系统工程与理论范文第1篇

［关键词］系统工程 实践教学 课程改革

［作者简介］张爱霞（1975-　），女，河北唐山人，河北联合大学矿业工程学院，讲师，主要从事系统工程教学与科研工作；李富平（1965-　），男，河北唐山人，河北联合大学矿业学院，教授，博士，主要从事矿业工程的教学管理工作；赵树果（1969-　），女，河北唐山人，河北联合大学教务处，副教授，在读博士，主要从事矿业工程的教学管理工作。（河北 唐山 063009）

［课题项目］本文系2010年河北联合大学教改立项课题“《管理系统工程》课程实践教学的改革与研究”的阶段性研究成果。（项目编号：Y1017-08）

［中图分类号］G642.3 ［文献标识码］A ［文章编号］1004-3985（2012）26-0134-02

系统工程是高等院校交通工程、采矿工程、安全工程、环境工程等本科专业的一门重要的学科基础课，是以一般系统为研究对象，以现代系统理论和方法为主要内容的一门新兴的管理工程技术课程。课程以定量分析为主研究管理问题，将工程思想和管理思想相结合，应用系统的、科学的、数学分析的方法，通过建模、检验和求解数学模型获得最优决策的科学。要求学生学习系统与系统工程、系统优化、存储论、系统预测、系统决策、系统模拟等内容，培养学生树立系统思想并能运用系统工程方法解决工程实践问题。系统工程课程作为一门专业基础课，具有实践性、应用性强的突出特点。为适应新形势下社会对系统工程专业人才的要求，对课程的教学内容体系、实践教学进行改革探讨具有十分重要的意义。

一、系统工程课程在教学中存在的问题

1.系统工程的学习难度较大。系统工程以大规模复杂系统为研究对象，是在系统理论、管理科学及运筹学等学科基础上形成的一门交叉学科。通过学习使学生掌握分析与解决各种管理系统问题的思想、程序和方法。系统工程侧重于研究战略性的全局问题，涉及面广，教学内容丰富。由于课程内容比较抽象，又缺乏实际的系统工程理论的实践活动，学生难以理解概括性极强的数学表达式和抽象框图的理论表示方法，这增大了系统工程学习的难度。

2.教学效果一般。教与学信息反馈不及时，师生互动性差。部分学生课堂参与性不够，师生互动有限，整体学习效果一般。

3.与专业相关课程的联系程度不大。在教与学的过程中，教师与学生只是单纯地讲授、学习课程，将各门课程生硬地割裂开来，不能够将所学知识融会贯通。将本课程与专业相关课程紧密联系起来，促进学生知识结构的掌握和解决实际问题能力的提升，进而促进对整个专业学习的整体把握，增强解决实际问题的能力是亟待解决的问题。

二、系统工程教学内容体系设计

1.系统工程在培养方案中的地位和作用。系统工程是本科生在修完基础课后接触到的首门专业基础课。通过学习系统与系统工程、系统优化、存储论、系统预测、系统决策、系统模拟等内容，培养学生树立系统思想，并能运用系统工程方法解决工程实践问题。课程对培养学生管理创新能力和实现管理现代化方面起到重要的作用，所学系统工程思维方法是交通工程专业后续课程的基础，系统工程技术方法在后续课程中发挥直接的作用。

2.系统工程内容体系存在的问题和不足。从我国开设系统工程课程的高校来看，由于各高校服务对象不同，对系统工程学的理解不同，教学内容体系与教学大纲的要求差异较大。有的院校授课内容偏重“运筹学”，重点讲授运用数学方法研究最优化问题，如东南大学、北京交通大学；有的院校则偏重于系统工程学，主要是解决系统优化问题，如西安交通大学。

按系统科学体系，系统工程属应用科学层次，是改造世界的基本工具。运筹学属技术科学，是系统工程的基础数学理论与方法，系统思想是辩证唯物论在认识世界中体现的基本思维方法。根据河北联合大学开设系统工程学的教学经验，系统工程学内容体系与学生的培养目标和培养要求有一定的脱节。主要表现在：一方面要求学生掌握系统工程的基本方法和技术，能够解决工作中的实际问题；另一方面要求部分考研深造的学生掌握较扎实的系统工程基本理论和运筹学的基本方法。将系统工程和运筹学有机地结合起来有利于培养学生的系统思维方法和用系统工程方法解决问题的能力，适应不同学校对考研考试内容的不同要求。但目前的教学内容不能统筹兼顾，因此在课程体系建设中，要将运筹学的数学工具和方法与系统工程的基本理论和方法有机结合，做到重点突出，因材施教，以适应不同人才培养的要求。

3.课程内容体系设计。根据以上分析，要对系统工程理论与实践教学进行改革，在系统思想指导下，应用运筹学提供的数学理论与方法，解决实践问题的方法论课程。课程体系由两个相互关联的有机部分组成。第一部分：从系统思想出发，按系统科学在21世纪的发展方向——系统思想定量化和计算机应用设置系统科学方法论和系统科学体系、系统工程的基本观点、基本理论、基本方法和步骤以及系统工程的主要方法——模型化等内容。目的是帮助学生树立与养成系统思想，形成面向问题，在定性分析指导下进行定量分析的系统思维方式，掌握系统工程处理问题的基本观点、基本理论、基本方法和步骤，其核心是树立与养成系统思想。第二部分：从实现系统思想定量化和计算机应用出发，按系统工程的主要方法——模型化和计算机求解为重点，构建由系统最优化模型、系统预测模型、网络优化模型、系统决策及多目标决策、实验和模拟方法、网络计划方法等具体方法。目的是让学生学会针对实践具体问题抽象化建模、求解和结果分析技术，给学生一个“方法库”和“工具库”，核心是定量化方法与工具。

