哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動控制原理課程為黑龍江省精品課程。是哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院控制科學(xué)與工程系為全校所有理工類專業(yè)開設(shè)的一門公共技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是控制科學(xué)與工程學(xué)科的一門學(xué)科基礎(chǔ)課程。開課目標(biāo)直接面向空間技術(shù)、軍事技術(shù)以及工業(yè)技術(shù)中的各種自動控制系統(tǒng)的分析、設(shè)計以及不同應(yīng)用背景下的實現(xiàn)問題。有關(guān)教學(xué)方法與考試方法的改革是自動控制原理精品課程建設(shè)中的兩項重要內(nèi)容。本文結(jié)合我們的改革實踐談一談我們對這兩個問題的認(rèn)識及其做法。

一哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動控制原理課程教學(xué)方法的改革與實踐

在教學(xué)資源滿足教學(xué)要求的條件下，選擇和使用自動控制原理課程的最佳教學(xué)方法涉及對兩個方面問題的反思。一是對學(xué)生先修課程基本情況的全面了解。二是對自動控制原理課程知識體系的深刻認(rèn)識。本文從第二個問題出發(fā)，探討最佳教學(xué)方法的選擇問題。眾所周知，自動控制原理是一門關(guān)于自動控制規(guī)律的技術(shù)基礎(chǔ)課程。其知識體系由系統(tǒng)各組成部分之間的信息傳遞規(guī)律、控制規(guī)律及其這些規(guī)律的實現(xiàn)技術(shù)所構(gòu)成。其核心任務(wù)可表述為給定一個被控對象或過程后，按工程或其它需要給定一組性能指標(biāo)要求，然后再依據(jù)實際上的限制與約束，設(shè)計控制器來控制這個被控對象或過程以滿足這組性能指標(biāo)要求。從方法論上講，自動控制原理要回答的問題正是針對上述要求下控制器是否存在、如果存在能不能做、如何做、做得怎樣等這樣幾個問題。經(jīng)過一百多年的發(fā)展，由此而形成的這樣一個知識體系，其特點既是經(jīng)驗的、又是邏輯的；既是歷史的，又是相對的；既是復(fù)雜的，又是開放的。而從方法論基礎(chǔ)上看，該知識體系又是模型論、控制論、系統(tǒng)論和信息論等相關(guān)內(nèi)容的產(chǎn)物。實踐證明，在素質(zhì)教育理念與精英教育理念的指導(dǎo)下，不同于傳統(tǒng)的經(jīng)驗主義和教條主義“死”的教學(xué)方法，在課堂上，有效遷移這樣一個知識體系的教學(xué)方法主要有說明、解釋、示范、重復(fù)和協(xié)同五大方法。這些方法互為獨立，又互為補充，構(gòu)成了一個有機的、“活”的整體。其內(nèi)涵主要由自動控制原理所固有的知識特點以及課程所貫穿的教育理念與情境共同來決定。

1說明方法

說明是利用已有知識揭示事物本質(zhì)及其內(nèi)外部聯(lián)系的一種認(rèn)識過程。多以實驗、假說、經(jīng)驗歸納、數(shù)理演繹等形式出現(xiàn)。如果說要在邏輯學(xué)上給說明下個定義，則說明就是從說明項推出被說明項。由于人與知識的關(guān)系是一種單向關(guān)系，不能溝通和互動，在此情況下，要想讓學(xué)生理解，教師只能使用說明方法來實現(xiàn)。通過說明所獲得的理解，其效果的好壞與人的認(rèn)知基礎(chǔ)和認(rèn)知能力有關(guān)，在某種程度上也與當(dāng)時師生所處的教學(xué)情境有關(guān)。換言之，教師說明水平的高低與其認(rèn)知基礎(chǔ)、認(rèn)知能力與表達能力有關(guān)；學(xué)生所能達到的理解水平的高低則與其認(rèn)知基礎(chǔ)與認(rèn)知能力有關(guān)。例如，如何判定控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性？就需要用到說明而不是解釋。對于較為復(fù)雜的概念，我們還可以使用隱喻的方法加以說明。例如，什么是控制系統(tǒng)的自由運動模態(tài)？

