哲学视野下的自动控制原理课协同教学研究.docx

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1、哲学视野下的自动控制原理课协同教学研究 利用协同理念将相关的哲学原理与方法纳入自动限制原理课程的内容体系，以此为基础建构一种“协同教学”活动，并通过这一活动获得相应的协同教学效应，为课程目标的最佳实现供应最有效的服务。 一协同教学的目的和意义 有关协同的概念有许多种描述。本文作者认为其中内涵比较丰富的定义是：协同是指事物之间的相干实力，表现了事物在整体发展过程中协调与合作的性质。事物之间的协调与合作形成拉动或推动效应，推动事物共同前进。对事物双方或多方而言，协同的结果使个个获益，整体加强，共同发展。导致事物间属性相互增加、向主动方向发展的相干性即为协同性。探讨事物的协同性，便形成协同理论。本文

2、作者认为：所谓的协同教学，就是指利用两种或两种以上的不同教学资源，在打破教学资源之间的壁垒和边界的条件下，经深层次上的整合，主次分明、协调一样地共同完成某一教学目标的过程或实力。协同教学追求的是“协同教学效应”，即“1+12”的整体教学效果。协同教学可分为外部协同教学与内部协同教学两种形式。本文把校、院、系、学科、课程之间教学资源的整合与运用称为外部协同教学；而把上述教学资源内部不同层次、不同环节、不同方面的整合与运用称为内部协同教学。在哲学与自动限制原理课程之间，开展协同教学探讨与探究的目的和意义在于： 第一，有助于拉近哲学与详细自然科学的距离，加强哲学对详细科学的指导作用。讲科学教化与人文

3、教化的融合，以实现“1+12”的教化成效，在实践上终归要落到实处，不能只是一种空洞的理念或口号。哲学作为人文科学的核心内容之一，是科学工作者对其思想意识以及思想成果进行有效梳理和操作的重要工具。素养教化、创新人才培育的本质性基础之一是科学教化与人文教化的统一实践。近代工业革命的产生与发展使得两者被割裂开来并渐行渐远，从而造成了哲学对科学探讨工作的反思、批判与预见的指导作用越来越小。一个科学工作者有了某种创新思想，却没有实力对其进行有效的、全方位的梳理和升华，一个科学工作者在取得了阶段性创新成果之后，却没有实力对其进行深层次的价值推断与前瞻性的整体预见，在某种程度上，很难说不是我们至今都培育不出

4、世界大师、诺贝尔奖获得者的重要缘由之一。 其次，有助于提高素养教化与创新人才的培育。一种新思想、新观点、新学说的产生，无论原创者是有意识的或无意识的应用某种相识论与方法论哲学思想于其中，都要受到某种甚至某些哲学思想的支配。“自动限制原理”也毫不例外。整体论、还原论、系统论等相识论原则以及系统论、信息论与限制论，乃至耗散结构论、协同论、突变论等方法论思想与原则都蕴含其中。这些哲学思想与方法正是限制科学与工程及其相关学科开展素养教化与创新人才培育特殊须要涵盖的内容。 第三，哲学与“自动限制原理”课程之间的相关性与紧密程度也确定了适合在这两者之间开展协同教学探讨。作为黑龙江省精品课程，“自动限制原理

5、”的课程性质虽然是以自动限制理论为核心内容的一门关于自动限制规律的公共技术基础课程，但其相识论与方法论色调非常深厚，传统与主流哲学思想及其方法遍及整个内容体系。因此，对“自动限制原理”的内容、方法和意义进行深层次的哲学分析，并将分析结果与课程内容紧密地联系起来，不仅有助于形成一种新型的、协同型的教学观、学习观与学问观，而且还为开展协同教学探讨供应了第一手材料。 二协同教学的哲学内容 1自动限制原理课程的相识论内涵 学习、驾驭和运用自动限制原理有三条相识论路径。一是整体论相识路径；二是还原论相识路径；三是系统论相识路径。相识论是探讨人类相识的本质、结构，相识与客观实在的关系，相识的前提和基础，相