在系统思想指导下，按在定性指导下进行定量的原则进行科学决策是21世纪管理科学的发展方向，是实现管理现代化的必由之路。学生只有掌握了现代决策思想和决策方法，才能适应社会主义市场经济的需求；只有掌握系统思想，全面综合地研究问题，才能适应社会发展需求。系统工程课程正是按照这一指导思想设计、改革和建设的，既体现21世纪人才培养的要求，又能适应社会主义市场经济、社会全面发展和科学发展的要求。

4.实践教学体系设计。系统工程课程实践教学的目的是使学生灵活掌握管理系统工程基础在解决实际应用问题中的基本方法和应用技巧，活学活用所学课程知识；培养学生从实践中发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力，提高学生的综合素质和创新能力，培养团队协作精神。

三、教学改革研究成果

1.系统科学体系设置系统工程学课程。结合一般同学和考研同学的需求，突破系统工程学的课程体系框架，引入了运筹学的数学工具和方法，按系统科学体系设置系统工程学课程，包括系统思维方法并应用系统思想进行系统分析，思维方法的发展、系统工程的概念、系统工程与运筹学的关系、系统工程解决问题的方法与步骤；掌握建立模型的理论与方法：预测模型、线性规划、网络及网络计划方法、决策模型等；各种模型求解的基本理论与方法：线性规划、网络模型、CPM网络参数计算、目标规划法等；掌握模型求解结果的分析方法，包括灵敏度分析、预测模型检验等；加强实践环节，引入运筹学软件QM和国际上流行的项目管理软件Project等。

2.制定教学文件，改善教学方法。根据课程内容体系和实践教学体系制定了相应的48学时、36学时的系统工程学大纲、教学日历，整理完善了课件。课堂教学采用多媒体技术与板书相结合的方法，针对不同的内容选择不同的方式进行教学，克服单纯使用板书信息量少、单纯使用多媒体技术速度快、学生理解时间短的缺点，既增大了教学信息量，又能加深学生对问题的理解。

3.教学注重强化学生的理解能力。在教学方法上采用理论教学与实践教学相结合、定性与定量相结合、数学方法与计算工具相结合、课上教学与课后实践相结合的“四结合”的教学方式与方法，选用理论讲授与工程实践案例分析相结合的传授模式，启发式教学与研讨式学习相结合的互动途径。在教学过程中，将重心向模型的建立、求解和求解结果分析转移，侧重实践应用；增加计算机软件应用能力的培养，增加实践环节，重点提高学生的应用能力，通过“案例分析”“建模”“算法”的计算机实习训练，加强对学生实际应用能力的开发与培养；增加工程实践中应用较多的理论与方法内容，基本形成理论—软件—应用一体化的课程体系，体现了“厚基础、重素质”的教育思想。

4.锻炼学生实际解题能力。为培养学生的实际动手能力，重点突出运筹学、系统工程基本理论，先以例题入手，讲解怎么解决问题，在解决问题后分析解决问题过程中所用原理和方法。再让学生重做此类题，掌握原理及方法。每讲后布置两个小时左右的课后习题，追求作业解题层次清晰、方法新颖、书写规范，锻炼学生实际解题能力，计入40%的平时成绩。

5.强化实践动手能力。以48学时为例，其中安排讲课学时40学时，上机8学时。针对上机环节，编写了上机指导书，制定了上机实验、实践安排。系统工程实践性较强，强调结合实际管理等问题的应用。在教学中提出以下方式方法提高学生的实践能力。一是课外阅读，拓展学生视野。在教学过程中结合课程内容，要求学生在课外阅读系统工程及管理学、工业工程等方面学术刊物上的相关文章或有关研究报告，并定期或不定期在课堂上介绍与交流。根据学生的表现或研究结果计入10%的平时成绩。二是提出问题，并完成简明应用系统分析报告。要求每个学生在“系统工程方法论”课程结束前，结合实际提出一个可用系统分析原理加以分析的问题；并以此为基础，组建由3～4人组成的系统分析小组，拟分析问题；随着课程内容的推进，各小组完成应用系统分析报告的框架，结课前在全班进行交流；课程全部结束后，完成正式的系统分析报告。根据系统分析报告的结果计入20%的平时成绩。

6.收集丰富实践案例库。查阅各大院校和相关部级、省级精品课网站相关资源以及课题组教师科研项目，建立了实践案例库。重点培养学生具备理解和运用运筹学的基本原理和方法解决实际中的优化与决策问题的能力。

四、结论

对系统工程理论与实践教学进行改革，按照该课程在培养方案中的地位和作用进行定位，并在此基础上，根据课程对学生的能力需求，突出培养学生的创新能力，即逻辑思维能力和抽象思维能力。从这一定位出发，要把运筹学与系统工程相结合，通过系统工程和方法论的培养，让学生学会定量方法在实践中的运用。按照运筹学与系统工程的基本思路重新整合教学内容，形成以人为本的先进方法论，培养学生创新能力，并在建设过程中逐渐形成课程特色。经过教改实践，教学内容先进合理，系统、完整地涵盖了系统工程的基本概念、原理及方法，体现了系统工程理论研究的新发展。教改坚持“思想、理论、方法、工具四统一”的教学方法，即加强系统思想、系统工程理论讲述，强调数学模型方法的学习和掌握，结合科研实践总结、收集、编写案例，指导学生上机实践，掌握计算机工具，进行实践课题研究，提高了学生对理论方法的运用能力。通过采用教学案例、课堂讨论、利用计算机解决实际问题法，学生的学习积极性有了明显提高，教学质量有了大幅度上升，收到了明显的教学效果。

［参考文献］

［1］张爱霞，李富平，赵树果.系统工程基础［M］.北京：清华大学出版社，2011.

［2］刘永红.系统工程课程建设与创新［J］.装备制造技术，2007（6）.