2解釋方法

基于認(rèn)識論意義上的定義，解釋就是消除困惑和誤解；解釋就是變不知為已知；解釋就是揭示含義、闡述原因，陳述理由。多以直觀、猜測、思辨等形式出現(xiàn)[1]。例如，什么是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性？就需要用到解釋而不是說明。換言之，在自動控制原理中，當(dāng)有關(guān)定律、定理中的符號、意義及其應(yīng)用不能由其他定律或定理來說明時，就只能依靠解釋。當(dāng)教師面對學(xué)生時，解釋是一種雙向的互動關(guān)系，解釋的水平與理解的質(zhì)量既與教師和學(xué)生各自的認(rèn)知基礎(chǔ)、認(rèn)知能力有關(guān)，也與教師的表達能力有關(guān)。在某種程度上也與教學(xué)情境對學(xué)生的激發(fā)狀態(tài)有關(guān)。從方法論角度看，使用解釋方法最多的場合是對那些本體概念與終極結(jié)果的闡釋，即對原因的原因、結(jié)果的結(jié)果的闡釋。

3示范方法

自動控制原理實驗教學(xué)中的相關(guān)儀器設(shè)備的學(xué)習(xí)使用，主要是依靠示范方法來完成的。示范常用于對那些具有規(guī)范性、程序性、演示性知識的處理，包括實驗設(shè)計、實驗過程控制步驟、儀器設(shè)備的使用方法、系統(tǒng)調(diào)試過程的演示等。

4重復(fù)方法

重復(fù)即反復(fù)說或反復(fù)做的意思。內(nèi)容與形式的變換本質(zhì)上也可視為一種重復(fù)。在教學(xué)或認(rèn)知過程中具有極為重要的強化功能。在教學(xué)過程中，遇有學(xué)習(xí)上的重點、難點、關(guān)鍵點，都可以通過重復(fù)方式加以強調(diào)，以取得應(yīng)有的教學(xué)效果。自動控制原理課程中有重復(fù)性說明、重復(fù)性解釋，重復(fù)性示范三種教學(xué)方式。以上是基于方法劃分的。如果從內(nèi)容上劃分，重復(fù)有全部重復(fù)與部分重復(fù)之分；如果從結(jié)構(gòu)上劃分，有提綱挈領(lǐng)性重復(fù)與細節(jié)性重復(fù)。重復(fù)的認(rèn)知效果由人的認(rèn)知基礎(chǔ)與認(rèn)知能力決定。而重復(fù)的語境效果，還與教師的表達能力有關(guān)。無論哪一門課程，都有必要進行適度的重復(fù)，這對于提高教學(xué)質(zhì)量具有不可或缺的作用。例如，在自動控制原理的教學(xué)設(shè)計中，我們從第一章緒論到第五章控制系統(tǒng)的校正，設(shè)計了這樣一條提綱挈領(lǐng)性全程重復(fù)主線：即在緒論一章中提出對控制系統(tǒng)的三個基本要求：穩(wěn)定性、快速性和精確性。在第二章控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型中，將這三個基本要求與控制系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)參數(shù)一一對應(yīng)起來：即結(jié)構(gòu)參數(shù)決定穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)參數(shù)決定快速性，結(jié)構(gòu)參數(shù)（與外加輸入信號一起）決定精確性。在第三章時域分析一章中，一方面將系統(tǒng)的動態(tài)時域行為與系統(tǒng)的閉環(huán)零極點（即系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)）一一對應(yīng)起來，系統(tǒng)的閉環(huán)零極點變化，系統(tǒng)的動態(tài)時域行為隨之發(fā)生變化。另一方面又通過量化方式將對控制系統(tǒng)的三個基本要求轉(zhuǎn)化為一組表征控制系統(tǒng)品質(zhì)的時域性能指標(biāo)。在第四章根軌跡一章中，將閉環(huán)系統(tǒng)的根分布情況（即系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)）與對控制系統(tǒng)的三個基本要求一一對應(yīng)起來。根分布發(fā)生變化，系統(tǒng)的性能隨之發(fā)生變化。在第五章頻率特性法一章中，一方面打通頻率特性與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的一一對應(yīng)關(guān)系，一方面打通對控制系統(tǒng)的三個基本要求與頻率特性的一一對應(yīng)關(guān)系，一方面打通時域性能指標(biāo)與頻域性能指標(biāo)的一一對應(yīng)關(guān)系（轉(zhuǎn)換關(guān)系），最后通過對比重述各章中所提及的一一對應(yīng)關(guān)系，最終可將這些對應(yīng)關(guān)系簡化為一個：即結(jié)構(gòu)參數(shù)與三個基本要求之間的對應(yīng)關(guān)系。這樣一來，就可輕松地抓住控制系統(tǒng)校正設(shè)計的本質(zhì)：只是設(shè)法改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)以此來改變系統(tǒng)的性能，進而滿足對控制系統(tǒng)的三個基本要求。為了有效解決控制系統(tǒng)校正設(shè)計這一教學(xué)難點和重點，我們從第一章緒論開始，就依次在每一章中為此打下伏筆，當(dāng)課程進行到第五章時，在處理校正設(shè)計這一教學(xué)難點時，就能幫助同學(xué)們順利闖關(guān)，收到水到渠成之教學(xué)功效。

