線性系統理論總結
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線性系統理論總結范文第1篇
The Classroom Teaching Reform and Exploration
of the Linear System Theory
LIU Xinyu， ZHANG Hongtao
（North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou， He'nan 450045）
Abstract In this paper， based on years of practical experience in teaching， the universal existence questions are through researched of the linear system theory in classroom teaching and put forward preliminary teaching concept of the theory and practice and cooperative teaching. The teaching content， teaching methods and teaching means of the course are explored helpfully， it has an important reference on improve the teaching quality of this course as a whole.
Key words cooperative teaching; the linear system？ theory; the quality of teaching
0 引言
線性系統理論是控制科學與工程學科的一門研究生標志性課程，它主要研究線性系統的分析和設計方法，并用于指導工程實踐的科學。長期以來，由于本門課教師習慣于理學思維，在教學中缺失工程上的形象思維，弱化了實踐教學，講授方法主要圍繞建模、分析、綜合這條主線講解相關的概念、定理和證明，學生只會對老師講授的這些概念進行理解及定理記憶，造成教學效果不佳。加之本門課程涉及的知識范圍廣、內容繁多、概念抽象、理論性較強，容易使學生陷入無從下手、機械接受的窘境，從而產生消極、厭煩情緒。因此，對線性系統理論教學進行重新定位和思考，形成了理論與實踐并重、協同教學的教學理念，并結合學生理論基礎的具體情況，從學科內部的相關性和科學的整體性出發，在教學內容、教學方法和教學手段等方面對“線性系統理論”的傳統教學模式進行改革，不斷完善教學方法和教學手段，構建起和諧高效的生命課堂，提高課程整體教學質量。
1 理論與實踐并重，協同教學
線性系統理論課程內容相對較多，其中的一些概念和理論推導比較抽象和難以理解。學生的主要任務就是完成教師布置的課后作業，對于相關理論的實際應用一無所知。因此教師在教學過程中要有意識地把線性系統理論和實際工程中的應用緊密結合起來，以實例為切入點，兼顧理論分析和推導，培養學生學會運用這種研究方法去處理實際工作中各種問題的能力。比如對于系統穩定性分析方法很多。然而，對于非線性系統和線性時變系統，這些穩定性分析方法實現起來可能非常困難，甚至是不可能的。李雅普諾夫（A.M. Lyapunov）穩定性分析是解決非線性系統穩定性問題的一般方法。但學習這部分內容時，學生普遍感到難以理解，不知道它究竟能應用的在實際工程的哪一方面。針對此種情況，在講課過程中以雙饋風力發電機的勵磁控制為例，把理論和實際應用結合起來，授課過程如下：
根據相關參考文獻，網側變流器控制電壓與輸入電流之間的關系結構如圖1所示。
圖1 網側變流器電壓與電流關系圖
由結構圖（圖1）可得系統狀態方程為：
（1）
這里采用滑模變結構控制，我們可以將公式（1）寫成如下的狀態空間方程：
= + + （2）
公式（2）中，代表由電網電壓引起的擾動，為狀態變量，為控制輸入，、分別代表網側變換器的有功電流和無功電流。、分別代表有功電流和無功電流的控制量、。
（3）
根據公式（3）可知，雙饋式感應風力發電系統滿足滑動模態不受外界干擾的充要條件。因此，可以通過選擇合適的滑模面函數，使得網側變流器對電網電壓等引起的擾動具有完全魯棒性。
定義系統軸的誤差狀態變量為 = ，根據公式（2），可得到網側變流器軸輸入電流的誤差狀態方程為：
= + + （4）
在公式（4）中 = + 為電網電壓及軸電流的交叉耦合項引起的擾動。
本文采用如下的積分滑模面
= + （5）
式中為模面系數且大于零的常數，為電流跟蹤誤差的初始值。
若雙饋風力發電并網控制系統滿足?O?O時，采用如下的雙饋式感應發電機網側變流器輸入電流d軸分量的控制律：
= （）（） （6）
可使系統魯棒穩定，其中為大于零的常數。
證明如下：
選取李亞普諾夫函數為 = ，則有
= = （ + ）
= [（） + + + ]
= （ （））≤?O?O+?O?O?O?O
= ?O?O（?O?O）≤ ?O?O（）
因此，所設計的控制系統穩定。
2 整合教學內容，優化教學實施方案
（1）在教學內容方面：課堂教學內容整合為四個專題，即線性系統建模、系統穩定性分析、系統的能控性和能觀性、系統設計。以這四個專題為課程建設的重點，進行專題教學。基礎知識的相關內容全部在課程網站上，供學生課后自主學習。