系统工程与理论范文第2篇

论文摘要：从知识管理与专业教学的关系出发，分析专业教学借鉴知识管理的可能性，以及利用知识管理、创新专业教学的一些改革举措，并在我校车辆工程专业教学中的予以实施效果良好。

1知识管理

知识管理伴随着知识经济时代的发展逐渐凸现出来，它关于知识及与知识相关的资源和过程的管理方法与管理技术可以为专业教学的创新与应用的拓展提供一种新的思路。

从宏观角度来看，知识管理关注整体，是对一个组织系统所拥有的全部知识及相关资源的管理，任何一个管理过程都应考虑组织整体效益的实现。知识管理的目标定位是实现知识共享与知识创新，提升组织的竞争力。知识管理的另一个重要理念就是显隐知识的转换。在实际的转换中，这是一个循环往复的过程，即隐性知识社会化为隐性知识、隐性知识外化为显性知识、显性知识与显性知识重新组合、显性知识内化为隐性知识，这四个转换环节是知识转化理论的核心内容，并由此形成一个循环上升的知识增值系统。

从微观角度来说，知识管理的实质就是对知识价值链的管理，清除影响知识价值链形成的阻碍因素，加快价值链的形成速度，使组织的知识在运动中不断增值。

在具体的实际操作过程中，知识管理又可以划分为不同的环节，即知识生成管理、知识应用管理、知识交流管理，由此又形成诸多知识管理工具。网络技术、人工智能技术等信息技术手段在知识管理中发挥着重要的作用，较常见的专家系统、数据仓库等都在知识管理中得到了应用。

2知识，理在专业教攀中应用的可能性

2. 1知识管理与专业教学都具有以下共同点

1)知识管理与专业教学所需实现的都是组织的整体效益。2)知识管理通过对知识的一系列开发过程，实现和完善自身的管理理念，达成管理目标。3)以人为本的思想既存在于知识管理中，也存在于专业教学领域。

2. 2知识管理与专业教学的结合点。知识管理与专业教学在技术层面也有着共同之处，即两者都运用了计算机网络、人工智能等技术。由这两种技术还衍生出来许多新型的交流和学习方式，如blog、网络社区、电子邮件系统、知识资源库等。知识管理和专业教学可以相互借鉴彼此在应用这些技术手段时的经验和成果。

专业教学的一个重要任务就是利用学习平台，营造学习环境，促进学习者学习，提高学生的能力和素质。管理知识的过程实际上直接影响到学习者学习效率的提高，吸收知识管理的理念，也是专业教学中的重大变革。

2.3利用知识管理，创新专业教学。知识管理中的知识分类思想、知识转化理论、知识价值链的形成等理念，均可以引入到专业教学中来。通过借鉴这些理念，可以为学习者营造更为有利的学习环境。学习者可以通过各种途径，如面对面交流、网络社区等直接或间接共享到他人的经验、技能等，从而最终提升学习者的学习效率、教师的工作能力，进而提升整个教育系统的组织智慧。

知识管理将知识分为隐性知识和显性知识，而且更关注隐性知识。专业教学在多年的发展中一直致力于将显性知识通过各种途径传播给学习者，并为学习者所熟知和掌握。学习者对更加重要的隐性知识的学习则处于一种未知的状态。在面对面的传统教学过程中，学习者或多或少能够通过一些亲身体验的方式学习到隐性知识。但是在非面对面的教学过程中，这种隐性知识的学习就被完全忽略了。知识分类思想提醒专业教学相关人员应该更加关注开发和利用隐性知识。

2. 4知识管理环节的划分对专业教学的启迪。知识管理通过总结知识价值链，得出知识管理包含四个过程:知识生成管理、知识积累管理、知识应用管理和知识交流管理。从这点出发，专业教学在运用知识管理的理念时，首先必须解决的是明确教育知识的来源:应该包括已经被认识到的可以拿来学习的知识、还掌握在少数教师、专家、学习者头脑中不能被传播的知识以及新创造的但还未纳入到教育领域中的知识。其次，应该运用一定的鼓励机制和技术手段识别、提取和组织这些知识，使之有序化、系统化。当拥有了大量的知识之后，专业教学可以利用教育资源库、专家系统等手段将这些知识积累起来，并进行管理。学习者和教育者可以通过教育资源库获取大量的知识，同时又可以将自身独有的知识拿出来供所有人使用。知识通过交流和共享获得增值，这也为产生新产品和新技术提供了前提条件。

3知识，理在我校车辆工程专业段，中的应用

3. 1专业知识管理系统的构建。建构专业知识管理系统是知识社会对于专业教学提出的要求。专业教学通过构建专业知识管理系统为学生提供适当的知识源和知识环境，培养学生的创新能力。在学校建立信息管理系统和校园网工程后，为信息的获取提供了前所未有的便捷途径。专业教学利用技术手段建立专业知识管理系统，可以有效地对专业内存在的信息 (如学生信息、教学信息、教育资源、头脑中的知识、知识行为、知识资产等)进行开发、利用和管理，促进知识的共享，同时也可以利用教育者和学习者的集体智慧完成创新知识的目标。

3. 2专业知识管理系统的使用情况。车辆专业知识管理系统在构建过程中就开放使用，广大学生经常访问该系统，最近二个月平均每天的校内师生访问量已经达到1000多人次(注:该专业每届学生数90人，全部在校生400人左右)，而且有不断增长的趋势，而且论坛跟贴人数也不断增长。

知识库的内容不断增长，目前有3个管理人员在作专门管理，审核上载内容和会员资格，目前有注册初级会员600余人(校内360人)，高级会员35人(校内教师、政府机关处室、行业协会、行业商会)，平均每天上载内容达1. 6gb。

广大师生对该知识管理系统地反映良好，在对该系统的评价中优良率达到99. 4%，而且为优秀的达到82. 8%左右。通过该系统的使用广大学生觉得所获得的知识和经验大大超过以前，学生对本专业的学习兴趣也大大提高，学习风气明显改善，学习成绩与往届学生相比也有明显提高，更重要的是学生可以从系统内间接获得许多工作经验，使得学生毕业后缩短适应时间，特别明显的是学生下企业进行技术实习时，明显显得有信心，工作成效更明显。

