学出版社， 2007.

[15]Norbert Wiener著，郝季仁译.控制论或关于在动物和机器中控制和通信的科学[M].北京：北京大学出版社，2007.

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