（2）在教學模式與教學手段方面：努力實現“兩個結合”。應用現代教育技術和信息技術，努力促進“課堂教學與實際教學相結合，教師授課與學生討論相結合”，以兩個結合為重點，開發和應用立體化教學資源（包括書本、課件、網站、網課、題庫、音像）。
（3）在教學方法方面：努力構建“對話式和知識聯想”教學方法。發揮科技前沿知識和科學研究方法訓練的魅力，抓住青年學生強烈的求知欲和好奇心理，營造“能夠充分展開自主性、協作式學習，變一言堂機制為對話式機制”的學習氛圍，努力實現“師生對話、人機交互、學生討論、專題演播（課件、科教片）”這一生動活潑的教學形式。
（4）在教學資源建設方面：激活學生“自主、協作、探究”的積極性，組織師生聯手共建教學資源。積極開發、建設多媒體課件和教學網站系統，調動一切力量，收集整理大量的文本、資料、圖片、試題庫等教學資源，充分體現以學生為本的課程教學改革理念。
（5）在學習評價方面：研制網上考試系統，促進考試的改革。在線性理論課程建設中，研制具有“組卷、評分、統計、提示”等一系列功能的軟件，為課程的考試改革和學生的自測訓練提供可靠的軟件平臺，促進課程建設和考試的改革。
3 實時更新教學方法，不斷完善教學手段
3.1 教學方法
（1）用典型應用實例和科技熱點問題引導學生的上課興趣和思考問題的積極性。教學的主體，莫過于精煉的高水平演講，這是教學的本，是任何課件和音像都無可替代的。教師備課時，要善于發現和利用典型應用實例和科學技術的熱點問題，誘導、激發學生的學習積極性。
（2）組織對話式教學。教師作對話式教學中的主持人，學生作嘉賓，開發、穿插角色扮演，通過情感體驗，深入理解教學的知識點和面。
（3）師生互動，開展專題討論和辯論。這是教學的升華，它能夠有效地激發、培養學生的探究能力和科學思維。例如，“克隆技術的利與弊”、“外星生命之我見”、“合理利用地球資源與保護生態環境”、“怎樣理解科學技術是一把雙刃劍”等等。
（4）訓練學生自主歸納和學習思考能力，培養“自主、協作、探究”精神。以授課知識點為源頭，進行縱、橫向知識內容的層層聯想和意識流輻射，思考、歸納和總結事件的規律性，恰當地注入科學的方法論和培育科學思維方式，培養學生的“自主、協作、探究”精神。
（5）組織學生積極參加演講和創新實踐活動。組織安排學生，參加教學網站、網絡課程及其它教學軟件的開發研制，既增強了學生的參課、建設意識，又促進了對課程內容的深入和對知識的系統理解，強化了學生學習現代科學技術概論的積極性。在課堂內外布置學生就授課內容及相關知識，在網上和圖書館收集整理一些專題演講資料，讓學生做成PPT，安排他們在課堂穿插一些簡短的專題演講和討論。這一做法既活躍了課堂教學氣氛、鍛煉了學生，又使學生參與了課程資源建設。事實表明，學生收集來的豐富資料超出了教師的預期，有效地推動了課程的資源建設進程。
3.2 教學手段
以常規板書為主，對重要的定理、定義和重點習題進行必要推導和證明。合理運用多媒體課件、大屏幕投影、網絡交互、視音頻輔教等現代教育技術和信息手段，積極開發、建設多媒體課件，穿插相應的視頻，演示難以表述的概念和形象。
另外，為了更好地配合理論教學內容，加深學生對所學知識的理解，在實踐教學內容上要利用好兩個手段：其一是仿真實驗，充分利用Matlab這一進行虛擬實驗的有效工具，對學過的理論知識進行驗證或復雜系統建模;其二是實驗課，在進行實踐教學內容時，應該首先利用Matlab軟件平臺對所研究的控制系統進行建模和分析，然后在實驗室的硬件平臺上再用硬件搭建控制系統模型，并與Matlab軟件平臺所取得的控制效果進行對比分析，找出理想控制模型和實際（下轉第123頁）（上接第104頁）硬件控制模型的聯系及區別。
4 采取有效措施，提高學生學習興趣
線性系統理論這門課程的內容涉及知識面廣，信息量大，對所涉及的先修數學知識（微積分、復變函數、矩陣論等）的要求較高，如果在教學過程中只注重一般的理論講述，缺乏工程和物理概念的實踐，就容易使學生覺得晦澀難懂，從而產生厭學的情緒，影響學習興趣和學習效果。因此，在整個理論教學內容結束后，還應及時安排一些綜合性實踐訓練，鞏固已學的理論教學內容，提高的學生的實際動手能力及學習的興趣、效率。比如在高校或教學系統內部，每年都有許多諸如大學生實驗創新項目、大學生數學建模大賽等，這些項目給學生提供了動手實踐的平臺。任課教師可以組織學生積極申報并給予認真指導。從這些具體的實踐項目中體會理論聯系實際的過程，加強對所學理論知識的理解和掌握。另外還可以充分利用現成的網絡資源，針對教師自己承擔的實際項目，組成自動控制理論學習興趣小組Q群，每個小組單獨對項目中的實際問題進行分析和建模， 然后在Q群中進行集體的討論，最后選擇出適合實際工程需要的物理模型及其控制方法。通過討論和分析，培養了學生分析問題和解決問題的實際能力，提高了他們的學習熱情和學習效率。
5 結論
線性系統理論總結范文第2篇
關鍵詞：留學生；精品課程；線性系統理論；最優控制
中圖分類號：G643 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）31-0097-02