系统工程与理论范文第3篇

关键词：定性；定量；学科体系结构；系统工程思想

作者简介：魏萍（1975-），女，河南新乡人，中国石油大学（北京）信息学院，讲师；许亚岚（1977-），女，湖北襄樊人，中国石油大学（北京）信息学院，讲师。（北京102249）

中图分类号：G642.0     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2012）11-0048-02

系统工程是为了解决日益复杂的社会实践问题而形成的，从整体出发合理组织、控制和管理各类系统的综合性工程技术学科。在现代科学知识体系中，系统工程是系统科学的一个分支，实际是系统科学的工程技术应用。中国石油大学（北京）自动化专业开设选修课“系统工程导论”，共有32学时。而系统工程涉及知识范围广，需要基础理论多，为了在课时不多的情况下，实现系统工程“导论”任务，有必要首先明确本门课程的教学目的，然后具体思考教学过程中需要关注的一些问题。

一、确定“系统工程导论”教学目的

作为系统工程的“导论”型课程，教学内容包括：绪论、系统工程理论基础和一些系统工程具体方法。“绪论”是关于系统工程的基本介绍。“系统工程理论基础”部分介绍少量基础科学内容，如：自组织和他组织理论、非线性系统理论等；另外介绍少量技术科学部分，主要是运筹学中的数学规划、图与网路、系统优化等。“系统工程具体方法”主要讲述系统分析与系统建模、系统评价、决策分析、网络计划法等。教学内容包含方面较多，容易给学生形成杂乱的印象，所以教学中一定要做到明确学科体系结构，突出系统工程思想。

1.使学生能够充分认识系统工程

通过本门课程的学习，学生能够认清系统工程是什么，对系统工程有一个全面整体把握。这要求从横向、纵向明确系统工程学科归属，理解系统工程理论基础；明确系统工程发展状况，理解系统工程方法论意义。

2.使学生能够掌握系统工程技术思想及方法

系统工程强调宏观研究，兼顾微观研究，“宏观调控，微观搞活”是系统工程的基本原理，对大小系统普遍适用。在处理工程问题时，不能只顾局部，忽略全局，必须至少上升一个层次考虑问题。系统工程方法一贯体现“定性到定量的综合集成”，对于理工学科的学生，一定要避免过多倾向定量研究，忽略定性研究。

3.使学生能够建立全面综合的思维习惯

在日常教学中常常发现，当前学生普遍存在一个特点：进得去，出不来。也就是，太专注于细节，而忽略了整体掌控。这样不利于知识的学习和运用，更不利于独立钻研习惯的形成和开拓创新精神的培养。而系统工程可以使学生养成全面综合的思维习惯。

二、“系统工程导论”教学中需要关注的几个问题

1.明确系统科学体系结构，理解系统工程理论基础

现代科学技术体系包括自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、信息科学、思维科学、人体科学、行为科学、地理科学、军事科学、建筑科学、文艺科学。所以“横向”看，系统工程属于现代科学技术体系中的系统科学。[1]

另外按照现代科学技术体系中的钱学森框架，不同学科门类可划分为基础科学、技术科学和工程技术三个层次。其中，最接近社会实践，直接用来解决实际问题的是工程技术；给工程提供理论指导的知识体系是技术科学（应用科学）；给应用科学提供理论指导的知识体系是基础科学。所以“纵向”看，系统工程属于系统科学中的工程技术层次，且三个层次间有自上而下的指导关系。[1]

掌握了系统工程在整个科学技术体系中的“横向纵向”关系，相当于理解了系统工程在现代科学技术体系的位置，从而能进一步理解层次间的指导关系。系统工程理论基础包括两个方面，一个是属于系统科学基础科学层次的系统学，另一个是属于系统科学技术科学层次的运筹学、控制论等内容。关于系统学，由于当前并没有完全建立起来，所以在认识上不太统一。在很多教科书里都会介绍耗散结构、协同学、突变论等等产生于其他学科的具体自组织现象。自然科学的基础科学层次包含物理学、生物学等，参照来看基础科学表达和描述的是研究对象本质上具有的属性和功能，即系统本来的属性和功能，如：系统的基本概念、动态系统理论、线性及非线性系统理论、自组织和他组织理论等。而那些具体的自组织现象多产生于其他学科，是系统学内容的具体表现，如耗散结构、协同学、突变论体现了系统的非线性动态特性以及自组织他组织能力，可作为具体例子。系统科学技术科学层次包含控制学、运筹学、博弈学等内容，在教科书中一般都这样认为（自动化专业一般以介绍运筹学为主）。[2]

2.体会“综合即创造”的系统工程思想

系统工程的著名范例――美国“阿波罗登月计划”，该工程包含三百多万个部件，耗资244亿美元，参加者有两万多个企业和120个大学与研究机构，整个工程在计划进度、质量检验、可靠性评价和管理过程等方面都采用了系统工程方法。在工程实施过程中及时向各层决策机构提供信息和方案，供各层决策者使用，保证了各个领域的相互平衡，体现出高度的“综合性”。[3]负责“阿波罗登月计划”实施的总指挥韦伯先生说：“阿波罗计划中没有一项新发明的自然科学理论和技术，全部工作都是现有技术的应用，关键在于综合。”系统工程的一个重要价值，就在于综合运用现代科学技术各个领域的相关成果，协调一致，解决复杂环境的复杂问题。

钱学森院士曾指出“系统工程是一门组织管理技术”，“系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法”。[4]涉及的工程问题越大型，越复杂，就越能体现系统工程的“综合即创造”思想。

