线性系统理论总结

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线性系统理论总结范文第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

线性系统理论是控制科学与工程学科的一门研究生标志性课程，它主要研究线性系统的分析和设计方法，并用于指导工程实践的科学。长期以来，由于本门课教师习惯于理学思维，在教学中缺失工程上的形象思维，弱化了实践教学，讲授方法主要围绕建模、分析、综合这条主线讲解相关的概念、定理和证明，学生只会对老师讲授的这些概念进行理解及定理记忆，造成教学效果不佳。加之本门课程涉及的知识范围广、内容繁多、概念抽象、理论性较强，容易使学生陷入无从下手、机械接受的窘境，从而产生消极、厌烦情绪。因此，对线性系统理论教学进行重新定位和思考，形成了理论与实践并重、协同教学的教学理念，并结合学生理论基础的具体情况，从学科内部的相关性和科学的整体性出发，在教学内容、教学方法和教学手段等方面对“线性系统理论”的传统教学模式进行改革，不断完善教学方法和教学手段，构建起和谐高效的生命课堂，提高课程整体教学质量。

1 理论与实践并重，协同教学

线性系统理论课程内容相对较多，其中的一些概念和理论推导比较抽象和难以理解。学生的主要任务就是完成教师布置的课后作业，对于相关理论的实际应用一无所知。因此教师在教学过程中要有意识地把线性系统理论和实际工程中的应用紧密结合起来，以实例为切入点，兼顾理论分析和推导，培养学生学会运用这种研究方法去处理实际工作中各种问题的能力。比如对于系统稳定性分析方法很多。然而，对于非线性系统和线性时变系统，这些稳定性分析方法实现起来可能非常困难，甚至是不可能的。李雅普诺夫（A.M. Lyapunov）稳定性分析是解决非线性系统稳定性问题的一般方法。但学习这部分内容时，学生普遍感到难以理解，不知道它究竟能应用的在实际工程的哪一方面。针对此种情况，在讲课过程中以双馈风力发电机的励磁控制为例，把理论和实际应用结合起来，授课过程如下：

根据相关参考文献，网侧变流器控制电压与输入电流之间的关系结构如图1所示。

图1 网侧变流器电压与电流关系图

由结构图（图1）可得系统状态方程为：

（1）

这里采用滑模变结构控制，我们可以将公式（1）写成如下的状态空间方程：

=  +  +                                                             （2）

公式（2）中，代表由电网电压引起的扰动，为状态变量，为控制输入，、分别代表网侧变换器的有功电流和无功电流。、分别代表有功电流和无功电流的控制量、。

（3）

根据公式（3）可知，双馈式感应风力发电系统满足滑动模态不受外界干扰的充要条件。因此，可以通过选择合适的滑模面函数，使得网侧变流器对电网电压等引起的扰动具有完全鲁棒性。

定义系统轴的误差状态变量为 = ，根据公式（2），可得到网侧变流器轴输入电流的误差状态方程为：

=  +  +                                          （4）

在公式（4）中 =  + 为电网电压及轴电流的交叉耦合项引起的扰动。

本文采用如下的积分滑模面

=  +                                                      （5）

式中为模面系数且大于零的常数，为电流跟踪误差的初始值。

若双馈风力发电并网控制系统满足?O?O时，采用如下的双馈式感应发电机网侧变流器输入电流d轴分量的控制律：

= （）（）                          （6）

可使系统鲁棒稳定，其中为大于零的常数。

证明如下：

选取李亚普诺夫函数为 = ，则有

=   = （ +  ）

= [（） +  +  + ]

= （ （））≤?O?O+?O?O?O?O

= ?O?O（?O?O）≤ ?O?O（）

因此，所设计的控制系统稳定。

2 整合教学内容，优化教学实施方案

（1）在教学内容方面：课堂教学内容整合为四个专题，即线性系统建模、系统稳定性分析、系统的能控性和能观性、系统设计。以这四个专题为课程建设的重点，进行专题教学。基础知识的相关内容全部在课程网站上，供学生课后自主学习。

（2）在教学模式与教学手段方面：努力实现“两个结合”。应用现代教育技术和信息技术，努力促进“课堂教学与实际教学相结合，教师授课与学生讨论相结合”，以两个结合为重点，开发和应用立体化教学资源（包括书本、课件、网站、网课、题库、音像）。

（3）在教学方法方面：努力构建“对话式和知识联想”教学方法。发挥科技前沿知识和科学研究方法训练的魅力，抓住青年学生强烈的求知欲和好奇心理，营造“能够充分展开自主性、协作式学习，变一言堂机制为对话式机制”的学习氛围，努力实现“师生对话、人机交互、学生讨论、专题演播（课件、科教片）”这一生动活泼的教学形式。

（4）在教学资源建设方面：激活学生“自主、协作、探究”的积极性，组织师生联手共建教学资源。积极开发、建设多媒体课件和教学网站系统，调动一切力量，收集整理大量的文本、资料、图片、试题库等教学资源，充分体现以学生为本的课程教学改革理念。

（5）在学习评价方面：研制网上考试系统，促进考试的改革。在线性理论课程建设中，研制具有“组卷、评分、统计、提示”等一系列功能的软件，为课程的考试改革和学生的自测训练提供可靠的软件平台，促进课程建设和考试的改革。

3 实时更新教学方法，不断完善教学手段

3.1 教学方法

（1）用典型应用实例和科技热点问题引导学生的上课兴趣和思考问题的积极性。教学的主体，莫过于精炼的高水平演讲，这是教学的本，是任何课件和音像都无可替代的。教师备课时，要善于发现和利用典型应用实例和科学技术的热点问题，诱导、激发学生的学习积极性。