隨著中國綜合國力和辦學實力的不斷提高，越來越多的外國學生選擇到中國攻讀學士、碩士或博士學位。江蘇省作為一個高等教育強省，近年來的國際留學生規模不斷攀升，在這一大的背景下，如何建設一批精品課程，提高留學生的培養質量成為擺在我們面前的現實問題。關于精品課程的建設，現有文獻進行了大量研究并取得了較多的成果。文獻[1-3]系統地總結了高校精品課程建設的經驗及現有方法的不足之處。文獻[4，5]結合國家精品課程建設實踐，探討了創新性的教學方法。文獻[6]研究了高校精品課程建設特色模式的建構問題。文獻[7]從國際化視野的角度研究了精品課程建設問題。文獻[8]探討了精品開放課程的建設并將成果應用于人才培養。文獻[9]以《電工電子技術》課程為例，研究了精品課程的建設問題。
借鑒現有文獻得到的研究成果，江蘇高等教育管理部門與高等學校深入研究留學生培養方案，改進教學方法，創新實踐教學手段，培育精品課程，有效地提高了課堂授課質量和人才培養質量。雖然本文作者所在單位的留學生培養起步稍晚，但是我校不斷拓寬辦學途徑，努力開展教育、科技交流與合作，加快國際化步伐，積極引入國際先進教育資源，大膽探索中外合作辦學模式，不斷擴大留學生規模，建設自動控制學科全英文授課專業與品牌課程，有效地提高了學校國際化水平。
我校對國際留學生定位主要來自于亞非拉等第三世界國家和地區，這些國家和地區的學生知識水平參差不齊。因此，培育建設若干門精品課程就成為我們提高人才培養質量的利器。為認真貫徹落實《留學江蘇行動計劃》，2014年江蘇省教育廳啟動了江蘇高校省級外國留學生英文授課精品課程評選工作，2014年、2015年共選出92門精品課程，2016年選出45門精品課程、30門培育課程。本課題組分別于2015年、2016年獲得1門精品課程即《Linear System Theory》、1門培育課程即《Optimal Control》。同時，我校也大力推進留學生英文授課精品課程的建設工作，本課題組研究人員于2014年立項建設校級留學生英文授課精品課程3門。
《Linear System Theory》和《Optimal Control》課程是現代控制理論的重要組成部分，是學習和研究控制理論的基A，是控制理論與控制工程等專業研究生的基礎性課程，在自動控制、系統工程與經濟管理等許多領域都得到了越來越廣泛的應用。《Linear System Theory》和《Optimal Control》課程同時也是相關專業研究生學位課必修課程，其地位十分重要。
鑒于以上兩門課程對于留學生培養的重要性以及我們在課程建設方面的前期成果，本文結合2015年度江蘇高校省級外國留學生英文授課精品課程《Linear System Theory》、2016年度江蘇高校省級外國留學生英文授課培育課程《Optimal Control》，江蘇科技大學《Linear System Theory》、《Optimal Control》、《Modern Control Theory》研究生精品課程建設過程，并參考文獻[1-9]所提出的創新性方法，對留學研究生精品課程建設的機制和方法進行理論研究，同時將相關研究成果應用到本校留學研究生精品課程建設實踐中。本文所得結果對于留學研究生精品課程建設水平的提高具有一定的積極意義。
1 省級留學研究生英文授課精品課程建設機制研究
下面，結合我校省級留學研究生英文授課精品課程建設實踐，討論留學生精品課程建設的機制及方法問題。
1.1 課程培養定位與目標
《Linear System Theory》是包括控制理論與控制工程、電氣工程及其自動化等專業研究生的理論基礎課，也是學位課。本課程的授課目標應使留學生通過各個教學環節，深入了解和掌握線性系統及其相關理論算法，并具有一定的實際控制領域問題分析和解決的能力。
《Optimal Control》是現代控制理論中的一個重要組成部分，本課程的教學目標與任務是使學生掌握最優控制的數學理論基礎、基本概念、基本原理和基本方法及其在實際問題中的應用，使學生具有一定的對工程問題中最優控制問題的分析、設計、求解能力，并為以后學習更深層次的控制理論打下基礎。
1.2 確立知識模塊順序及重點、難點
線性系統理論總結范文第3篇
關鍵詞： 電力系統；復雜性；研究
電力能源是對能源進行加工的非自然產物，是一種二次能源。隨著國家的建設，電網的規模越來越大，大小停電事故屢見不鮮。電力系統牽扯著國家的經濟命脈，它的事故造成的后果日益嚴重。我們有必要認識到預防電力系統停電是一個系統工程，根據電力系統的復雜性并科學地研究它，不僅從宏觀上要考慮到電力系統的日趨復雜，還要從微觀上提高系統在擾動下保證穩定的能力。
1 電力系統的復雜性
1.1 隨著用電規模的擴大，電力系統日趨復雜
隨著科技的發展，用電規模越來越大，電力系統的發展趨勢對運行提出了更多的要求。在電力市場被引入后，電力電子的應用使得電力系統更加復雜，如滿足負荷、電能質量、安全可靠性等。
在聯通了大面積的電網后，局部故障也能迅速傳播到較遠的地方，象計算機病毒一樣遍及全部網絡。近年來，國外發生過多起由不起眼的小故障發生連鎖反應引起的重大停電事故。當然大面積停電事故的發生概率很低，但是造成的重大的經濟損失的給人民生活造成的影響不得不引起人們對電網安全的高度關注。
目前我國電網西電東送，南北互供。以三峽水電站為中心，輔射到東南西北四個方向，南北網多點互聯形成全國聯網，運行情況比小范圍內的聯網情況復雜得多，對電網發展與安全提出了許多新的課題。我們把電力系統不能看作是一個相對靜止的系統，要看到任何起源于發電方，終止于用戶方的用電變化都可能對系統整體產生連鎖式影響。研究電力系統的復雜性，為電力系統運行和規劃提供堅實的理論支持是有實際意義的。今后的發展趨勢，對電力系統的復雜性的研究會越來越深入。
1.2 電力系統復雜性的特點