体会到系统工程的综合思想之后，就不会认为系统工程只是简单包含一些具体工程技术方法，甚或将系统工程直接等同于具体的工程技术。

3.认识复杂与简单的关系（复杂与简单的相对性）

如果研究对象是结构良好的系统，即，系统具有可以精确观测的特征量，可以获取完备的数据资料，且这些特征量之间关系可以用明确的数学形式表示出来，原则上这类系统属于简单系统。反之，若系统存在一些无法精确观测的特征量，不可能取得完备的数据资料，或无法建立精确的数学模型，要么两者兼而有之，这就是结构不良系统，具有无法简化的复杂性。[1]这样比较来看，简单系统相关问题为简单问题，复杂系统相关问题为复杂问题。如果需要解决的问题，有可以依据的基础理论和客观具体的方法，则为简单；反之，则为复杂。理解简单与复杂的关系，有助于正确认识系统工程技术中的关键点所在，正确认识系统工程技术中的主观定性内容。例如在系统决策和系统评价中，相关方法步骤比较简单，但方法中与主观、定性有关的量的确定，则比较复杂。

4.强调系统工程中的定性与定量关系

定量是指数量指标和数学方法的应用，定性是指借助非量化的途径对研究问题做分析、判断等。系统工程中无处不体现出定性和定量的密切结合。1987年，钱学森院士就提出了定性与定量相结合的系统研究方法，并把处理复杂巨系统的方法命名为定性定量相结合的综合集成方法，表述为从定性到定量的综合集成技术。1992年，他又提出从定性到定量的综合集成研讨体系，进而把处理开放复杂巨系统的方法与使用这种方法的组织形式有机结合起来，提升到方法论的高度。[5，6]

在具体研究应用中，一般是科学理论、经验认识和专家判断力相结合，从而提出经验性假设。通常这些经验性假设很难以严谨的科学方式证明，只是定性的认识。从定性到定量的综合集成方法论，实质上就是将专家群体、数据和信息资料与计算机技术有机结合起来；把各门科学理论与人们实践经验知识结合起来，发挥整体优势和综合优势。此方法论的特点是定性分析与定量分析结合，而后上升到定量认识；科学理论与经验知识相结合，宏观与微观相结合，人与计算机相结合。[5，6]

系统工程教学中，注意强调系统工程中的定性与定量关系，避免学生注重定量，忽略定性的思维习惯。

5.清楚系统工程与具体工程技术的关系

“系统工程”中的“工程”是指把各种科学理论和基础知识的概念和原理用于研究，创造和设计各种系统。从系统看工程――用系统的观点和方法解决工程问题；从工程看系统――用工程的方法建立系统和解决系统问题。系统的方法主要是系统分析和系统设计方法；工程的方法是处理工程问题的方法，包括原理应用和结构构思，确定技术、经济原则，对结构材料、参数和整体进行计算。系统和工程的结合，即系统的方法和工程的方法融为一体，使人们能在系统思想指导下以工程的方法作为工具，从定量角度描述系统元素间的关系、设计、建造和管理人们需要的系统。[7]

与一般工程相比较，系统工程是一种知识体系，不是工程实践；是普遍适用的方法，一切工程都适用；是工程技术，不是科学理论，讲究实际工效；系统工程的精华是系统观点，强调从总体着眼构思，从局部着手实现，从全局出发用好局部，从全过程出发关照好各个阶段。[1]

“系统工程导论”教学课堂中讲授一些具体系统工程方法，如：系统模型技术、系统网络分析技术、系统评价技术等。一些学生会认为系统工程只是包含类似的一些具体工程技术方法。只有真正清楚了系统工程的概念与意义，才不会造成这样的误解。

三、结论

上面关于“系统工程导论”教学中需关注问题的几点思考，更要注重教学中的落实。首先在绪论中要表达清楚，其次在各章节教学中涉及部分要做课堂提示，使学生真实体会到这些问题的存在，从而使其在学习本门课程之后，能够对系统工程有一个全面整体的把握，掌握系统工程技术强调宏观研究、兼顾微观研究的思想，以及定性到定量的综合过程。另外，期望该课程能够影响学生建立全面综合的思维习惯，提高知识学习和运用的能力。

参考文献：

[1]苗东升.系统科学大学讲稿[M].北京:中国人民大学出版社,2007.

[2]魏萍,邓先瑞.《系统工程导论》课程体系探讨与教学实践研究[J].煤炭技术,2010,(2):222-224.

[3]夏绍玮,等.系统工程概论[M].北京:清华大学出版社,1995.

[4]钱学森,等.论系统工程[M].长沙:湖南科学技术出版社,1983.

[5]王众托.系统工程[M].北京:北京大学出版社,2010.

系统工程与理论范文第4篇

关键词：一般系统论；工程系统论；软件

0引言

将应对软件危机作为机会，以此得到的软件工程理论创立于上世纪六七十年代，到现在也有了三十多年历史并已成为了一门独立学科。在发展中必然会遇到一些问题，其中最为突出的两个问题是：第一，已有的理论成果还是不能够跟上实践需求；第二，软件工程要得到发展，必须建立在现有理论基础上，同时还需要对软件工程基础的框架和体系进行深入的研究。要鼓励创新，让理论基础能够变得更加扎实，且多用一些新的看问题的角度来对问题进行研究。如果想要让难题很快地得到解决，就需要将一般系统论以及工程系统论中联立到实际的软件工程研究上来，建立好完善的科学体系和基本理论。