（2）组织对话式教学。教师作对话式教学中的主持人，学生作嘉宾，开发、穿插角色扮演，通过情感体验，深入理解教学的知识点和面。

（3）师生互动，开展专题讨论和辩论。这是教学的升华，它能够有效地激发、培养学生的探究能力和科学思维。例如，“克隆技术的利与弊”、“外星生命之我见”、“合理利用地球资源与保护生态环境”、“怎样理解科学技术是一把双刃剑”等等。

（4）训练学生自主归纳和学习思考能力，培养“自主、协作、探究”精神。以授课知识点为源头，进行纵、横向知识内容的层层联想和意识流辐射，思考、归纳和总结事件的规律性，恰当地注入科学的方法论和培育科学思维方式，培养学生的“自主、协作、探究”精神。

（5）组织学生积极参加演讲和创新实践活动。组织安排学生，参加教学网站、网络课程及其它教学软件的开发研制，既增强了学生的参课、建设意识，又促进了对课程内容的深入和对知识的系统理解，强化了学生学习现代科学技术概论的积极性。在课堂内外布置学生就授课内容及相关知识，在网上和图书馆收集整理一些专题演讲资料，让学生做成PPT，安排他们在课堂穿插一些简短的专题演讲和讨论。这一做法既活跃了课堂教学气氛、锻炼了学生，又使学生参与了课程资源建设。事实表明，学生收集来的丰富资料超出了教师的预期，有效地推动了课程的资源建设进程。

3.2 教学手段

以常规板书为主，对重要的定理、定义和重点习题进行必要推导和证明。合理运用多媒体课件、大屏幕投影、网络交互、视音频辅教等现代教育技术和信息手段，积极开发、建设多媒体课件，穿插相应的视频，演示难以表述的概念和形象。

另外，为了更好地配合理论教学内容，加深学生对所学知识的理解，在实践教学内容上要利用好两个手段：其一是仿真实验，充分利用Matlab这一进行虚拟实验的有效工具，对学过的理论知识进行验证或复杂系统建模;其二是实验课，在进行实践教学内容时，应该首先利用Matlab软件平台对所研究的控制系统进行建模和分析，然后在实验室的硬件平台上再用硬件搭建控制系统模型，并与Matlab软件平台所取得的控制效果进行对比分析，找出理想控制模型和实际（下转第123页）（上接第104页）硬件控制模型的联系及区别。

4 采取有效措施，提高学生学习兴趣

线性系统理论这门课程的内容涉及知识面广，信息量大，对所涉及的先修数学知识（微积分、复变函数、矩阵论等）的要求较高，如果在教学过程中只注重一般的理论讲述，缺乏工程和物理概念的实践，就容易使学生觉得晦涩难懂，从而产生厌学的情绪，影响学习兴趣和学习效果。因此，在整个理论教学内容结束后，还应及时安排一些综合性实践训练，巩固已学的理论教学内容，提高的学生的实际动手能力及学习的兴趣、效率。比如在高校或教学系统内部，每年都有许多诸如大学生实验创新项目、大学生数学建模大赛等，这些项目给学生提供了动手实践的平台。任课教师可以组织学生积极申报并给予认真指导。从这些具体的实践项目中体会理论联系实际的过程，加强对所学理论知识的理解和掌握。另外还可以充分利用现成的网络资源，针对教师自己承担的实际项目，组成自动控制理论学习兴趣小组Q群，每个小组单独对项目中的实际问题进行分析和建模， 然后在Q群中进行集体的讨论，最后选择出适合实际工程需要的物理模型及其控制方法。通过讨论和分析，培养了学生分析问题和解决问题的实际能力，提高了他们的学习热情和学习效率。

5 结论

线性系统理论总结范文第2篇

关键词：留学生；精品课程；线性系统理论；最优控制

中图分类号：G643 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）31-0097-02

随着中国综合国力和办学实力的不断提高，越来越多的外国学生选择到中国攻读学士、硕士或博士学位。江苏省作为一个高等教育强省，近年来的国际留学生规模不断攀升，在这一大的背景下，如何建设一批精品课程，提高留学生的培养质量成为摆在我们面前的现实问题。关于精品课程的建设，现有文献进行了大量研究并取得了较多的成果。文献[1-3]系统地总结了高校精品课程建设的经验及现有方法的不足之处。文献[4，5]结合国家精品课程建设实践，探讨了创新性的教学方法。文献[6]研究了高校精品课程建设特色模式的建构问题。文献[7]从国际化视野的角度研究了精品课程建设问题。文献[8]探讨了精品开放课程的建设并将成果应用于人才培养。文献[9]以《电工电子技术》课程为例，研究了精品课程的建设问题。

借鉴现有文献得到的研究成果，江苏高等教育管理部门与高等学校深入研究留学生培养方案，改进教学方法，创新实践教学手段，培育精品课程，有效地提高了课堂授课质量和人才培养质量。虽然本文作者所在单位的留学生培养起步稍晚，但是我校不断拓宽办学途径，努力开展教育、科技交流与合作，加快国际化步伐，积极引入国际先进教育资源，大胆探索中外合作办学模式，不断扩大留学生规模，建设自动控制学科全英文授课专业与品牌课程，有效地提高了学校国际化水平。