復雜系統是指由大量強相互作用且不同的組成單元構成的系統。對于一個復雜電力系統具有的主要特點有：網絡節點數目眾多，超大規模的網絡行為具有統計特征；網絡連接結構既不完全規則，也不完全是隨機的，但它也有其固有的自組織規則；每個節點本身可以是一個非線性系統，由離散和連續微分方程來描述。
我們可以根據系統的特點，每個元件建立詳細的數學模型，模擬系統的形式動態分析。這種分析方法對故障仿真、找出薄弱環節，能起到很好的作用。
也可以從電力系統拓撲分析，拓撲結構具有內在的特性，一旦確定，必將對電網的性能產生深遠的影響。
復雜的非線性電力系統節點具有非線性和復雜性，結構錯綜復雜；復雜的動態網絡系統的時空演化過程中出現的復雜性是迄今為止尚未解決的一個難題。需要對電力系統復雜性特征的探索、復雜電力系統結構的穩定性等，取得實質性的進展。
1.3 將復雜系統理論應用于大型電網的大面積停電事故研究中
現代電力系統，既分塊又分層，是高維強非線性復雜系統。復雜的結構使系統具有不可還原的功能和特點，蘊含了混沌振蕩的機率。電力系統的復雜性既是人們生活生產的需要，給我們帶來了眾多的效益，但是也給人類帶來了運行和控制的困難，我們需要尋找更強更穩定的控制方法。
復雜性理論是一門新興的交叉性學科，是科技發展的產物。它在計算機網絡、生態學、社會學和經濟學等學科中，都有具體的應用。
為了找到電力系統連鎖故障的機理，美國學者應用復雜系統理論已經取得了一些初步結果，在對于大規模停電和其頻率的關系，對于特定系統做靜態傳輸線的改進方面做了電力系統的改進研究。一些網絡由于其結構特點，使故障可方便地在網絡迅速傳播，導致電力系統的穩定性很脆弱。而對電力系統進行規劃時，應盡可能避免這種網絡結構。
2 電力系統復雜性相關問題的研究
2.1 電壓運行狀態的可視化監控
可視化技術是隨著計算機技術而迅速發展起來的一門新興的技術。它在利用計算機強大的計算和圖形能力，迅速地處理大量數據后，以直觀、可視的方式表現出來，更加有效地分析和處理大量的科學和工程數據，以提高科學研究和工程設計的效率。電壓失穩問題是電力系統監控的重要方面。在電力系統電壓監測手段還比較落后的局面下，對電力系統電壓運行可視化研究是勢在必行的。可視化技術不僅有利于深入模擬和理解實驗數據，捕捉它們之間的內在關系，同時也大大提高了對電力系統運行狀態的認識。我們可以為調度員提供更直觀的系統信息，將電壓狀態顯示與地理信息系統（Geographic Information System，GIS）相結合，然后根據離線分析、趨勢預測等方法，使電力系統電壓監控系統本身就具有分析問題和決策能力。這樣，電力系統的電壓控制就更加人性化和智能化。它為及時、準確地監控全網的信息資源，進行電網安全維護提供了有力幫助。
線性系統理論總結范文第4篇
關鍵詞：動態系統理論；社會文化理論；互動
中圖分類號：H319.3 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5795（2013）03-0010-0006
二語習得是人類認知的一部分，語言與認知密不可分，語言處理過程必須運用基本的認知能力已經成為主流觀點（DeKeyser&Juffs，2005）。但二語習得不是一種脫離語境和語言使用的孤立活動。認知視角過分強調個體與思維過程以及語法能力的發展，忽略語言發生的社會文化環境，忽視學習者作為活動主體受到內在積淀的文化、歷史、規則等諸多因素的影響（Kramsch，2000）。很多研究者開始意識到，以往各種理論對二語習得的解釋都各具合理性，卻又未免偏于一隅。如何將看似矛盾的各種理論融合起來，闡釋二語習得相關的紛繁變量，建立一個核心的理論體系？在這一背景下，動態系統理論（Dynamic System Theory，以下簡稱DST）和社會文化理論（sociocultural Theory，以下簡稱SCT）兩種理論框架脫穎而出，成為研究者們近期關注的焦點。
動態系統理論源于應用數學，是關于系統狀態轉移的動力學過程的理論，其中心課題是把握系統的演變規律。Lassen Freeman（1997）首次將其應用于二語習得。她提出，系統科學與二語習得間有諸多相似之處，如都是復雜的非線性系統，都關注無序到有序問的轉化等，因此可以嘗試將動態系統理論應用于二語習得。在此理論框架下，語言被視為一個動態系統，語言發展則是一個動態過程。語言學習者作為一個子系統，亦是一個動態系統，由記憶力、注意力、動機等次子系統構成。這些次子系統互相影響，學習者與社會生態系統又相互關聯，繼而構成了各級系統互相影響關聯的整體體系。DST主要由四個核心概念組成：初始狀態（initial states）、非重建平衡態（attractor states）、變異（variation）以及非線性（non—linearity）。隨后的研究者們利用這四個核心概念闡釋了一系列二語習得中的爭議問題。
社會文化視角代表性理論包括Vygotsky的社會文化理論和Bakhtin的對話理論（dialogism）。社會文化理論包括思維發展過程分析、人類思維的社會淵源以及符號系統在人類高級思維活動中的作用。其核心概念有臨近發展區、支架式教學、中介、私語/內語以及活動理論，對話是Bakhtin思想中的核心概念，“對話關系成了人的社會存在的本質特征”（白春仁，2000：164）。盡管Vygotsky和Bakhtin的理論分別從發展心理學及文學文化的角度闡釋語言，他們對語言與文化的很多基本觀點卻不謀而同，即兩大理論均在語言使用、文化發展及自我形成三方面對二語習得有所啟示。因此將兩者融為一體、相輔相成，可以更好地闡釋二語習得中的語言發展及交際互動。