1工程系统论介绍

在上个世纪末期，国内学者在一般系统论基础上，利用自己的努力创造了工程系统论。他们建立的理论中有着和工程系统有关的规律，该理论是将一般系统论和实践结合在一起得到的理论，它能够对所有的领域中的工程起到作用。关于工程的具体定义，指的就是依据某组设想目标，并且通过科学知识以及相关的技术来让人以组织的形式开展活动，能够让现有的实体转变成为一个有着价值的产品涉及到的整个过程。在实际的工程活动中包含有九个基本要素，主要就是资源、用户、行动者、方法、目标、时间、过程、活动以及环境。将环境排除在外，剩余的八个要素在一个框架之内，同时还有着紧密的联系，是一个完全的整体。我们将这个整体叫做工程系统。在研究工程系统论的过程中，研究的目标就是不同的工程系统，研究的目的就是为了找到工程系统里面存在的所有共有规律。工程系统论在整个学科体系里面处于最中间的层次。相较于一般系统论，工程系统论、社会系统论以及生物系统论这三者能够组合形成派生科学。也就是说工程系统论的概念、原理方法都会被一般系统论限制。和具体工程系统论相比，它属于工程元科学，也就是说它是综合性更强的一门学科，能够对所有的工程学科进行讨论。由于工程系统论具备特殊的处于中间层次的特点，能够使得它作为一般系统论的知识来源，同时它还能够给具体工程系统论提供更加广阔的发展空间。具体工程系统论主要的内容中必须含有软件工程系统论这一内容。工程系统论有着十分科学合理的思想，再加上辩证的理论，能够帮助指导复杂系统中的操作以及方法论。原本系统工程技术存在很多的局限，不过工程系统论在这方面有着很大的突破，它有了更大的范围，能够跨越很大的时空来对人工系统的发展进行操控。同时工程系统论没有对以前的内容进行抛弃，里面还是涵盖了系统工程等方面有效的技术以及措施，在这个基础上，添加了顶层指导，因此它有着宏观性以及普适性，可以被广泛地运用在复杂的人工系统中，有着很光明的未来。

2研究软件工程系统论的重要性

因为网络技术得到了很大的发展，进行网络开发的工具也越来越先进，使得软件开发的整体环境出现了很大的提升和变化，和软件开发有关的概念也有了很不一样的定义。现在在进行对象程序设计的过程中，有了新的方法，一些传统的面向过程以及结构方法都已经被摒弃，如今更加注重的是面向角色程序设计的方法。在设计角色的技术上，每个不同的部分都会有所侧重，但是整体必须要做到协调。现在的技术强调的一点就是对即将被开发出来的系统进行分析时，需要做到更加规范化以及自然。这种更为系统化的分析模式和工程系统论基本的思维模式十分契合，因此也能够用到复杂系统的开发过程中。现在软件开发十分重要，而且在发展的过程中，是一定需要有着理论依据来支持的。与此同时，还需要有在软件出现问题时，对这些问题进行解决的理论工具，平时不仅要研究新的开发方法和工具，同时更加重要的就是找到新方法来对软件工程进行指导。这样的情况之下，建立起一个基本的框架和体系就显得很必要。

3软件工程系统论的研究内容以及可行性

3.1软件工程系统论相关研究内容

3.1.1软件工程系统的一般结构软件工程系统有着一定的发展规律，也兼具复杂性，它发展是有着基础部分，并且能够对复杂的情况进行处理；系统基本组成部分有着自己的特性，并且其功能与空间和时间都有着分不开的联系；环境因素也是影响软件结构、功能、状态等的原因。

3.1.2软件工程系统的层次结构软件工程系统层次结构主要有系统化的层次以及不同层次之间的联系等部分。还包括系统基层性质、特别性质；层次结构上有着无限性、协调平衡性以及相对性。

3.1.3软件工程系统的协调性和复杂性此块内容有着系统复合过程的分类、状态等；处于复合状态时具备的协调性以及协同性；能够对系统目标、方法以及特征进行适应的内容。

3.1.4软件工程系统的突现性该部分主要突出了软件工程系统有着突现性的特点；同时还有环境对于系统突现性的影响；刻画了突现性的具体内容，并且突现性在整体与部分两者间的关系。

3.1.5软件工程系统的无序性以及有序性该部分涉及了无序性、有序性分别发生的原因、表现以及特点；使得无序性变成有序性需要的条件等。

3.2软件工程系统论研究的可行性

首先，软件工程与系统科学之间有着分不开的联系，软件工程中，理论方面最主要的基础就是系统开发设计系统以及数学模型，在软件工程的方法和技术上，都突出了系统并且科学的基本思想。在软件工程系统中，比较重要的方法有结构化方法以及面向对象方法等，这些其实都对系统科学思想方法进行了延续。软件工程中，进行支配的核心思想就是用不一样产品的方式来处理软件产品，这就是指在进行软件生产的过程中需要将监督、审核以及研究可行性等内容纳入其中，这样才能够确保质量、经费达到具体的标准，让最终的目标得到实现。因此引进工程系统论原理以及相关的方法实行的可行性很大。第二，系统相对复杂，在开发软件工程的过程里面会有很多的任务，同时指标十分庞大，涉及了很多方面的知识以及学科类型，需要很长的研究周期，再有人员素质、运行机制以及环境等多种因素对其的影响，因此软件工程里面一定要多利用工程系统论里面的科学思想，找到内在隐含着的规律，提升整个系统开发时的总体设计的水平。第三，自从系统论有关的思想推行很久之后，能够促进软件工程向前发展，使得人们对软件工程上需要用到的原理以及方法有着更多的了解。除此之外，我国现在从事相关软件开发的人员变得越来越多，这些人员基本都能够具备很多的理论知识以及科研开发背景，他们能够提供好的工程例子来让工程相关人员进行专门的理论研究。因此研究以及建立这两个层面上，软件工程系统论都能够将原本的障碍给攻破。