5協(xié)同方法

所謂的協(xié)同教學(xué)，就是指利用兩種或兩種以上的不同教學(xué)資源，在打破教學(xué)資源之間的壁壘的條件下，在深層次上進行整合，主次分明、協(xié)調(diào)一致地共同完成某一教學(xué)目標(biāo)的過程。協(xié)同教學(xué)追求的是“協(xié)同教學(xué)效應(yīng)”，即“1+1>2”的整體教學(xué)效果。協(xié)同教學(xué)資源之間的相互作用具有單向性或雙向性?；蚓哂袉蜗虻睦瓌幼饔茫蚓哂袉蜗虻耐苿幼饔?，或具有雙向的推拉作用。在自動控制原理課程中引入的協(xié)同教學(xué)內(nèi)容是哲學(xué)。引入的目的有三個：一是緣自于自動控制原理的方法論色彩十分濃重，兩者之間的關(guān)系十分密切，這種協(xié)同整合順理成章；二是為了在更高的層次上解讀自動控制原理相關(guān)理論的認(rèn)識論與方法論思想，從而有助于拓寬學(xué)生的哲學(xué)視野，同時也為學(xué)生運用哲學(xué)知識在更高的層次上認(rèn)識事物提供了機會；三是有助于跨學(xué)科人才的培養(yǎng)，這是因為哲學(xué)是學(xué)科知識體系之間最好的“銜接劑”。自動控制原理所在學(xué)科在跨學(xué)科人才培養(yǎng)方面已經(jīng)開展了多年的試點工作，已取得了多項教學(xué)研究成果。其中協(xié)同教學(xué)理念與方法的提出，便是其中的一項教學(xué)研究成果。從跨學(xué)科人才培養(yǎng)上來看，開展協(xié)同教學(xué)方法的研究，對學(xué)科自身的發(fā)展也具有積極的作用。限于篇幅，有關(guān)協(xié)同教學(xué)方法的具體介紹請參見文[2]。

二哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動控制原理課程考試方法的改革與實踐

考試方法改革問題的提出，實際上是由教育和教學(xué)改革的結(jié)果引起的。教育改革使得教育從傳統(tǒng)的應(yīng)試教育轉(zhuǎn)向素質(zhì)教育和精英教育，這種教育轉(zhuǎn)向要求有與之相適應(yīng)的教育評價體系為之提供有效服務(wù)。因此，當(dāng)教育目標(biāo)發(fā)生根本性改變后，舊的教育評價體系必須要做出及時的調(diào)整以適應(yīng)服務(wù)教學(xué)的新要求。由此，作為教學(xué)評價體系組成內(nèi)容的考試方法也不得不隨之改變。這就是考試方法改革的由來。

