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利用协同理念将相关的哲学原理与方法纳入自动控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,并通过这一活动获取相应的协同教学效应,为课程目标的最佳实现提供最有效的服务.
一协同教学的目的和意义
有关协同的概念有很多种描述.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能力,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.导致事物间属性互相增强、向积极方向发展的相干性即为协同性.研究事物的协同性,便形成协同理论.本文作者认为：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、协调一致地共同完成某一教学目标的过程或能力.协同教学追求的是“协同教学效应”,即“1+1>2”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.在哲学与自动控制原理课程之间,开展协同教学研究与探索的目的和意义在于：
第一,有助于拉近哲学与具体自然科学的距离,加强哲学对具体科学的指导作用.讲科学教育与人文教育的融合,以实现“1+1>2”的教育成效,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.素质教育、创新人才培养的本质性基础之一是科学教育与人文教育的统一实践.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研究工作的反思、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,却没有能力对其进行有效的、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,却没有能力对其进行深层次的价值判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养不出世界大师、诺贝尔奖获得者的重要原因之一.
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第二,有助于提高素质教育与创新人才的培养.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认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.“自动控制原理”也毫不例外.整体论、还原论、系统论等认识论原则以及系统论、信息论与控制论,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控制科学与工程及其相关学科开展素质教育与创新人才培养特别需要涵盖的内容.
第三,哲学与“自动控制原理”课程之间的相关性与紧密程度也决定了适合在这两者之间开展协同教学研究.作为黑龙江省精品课程,“自动控制原理”的课程性质虽然是以自动控制理论为核心内容的一门关于自动控制规律的公共技术基础课程,但其认识论与方法论色彩十分浓厚,传统与主流哲学思想及其方法遍及整个内容体系.因此,对“自动控制原理”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、学习观与知识观,而且还为开展协同教学研究提供了第一手材料.
二协同教学的哲学内容
1自动控制原理课程的认识论内涵
学习、掌握和运用自动控制原理有三条认识论路径.一是整体论认识路径；二是还原论认识路径；三是系统论认识路径.认识论是探讨人类认识的本质、结构,认识与客观实在的关系,认识的前提和基础,认识发生、发展的过程及其规律,认识的真理标准等问题的哲学学说.又称知识论.简单地说,认识论主要解决“怎么看”的问题.
（1）“自动控制原理”的整体论认识路径
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研究方法.该方法的特点是将事物作为一个整体加以观察和研究,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研究对象分解开来,以对其各个部分和细节进行全面的研究.只能从整体（即黑箱）着眼、入手,从整体上进行观察和研究.这就使得整体论具有笼统、模糊、思辨（由于推理事实不足所进行的猜测）和谬误（不正确的猜测,不能自圆其说）等局限性.15世纪欧洲文艺复兴运动以后逐渐由还原论所取代.在自动控制理论中,系统辨识就是基于整体论认识的一种系统建模方法.
（2）“自动控制原理”的还原论认识路径
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研究方法.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.这种把研究对象分解为若干部分,从高到低、由上向下、方向单一的研究思路被称为还原论.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
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（3）“自动控制原理”的系统论认识路径
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,其认识路径由系统科学中的“老三论”与“新三论”构成.系统论、控制论和信息论是上世纪40年代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、控制论和信息论不同,耗散结构论、协同论、突变论是上世纪70年代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）系统论
系统论是研究系统的一般模式、结构和规律的学问,它研究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：由若干要素以一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,表明了要素与要素、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、时序性等是所有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研究；广义系统论则是对一类相关的系统科学内容来进行分析研究.其中包括三个方面的内容：系统科学、数学系统论；系统技术,涉及到控制论、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、认识论、价值论等方面的内容.其创始人是贝塔朗菲（L.Bertalanffy）.
2）控制论
控制论是研究系统各构成部分之间的信息传递规律和控制规律的科学.控制论已不再局限于工程控制,而是广泛应用于所有其他科学领域.其创始人是维纳（N.Wiener）.
3）信息论
信息论是研究信息的计量、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能力和效率,应用在通讯、生理学和物理学等学科中.其创始人是香农（C.E. Shannon）.
4）耗散结构论
耗散结构论是由比利时科学家伊里亚·普里戈津（I.Prigogine）在1969年首次提出的一种新理论.并于1977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（Haken Hermann）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(RenéThom),他于1972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“自动控制原理”的方法论内涵
方法论是人们认识世界和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.简单地说,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.“自动控制原理”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,理论方法与经验方法的结合；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“自动控制原理”经常使用的一些具体方法.
(1)系统方法
系统方法是将所要研究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（甚至多方向）、综合地考察对象,以全面、准确地认识对象,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,根据问题涉及的范围,确定系统的边界.边界划分必须合适,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,不能全面地完整地认识系统；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.注意功能与性能不同,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.一个复杂系统,总是含有大量的因素.其中有决定系统本质的主要因素,也有许多次要因素.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.
（2）模拟方法
模拟方法是以客观事物中某些相似方面为基础,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认识原型的手段,而功能模拟则既是认识原型的手段又是认识的目的.功能模拟方法建立的思想基础是在一定条件下,在形式、结构不同的系统中,可以观察到同样的行为.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具体引用.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.
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（3）黑箱方法
从认识论上讲,黑箱方法是以我们对所研究的对象一无所知为出发点,通过认识的不断深入,即由黑箱-不知、灰箱-有所知、白箱-全知,逐步达到认识对象的目的.认识步骤是确认箱子（黑色、灰色）-考察箱子-说明箱子.
（4）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,达到对这一复杂系统的规律或本质的认识.应用信息方法的主要步骤：信息反馈控制,即按规定信息,通过信息反馈、信息比较、信息判断和信息调整四步实现对实际信息的控制.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情况或结果.功能模拟,即以功能和行为上的相似为基础,用模型模拟原型的功能和行为.用信息方法考察复杂系统,不考虑系统的物理性质,仅从信息流程上对系统进行研究,这样就可以发现有许多不同的系统可以具有相似的行为和功能.
（5）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直接关系.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（如公理化的逻辑系统）称为形式系统,相应的方法称为形式化方法.首先,形式化要求反映了自动控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,对自动控制理论进行定量化研究的前提是自动控制理论的形式化；最后,对自动控制理论的定量化研究导致了比较与选择的可能,即最优化问题的产生.而这三者是由自动控制理论运用类比方法探索并确定不同系统相似性的要求所决定的.其实,在自动控制原理中,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“自动控制原理”定量化描述的广泛性要求所决定的.数学方法论体系的具体内容如下：数学赖以产生和发展的基本方法（过去、现在和将来）:第一,归纳法、演绎法、类比法；第二,分析法、综合法、抽象法（以分析为基础产生）.建立数学体系的主要方法:极限法（可他用,如解决具体问题）；公理法（仅用于建立数学体系或理论）；模型法（可他用,应用广泛）.第三,数学处理问题常用的两个方法:映射法；数学实验法：思想实验（如概率论中的随机实验）和计算机实验.
（6）范畴方法
哲学范畴是哲学中概括与抽象程度较高的概念,它们同样具体很深刻的方法论意义.“自动控制原理”包含的哲学范畴很多,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、必然与偶然、规律与混沌等.例如,作用与反作用、原因与结果可用于在哲学层次上解释什么是反馈原理；可能性与现实性可用于解释什么是能控性与能观测性等.
三协同教学的基本方法
开展“自动控制原理”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,找出知识主线、技术方法主线,甚至是教学主线.在此基础上,确定出需要协同教学的知识和技术；其次,为这些知识和技术配置相关的哲学内容,以形成协同教学内容；最后,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
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