6、识发生、发展的过程及其规律，相识的真理标准等问题的哲学学说。又称学问论。简洁地说，相识论主要解决“怎么看”的问题。 “自动限制原理”的整体论相识路径 整体论是古代条件下哲学、自然科学共有的一种思维方式和探讨方法。该方法的特点是将事物作为一个整体加以视察和探讨，以揭示事物的整体性本质或整体性规律。由于古代生产力水平和科学技术的水平相对低下，人们还没有足够的条件和手段把探讨对象分解开来，以对其各个部分和细微环节进行全面的探讨。只能从整体着眼、入手，从整体上进行视察和探讨。这就使得整体论具有笼统、模糊、思辨和谬误等局限性。15世纪欧洲文艺复兴运动以后渐渐由还原论所取代。在自动限制理论中，系统辨识就是

7、基于整体论相识的一种系统建模方法。 “自动限制原理”的还原论相识路径 还原论是作为对古代整体论的辩证否定，欧洲文艺复兴运动以后基于原子论而产生的一种新型思维方式或探讨方法。其特点是从部分了解整体，从微观了解宏观，从低级运动了解高级运动。这种把探讨对象分解为若干部分，从高到低、由上向下、方向单一的探讨思路被称为还原论。还原论的实质就是分析。在近400年历史上，还原论作为占统治地位的思维方式贯穿在哲学、自然科学的探讨活动中，对于推动相识世界和改造世界发挥了革命性作用，取得了历史性的巨大胜利。虽然还原论的局限性已经起先暴露，但它在自然科学中的主导性地位至今还没有被取代。在自动限制理论中，机理建模方法

8、、典型环节等概念都是还原论的详细产物。 “自动限制原理”的系统论相识路径 还原论是对整体论的辩证否定，强调的是分析。系统论又是对还原论的辩证否定，强调的是分析与综合。本文所指系统论是比“老三论”中的“系统论”内涵更大的一种理论框架，其相识路径由系统科学中的“老三论”与“新三论”构成。系统论、限制论和信息论是上世纪40年头先后创立并发展的三门系统理论的分支学科，合称“老三论”。人们摘取了这三论的英文名字的第一个字母，把它们称之为SCI论。与系统论、限制论和信息论不同，耗散结构论、协同论、突变论是上世纪73年头以来先后确立并发展的三门系统理论新的分支学科，合称“新三论”，也称为DSC论。 1）系统

9、论 系统论是探讨系统的一般模式、结构和规律的学问，它探讨各种系统的共同特征，用数学方法定量地描述其功能，寻求并确立适用于一切系统的原理、原则和数学模型，是具有逻辑和数学性质的一门新兴的科学。一般系统论则试图给出一个能描述各种系统共同特征的一般的系统定义，通常把系统定义为：由若干要素以肯定结构形式联结构成的具有某种功能的有机整体。在这个定义中包括了系统、要素、结构、功能四个概念，表明白要素与要素、要素与系统、系统与环境三方面的关系。系统论认为，整体性、关联性，等级结构性、动态平衡性、时序性等是全部系统的共同的基本特征。系统论分为狭义系统论与广义系统论两个部分。狭义系统论着重对系统本身进行分析探讨

10、；广义系统论则是对一类相关的系统科学内容来进行分析探讨。其中包括三个方面的内容：系统科学、数学系统论；系统技术，涉及到限制论、信息论、运筹学和系统工程等领域；系统哲学，包括系统的本体论、相识论、价值论等方面的内容。其创始人是贝塔朗菲。 2）限制论 限制论是探讨系统各构成部分之间的信息传递规律和限制规律的科学。限制论已不再局限于工程限制，而是广泛应用于全部其他科学领域。其创始人是维纳。 3）信息论 信息论是探讨信息的计量、传递、变换和储存等的科学。通过数学运算可以定量计算出信息传递的实力和效率，应用在通讯、生理学和物理学等学科中。其创始人是香农。 4）耗散结构论 耗散结构论是由比利时科学家伊里亚