我校对国际留学生定位主要来自于亚非拉等第三世界国家和地区，这些国家和地区的学生知识水平参差不齐。因此，培育建设若干门精品课程就成为我们提高人才培养质量的利器。为认真贯彻落实《留学江苏行动计划》，2014年江苏省教育厅启动了江苏高校省级外国留学生英文授课精品课程评选工作，2014年、2015年共选出92门精品课程，2016年选出45门精品课程、30门培育课程。本课题组分别于2015年、2016年获得1门精品课程即《Linear System Theory》、1门培育课程即《Optimal Control》。同时，我校也大力推进留学生英文授课精品课程的建设工作，本课题组研究人员于2014年立项建设校级留学生英文授课精品课程3门。

《Linear System Theory》和《Optimal Control》课程是现代控制理论的重要组成部分，是学习和研究控制理论的基A，是控制理论与控制工程等专业研究生的基础性课程，在自动控制、系统工程与经济管理等许多领域都得到了越来越广泛的应用。《Linear System Theory》和《Optimal Control》课程同时也是相关专业研究生学位课必修课程，其地位十分重要。

鉴于以上两门课程对于留学生培养的重要性以及我们在课程建设方面的前期成果，本文结合2015年度江苏高校省级外国留学生英文授课精品课程《Linear System Theory》、2016年度江苏高校省级外国留学生英文授课培育课程《Optimal Control》，江苏科技大学《Linear System Theory》、《Optimal Control》、《Modern Control Theory》研究生精品课程建设过程，并参考文献[1-9]所提出的创新性方法，对留学研究生精品课程建设的机制和方法进行理论研究，同时将相关研究成果应用到本校留学研究生精品课程建设实践中。本文所得结果对于留学研究生精品课程建设水平的提高具有一定的积极意义。

1 省级留学研究生英文授课精品课程建设机制研究

下面，结合我校省级留学研究生英文授课精品课程建设实践，讨论留学生精品课程建设的机制及方法问题。

1.1 课程培养定位与目标

《Linear System Theory》是包括控制理论与控制工程、电气工程及其自动化等专业研究生的理论基础课，也是学位课。本课程的授课目标应使留学生通过各个教学环节，深入了解和掌握线性系统及其相关理论算法，并具有一定的实际控制领域问题分析和解决的能力。

《Optimal Control》是现代控制理论中的一个重要组成部分，本课程的教学目标与任务是使学生掌握最优控制的数学理论基础、基本概念、基本原理和基本方法及其在实际问题中的应用，使学生具有一定的对工程问题中最优控制问题的分析、设计、求解能力，并为以后学习更深层次的控制理论打下基础。

1.2 确立知识模块顺序及重点、难点

线性系统理论总结范文第3篇

关键词： 电力系统；复杂性；研究

电力能源是对能源进行加工的非自然产物，是一种二次能源。随着国家的建设，电网的规模越来越大，大小停电事故屡见不鲜。电力系统牵扯着国家的经济命脉，它的事故造成的后果日益严重。我们有必要认识到预防电力系统停电是一个系统工程，根据电力系统的复杂性并科学地研究它，不仅从宏观上要考虑到电力系统的日趋复杂，还要从微观上提高系统在扰动下保证稳定的能力。

1 电力系统的复杂性

1.1 随着用电规模的扩大，电力系统日趋复杂

随着科技的发展，用电规模越来越大，电力系统的发展趋势对运行提出了更多的要求。在电力市场被引入后，电力电子的应用使得电力系统更加复杂，如满足负荷、电能质量、安全可靠性等。

在联通了大面积的电网后，局部故障也能迅速传播到较远的地方，象计算机病毒一样遍及全部网络。近年来，国外发生过多起由不起眼的小故障发生连锁反应引起的重大停电事故。当然大面积停电事故的发生概率很低，但是造成的重大的经济损失的给人民生活造成的影响不得不引起人们对电网安全的高度关注。

目前我国电网西电东送，南北互供。以三峡水电站为中心，辅射到东南西北四个方向，南北网多点互联形成全国联网，运行情况比小范围内的联网情况复杂得多，对电网发展与安全提出了许多新的课题。我们把电力系统不能看作是一个相对静止的系统，要看到任何起源于发电方，终止于用户方的用电变化都可能对系统整体产生连锁式影响。研究电力系统的复杂性，为电力系统运行和规划提供坚实的理论支持是有实际意义的。今后的发展趋势，对电力系统的复杂性的研究会越来越深入。

1.2 电力系统复杂性的特点

复杂系统是指由大量强相互作用且不同的组成单元构成的系统。对于一个复杂电力系统具有的主要特点有：网络节点数目众多，超大规模的网络行为具有统计特征；网络连接结构既不完全规则，也不完全是随机的，但它也有其固有的自组织规则；每个节点本身可以是一个非线性系统，由离散和连续微分方程来描述。

我们可以根据系统的特点，每个元件建立详细的数学模型，模拟系统的形式动态分析。这种分析方法对故障仿真、找出薄弱环节，能起到很好的作用。

也可以从电力系统拓扑分析，拓扑结构具有内在的特性，一旦确定，必将对电网的性能产生深远的影响。

复杂的非线性电力系统节点具有非线性和复杂性，结构错综复杂；复杂的动态网络系统的时空演化过程中出现的复杂性是迄今为止尚未解决的一个难题。需要对电力系统复杂性特征的探索、复杂电力系统结构的稳定性等，取得实质性的进展。