1考試方法的基本內(nèi)涵

從邏輯學(xué)功用定義角度出發(fā)，可以給所謂的考試方法下個定義：考試方法就是那些能提供診斷功能、激勵功能和證明功能的學(xué)生學(xué)業(yè)成就評價方法。其外延就是現(xiàn)有的那些傳統(tǒng)考試方法，諸如絕對方法與相對方法、形成性方法與總結(jié)性方法、開卷方法與閉卷方法、筆試方法與口試方法、主觀方法與客觀方法、一元化方法與多元化方法、累加方法與非累加方法等，也包括那些劃分不太準(zhǔn)確和對稱的諸如大作業(yè)、課程設(shè)計等。伴隨著教育教學(xué)理論的發(fā)展，特別是教育理念的轉(zhuǎn)變，這些歷史上就已經(jīng)存在的主流考試方法的內(nèi)涵也在不斷的發(fā)展變化，并呈現(xiàn)出明顯的時代特征。

2考試方法的基本問題

從教育史上看，所有關(guān)于考試方法的改革運動，拋開政治等其他因素，其核心問題就一直沒有變化過，那就是考試方法的信度與效度問題。所謂信度是指考試結(jié)果與實際情況的一致性（為真與假的判斷），即兩者的差距；所謂效度是指考試結(jié)果與教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)目標(biāo)或教學(xué)構(gòu)想（教學(xué)假設(shè)）的一致性（為適用性判斷），即考試結(jié)果覆蓋后者的程度。在教育理論上，一個設(shè)計良好的考試方法主要是指能在信度和效度這兩個方面有所改進或提高的方法。但在教育實踐上，還有一個問題需要予以高度關(guān)注，這就是考試方法的復(fù)雜度問題。如具體操作時的難易度、使用時產(chǎn)生的各種成本費用 等，而這已是管理學(xué)的問題了。因此，應(yīng)考慮在教育學(xué)和管理學(xué)這兩個維度上對信度、效度和復(fù)雜度進行相應(yīng)的折中，即一定要把管理學(xué)方面的問題考慮進來。換言之，即在教育學(xué)維度里應(yīng)分析和研究影響信度和效度的各種不利因素及其消除方法，在管理學(xué)維度里應(yīng)認(rèn)真考量考試方法操作的難易度及其使用的成本與代價。教育史表明，對于這樣一個二維問題，以往的考試方法設(shè)計很少考慮到管理學(xué)維度里的問題，從而導(dǎo)致在信度和效度方面具有良好表現(xiàn)的一些考試方法由于缺少管理學(xué)維度方面的考慮，而遭到淘汰或棄用。這類方法的缺點主要表現(xiàn)在操作起來程序煩瑣、計分繁雜、時間成本大等方面。事實上，影響信度與效度的因素非常多，可以說會涉及一個教學(xué)系統(tǒng)的方方面面，教師的、學(xué)生的、設(shè)施的，甚至是環(huán)境的等等。因此，在設(shè)計或選擇考試方法時，應(yīng)設(shè)法把這些不利因素的影響降低到最小。

3累加考試的基本內(nèi)容

在精品課程的建設(shè)過程中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)自動控制原理課程學(xué)生學(xué)業(yè)成就評價方法已完成了由傳統(tǒng)的閉卷考試方法向累加考試方法的轉(zhuǎn)變。其基本內(nèi)容構(gòu)成為：（1）計分方法（滿分為100分）：1）平時成績占10分；2）作業(yè)成績占5分；3）實驗成績占15分；4）兩次平時測驗成績占10分；5）期中考試成績占20分；6）期末考試成績占40分。（2）考場安排與試卷印刷：1）主講教師自行與學(xué)校教務(wù)處聯(lián)系安排考場事宜；2）主講教師自行去學(xué)校印刷廠印刷試卷。其中，兩次平時測驗取成績高的一次，自從第一次測試之后，學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和興趣明顯提高；實驗成績由三個實驗的單項成績累加構(gòu)成，每個實驗的單項成績滿分為5分。僅從內(nèi)容構(gòu)成上來看，累加考試的復(fù)雜度就已非常明顯了。對此應(yīng)當(dāng)給出其合理性辯護。

4關(guān)于累加考試的合理性

在自動控制原理課程中引入累加考試方法，而不被認(rèn)為是一種瞎折騰，就需要對其合理性提供有效的辯護，以維護有關(guān)考試方法改革主張的正確性。其合理性辯護的基礎(chǔ)是對如下問題的教育學(xué)反思與教育哲學(xué)反思[3]。