11、普里戈津在1969年首次提出的一种新理论。并于11017年获得诺贝尔化学奖。 5）协同论 协同论是由联邦德国理论物理学家哈肯在1969年首次提出的一种新理论。又称为“协同学”。 6）突变论 突变论创始人是法国数学家雷内托姆(RenThom)，他于11012年发表的结构稳定性和形态发生学一书阐述了突变理论，荣获国际数学界的最高奖菲尔兹奖章。 “新三论”的本质是从组织形态角度分别关注了系统的渐变性、协同性与突变性，并包含了以下哲学思想：内部因素与外部相关因素的辩证统一；渐变与突变的辩证关系；确定性与随机性的内在联系；质量互变规律的深化发展等。 2“自动限制原理”的方法论内涵 方法论是人们相识世界和

12、改造世界的一般原则和一般方法。有什么样的世界观就有什么样的方法论。世界观是人们对世界的总体看法和根本观点。简洁地说，世界观主要解决世界“是什么”的问题，方法论主要解决“怎么做”的问题。“自动限制原理”所蕴含的方法论体系既是开放的，又是对立统一的。其哲学思想的核心是辩证法，体现在还原论方法和整体论方法的结合；分析方法与综合方法的结合；定性方法与定量方法的结合；局域方法与整体方法的结合；确定性方法与不确定性方法的结合；静力学方法与动力学方法的结合,理论方法与阅历方法的结合；精确方法与近似方法的结合；科学理性与艺术直觉的结合等。以下是“自动限制原理”常常运用的一些详细方法。 (1)系统方法 系统方法

13、是将所要探讨的对象作为一个系统整体来对待，着重从系统的整体与组成要素、要素与要素、系统与环境之间的相互作用、相互联系的诸多关系中，双向、综合地考察对象，以全面、精确地相识对象，并对问题做最佳处理的方法。常用的系统方法有系统工程方法和运筹学方法等。应用系统方法的主要步骤：明确问题。确定问题的性质，依据问题涉及的范围，确定系统的边界。边界划分必需合适，划得过宽，分析的因素增多，抓不住重点，划得过窄，一些重要关系和变量被忽视，不能全面地完整地相识系统；系统分析。确定系统的组成部分和它们之间的相互关系，即确定系统的结构和功能。结构指的是系统内部构成成分之间的各种关联关系；功能是指系统所发挥的作用。留意

14、功能与性能不同，性能则是系统对外部各种影响的反应；3.建立系统模型。用模型来描述系统各个部分之间的相互关系和相互作用。一个困难系统，总是含有大量的因素。其中有确定系统本质的主要因素，也有很多次要因素。只有在模型中包括了全部主要因素才能把握整个系统的本质；4.问题求解。在约束条件下，通过对所建模型的求解，获得答案。 模拟方法 模拟方法是以客观事物中某些相像方面为基础，用模型模拟原型的形态、特征和本质的一种方法。模拟方法可分为物质模拟和思想模拟两大类型。物质模拟是以物质模型来模拟原型的方法。分为物理模拟、医学模拟、数学模拟、功能模拟等多种类型。物理模拟、医学模拟和数学模拟仅是相识原型的手段，而功能

15、模拟则既是相识原型的手段又是相识的目的。功能模拟方法建立的思想基础是在肯定条件下，在形式、结构不同的系统中，可以视察到同样的行为。而其产生的哲学基础是行为主义心理学中有关行为概念在方法论中详细引用。该方法的特点是原型关系的类比性、原型结构的替代性以及原型信息的外推性。 黑箱方法 从相识论上讲，黑箱方法是以我们对所探讨的对象一窍不通为动身点，通过相识的不断深化，即由黑箱-不知、灰箱-有所知、白箱-全知，逐步达到相识对象的目的。相识步骤是确认箱子-考察箱子-说明箱子。 信息方法 就是运用信息的观点，把某个系统的运动过程当作信息传递和转换的过程，然后通过对信息流程的分析和处理，达到对这一困难系统的规

