控制論、控制方法及其在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

申大魁

（陜西師范大學(xué)教育學(xué)院，陜西西安710062）

控制論、控制方法及其在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

申大魁

（陜西師范大學(xué)教育學(xué)院，陜西西安710062）

控制論是關(guān)于一切控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制職能的科學(xué)。從組成要素來(lái)看，課堂是一個(gè)是由教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)條件（或環(huán)境）等因素組成的可控系統(tǒng)。傳統(tǒng)課堂教學(xué)是一種單向的無(wú)反饋的教學(xué)模式，應(yīng)將控制論原理、控制方法引入課堂，對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法等進(jìn)行控制，使施控系統(tǒng)與被控系統(tǒng)之間的目標(biāo)差逐漸縮小，逐漸逼近目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

控制論；控制方法；課堂教學(xué)

一、控制論及控制方法

（一）控制論

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

“控制論是關(guān)于一切控制系統(tǒng)的共有特點(diǎn)和規(guī)律的科學(xué)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，控制論是一門關(guān)于一切控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制職能的科學(xué)”。［1］（P204）一切帶有“目的性”的活動(dòng)都滲透著控制。隨著電子計(jì)算機(jī)的廣泛使用，現(xiàn)代控制論逐漸由人工控制發(fā)展到自動(dòng)控制，由個(gè)別對(duì)象、個(gè)別過(guò)程的局部自動(dòng)控制發(fā)展到對(duì)復(fù)雜的、大規(guī)模的、綜合系統(tǒng)的自動(dòng)控制。

（二）控制方法

自動(dòng)控制是在控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的，而任何控制系統(tǒng)都是由施控系統(tǒng)和被控系統(tǒng)構(gòu)成的。當(dāng)施控系統(tǒng)不斷依據(jù)內(nèi)部或外部條件的變化而進(jìn)行調(diào)整時(shí)，就是所謂的控制。人類都處在控制的過(guò)程中，控制也是人類主觀能動(dòng)性重要的表現(xiàn)方面。

“控制方法就是施控系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)被控系統(tǒng)的控制，即如何使被控系統(tǒng)按照施控系統(tǒng)的目的和要求來(lái)發(fā)展的方法”。［1］（P206）無(wú)論人、生物，還是自控機(jī)器，其控制過(guò)程都是相同的：首先，施控系統(tǒng)發(fā)出口令、指令、信號(hào)、行為等控制信息，輸入到被控系統(tǒng)。其次，把被控系統(tǒng)輸出的結(jié)果、情報(bào)、資料、狀態(tài)等信息反饋給施控系統(tǒng)。施控系統(tǒng)對(duì)反饋回來(lái)的信息進(jìn)行分析、加工、整理，并與自己想要達(dá)到的目的進(jìn)行比較，繼而調(diào)整控制信息，最后，再向被控系統(tǒng)輸入經(jīng)過(guò)加工、整理后的新的信息。如此反復(fù)，逐步縮小與目標(biāo)的差距，最終達(dá)到預(yù)期的目的。

控制方法就是在上述控制過(guò)程中所采用的方法?？刂品椒ㄊ且幌盗蟹椒ǖ目偡Q，最主要的有反饋方法、信息方法、擇優(yōu)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(tǒng)發(fā)出的控制信息作用于被控系統(tǒng)之后，被控系統(tǒng)輸出的信息收集回來(lái)，作為修改下一次發(fā)出的控制信息依據(jù)的方法。反饋又有正反饋和負(fù)反饋之分。一般把趨近于目標(biāo)的反饋稱為負(fù)反饋，把偏離目標(biāo)，打破原有穩(wěn)定狀態(tài)的反饋稱為正反饋。

擇優(yōu)化方法就是通過(guò)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(jìn)度，提高效率，而且使決策和預(yù)測(cè)建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上。

“黑箱”方法，當(dāng)我們對(duì)一個(gè)事物的內(nèi)部情況一無(wú)所知，而我們又不能打開(kāi)這一事物的內(nèi)部時(shí)，雖然我們不知道該事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，但完全可以測(cè)出相應(yīng)的輸入——輸出過(guò)程，我們把這種具有某種功能，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚的系統(tǒng)叫做“黑箱”。例如我們可以視人腦為“黑箱”?！昂谙浞椒ā本褪侵覆淮蜷_(kāi)和不損壞事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而僅從輸入——輸出的整體轉(zhuǎn)換功能來(lái)把握事物的方法。

信息方法，就是運(yùn)用信息的觀點(diǎn)，把系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程看作信息傳遞和信息轉(zhuǎn)換的過(guò)程，通過(guò)對(duì)信息流程的分析和處理，獲得對(duì)某一復(fù)雜系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過(guò)程的規(guī)律性認(rèn)識(shí)的一種研究方法。信息方法的特點(diǎn)是用信息概念作為分析和處理問(wèn)題的基礎(chǔ)，它完全撇開(kāi)研究對(duì)象的具體結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形態(tài)，把系統(tǒng)的有目的性運(yùn)動(dòng)抽象為一個(gè)信息變換過(guò)程。信息流的正常流動(dòng)，特別是反饋信息的存在，才能使系統(tǒng)按預(yù)定目標(biāo)實(shí)現(xiàn)控制。當(dāng)然，控制方法不是單一的方法，而是上述各種方法所構(gòu)成的動(dòng)態(tài)、綜合的方法。