1.3 将复杂系统理论应用于大型电网的大面积停电事故研究中

现代电力系统，既分块又分层，是高维强非线性复杂系统。复杂的结构使系统具有不可还原的功能和特点，蕴含了混沌振荡的机率。电力系统的复杂性既是人们生活生产的需要，给我们带来了众多的效益，但是也给人类带来了运行和控制的困难，我们需要寻找更强更稳定的控制方法。

复杂性理论是一门新兴的交叉性学科，是科技发展的产物。它在计算机网络、生态学、社会学和经济学等学科中，都有具体的应用。

为了找到电力系统连锁故障的机理，美国学者应用复杂系统理论已经取得了一些初步结果，在对于大规模停电和其频率的关系，对于特定系统做静态传输线的改进方面做了电力系统的改进研究。一些网络由于其结构特点，使故障可方便地在网络迅速传播，导致电力系统的稳定性很脆弱。而对电力系统进行规划时，应尽可能避免这种网络结构。

2 电力系统复杂性相关问题的研究

2.1 电压运行状态的可视化监控

可视化技术是随着计算机技术而迅速发展起来的一门新兴的技术。它在利用计算机强大的计算和图形能力，迅速地处理大量数据后，以直观、可视的方式表现出来，更加有效地分析和处理大量的科学和工程数据，以提高科学研究和工程设计的效率。电压失稳问题是电力系统监控的重要方面。在电力系统电压监测手段还比较落后的局面下，对电力系统电压运行可视化研究是势在必行的。可视化技术不仅有利于深入模拟和理解实验数据，捕捉它们之间的内在关系，同时也大大提高了对电力系统运行状态的认识。我们可以为调度员提供更直观的系统信息，将电压状态显示与地理信息系统（Geographic Information System，GIS）相结合，然后根据离线分析、趋势预测等方法，使电力系统电压监控系统本身就具有分析问题和决策能力。这样，电力系统的电压控制就更加人性化和智能化。它为及时、准确地监控全网的信息资源，进行电网安全维护提供了有力帮助。

线性系统理论总结范文第4篇

关键词：动态系统理论；社会文化理论；互动

中图分类号：H319.3 文献标识码：A 文章编号：1001-5795（2013）03-0010-0006

二语习得是人类认知的一部分，语言与认知密不可分，语言处理过程必须运用基本的认知能力已经成为主流观点（DeKeyser&Juffs，2005）。但二语习得不是一种脱离语境和语言使用的孤立活动。认知视角过分强调个体与思维过程以及语法能力的发展，忽略语言发生的社会文化环境，忽视学习者作为活动主体受到内在积淀的文化、历史、规则等诸多因素的影响（Kramsch，2000）。很多研究者开始意识到，以往各种理论对二语习得的解释都各具合理性，却又未免偏于一隅。如何将看似矛盾的各种理论融合起来，阐释二语习得相关的纷繁变量，建立一个核心的理论体系？在这一背景下，动态系统理论（Dynamic System Theory，以下简称DST）和社会文化理论（sociocultural Theory，以下简称SCT）两种理论框架脱颖而出，成为研究者们近期关注的焦点。

动态系统理论源于应用数学，是关于系统状态转移的动力学过程的理论，其中心课题是把握系统的演变规律。Lassen Freeman（1997）首次将其应用于二语习得。她提出，系统科学与二语习得间有诸多相似之处，如都是复杂的非线性系统，都关注无序到有序问的转化等，因此可以尝试将动态系统理论应用于二语习得。在此理论框架下，语言被视为一个动态系统，语言发展则是一个动态过程。语言学习者作为一个子系统，亦是一个动态系统，由记忆力、注意力、动机等次子系统构成。这些次子系统互相影响，学习者与社会生态系统又相互关联，继而构成了各级系统互相影响关联的整体体系。DST主要由四个核心概念组成：初始状态（initial states）、非重建平衡态（attractor states）、变异（variation）以及非线性（non—linearity）。随后的研究者们利用这四个核心概念阐释了一系列二语习得中的争议问题。

社会文化视角代表性理论包括Vygotsky的社会文化理论和Bakhtin的对话理论（dialogism）。社会文化理论包括思维发展过程分析、人类思维的社会渊源以及符号系统在人类高级思维活动中的作用。其核心概念有临近发展区、支架式教学、中介、私语/内语以及活动理论，对话是Bakhtin思想中的核心概念，“对话关系成了人的社会存在的本质特征”（白春仁，2000：164）。尽管Vygotsky和Bakhtin的理论分别从发展心理学及文学文化的角度阐释语言，他们对语言与文化的很多基本观点却不谋而同，即两大理论均在语言使用、文化发展及自我形成三方面对二语习得有所启示。因此将两者融为一体、相辅相成，可以更好地阐释二语习得中的语言发展及交际互动。

DST和SCT虽然之初不是基于语言教学，但两者都试图将认知与社会视角融为一体，构建理论框架模型，为二语习得理论实践所用，阐释那些单个理论视角未能解决的问题。两者在二语习得中的具体应用、理论背景、研究视角以及方法等方面各有异同。下文将逐一进行比较，希冀从比较中得到二语习得发展的新启示，为建立一个统一的理论模型奠定基础。