16、律或本质的相识。应用信息方法的主要步骤：信息反馈限制，即按规定信息，通过信息反馈、信息比较、信息推断和信息调整四步实现对实际信息的限制。规定信息是指系统工作的预定目标或参数；实际信息是指系统的实际工作状况或结果。功能模拟，即以功能和行为上的相像为基础，用模型模拟原型的功能和行为。用信息方法考察困难系统，不考虑系统的物理性质，仅从信息流程上对系统进行探讨，这样就可以发觉有很多不同的系统可以具有相像的行为和功能。 数学方法 形式化方法、定量化方法、最优化方法都属于数学方法。形式化与形式化语言的应用有干脆关系。形式化语言是一种高度抽象和严格定义的符号语言。用形式语言构造的系统称为形式系统，相应的方法

17、称为形式化方法。首先，形式化要求反映了自动限制理论的抽象化水平，也体现了学科运用形式化语言统一处理问题的要求；其次，对自动限制理论进行定量化探讨的前提是自动限制理论的形式化；最终，对自动限制理论的定量化探讨导致了比较与选择的可能，即最优化问题的产生。而这三者是由自动限制理论运用类比方法探究并确定不同系统相像性的要求所确定的。其实，在自动限制原理中，每当谈到数学方法，就有必要谈及一下数学方法论体系问题。这是由“自动限制原理”定量化描述的广泛性要求所确定的。数学方法论体系的详细内容如下：数学赖以产生和发展的基本方法:第一，归纳法、演绎法、类比法；其次，分析法、综合法、抽象法。建立数学体系的主要方法

18、:极限法；公理法；模型法。第三，数学处理问题常用的两个方法:映射法；数学试验法：思想试验和计算机试验。 范畴方法 哲学范畴是哲学中概括与抽象程度较高的概念，它们同样详细很深刻的方法论意义。“自动限制原理”包含的哲学范畴许多，主要有整体与部分、分析与综合、系统与要素、结构与功能、信息与能量、运动与静止、必定与偶然、规律与混沌等。例如，作用与反作用、缘由与结果可用于在哲学层次上说明什么是反馈原理；可能性与现实性可用于说明什么是能控性与能观测性等。 三协同教学的基本方法 开展“自动限制原理”协同教学的主要步骤有三：首先，对课程内容体系进行科学划分，找出学问主线、技术方法主线，甚至是教学主线。在此基础

19、上，确定出须要协同教学的学问和技术；其次，为这些学问和技术配置相关的哲学内容，以形成协同教学内容；最终，利用下述协同方法对上述协同教学内容实施协同教学。协同方法主要有四种：一是历史方法；二是文献方法；三是探讨式的详细-抽象方法；四是启发式的抽象-详细方法。例如，对于“自动限制原理”经典部分的内容，我们划分其学问主线、技术方法主线的详细过程如下：首先，从一个待设计的限制系统动身，将其分析与设计问题分解为三大学问主线：稳定性问题、快速性问题和精确性问题，外加三个学问对应关系：系统结构参数与稳定性问题的对应关系、系统结构参数与快速性问题的对应关系、系统结构参数与精确性问题的对应关系。技术方法主线有两

20、个：频率特性法和根轨迹法。其次，通过对这两种技术方法主线的选择与运用来确定或修改上述三个学问对应关系，使之满意设计要求，进而达到对上述三大学问主线问题的圆满解决。最终，通过模拟实现或物理实现上述三个学问对应关系，就可以获得一个理论上或事实上可用的限制系统。事实上，上述划分过程也是本课程经典部分的最佳教学主线。又例如，我们在绪论中引出稳定性这一须要协同教学问题时，运用了历史方法与数学方法。首先对各种稳定性理论与方法按时间依次逐一引出，并对各位历史人物进行了简要介绍，然后针对这同一问题将他们各自的理论与方法还原到各自的数学应答域之中，最终通过指出数学应答域的不同，来阐述和点评各自理论与方法的优缺点