二、課堂教學(xué)引入控制論和控制方法的可行性和必要性

（一）課堂教學(xué)引入控制論、控制方法的可行性

控制論是關(guān)于一切控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制職能的科學(xué)。從控制論的觀點(diǎn)來(lái)看，教學(xué)過(guò)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(shè)備、多媒體課件等，利用高超嫻熟的教學(xué)技巧來(lái)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜信息動(dòng)態(tài)控制過(guò)程。既然課堂是一個(gè)系統(tǒng)，而且是一個(gè)可控系統(tǒng)，當(dāng)然可以應(yīng)用控制論和控制方法。

假如將課堂系統(tǒng)看成是由施控系統(tǒng)和被控系統(tǒng)構(gòu)成的，則教師就是施控系統(tǒng)，學(xué)生就是被控系統(tǒng)。從組成要素，可將課堂系統(tǒng)看成由教師、學(xué)生、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)條件（或環(huán)境）等因素組成的系統(tǒng)，組成系統(tǒng)的各要素相互作用、相互依賴，并與外部環(huán)境構(gòu)成更大的系統(tǒng)。

（二）課堂教學(xué)引入控制論、控制方法的必要性

教學(xué)效率是課堂教學(xué)永恒追求的目標(biāo)?？墒牵v觀學(xué)校的課堂教學(xué)，有一個(gè)十分普遍的現(xiàn)象，那就是老師講了很多遍的內(nèi)容，老師總以為學(xué)生已經(jīng)完全掌握，可是，每當(dāng)考試結(jié)束后，才發(fā)現(xiàn)這只是老師一廂情愿，其實(shí)很多東西學(xué)生依然沒(méi)有掌握，于是老師開(kāi)始埋怨學(xué)生學(xué)習(xí)不夠認(rèn)真，頭腦不夠聰明等等。長(zhǎng)期下去，必然導(dǎo)致課堂教學(xué)效率低下，學(xué)生成績(jī)的兩極分化。其實(shí)，造成這種現(xiàn)象的主要原因是老師只管講，學(xué)生只管聽(tīng)，老師很少關(guān)注學(xué)生的理解程度，沒(méi)有根據(jù)學(xué)生的反饋信息及時(shí)調(diào)整教學(xué)，這就是一種單向的無(wú)反饋的傳統(tǒng)教學(xué)模式。正是由于傳統(tǒng)教學(xué)模式?jīng)]有控制過(guò)程，或者控制不夠，結(jié)果使得老師和學(xué)生之間的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，很難實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。因此，要實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，提高課堂教學(xué)效率，就必須建立反饋機(jī)制，形成控制系統(tǒng)。

三、控制方法在課堂教學(xué)中的應(yīng)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(tǒng)把信息輸出去，又把其作用結(jié)果反饋回來(lái)，并對(duì)信息的再輸出發(fā)生影響，起到控制的作用”。［2］具體到課堂系統(tǒng)而言，教師既有控制信息輸入到學(xué)生，學(xué)生也有反饋信息回到教師，教師和學(xué)生之間應(yīng)形成一個(gè)閉合回路。

反饋原理在我國(guó)古代就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用，我國(guó)古代教育著作《學(xué)記》中早有論述：“學(xué)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(qiáng)也。故曰：教學(xué)相長(zhǎng)也?！睂W(xué)而知不足，然后自反；教而知困，然后自強(qiáng)，其實(shí)就是教學(xué)信息反饋過(guò)程。反饋信息的獲取是課堂教學(xué)中應(yīng)用控制方法的關(guān)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(xué)過(guò)程中利用眼、耳或儀器等觀察學(xué)生學(xué)習(xí)效果的方法。教師在課堂教學(xué)過(guò)程中要善于從學(xué)生聽(tīng)課時(shí)的表情、神態(tài)、眼神等捕捉他們內(nèi)心活動(dòng)，從而推斷他們對(duì)教師輸出的知識(shí)信息是否理解、是否有興趣，并依此迅速調(diào)整教學(xué)措施，并將課堂教學(xué)引向深入。

征詢法，在課堂教學(xué)中，為了獲取更多、更全面、更準(zhǔn)確的反饋信息，教師要善于創(chuàng)設(shè)信息反饋的教學(xué)情境，開(kāi)辟多種信息反饋的渠道。征詢法就是一種教師創(chuàng)設(shè)信息反饋的情境，把課本上的知識(shí)點(diǎn)轉(zhuǎn)化成形式多樣的問(wèn)題，并通過(guò)提問(wèn)、討論、練習(xí)等多種方式，及時(shí)從學(xué)生那里獲得反饋信息，并做出簡(jiǎn)潔、精辟、深刻的分析，及時(shí)調(diào)控教學(xué)進(jìn)程的方法。