1 DST和SCT在二语习得中的应用

本章将从学习者语言、习得过程、学习环境以及教学启示四个方面讨论比较DST和SCT两个理论框架在二语习得中的应用。

1.1学习者语言

本节主要讨论DST和SCT对学习者在二语习得发展中的语言特征进行的解释验证。

Larsen-Freeman（2005）认为石化反映了DST中的非重建平衡状态。在二语习得过程中，语言系统的有些状态反映了学习者母语的结构特征以及他们对目的语的过度概括，还有些状态（即非重建平衡状态）则是由学习者内部相互影响着的各种变量形成的。它们不断发展变化，具有不可预知性。石化是学习者习得过程中的一个非重建平衡状态，而非终态。因此以往的研究者把它当作静止的现象对待，必然无法从根本上解释描述。DST倡导以动态的视角研究与石化现象相关的各个发展变化、相互影响的变量（语言的、心理语言的、神经语言的、社会语言的等）。另一方面，SCT（Vygotsky，1978）从心智发展的角度解释石化现象，认为石化的产生根源在于语言学习环境的社会本质，即社会互动。Washburn（1998）利用最近发展区理论比较18名被试大学生的习得状况，发现具有石化特征的学生与其他学生间不存在本质差异，只有定量差异，而且并不明显直接。这验证了Vygotsky（1978：64）对石化现象的分析，即“它们已经丧失了原貌，无法从其外部特征判断出内在本质”，因此我们要通过实验寻根溯源，在学习者的最近发展区中找寻石化的本质，而Washburn的研究再次验证了这一假设的可取性。此外研究还表明，与其他学生相比，具有石化特征的学生需要不同类型的外部协助。因而可以从学习者早期的外部协助情况研究他们后来石化特征的产生。总之，SCT强调不要拘泥于学习者现有的语言表现或学习者内在的习得因素，而要在学习者的最近发展区中、在学习者的社会互动中研究石化的根源本质。

1.2习得过程

本节主要讨论DST和SCT对二语习得发展的非线性、个体语言发展的变异性以及母语的影响进行的解释验证。

以往的研究者常试图从学习者杂乱无章的自由变异中找寻系统性，剔除异质的数据或“杂音”，得出二语习得呈线性发展的结论（Dulay&Burt，1974）。研究者们从DST角度出发了Dulay与Burt提出的语素习得顺序呈线性的结论，发现学习者本人、学习者间都存在着语素习得顺序的差异。这是由于影响因素众多，例如语言输入中的出现频率（Larsefl-Freeman，1976）、话题以及学习者的情感因素等。不同研究者各执一词，侧重不同因素，而DST则认为这些单个因素都不足以解释现象，只有把这些看似矛盾的因素融合在一起，才能描述现象背后各个交错复杂的动态因素。SCT则是从社会心理的角度构建假设进行验证。Dufva与Alanen（2005）融合Vygotsky的中介与Bakhfin的复调（polyphony）理论，研究了儿童在外语学习中的元语意识，结果发现儿童的元语意识既是个体认知现象，又是社会互动的结果。意识习得并非认知流派所描述的那种从无到有、逐渐递增直至成人期便停止的线性过程，而是一个从社会化实践到自我运用话语的质变。儿童不是一点点地构建起一座“准确系统”的语言大厦，而是内化吸纳各种言语，搭建成自身对外语学习认识的一座座关联度松散的小房子。这一发现与Bakhtin（1981）的主张一致。因为儿童元语意识是一种多元异质的构建，不仅体现了不同的方言、语域与风格，还有在各种环境（家庭、教室、媒体）中积累的价值信仰等。有的构成因素还互相排斥竞争，造成了意识习得的异质动态性。这也体现了个体语言发展的变异性。

DST也强调习得发展的复杂多变体现为学习者个体语言发展的变异性。研究者们解释了语言磨蚀（at-trition）现象，认为语言磨蚀的发展不是线性过程。Meara（2004）利用网络仿真（network simulation）研究了词汇网络中的磨蚀现象，证实了语言磨蚀的发展过程呈非线性的假设，而且还凸显了个体语言发展的变异性。其他研究也表明，受蚀者的外语磨蚀的速度并不均衡，有的人语言能力仅在二语环境中生活几年就耗损很大，有的在20几年后仍能保存完好（De Bot&Clyne，1994；Waas，1996）。而在数据分析方面，Meara（2004）研究的结果中整体平均模式为稳步下降，而个体情况则无一例如此。因此DST倡导语言磨蚀研究不要只关注平均值，更要注意个体语言发展的变异性。

若要研究二语习得进程，就要先确定其初始条件，接着才是影响习得进程的各个因素。以往的很多研究忽视了初始条件的因素，无法准确评定习得效果，也难以合理解释习得进程。DST的关键特征之一是初始条件敏感性，即蝴蝶效应。动态系统的运动和变化完全由初始条件确定；初始条件相近，运动和变化也接近。近年来一系列研究都证实了DST的假设，即二语习得中存在蝴蝶效应。例如，Sparks与Ganschow（1991）发现具有母语学习困难特征的学习障碍（语言发展迟缓、短期记忆与认知困难、学习不易专心、组织摘录重点困难等）是外语学习困难的主因。语音记忆（phonological memory）及母语读写能力会影响外语学习能力。学习者对母语的语音意识cal awareness）及词汇识别能力可以转移到其二语习得能力上。因此，DST从蝴蝶效应的角度解释了母语对习得效果所起的重要作用。而SCT认为，个体通过外部交往活动，将外部言语逐渐内化和思维结合形成内部言语（Vygotsky，1986）。二语习得是一个中介参与的过程，母语则是其中重要的心理工具。具体来说，母语可以协助学习者相互解释学习任务，建立维持主体间性（intersubjectivity）（Rommetveit，1985）。学习者间相互提供支架时，母语亦是不可或缺的要素。Ant6n与DiCamilla（1999）总结了母语在学习者进行协作型任务中的作用，并提出其在内在言语外化中的中介作用。因此，SCT从中介的角度揭示了母语在习得过程中（尤其是协作型任务中）的必要性。