4开展软件工程系统论的研究势在必行

软件工程的定义就是能够对计算机软件的开发以及维护起到指导作用的学科。开发软件工程的整个过程有着很鲜明的特点，也就是项目生命周期存在的阶段性、复杂性以及系统性。早在上世纪六七十年代，国外的很多学者就开始研究起了软件工程，他们主要集中在对基本原理、方法等方面进行研究，具体可分为过程模型、方法技术、工具环境以及标准规范等内容，并且他们在研究中得到了一些很好的开发方法，对后世有着很大的影响。比方说结构化方法、面向对象方法、净室方法等，都是很有影响力的。虽然这些方法也并不是很完善，有着很多的缺点和不足，不过这些方法都是能够推动整个软件工程进行发展的有利因素。图灵机模型以及冯-诺依曼体系是现代计算机发展的理论支撑。图灵机中涉及的想法主要就是将问题细化，让其成为机械求解，有着很多步骤的过程，计算机语言则是作为辅助思想进行表现的一个形式。对软件进行开发其实就是通过程序员的操作，将求解问题域变得更加形式化的一个阶段。对于求解的问题，程序员需要先进行分析，知道它的主要特征，然后建立起相关的模型，找到合适的算法，用设计语言来描述这一程序，最后能够顺利的得到想要的结果。按照人们的一贯理解表达方法来看，冯-诺依曼的程序具体执行的过程是与其相悖的，存在着很大的差别，而且程序员一般都会关注怎么实现目标、怎么进行编程这些方面，对问题的认识还不够深入，同时思维上也有一定的惯性。在软件管理以及设计上面，人们一般都会用非系统的思维来应对，这就使得设计结果不具备系统性以及整体性。比方说，程序员关注点一般在工程流程以及步骤上，但是整个系统特点也是需要进行注意的部分，这方面不注意，就会带来问题；程序员只关注局部而没有这种协调整体；过分关注程序模块以及设计上的优化，并没有关注全局优化以及结构分析的部分；进行工程开发的时候没有进行合理的沟通和协调，使得系统设计架构不够完整，软件设计上存在着很多的矛盾和不足；软件自身也存在一定的特点，这会使得工程开发时很容易缺少沟通，只是各自忙自己的。特别是一些大软件的开发过程中，包含了很多的小项目，分工很细，并且包括了很多的层次，时间上要求很高，很容易出现将大系统分成不相干的一些小系统的情况，这样很难对系统性和完整性进行把控。在系统工程方法的具体应用方面，也是国外学者的脚步更快。Win2stonW.Royce博士最初提出了“软件系统工程”这个词语[5]。他们的观点为，一个项目若是没有系统工程方法，那么就会使得软件不能够适配于硬件，导致软件不能够一直使用下去。开发产品时，没有注意系统方面的相关工作，就会让软件危机加剧。美国的RichardH.Thayer等学者对完善了软件系统工程的具体定义。他们的观点为，软件系统工程其实和系统工程十分相似，需要技术以及管理这两个方面。软件系统工程并不是指一项任务，它其实是一个理念或者可以说是一个过程。最高层需要在软件工程的实施里面用到这个理念。在对软件系统工程以及软件工程之间的关系进行研究时，他们还提到，在初期开发软件的时候，软件系统工程主要就是对软件需求进行具体的分析，并且设计具体的结构。软件系统最终进行测试和系统功能的部分也是包括在软件系统工程中的。很明显，总体来说他们的观点认为软件系统工程是软件工程的一个部分。因为每个学者研究时的目标以及角度都是不同的，所以本文的软件工程系统与这些学者提出的团建系统工程并不是同一个概念，但是这两者都能够体现出和系统论有关的思想。全球另外还有许多学者研究了软件工程开发这一方面的内容。比方说，Wooldridget等学者提出了GAIA方法，它能够对主题进行分析以及设计，他们认为工程中应该多用到MASE和MAS-Commonkads;高翔等学者对应用角色模型中用到的设计方法进行了研究；张志军等学者在软系统方法这个基础之上，提出了具体的开发技术；冯栅等学者提出了建立在智能体系之上的方法。这之前提到的所有方法都是能够结合实际工程方法，来反映出现在软件工程方面到底遇到了什么问题。美国有关的学者提出的软件工程系统理论并不能够运用到系统论的整体过程里，它只能够符合某些特定阶段的要求。而且这里面不具备工程系统论内容，同时还没有运用工程系统论有关思想来对软件工程科学体系进行研究和考察。基于现在的文献搜索情况以及互联网使用情况，能够知道现在全球所有报道中提到工程系统论在软件工程上运用的方法理论。网络技术得到了很大的发展，同时开发的工具也变得越来越先进，这些原因就是推动软件开发环境变化的主要因素，同时也对人们在时空观念、生命周期以及软件方式等方面产生了影响。角色技术在程序设计上出现了更为侧重的现象，并且能够做到各部分之间都有着很好的协调，用更加规范化以及自然的方法来对即将要开发的系统进行描述，能够让开发的效率变得更高，并且和一些专家之间建立很好的联系。在现代软件工程的发展过程中，就必须要所有的科学都具有理论上的基础，软件危机一直存在使得我们必须研究出很好的理论武器来进行治理，在研究一些新型的开发工具和整个开发过程里面，最为重要的就是需要将研究的领域和新技术结合到一起，并且对软件工程发展的指导用到新的方法论。所以，对一般系统论和工程系统论对软件工程系统规律进行研究，以此来建立起一个更为科学化的软件工程系统体系，并且得到软件工程系统论的基本方法。就是因为这些研究是建立在一个新角度上的，所以能够对贯彻系统科学思想有利，将研究软件工程的起点提升，让对软件工程的基础研究变得更加系统、全面和科学，同时也能够为另外的信息工程学发展提供一定的借鉴。