21、，并指出了可能的改进方向与路径。而在介绍详细的稳定性判据时，我们则采纳了文献方法。例如，在讲授劳斯本人探讨历时九年之久才得以问世的闻名的劳斯稳定性判据时，为了弄清晰劳斯判据证明的困难思路，利用文献追溯方法，我们依据谢绪恺教授于11012年所撰写的一篇名为“关于Routh判据的一点注记”的论文中所供应的线索找到了他在1957年全国第一次力学会议上所发表的另一篇名为“探讨线性系统稳定性的新方法”的论文。这两篇论文对于阐明该问题起了特别关键的作用。又例如，我们在讲授方框图等效变换一节内容时，我们运用了探讨式的详细-抽象方法。首先，我们将方框图等效变换方法提升到了等价变换理论层次上，并应用这一理论来探

22、讨和讲解一个详细的独创创建案例；其次，从这个案例中抽象动身明创建的本质特征之一：等价因子的提取与转换。这样一来，这一节的内容就变得特别简单驾驭了。实践表明，学生们在这样的协同教学中既可学到专业学问，又可积累方法论学问。在讲授限制系统校正本质问题时，我们运用了模型论和比较方法。首先按设计要求建立一个志向模型，然后与实际模型进行比对，最终通过思索如何消退模型差异进而阐明白校正的本质。一旦驾驭了校正的本质，系统校正设计的思路与步骤就简单理解和驾驭了，而每一种校正方法的针对性也会一目了然。这一教学难点就是通过这种协同教学而迎刃而解的。在讲解并描述自动限制理论发展史时，我们遇到了一个如何推断自动限制理论

23、发展阶段的难题，即关于自动限制理论是否已发展到了第三代的问题。对于这个问题的回答，我们还真得要回到哲学上去才有可能讲清晰。根据美国科学哲学家库恩的有关科学发展范式，推断一门科学是否发展了，这一范式肯定要发生彻底的层次性变更，科学才算是进步的。自动限制理论的发展经验了由经典范式到现代范式的彻底的层次性变更，但没能实现从现代范式到“第三代范式”的彻底的层次性变更。根据库恩的范式，当本体论层面有冲突或争议时，通常会到上一层的方法论层面上来解决冲突或争议，假如对方法论也有争议时，就会再上升一个层次，到价值观层面上来解决争议，假如对价值观也存在争议，那就再也找不到更高的层面来解决争议了，此时的范式对于解

24、决争议已经失效，必需要建立新的范式来替代旧的范式，才能解决旧的冲突或争议，而这个新的范式就是新一代的科学理论。由于自动限制理论的现代范式与“第三代范式”在本体论，方法论，价值观三个层面上共同的东西太多，无法将其肯定划分开来，因此，根据库恩的范式，所谓的“第三代自动限制理论”一说并不成立。 在“自动限制原理”课程中，须要协同教学的内容特别多。大到一个定理，小到一个基本概念，都有可能须要借助协同教学才能完成学问的正迁移。因此，在哲学与“自动限制原理”课程之间开展协同教学，对老师和学生的哲学修养都提出了肯定的要求。最终，须要指出：本文是在作者讲授近十年的“自动限制原理”课程中有关自动限制理论哲学讲稿

25、与自动限制理论发展史讲稿的基础上经整理而成的。另外，文中所运用的学问片断除了能给出文献出处的以外，由于时间久远，其他学问片断都已无法找到原文出处，在此，对这些学问片断的原创者表示深深的感谢。 参考文献 1黄琳，段志生.限制科学中的困难性J.自动化学报，2003，29(5)：748-754. 2陈秋萍，刘斌.系统科学中的哲学思想J.株洲工学院学报，2002，16(4)：147-150. 3王雨田.限制论、信息论、系统科学与哲学M.中国人民高校出版社，11018.3. 4陈寿灿.方法论导论M.东北财经高校出版社，2022. 5吴元樑.科学方法论基础M.中国社会科学出版社，2022(7). 6周述岐.数学思想和数学哲学M.中国人民高校出版社,11013. 7王巍.科学哲学问题探讨M.清华高校出版社，2004. 第15页 共15页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页第 15 页 共 15 页