1.3学习环境

本节主要讨论DST和SCT对学习环境的解释及主张。DST认为语言习得环境包括学习者的认知语境（工作记忆等）、文化语境（该文化中的师生角色）、社会语境（与老师及其他学生的关系）、物理环境以及教学语境（教学任务、材料）等，是学习者内部及外部动态因素的集合。学习者与环境作为独立的系统，各自变化发展，又不断相互调整，以维持相对平衡。学习环境的变量中，研究者们尤其关注对话互动（conversa—tional interaction）。以往研究发现它对学习者听说能力（Gass&Varonis，1994）、词汇习得效果以及语法习得进程（Gass，1997）等都具有促进作用。它能为学习者提供更多的可理解性输入，增强他们对语言形式的关注，并为他们提供更多的机会进行输出以检验中介语的假设，且互动的过程也符合DST“学习者通过与其所在环境的互动来习得语言”（Larsen-Freeman，2002）的主张。SCT以社会文化视角著称，因而对社会环境的解释更为系统完善。社会环境不仅是学习者语言输入的来源，也是学习者认知能力发展的源泉中。与DST类似，SCT承认学习者与外部环境是密不可分且相互影响的。外部世界影响改变思维机制，思维机制也会影响改变社会文化环境。但SCT更侧重环境的社会文化因素，并把社会文化环境放在习得体系中更为核心的位置。SCT的社会文化环境在二语习得的具体应用分为支架式教学与协作交互（collaborative interaction）。支架式教学为学习者在践习获得技能、概念和理解的过程中提供了不可缺少的帮助（Gibbons，2003）。学习者间的支架不仅有助于语言输入的交换，而且充实了学习者自身的语言知识（Donato，1998）。

1.4教学启示

本节主要讨论DST和SCT对外语教学的启示。DST认为语法是有意义的动态系统，是语言技能和动态应用的过程，故称为语法技能（Grammaring）（Lars-en-freeman，2003）。准确、达意、适当地使用语法结构的能力是一种需要产生式训练的技能。这种训练要求学习者参与某些交际任务，而学习者必须使用某些结构才能完成这些任务。因而，语法练习应尽量避免那些纯粹形式的无意义的单项练习。教师应让语法在语篇中“动”起来，在使用中“活”起来，即在语境、语篇的基础上把握好“时”（何时教）和“度”（教多少）。还在此理念上构建了包括形式、意义和使用三方面的三维语法（Three-dimension—al Grammar），已在国内外语教学界应用。SCT则非常重视认知的社会性与文化的反拨作用，体现在教学形式、教学内容、测试形式等层面上。课堂作为学习者对话互动的社会文化场景，应采取日常对话的形式（Johnson，2000）。互动是具有真实交际活动特征的对话，与其他形式相比，具有权利的平衡性，给予个体平等机会，有利于发展学习者自主性。在现代外语教育技术的环境下，把利用多媒体、虚拟现实技术创设较真实的语言情境作为教学设计的一个重要内容。教学内容要广泛吸取图片、音响、网络课件等多种素材，使教学内容的呈现与获得从单调的文字形式转变为多种直观生动的形式，使学习活动摆脱了纯文字的单一化呈现，充分刺激学生的眼、耳、手等各种感官，改善人脑获取信息的感官功能，激发学生的学习兴趣和想象力。这种方式不仅能提高学生感知新知识的速度，使学生更有效地理解所讲内容，提高课堂效率，而且会扩展学生的视野，培养学生的创新意识和创新能力，以促进学习者言语体裁的多样化发展。在测试环节，教师可充分利用计算机辅助测试软件，如WebCT、Hot Potatoes等，汲取测试软件丰富的多维语境信息的即时展示和快速加工的特点，以模拟真实场景下对话形式的多项选择题的形式，从而大幅提高测试的真实性，有利于测试学生使用语言的能力，考察学习者的潜在发展层次。

2 DST与SCT的异同

首先在理论背景上，DST与SCT都不是基于语言教学的理论，最初分别用于解释物理系统和人的高级心理机能。他山之石，可以攻玉。广阔的理论背景使两大理论比那些语言教学的“本土”理论具有更强的解释力（Lantolf，2006）。二者都试图解决Saussure与Chomsky的两分法在语言教学应用中的问题，如语言能力与语言使用。但处理方式又不尽相同。Ellis（1997）认为二者都源于环境中复现的模式频率。能力是对使用的综合总结，使用是能力在动态语境中的激活。过去的种种两分法的界线不应那么泾渭分明。两分法是非此则彼，但二语习得应该是共存共生。一个以规则为基础，另一个以记忆为基础，都不能偏废（桂诗春，2004）。SCT则主张将语言能力与语言使用有机结合起来。二者之间是辨证的互动关系，好比一枚硬币的正反两面（Johnson，2004）。该理论强调语言运用，因为二语习得不是普遍语言习得能力，而是一种行为。二语能力的获得并不源于语言习得机制，而在于社会环境，在于语言使用。