DST和SCT雖然之初不是基于語言教學，但兩者都試圖將認知與社會視角融為一體，構建理論框架模型，為二語習得理論實踐所用，闡釋那些單個理論視角未能解決的問題。兩者在二語習得中的具體應用、理論背景、研究視角以及方法等方面各有異同。下文將逐一進行比較，希冀從比較中得到二語習得發展的新啟示，為建立一個統一的理論模型奠定基礎。
1 DST和SCT在二語習得中的應用
本章將從學習者語言、習得過程、學習環境以及教學啟示四個方面討論比較DST和SCT兩個理論框架在二語習得中的應用。
1.1學習者語言
本節主要討論DST和SCT對學習者在二語習得發展中的語言特征進行的解釋驗證。
Larsen-Freeman（2005）認為石化反映了DST中的非重建平衡狀態。在二語習得過程中，語言系統的有些狀態反映了學習者母語的結構特征以及他們對目的語的過度概括，還有些狀態（即非重建平衡狀態）則是由學習者內部相互影響著的各種變量形成的。它們不斷發展變化，具有不可預知性。石化是學習者習得過程中的一個非重建平衡狀態，而非終態。因此以往的研究者把它當作靜止的現象對待，必然無法從根本上解釋描述。DST倡導以動態的視角研究與石化現象相關的各個發展變化、相互影響的變量（語言的、心理語言的、神經語言的、社會語言的等）。另一方面，SCT（Vygotsky，1978）從心智發展的角度解釋石化現象，認為石化的產生根源在于語言學習環境的社會本質，即社會互動。Washburn（1998）利用最近發展區理論比較18名被試大學生的習得狀況，發現具有石化特征的學生與其他學生間不存在本質差異，只有定量差異，而且并不明顯直接。這驗證了Vygotsky（1978：64）對石化現象的分析，即“它們已經喪失了原貌，無法從其外部特征判斷出內在本質”，因此我們要通過實驗尋根溯源，在學習者的最近發展區中找尋石化的本質，而Washburn的研究再次驗證了這一假設的可取性。此外研究還表明，與其他學生相比，具有石化特征的學生需要不同類型的外部協助。因而可以從學習者早期的外部協助情況研究他們后來石化特征的產生。總之，SCT強調不要拘泥于學習者現有的語言表現或學習者內在的習得因素，而要在學習者的最近發展區中、在學習者的社會互動中研究石化的根源本質。
1.2習得過程
本節主要討論DST和SCT對二語習得發展的非線性、個體語言發展的變異性以及母語的影響進行的解釋驗證。
以往的研究者常試圖從學習者雜亂無章的自由變異中找尋系統性，剔除異質的數據或“雜音”，得出二語習得呈線性發展的結論（Dulay&Burt，1974）。研究者們從DST角度出發了Dulay與Burt提出的語素習得順序呈線性的結論，發現學習者本人、學習者間都存在著語素習得順序的差異。這是由于影響因素眾多，例如語言輸入中的出現頻率（Larsefl-Freeman，1976）、話題以及學習者的情感因素等。不同研究者各執一詞，側重不同因素，而DST則認為這些單個因素都不足以解釋現象，只有把這些看似矛盾的因素融合在一起，才能描述現象背后各個交錯復雜的動態因素。SCT則是從社會心理的角度構建假設進行驗證。Dufva與Alanen（2005）融合Vygotsky的中介與Bakhfin的復調（polyphony）理論，研究了兒童在外語學習中的元語意識，結果發現兒童的元語意識既是個體認知現象，又是社會互動的結果。意識習得并非認知流派所描述的那種從無到有、逐漸遞增直至成人期便停止的線性過程，而是一個從社會化實踐到自我運用話語的質變。兒童不是一點點地構建起一座“準確系統”的語言大廈，而是內化吸納各種言語，搭建成自身對外語學習認識的一座座關聯度松散的小房子。這一發現與Bakhtin（1981）的主張一致。因為兒童元語意識是一種多元異質的構建，不僅體現了不同的方言、語域與風格，還有在各種環境（家庭、教室、媒體）中積累的價值信仰等。有的構成因素還互相排斥競爭，造成了意識習得的異質動態性。這也體現了個體語言發展的變異性。
DST也強調習得發展的復雜多變體現為學習者個體語言發展的變異性。研究者們解釋了語言磨蝕（at-trition）現象，認為語言磨蝕的發展不是線性過程。Meara（2004）利用網絡仿真（network simulation）研究了詞匯網絡中的磨蝕現象，證實了語言磨蝕的發展過程呈非線性的假設，而且還凸顯了個體語言發展的變異性。其他研究也表明，受蝕者的外語磨蝕的速度并不均衡，有的人語言能力僅在二語環境中生活幾年就耗損很大，有的在20幾年后仍能保存完好（De Bot&Clyne，1994；Waas，1996）。而在數據分析方面，Meara（2004）研究的結果中整體平均模式為穩步下降，而個體情況則無一例如此。因此DST倡導語言磨蝕研究不要只關注平均值，更要注意個體語言發展的變異性。