關(guān)于考試方法。狹義地講，考試是判斷與評價學(xué)生知識遷移與技能掌握情況的手段之一；廣義地講，考試是判斷與評價學(xué)生德智體全面發(fā)展情況的手段之一。如果一種考試方法的使用能對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況做出高效率的、準(zhǔn)確無誤的有效判斷與評價，那么這種方法就是有效的，否則就是無效的。這是管理學(xué)之外的常識性認(rèn)識。那么這種單純的教育學(xué)評價方法是什么？是累加考試？還是非累加考試？還是兩者的有機結(jié)合？甚或還是其他？

累加考試方法的設(shè)計原則。累加考試方法的設(shè)計原則是什么？從表面上看，其教育學(xué)上的一般性設(shè)計原則應(yīng)是科學(xué)性、公正性、合理性、規(guī)范性、有效性、高效性、簡單性和實用性。而實際上這是任何一種考試方法設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循的重要原則和追求的目標(biāo)。那么，累加考試如何才能實現(xiàn)這一原則和目標(biāo)？

考試方法作為教育學(xué)的一個范疇，其有意義的可實際操作的內(nèi)容并不多，由于學(xué)科專業(yè)的差別性，其共性或一般性特征并不多。如此，這會對具有普遍意義的累加考試方法的設(shè)計帶來怎樣的困難？

一切累加考試的共同特征是加權(quán)性。那么傳統(tǒng)累加考試與新的累加考試在內(nèi)容與形式上有何異同？有何本質(zhì)區(qū)別？新的累加考試能否取代傳統(tǒng)的累加考試？取代的結(jié)果如何？按照庫恩有關(guān)科學(xué)范式的理論[4]，當(dāng)考試方法在其本體論、方法論以及所貫穿的價值觀中，僅有各自的內(nèi)容發(fā)生非本質(zhì)變化時，這種取代就不會是根本性的、全局性的。那么這種改革有何意義？這種改革會不會被認(rèn)為是一種改革的偽命題？為改革而改革？

進一步的問題是：區(qū)別于傳統(tǒng)的累加考試，新的累加考試的內(nèi)容、形式及其意義是什么？其設(shè)計依據(jù)如何確定？其實質(zhì)性、針對性又如何體現(xiàn)？

從教育實踐上來看，每一種評價都有其各自的優(yōu)缺點及其適用范圍。由于累加考試主要體現(xiàn)的是過程性評價。那么傳統(tǒng)中的結(jié)果性評價如何在累加考試中體現(xiàn)？

教育實踐結(jié)果表明，傳統(tǒng)考試方法在總體上來說不能說是失敗的，那么新的累加考試如何保證其成功性？

教育史上曾出現(xiàn)過名目繁多的累加考試，但大多數(shù)都由于評價效率不高而被棄用，能夠延續(xù)至今的也只有所謂的二八開、三七開之類的簡單加權(quán)的累加考試。我們?nèi)绾尾拍芡黄七@一歷史局限性而實現(xiàn)對傳統(tǒng)考試方法的超越？而不被認(rèn)為這種改革僅僅是一種考試方法的簡單化或復(fù)雜化？

最好的評價方法應(yīng)是歷史評價與現(xiàn)實評價的統(tǒng)一、主觀評價與客觀評價的統(tǒng)一，因此評價方法應(yīng)體現(xiàn)出一定的辯證法思想。因為在很多時候，對學(xué)生的主觀評價往往更符合學(xué)生的客觀實際，而且這種評價也是客觀存在的。那么這一辯證思想如何在累加考試中體現(xiàn)？又以什么方式體現(xiàn)？

總之，教學(xué)方法與考試方法的改革關(guān)乎對為什么改革、如何改革、改革的效果如何以及改革的代價如何等幾個重要問題的回答，值得認(rèn)真思考。有關(guān)自動控制原理課程的教學(xué)方法與考試方法的改革，其可行的方法是建立在對教學(xué)與考試實踐基礎(chǔ)之上的理論反思。這樣考察教學(xué)方法和考試方法改革問題的好處是：一不脫離實際，能有效避免紙上談兵。二是針對性強，能有效減少主觀隨意性。三是全面性強，能有效減少改革的漏洞。

參考文獻

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