卡片法，即教師將學(xué)生在學(xué)習(xí)方面的各種反饋信息及時(shí)記載到卡片上，并將記載作為因材施教的依據(jù)的方法。

當(dāng)然，在課堂教學(xué)過(guò)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(diào)控課堂教學(xué)。

（二）教學(xué)目標(biāo)的控制

課堂教學(xué)作為一個(gè)可控系統(tǒng)，離不開(kāi)控制。教學(xué)目標(biāo)是課堂教學(xué)活動(dòng)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿，課堂教學(xué)首先要對(duì)教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行控制。與以往不同，課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)課程目標(biāo)從知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)維度來(lái)表述，與此相對(duì)應(yīng)，課堂教學(xué)目標(biāo)一般也從這個(gè)三個(gè)維度進(jìn)行表述。此處所指的教學(xué)目標(biāo)主要側(cè)重于知識(shí)領(lǐng)域。

第一，教學(xué)內(nèi)容數(shù)量的適度性。記憶分為感覺(jué)記憶、短時(shí)記憶和長(zhǎng)時(shí)記憶。1956年喬治·米勒在其著名的論文“神奇數(shù)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(shí)記憶的容量為7 ±2，即一般為7，在5～9之間波動(dòng)。在心理學(xué)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(gè)小的整體，稱之為組塊。組塊的作用就在于減少短時(shí)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(dǎo)致不同的組塊數(shù)，而且一個(gè)人的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)越豐富，組塊所包含的信息越豐富。因此，教師要在教學(xué)過(guò)程中積累、豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不斷減少組塊數(shù)目，豐富組塊內(nèi)所包含的信息。

心理學(xué)研究表明，人的短時(shí)記憶容量是五個(gè)組塊，因此，每堂課的信息容量不能超過(guò)五個(gè)組塊，否則人的短時(shí)記憶就難以保持，更不能將其轉(zhuǎn)化到長(zhǎng)時(shí)記憶中，就會(huì)影響課堂教學(xué)效率，所謂“欲速則不達(dá)”。當(dāng)然，一堂課究竟多少信息容量合適，也因不同地區(qū)、不同學(xué)校、不同班級(jí)、不同學(xué)生而異，決不能犯教條主義錯(cuò)誤，搞“一刀切”。

第二，知識(shí)密度的控制。一般來(lái)說(shuō)，一堂課的教學(xué)內(nèi)容總量確定之后，這堂課的知識(shí)內(nèi)容平均密度也就大體確定了。但是，每堂課教學(xué)內(nèi)容的分布并不是均勻的。因此，教師要善于根據(jù)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)、智力水平、接受能力、教學(xué)內(nèi)容的難易程度、學(xué)生的反饋信息等合理控制教學(xué)內(nèi)容，當(dāng)然，知識(shí)密度的控制要避免兩個(gè)極端：一是知識(shí)密度太大，導(dǎo)致學(xué)生難以及時(shí)消化；二是知識(shí)密度太小，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣下降，教學(xué)效率低下。高效率的課堂應(yīng)該有張有弛，富有節(jié)奏感。

第三，教學(xué)方法的控制。教學(xué)方法的選擇直接影響課堂教學(xué)的效率。新課程改革提出教師教學(xué)方式和學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變。教師教學(xué)方式改革的方向是實(shí)現(xiàn)教學(xué)方式的多樣化，而且應(yīng)以講授法為主，綜合運(yùn)用講授法、自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方法。在課堂教學(xué)過(guò)程中，教師要善于對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行控制，特別是要建立反饋機(jī)制，形成控制系統(tǒng)，根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生的反饋信息等靈活運(yùn)用合適的教學(xué)方法，使每一種方法最大限度起到作用，才能使各種教學(xué)方法形成“合力”，提高課堂教學(xué)效率。否則，在課堂上就會(huì)出現(xiàn)教師“自以為是”，學(xué)生還沒(méi)有完全聽(tīng)懂，教師卻仍然滔滔不絕地往下講個(gè)不停，或者學(xué)生已經(jīng)完全聽(tīng)懂了，而老師仍然一遍又一遍講個(gè)沒(méi)完等現(xiàn)象，無(wú)論講授法還是自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，其效果必然要大打折扣。

當(dāng)然，課堂教學(xué)系統(tǒng)的控制還包括教學(xué)對(duì)象控制、情緒控制、語(yǔ)言控制、機(jī)智控制等方面?？傊?，教師要把課堂教學(xué)看成是一個(gè)可控的系統(tǒng)，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(tǒng)與被控系統(tǒng)之間的目標(biāo)差，逐漸逼近目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

［1］錢玉干.教師思維論［M］.哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1994.

［2］謝國(guó)生.建立信息反饋系統(tǒng)提高課堂教學(xué)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(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目（11YJA880093）

申大魁（1968－），男，青?；ブ?，副教授，博士研究生，主要從事課程與教學(xué)論研究。

責(zé)任編輯 胡號(hào)寰 E－mail：huhaohuan2＠126.com