若要研究二語習得進程，就要先確定其初始條件，接著才是影響習得進程的各個因素。以往的很多研究忽視了初始條件的因素，無法準確評定習得效果，也難以合理解釋習得進程。DST的關鍵特征之一是初始條件敏感性，即蝴蝶效應。動態系統的運動和變化完全由初始條件確定；初始條件相近，運動和變化也接近。近年來一系列研究都證實了DST的假設，即二語習得中存在蝴蝶效應。例如，Sparks與Ganschow（1991）發現具有母語學習困難特征的學習障礙（語言發展遲緩、短期記憶與認知困難、學習不易專心、組織摘錄重點困難等）是外語學習困難的主因。語音記憶（phonological memory）及母語讀寫能力會影響外語學習能力。學習者對母語的語音意識cal awareness）及詞匯識別能力可以轉移到其二語習得能力上。因此，DST從蝴蝶效應的角度解釋了母語對習得效果所起的重要作用。而SCT認為，個體通過外部交往活動，將外部言語逐漸內化和思維結合形成內部言語（Vygotsky，1986）。二語習得是一個中介參與的過程，母語則是其中重要的心理工具。具體來說，母語可以協助學習者相互解釋學習任務，建立維持主體間性（intersubjectivity）（Rommetveit，1985）。學習者間相互提供支架時，母語亦是不可或缺的要素。Ant6n與DiCamilla（1999）總結了母語在學習者進行協作型任務中的作用，并提出其在內在言語外化中的中介作用。因此，SCT從中介的角度揭示了母語在習得過程中（尤其是協作型任務中）的必要性。
1.3學習環境
本節主要討論DST和SCT對學習環境的解釋及主張。DST認為語言習得環境包括學習者的認知語境（工作記憶等）、文化語境（該文化中的師生角色）、社會語境（與老師及其他學生的關系）、物理環境以及教學語境（教學任務、材料）等，是學習者內部及外部動態因素的集合。學習者與環境作為獨立的系統，各自變化發展，又不斷相互調整，以維持相對平衡。學習環境的變量中，研究者們尤其關注對話互動（conversa—tional interaction）。以往研究發現它對學習者聽說能力（Gass&Varonis，1994）、詞匯習得效果以及語法習得進程（Gass，1997）等都具有促進作用。它能為學習者提供更多的可理解性輸入，增強他們對語言形式的關注，并為他們提供更多的機會進行輸出以檢驗中介語的假設，且互動的過程也符合DST“學習者通過與其所在環境的互動來習得語言”（Larsen-Freeman，2002）的主張。SCT以社會文化視角著稱，因而對社會環境的解釋更為系統完善。社會環境不僅是學習者語言輸入的來源，也是學習者認知能力發展的源泉中。與DST類似，SCT承認學習者與外部環境是密不可分且相互影響的。外部世界影響改變思維機制，思維機制也會影響改變社會文化環境。但SCT更側重環境的社會文化因素，并把社會文化環境放在習得體系中更為核心的位置。SCT的社會文化環境在二語習得的具體應用分為支架式教學與協作交互（collaborative interaction）。支架式教學為學習者在踐習獲得技能、概念和理解的過程中提供了不可缺少的幫助（Gibbons，2003）。學習者間的支架不僅有助于語言輸入的交換，而且充實了學習者自身的語言知識（Donato，1998）。
1.4教學啟示
本節主要討論DST和SCT對外語教學的啟示。DST認為語法是有意義的動態系統，是語言技能和動態應用的過程，故稱為語法技能（Grammaring）（Lars-en-freeman，2003）。準確、達意、適當地使用語法結構的能力是一種需要產生式訓練的技能。這種訓練要求學習者參與某些交際任務，而學習者必須使用某些結構才能完成這些任務。因而，語法練習應盡量避免那些純粹形式的無意義的單項練習。教師應讓語法在語篇中“動”起來，在使用中“活”起來，即在語境、語篇的基礎上把握好“時”（何時教）和“度”（教多少）。還在此理念上構建了包括形式、意義和使用三方面的三維語法（Three-dimension—al Grammar），已在國內外語教學界應用。SCT則非常重視認知的社會性與文化的反撥作用，體現在教學形式、教學內容、測試形式等層面上。課堂作為學習者對話互動的社會文化場景，應采取日常對話的形式（Johnson，2000）。互動是具有真實交際活動特征的對話，與其他形式相比，具有權利的平衡性，給予個體平等機會，有利于發展學習者自主性。在現代外語教育技術的環境下，把利用多媒體、虛擬現實技術創設較真實的語言情境作為教學設計的一個重要內容。教學內容要廣泛吸取圖片、音響、網絡課件等多種素材，使教學內容的呈現與獲得從單調的文字形式轉變為多種直觀生動的形式，使學習活動擺脫了純文字的單一化呈現，充分刺激學生的眼、耳、手等各種感官，改善人腦獲取信息的感官功能，激發學生的學習興趣和想象力。這種方式不僅能提高學生感知新知識的速度，使學生更有效地理解所講內容，提高課堂效率，而且會擴展學生的視野，培養學生的創新意識和創新能力，以促進學習者言語體裁的多樣化發展。在測試環節，教師可充分利用計算機輔助測試軟件，如WebCT、Hot Potatoes等，汲取測試軟件豐富的多維語境信息的即時展示和快速加工的特點，以模擬真實場景下對話形式的多項選擇題的形式，從而大幅提高測試的真實性，有利于測試學生使用語言的能力，考察學習者的潛在發展層次。
2 DST與SCT的異同
首先在理論背景上，DST與SCT都不是基于語言教學的理論，最初分別用于解釋物理系統和人的高級心理機能。他山之石，可以攻玉。廣闊的理論背景使兩大理論比那些語言教學的“本土”理論具有更強的解釋力（Lantolf，2006）。二者都試圖解決Saussure與Chomsky的兩分法在語言教學應用中的問題，如語言能力與語言使用。但處理方式又不盡相同。Ellis（1997）認為二者都源于環境中復現的模式頻率。能力是對使用的綜合總結，使用是能力在動態語境中的激活。過去的種種兩分法的界線不應那么涇渭分明。兩分法是非此則彼，但二語習得應該是共存共生。一個以規則為基礎，另一個以記憶為基礎，都不能偏廢（桂詩春，2004）。SCT則主張將語言能力與語言使用有機結合起來。二者之間是辨證的互動關系，好比一枚硬幣的正反兩面（Johnson，2004）。該理論強調語言運用，因為二語習得不是普遍語言習得能力，而是一種行為。二語能力的獲得并不源于語言習得機制，而在于社會環境，在于語言使用。