两大理论对习得过程的理解有相似之处。首先，二者都强调习得发展的复杂多变体现为学习者个体语言发展的变异性。数据统计中的平均值可能蒙蔽这些个体变异性，因此要注意个体因素。而且二者都认为习得发展不是简单的叠加，或是新旧更替。例如，新的语法出现了，旧的体系不会消失，可能会在特定条件下再次作用。Vygotsky将这一特点类比为地质学中的地层，新旧共存，旧的埋于地壳中，特定条件下可能再次显露出来。二者都反对二语习得线性发展的观点（Lamen-Freeman，2002），但却是从不同角度解释非线性。DST主要是从系统的角度理解，系统中元素间的相互作用主要指非线性作用，它是系统存在的内在根据，构成系统全部特性的基础。SCT则是从社会、文化、政治、历史和制度环境的复杂多变角度出发。以往的某些理论将社会文化环境视为先验的稳定特征，SCT则强调社会文化环境的动态发展，以及语言发展与社会文化环境发展间的相互作用。

在理论视角方面，DST与SCT都试图融合认知与社会视角，反对Chomsky的天赋论，强调社会文化环境的作用。但社会文化环境在两个理论框架中的分量各异。前者将语言习得视为个体与他人在社会环境中的互动，社会文化环境是整个动态系统的重要部分。但DST并没有明确指出它与其他要素的主次伯仲。SCT不仅将社会文化环境看作认知发展的要素，更是人的心理机能发展的起源（Newman&Holzman，1993）。在SCT的二语习得模型中，社会文化环境具有明确的位置和作用。还有，DST更多是从历时和系统（例如蝴蝶效应、非重建平衡状态）的视角看待语言系统及其发展，因此还突出了其自组织功能。而SCT最初侧重关注人与社会文化环境间的相互作用，因而主要从对话的角度解释语言、文化和自我。从这个角度来说，SCT更突出人本性，强调人的全身发展。

再次，DST与SCT都将语言与学习者视为一个动态系统，系统与环境的相互作用使二者组成一个更大、更高等级的系统。但前者对系统概念更为宽广，包括语言、学习者、环境等各种相关（历时与共时）的子系统。其中各要素的数量及相互关系都是变化发展的，具有不确定性。而SCT构建了更为明确具体的系统，如活动理论，包括学习者、师生、家庭媒体等社会环境、工具（语言、教学资源等）、目标、结果、劳动分工及规则。他们之间相互作用，都与学习者及社会文化环境相关。二者都突出语言习得中的互动作用。Larsen—Freeman（2002）曾强调，学习者通过与其所在环境的互动来习得语言。SCT（Johnson，2004）认为二语习得的起源是社会文化背景下的对话互动。但它们对互动的理解又是不同的。DST的互动是各级系统间相互作用以及系统自身历时发展的综合。因此，这种互动是多极多向的。而SCT的互动受到马克思辩证唯物主义的影响，更多表现为两两间的对话或对立统一，学习者与语言、语言与环境、学习者与语言等。

研究方法方面，两者都反对纯粹的定量研究，语言习得不是计算机程序，不能仅靠数据支撑。前文提及，二者都不是基于语言教学的理论，因此不能直接应用。主要通过两种途径应用于二语习得领域。一种是用于解释或重新阐释研究结果，另一种是构建假设或理论模型，进而论证二语习得的规律。两者在具体研究手段上又各有千秋。DST强调定量与定性研究的结合，有时通过数学公式推导、数据分析的定量研究，有时则通过类比隐喻等构建模型（例如“双人舞”，De Bot etal.，2007）。SCT强调从定性角度开展研究，通过个案研究、日记、个人叙述等可以更好地洞察一个人的认知发展过程。研究对象的诸多本质在言谈、日记或其他显示主体性的媒介或工具中无意识地流露、敞开、展示或显现出来，研究者因此能够认识二语习得过程中诸多被遮蔽的社会文化本质和现象。个人行为观察比通常对一群体行为观察更能代表调查的科学性（John—son，2004）。

线性系统理论总结范文第5篇

【关键词】高填方机场，沉降监测，数据处理

0 引言

山区高填方机场建设区域地形地势条件、水文地质条件复杂，变形问题不可避免的存在。机场的变形轻则影响机场道面的功能性要求，严重的会导致机场道面结构性损坏，威胁着乘客的人生安全。因此，对于山区高填方机场的建设不仅仅要求建设质量可靠，由于其建设环境的特殊性，需要对建设区域进行实时变形监测，通过对变形区域采集数据计算，及时分析变形体是否处于稳定安全状态。本文通过对常用变形监测数据处理方法进行总结，分析出适用于山区高填方机场沉降监测数据处理的方法。

1 沉降监测数据处理基本方法

传统沉降监测数据基本采用人工或者半人工计算的方式来进行处理。而在诸如机场建设等一些较大型的沉降监测项目中，数据处理多为自动化方式，借助于一系列的大型数据处理软件进行自动化处理计算，将计算结果自动成图，分析预测沉降趋势，便于有效掌握变形体的沉降变形情况，及时解决变形问题。

以下对常用监测网平差方法进行总结和分析，选择适于山区高填方机场变形监测网数据处理的方法。

监测网经典平差

监测网经典平差是基于网中拥有足够的稳定点作为平差时的起算点，并以这些数据作为基准，确定网中其余未知点的坐标。此类监测网由于其图形复杂，且含有较多的多余观测，常用间接平差法。

作为经典网平差有如下两个问题：

1、网中可能存在多个稳定点，选择不同的稳定点作为起算点时，其平差结果肯定不同，选择最优平差解就成为了需要重新考虑的问题。

2、对于变形网中的网点，一般很难预先确定出哪些点是绝对不动的，也就是说基准的选择较困难[3]。

秩亏自由网平差

所谓秩亏是指没有足够的起算数据，没有固定的起算点。秩亏自由网可以不预先假定固定点，所有网点等同看待，即是将所有网点坐标都视为带定量，这时秩亏自由网平差可以结算出变形量，其核心是最终的平差结果和所选基准（平差时的约束条件）无关。秩亏自由网平差与经典平差一般情况下所求得的坐标是不同的，但求得的单位权方差相同[1]。

