苏宝峰（西北农林科技大学机械与电子工程学院  陕西杨凌  712100）

摘 要：针对当前教学过程中存在的学生整体思维和系统认知能力相对偏弱的问题，结合《计算机控制系统》课程，浅谈了如何培养构建学生整体思维和系统认知能力的方法，以期为相关课程的讲授及学生整体思维能力培养等工作提供借鉴。

关键词：计算机控制系统；整体思维；系统认知

整体性是系统的根本属性，整体性思维观念是对世界万物系统性存在的一种观照，整体性应当是中国发展的最高和最有价值的特性^[1]。了解系统的整体属性，从全局的角度去考查局部，对我们更好的促进社会和行业的可持续发展具有重要的意义。

在大学的教育中，课程的设置经过系统的设计安排，然而在日常教学同学生的交流过程中发现，对于学生，无论从单科而言还是从专业而言，往往只能回顾某门课程的某些知识点或者自己专业的某些课程，多数难以系统逻辑的阐述某门课程和自己专业所学的知识，也就说明部分学生没有很好的建立起自己的知识体系，即使学生的考试成绩不错，也难以保证在知识迅速更新的当今社会不断更新自己的知识，以保证个体在社会中的可持续发展。因此，在教学的过程中，培养学生的整体思维和系统认知的能力成为当前需要面对并亟待解决的问题。

《计算机控制系统》等控制类课程往往是自动化、电气工程、机械电子工程等专业的重要的专业课程，它是涉及多门课程知识，既有完整的理论体系，又有很强的实践性和工程性，具有综合性强、实践性强和通用性强的三个特点。在课程内容上来看，计算机控制系统融合模拟电子技术、数字电子技术、计算机控制技术、信号与系统、电力电子技术、电机拖动、传感器原理、控制系统仿真等多课程的内容，特别适合用于培养学生的整体思维和系统认知能力。因此，探索通过《计算机控制系统》课程帮助学生建立自己专业的相关知识体系，培养学生整体思维和系统认知能力是非常必要的。

针对计算机控制系统结构混合和信号混合的典型特点，在教学上可以尝试从几个不同的层次和逻辑培养学生的整体思维和系统认知能力。首先，从控制系统的物理构成角度来分析，让学生了解控制系统的构成，对应于控制系统的控制器、执行机构、被控对象及检测变送装置等控制系统的核心环节每一部分对应的学科知识所在，了解不同控制系统下，核心环节的组成的区别与相同点是什么，不同控制系统下的核心环节的连接是怎么连实现的。其次，从控制系统的信号流来分析，由于计算机控制系统的执行机构和被控对象往往是模拟的，而有计算机实现的控制器的信号存在形式数字的，同时在经过检测变送装置及A/D变换后，信号又变成了离散模拟信号，这些不同形式的信号形式的存在，必然要引导学生考虑他们之间的转换过程是怎么样的，转换过程对信号的传输带来了什么样的影响。再次，从控制系统的数学描述来分析，对比自动控制原理中讲述内容，从经典控制理论分析出发，分别从时间域和S域对系统进行了分析，对应的数学模型分别是微分方程和传递函数；在计算机控制系统当中是否也有类似的分析方式，在计算机控制系统当中，经典控制理论里的数学模型分别是时间域的差分方程和Z域的脉冲传递函数；此时，再加上对应经典控制理论的现代控制理论当中常用到的数学模型是状态空间模型，这样就形成了一个面向控制系统相对完成的数学模型描述体系。第四，在控制器的设计层面分析，由于计算机控制系统的结构混合特点，可以引导学生从模拟系统和数字系统两个角度进行考虑，分别考虑在这两种情况下该如何考虑系统，并且分析两种假设下分别作是在什么条件下近似而成的，同时需要引导学生分析这些假设条件对整个系统的影响有哪些。同时需要引导学生明确设计的任务是为系统服务的，控制器的控制效果一方面要满足真个系统的要求，同时还需要考虑到对执行机构的影响，做到真正的整体思维。最后，在系统性能的仿真与实现层面，在掌握必要的软件同时需要引导学生充分考虑数学模型中的每个环节是如何从物理对象中抽象出来的，抽象过程中有哪些近似过程，同时引导学生充分考虑实际的计算机控制系统的工作环境对控制系统各部分的影响，了解理论设计得到的系统在实际应用中需要注意哪些问题。

在教学形式上，启发式案例教学是一个很好的引导学生进入教学内容环境的手段。在面向培养学生的整体思维和系统认知的过程中，案例的选择是非常重要的。从课程的整体而言，完整的计算机控制系统案例是十分必要的，同时考虑到学生对课程内容的接受程度，可以由浅入深，有简入难的选择2-3个计算机控制系统的典型案例，将课程的关键知识点与系统中的各个部分进行对应，做到理论和实际相结合，局部与整体相结合，时刻使学生从系统的角度考虑局部知识，做到有点有面系统完整。

整体思维和系统认知能力是需要具备的重要能力之一，在教学环节需要得到重点的关注。在系统的专业培养方案当中，每个课程和整个培养方案都有自己的一个体系架构，充分的引导学生了解课程和专业的体系结构，构建自己的知识体系，培养独立的系统认知能力对个人的发展是非常有力。本文仅就结合《计算机控制系统》课程培养学生的整体思维和系统认知能力进行了简单的阐述，以期为相关专业老师提供借鉴。

参考文献：

[1]光明日报.以整体性思维看待发展新理.2016年01月20日.Available from:http://www.xinhuanet.com//politics/2016-01/20/c_128646812.htm.

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