兩大理論對習得過程的理解有相似之處。首先，二者都強調習得發展的復雜多變體現為學習者個體語言發展的變異性。數據統計中的平均值可能蒙蔽這些個體變異性，因此要注意個體因素。而且二者都認為習得發展不是簡單的疊加，或是新舊更替。例如，新的語法出現了，舊的體系不會消失，可能會在特定條件下再次作用。Vygotsky將這一特點類比為地質學中的地層，新舊共存，舊的埋于地殼中，特定條件下可能再次顯露出來。二者都反對二語習得線性發展的觀點（Lamen-Freeman，2002），但卻是從不同角度解釋非線性。DST主要是從系統的角度理解，系統中元素間的相互作用主要指非線性作用，它是系統存在的內在根據，構成系統全部特性的基礎。SCT則是從社會、文化、政治、歷史和制度環境的復雜多變角度出發。以往的某些理論將社會文化環境視為先驗的穩定特征，SCT則強調社會文化環境的動態發展，以及語言發展與社會文化環境發展間的相互作用。
在理論視角方面，DST與SCT都試圖融合認知與社會視角，反對Chomsky的天賦論，強調社會文化環境的作用。但社會文化環境在兩個理論框架中的分量各異。前者將語言習得視為個體與他人在社會環境中的互動，社會文化環境是整個動態系統的重要部分。但DST并沒有明確指出它與其他要素的主次伯仲。SCT不僅將社會文化環境看作認知發展的要素，更是人的心理機能發展的起源（Newman&Holzman，1993）。在SCT的二語習得模型中，社會文化環境具有明確的位置和作用。還有，DST更多是從歷時和系統（例如蝴蝶效應、非重建平衡狀態）的視角看待語言系統及其發展，因此還突出了其自組織功能。而SCT最初側重關注人與社會文化環境間的相互作用，因而主要從對話的角度解釋語言、文化和自我。從這個角度來說，SCT更突出人本性，強調人的全身發展。
再次，DST與SCT都將語言與學習者視為一個動態系統，系統與環境的相互作用使二者組成一個更大、更高等級的系統。但前者對系統概念更為寬廣，包括語言、學習者、環境等各種相關（歷時與共時）的子系統。其中各要素的數量及相互關系都是變化發展的，具有不確定性。而SCT構建了更為明確具體的系統，如活動理論，包括學習者、師生、家庭媒體等社會環境、工具（語言、教學資源等）、目標、結果、勞動分工及規則。他們之間相互作用，都與學習者及社會文化環境相關。二者都突出語言習得中的互動作用。Larsen—Freeman（2002）曾強調，學習者通過與其所在環境的互動來習得語言。SCT（Johnson，2004）認為二語習得的起源是社會文化背景下的對話互動。但它們對互動的理解又是不同的。DST的互動是各級系統間相互作用以及系統自身歷時發展的綜合。因此，這種互動是多極多向的。而SCT的互動受到馬克思辯證唯物主義的影響，更多表現為兩兩間的對話或對立統一，學習者與語言、語言與環境、學習者與語言等。
研究方法方面，兩者都反對純粹的定量研究，語言習得不是計算機程序，不能僅靠數據支撐。前文提及，二者都不是基于語言教學的理論，因此不能直接應用。主要通過兩種途徑應用于二語習得領域。一種是用于解釋或重新闡釋研究結果，另一種是構建假設或理論模型，進而論證二語習得的規律。兩者在具體研究手段上又各有千秋。DST強調定量與定性研究的結合，有時通過數學公式推導、數據分析的定量研究，有時則通過類比隱喻等構建模型（例如“雙人舞”，De Bot etal.，2007）。SCT強調從定性角度開展研究，通過個案研究、日記、個人敘述等可以更好地洞察一個人的認知發展過程。研究對象的諸多本質在言談、日記或其他顯示主體性的媒介或工具中無意識地流露、敞開、展示或顯現出來，研究者因此能夠認識二語習得過程中諸多被遮蔽的社會文化本質和現象。個人行為觀察比通常對一群體行為觀察更能代表調查的科學性（John—son，2004）。
線性系統理論總結范文第5篇
【關鍵詞】高填方機場，沉降監測，數據處理
0 引言
山區高填方機場建設區域地形地勢條件、水文地質條件復雜，變形問題不可避免的存在。機場的變形輕則影響機場道面的功能性要求，嚴重的會導致機場道面結構性損壞，威脅著乘客的人生安全。因此，對于山區高填方機場的建設不僅僅要求建設質量可靠，由于其建設環境的特殊性，需要對建設區域進行實時變形監測，通過對變形區域采集數據計算，及時分析變形體是否處于穩定安全狀態。本文通過對常用變形監測數據處理方法進行總結，分析出適用于山區高填方機場沉降監測數據處理的方法。
1 沉降監測數據處理基本方法
傳統沉降監測數據基本采用人工或者半人工計算的方式來進行處理。而在諸如機場建設等一些較大型的沉降監測項目中，數據處理多為自動化方式，借助于一系列的大型數據處理軟件進行自動化處理計算，將計算結果自動成圖，分析預測沉降趨勢，便于有效掌握變形體的沉降變形情況，及時解決變形問題。
以下對常用監測網平差方法進行總結和分析，選擇適于山區高填方機場變形監測網數據處理的方法。
監測網經典平差
監測網經典平差是基于網中擁有足夠的穩定點作為平差時的起算點，并以這些數據作為基準，確定網中其余未知點的坐標。此類監測網由于其圖形復雜，且含有較多的多余觀測，常用間接平差法。
作為經典網平差有如下兩個問題：