采用秩亏自由网平差发现变形的能力比采用经典平差强的多，因此其在目前变形监测数据处理中显得非常重要，尤其是针对区域变形监测，非线性大地网秩亏平差的应用较为广泛。

自由网拟稳平差

自由网拟稳平差是由我国周文江教授于1980年针对变形观测网中存在相对稳定点情况而提出的一种合适解法。此平差法是以网中的相对稳定点组的重心参考系作为网配置的基准。自由网拟稳平差的结果满足最小二乘原则，其所求改正数与经典平差和秩亏平差结果相同，但由于参考系的不同，测量值的平差结果及测量值协方差阵亦不同。

根据以上几种数据处理基本方法的总结，针对山区高填方机场建设沉降变形监测网的特点，由于有些沉降变形监测点可能处于地质条件不好，受力变化比较大的地方，各网点移动的可能性不同。并且，在某些时候，对于沉降监测网点的稳定性并不能预先得知，而经过数据处理后可以知道某些点的移动情况[2]。以上所述均常见于山区高填方机场沉降监测变形网数据处理中，如果采用经典平差或秩亏自由网平差显然都是不合理的，所以在机场沉降变形数据处理时优先选择自由网拟稳平差方法较为适宜。

2 沉降变形预测基本方法

随着技术的发展以及对工程质量及建设安全的保证，不仅在对变形体进行沉降监测时所使用的仪器观测精度要求提高，数据处理成果的准确性及对后期变形情况预测的有效性要求也随之提高。一般沉降变形预测的做法是根据已有相关变形监测数据，采用数学模型来逼近、模拟和揭示变形体的变形规律和动态特征，为工程设计和灾害防治提供一定的科学依据，现将几种常用沉降预测方法总结如下：

回归分析法：

随着对变形体沉降变形进行多期观测，获得大量的观测数据，这些数据由于其包含着变形体本身发生、发展的变形规律以及外界环境对变形的作用因素。我们需要从获取的数据中，通过数据处理的方法得到变形体变形的定量规律或者与外界影响因素之间的定量关系。

采用回归分析的方法可以将对数据的认识提升到定量的层面，该方法属于研究变量之间相关关系的统计方法，适合于变形体与其他因素相关的变形预测，以大量监测数据为基础，找出变量之间的内部规律，即统计上的回归关系[4]。

时间序列分析法：

相对于回归分析法，时间序列分析法可以应用于监测数据是统计相关的情况，因为无论是按时间序列排列的观测数据还是按空间位置顺序排列的观测数据，数据之间都或多或少的存在着统计自相关的现象。

时间序列分析法是一种动态的数据处理方法，分析观测资料考虑到时间顺序时，由于观测值的非独立性，未来观测值可由已有的观测数据预测得到，可利用观测值之间的自相关性建立相应的数学模型来描述变形体的动态变形特征[1]。

灰色系统预测法

针对短数据序列而言，由于其具有变形信息量少、规律性不强等特点，使得诸如回归分析预测等方法存在较大的预测难度。

对此，由我国邓聚龙教授提出的灰色系统理论衍生的预测方法，对变形监测的短数据序列建模方面有一定的优越性，使用数据生成的方法，将原本杂乱的原始数据整理成规律性强的生成数列，即从原始数据中去发现、寻找数据潜藏的内在规律，然后对生成数列再做研究[5]。

模糊人工神经网络法：

针对传统方法中处理非线性问题时采用分段线性化的方法这一缺陷，神经网络在处理非线性问题上，具有一定的优越性，为非线性系统建模、识别和预测提供了一个有效的解决途径。其基本思想是先用神经网络建立变形影响参数与变形之间的非线性关系，再将待测点的实测影响变形的参数输入到已建好的网络中，即可预测变形量。

根据以上对几种预测方法的总结分析，结合山区高填方机场沉降监测的特点，综合考虑沉降变形所受内部因素较多，而回归分析法主要针对变形由外部因素引起的变形预测分析。时间序列常常受到长期趋势、周期波动及不规则变动等影响，且其只注重监测数据的拟合，不注重变形数据变化规律的发现，所以对山区高填方机场沉降进行预测选用这两种方法都不是很适宜。灰色系统预测法与模糊人工神经网络法的结合使用比较适合于山区高填方机场沉降变形监测数据处理，在沉降监测初期，由于获取的监测数据有限，使用灰色系统预测法进行数据生成，一方面进行初步沉降预测，另一方面后期监测数据也能验证其正确性。在沉降监测的中后期，考虑到变形是变形体受多种内、外部因素共同作用的结果，其监测数据往往具有复杂的非线性特征，因此选择人工神经网络的方法来对变形体直接建模具有较好的预测效果。

3 总结

本文针对沉降变形监测数据处理基本方法及其预测方法的总结分析，提出适用于山区高填方机场数据处理和预测的方法，由于目前只在于理论层面的探讨，后期还需要根据已有数据对所选择处理方法进行实践应用，才能验证其可行性。

参考文献

[1] 侯建国.王腾军.变形监测理论与应用[M].北京：测绘出版社，2008.6

[2] 周虎鑫.容建堂. 高填方机场工程沉降变形监测探讨[J].机场工程.2011（4）

[3] 张建旭.沉降监测网位移分析的理论与方法研究[D].北京交通大学.2010