1、網中可能存在多個穩定點，選擇不同的穩定點作為起算點時，其平差結果肯定不同，選擇最優平差解就成為了需要重新考慮的問題。
2、對于變形網中的網點，一般很難預先確定出哪些點是絕對不動的，也就是說基準的選擇較困難[3]。
秩虧自由網平差
所謂秩虧是指沒有足夠的起算數據，沒有固定的起算點。秩虧自由網可以不預先假定固定點，所有網點等同看待，即是將所有網點坐標都視為帶定量，這時秩虧自由網平差可以結算出變形量，其核心是最終的平差結果和所選基準（平差時的約束條件）無關。秩虧自由網平差與經典平差一般情況下所求得的坐標是不同的，但求得的單位權方差相同[1]。
采用秩虧自由網平差發現變形的能力比采用經典平差強的多，因此其在目前變形監測數據處理中顯得非常重要，尤其是針對區域變形監測，非線性大地網秩虧平差的應用較為廣泛。
自由網擬穩平差
自由網擬穩平差是由我國周文江教授于1980年針對變形觀測網中存在相對穩定點情況而提出的一種合適解法。此平差法是以網中的相對穩定點組的重心參考系作為網配置的基準。自由網擬穩平差的結果滿足最小二乘原則，其所求改正數與經典平差和秩虧平差結果相同，但由于參考系的不同，測量值的平差結果及測量值協方差陣亦不同。
根據以上幾種數據處理基本方法的總結，針對山區高填方機場建設沉降變形監測網的特點，由于有些沉降變形監測點可能處于地質條件不好，受力變化比較大的地方，各網點移動的可能性不同。并且，在某些時候，對于沉降監測網點的穩定性并不能預先得知，而經過數據處理后可以知道某些點的移動情況[2]。以上所述均常見于山區高填方機場沉降監測變形網數據處理中，如果采用經典平差或秩虧自由網平差顯然都是不合理的，所以在機場沉降變形數據處理時優先選擇自由網擬穩平差方法較為適宜。
2 沉降變形預測基本方法
隨著技術的發展以及對工程質量及建設安全的保證，不僅在對變形體進行沉降監測時所使用的儀器觀測精度要求提高，數據處理成果的準確性及對后期變形情況預測的有效性要求也隨之提高。一般沉降變形預測的做法是根據已有相關變形監測數據，采用數學模型來逼近、模擬和揭示變形體的變形規律和動態特征，為工程設計和災害防治提供一定的科學依據，現將幾種常用沉降預測方法總結如下：
回歸分析法：
隨著對變形體沉降變形進行多期觀測，獲得大量的觀測數據，這些數據由于其包含著變形體本身發生、發展的變形規律以及外界環境對變形的作用因素。我們需要從獲取的數據中，通過數據處理的方法得到變形體變形的定量規律或者與外界影響因素之間的定量關系。
采用回歸分析的方法可以將對數據的認識提升到定量的層面，該方法屬于研究變量之間相關關系的統計方法，適合于變形體與其他因素相關的變形預測，以大量監測數據為基礎，找出變量之間的內部規律，即統計上的回歸關系[4]。
時間序列分析法：
相對于回歸分析法，時間序列分析法可以應用于監測數據是統計相關的情況，因為無論是按時間序列排列的觀測數據還是按空間位置順序排列的觀測數據，數據之間都或多或少的存在著統計自相關的現象。
時間序列分析法是一種動態的數據處理方法，分析觀測資料考慮到時間順序時，由于觀測值的非獨立性，未來觀測值可由已有的觀測數據預測得到，可利用觀測值之間的自相關性建立相應的數學模型來描述變形體的動態變形特征[1]。
灰色系統預測法
針對短數據序列而言，由于其具有變形信息量少、規律性不強等特點，使得諸如回歸分析預測等方法存在較大的預測難度。
對此，由我國鄧聚龍教授提出的灰色系統理論衍生的預測方法，對變形監測的短數據序列建模方面有一定的優越性，使用數據生成的方法，將原本雜亂的原始數據整理成規律性強的生成數列，即從原始數據中去發現、尋找數據潛藏的內在規律，然后對生成數列再做研究[5]。
模糊人工神經網絡法：
針對傳統方法中處理非線性問題時采用分段線性化的方法這一缺陷，神經網絡在處理非線性問題上，具有一定的優越性，為非線性系統建模、識別和預測提供了一個有效的解決途徑。其基本思想是先用神經網絡建立變形影響參數與變形之間的非線性關系，再將待測點的實測影響變形的參數輸入到已建好的網絡中，即可預測變形量。
根據以上對幾種預測方法的總結分析，結合山區高填方機場沉降監測的特點，綜合考慮沉降變形所受內部因素較多，而回歸分析法主要針對變形由外部因素引起的變形預測分析。時間序列常常受到長期趨勢、周期波動及不規則變動等影響，且其只注重監測數據的擬合，不注重變形數據變化規律的發現，所以對山區高填方機場沉降進行預測選用這兩種方法都不是很適宜。灰色系統預測法與模糊人工神經網絡法的結合使用比較適合于山區高填方機場沉降變形監測數據處理，在沉降監測初期，由于獲取的監測數據有限，使用灰色系統預測法進行數據生成，一方面進行初步沉降預測，另一方面后期監測數據也能驗證其正確性。在沉降監測的中后期，考慮到變形是變形體受多種內、外部因素共同作用的結果，其監測數據往往具有復雜的非線性特征，因此選擇人工神經網絡的方法來對變形體直接建模具有較好的預測效果。
3 總結
本文針對沉降變形監測數據處理基本方法及其預測方法的總結分析，提出適用于山區高填方機場數據處理和預測的方法，由于目前只在于理論層面的探討，后期還需要根據已有數據對所選擇處理方法進行實踐應用，才能驗證其可行性。
參考文獻
[1] 侯建國.王騰軍.變形監測理論與應用[M].北京：測繪出版社，2008.6
[2] 周虎鑫.容建堂. 高填方機場工程沉降變形監測探討[J].機場工程.2011（4）
[3] 張建旭.沉降監測網位移分析的理論與方法研究[D].北京交通大學.2010