5软件工程系统论的学科地位、研究内容及可行性

其实从大方向来说，也就是从整个科学范围内来讲，软件工程系统理论应该是在一般工程理论下一个层次的，也在一般系统理论之下，这就是说，软件系统理论的应用应该是在两者应用的前提下，对软件系统的应用起到一定的约束作用。当然这种关系也在随着应用领域的不同而不断发生变化，比如说在机电领域，细化还可以说在航天领域、汽车领域等，他们的关系是平等的，但是其应用却是交叉的。对于软件工程的研究，可以参照一般工程研究的方法，也就是可以把软件工程的研究分成几大部分，比如软件工程管理、软件工程技术系统、软件工程过程系统、软件工程对象系统、软件工程支持系统、软件工程组织系统等六大子系统，在这些原理的实现过程中，又包含着在相关工程中的应用，例如性能工程、质量工程、架构工程、测试工程等，这些相关工程包括很多，其中会涉及到很多软件工程领域的应用，在对软件工程做研究的时候也会结合这些相关工程做出不同分析，这里简要举例说明，关于软件工程系统理论研究，应该从以下几方面出发：（1）结构角度：结构角度的出发点就是软件的一般结构，从软件工程应用的环境、状态、结构及一些规律；在系统组成角度来说，这些要素在功能匹配、空间利用等方面都有一些规律，都需要结合一些性状；我们平常所说的系统的复杂性就是在这些领域面对这种复杂问题、复杂规律时所用的处理办法及途径等问题，当然考虑这些因素也是为了在最大程度上保证软件工程的严谨性。（2）系统层次角度：软件系统在建立过程中是分层次建立的，其中每个层次又都有着千丝万缕的联系，其中就包括层次之间的协调及平衡性，软件系统的的无限性及相对性不能一概而论，要视应用领域而定。（3）协调性及复合型：首先说复合性，需要从复合内涵、分析过程、分类方式及过程方式等角度考虑；然后协调性就是要从系统的特征方法、目标种类等方面来看；协调性还包括对协调度的把握及衡量。（4）突显性：软件工程在这方面的的表现很突出，同时也是因为具备了一些突出性的条件；在系统的内各部分只见的关联部分也有其对整体的作用；同时还必须考虑的一点就是该工程对软件应用环境整体有无影响。（5）无序性及有序性：这个角度需要从有序无序的根源出发，也就是其发生原因、因素等一些初始方面考虑；还有两者的相互转化条件等。（6）范式：软件系统一般都会有一般范式，但是这种范式的角度，需要从范式的标准、组成构成、分类等方面考虑。（7）信息角度：信息与软件工程有很多联系，在软件工程中有一定地位；软件工程的基本特征及相关衡量问题；模糊性信息、信息反馈及其对系统稳定性的影响、随机性信息、未确知性信息的分析与处理。（8）全局化：顾名思义，就是对整个工程的把握，包括对整体的优化，对其中某一部分、某一环节的优化；还包括全局中的分类、特点、方式等。全局工作如果能够做好，那么应该可以在我国软件工程领域开启新的篇章了，因为目前我国的软件工程在全局掌控方面很差，空白之处还有很多，这项工作做好，就会在理论和实践上都有很大提高，也会还会发展很多分支出来。首要说的就是软件工程与各方科学工程有着很多联系。软件工程从底层来说就是数学模型的建立，一些数学算法的解决，数学模型的建立等。其实在系统科学的建立过程中，软件工程的思维技术都是贯穿始末的，这也使得面向对象式的软件工程在不断发展，也因此使得这些进步都是围绕着系统科学思想的。这个过程需要工程审核、工程需求、工程计划联系在一起来考虑，这么做的原因也是为了能够保证工程进展的有序性和保质保量，这个过程在综合进程、经费、质量等多方面因素后才能保证工程最后的结果，这些不确定性也导致了系统科学工程的思想能够应用在软件工程上的结果。另一方面，软件工程的开发过程和人力及人的思想是分不开的，也可以这样说，整个软件工程就是一个大型人工智能系统，这个开发过程经历思索、设计、开发等较长周期后，使得整个工程在经济投入、运行时间都有很大的变动，而且在这期间很多因素都会影响软件工程的进展。在客观上来讲，这个过程需要实时的进行评价、评估，而且是对各个方面，比如说管理方面，解决问题原则方面，把握发展思路方法方面，借此来提高软件系统工程的整体水平。再者，软件工程的发展已经有些年份了，而且已经经历了软件的推广，这个过程也有二三十年了，这个发展的结果就是，逐渐大众化，越来越多的人对这个工程及相关软件的应用都有了很多认识，更有一部分人通过学习逐渐变成相关专业人员，这个队伍在逐渐扩大，而且这些人的理论知识都是相当扎实丰富的，这个软件工程在建立过长中基本上是不用担心知识瓶颈或者技术难题的。

6结语

通过上述总结可以达到对软件工程及其开发研究过程概括的结果，再者期间会有很多实际问题涌现出来，更重要的是很多学术问题会被发现，当然这个过程会随着应用领域的不同而不同，随之而来的就是一些技术难题。但是软件系统的建立也有它的短处，就是软件系统是离散的，这种结构使得如果其中的某一个环节出现了轻微偏差，那么就会造成结果发生较大的偏差。还有就是软件工程的建立属于高等知识类型的，这中类型的定位也是它不容易管理的原因之一，也是不容易实现规范化的原因。这方面的管理必须有相应的专业管理人员进行相关工作，要求了工作人员应具备很高的协调管理能力、人才规划管理能力，其实这也可以成为一门艺术，这条艺术之路走对了就是使得整个工程井井有条，但是从当前软件工程的发展来看，这条艺术之路还很长，我们仍须努力。

参考文献：

[1]李刚,董火民,杨子江,韩红强.软件工程标准化现状与分析[A].第四届中国软件工程大会论文集[C],2013.

[2]介艺橙.成都置信房地产成本管理系统的设计与实现[D].电子科技大学,2013.

[3]王连成,工程系统论与工程科学体系[J].中国工程科学,2011(6).

系统工程与理论范文第5篇

关键词：卓越工程师教育培养计划 系统建模 系统仿真 MATLAB/SIMULINK

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0099-02

1 教学现状分析

自2010年起，为了贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》，教育部正式提出了“卓越工程师教育培养计划”。该计划旨在为现实和未来各行各业培养创新能力强、适应经济社会发展需要的各种类型的优秀工程师后备军。该计划以及相关同类型的计划实施要求有关高校要转变办学理念、调整人才培养目标定位以及改革人才培养模式，强化培养学生的自主学习能力、创新意识和探索未知领域的兴趣，提高学生解决工程实际问题的综合能力。作为高校教师而言，在计划的理解与实施中就应当从课程内容、教学手段等入手进行改革，从而培养学生的创新和实践能力。

现行的国内各类各级高等院校开设的“系统建模与仿真”课程一般都包括系统建模与系统仿真两个基本的教学单元[2-3]。系统建模与系统仿真各自的大部分教学内容之间具有很密切的理论概念关联性和技术逻辑上的不可分性，这些特点使得两者的教学过程有必然联系。但两者又有各自所关注的问题，这使得两方面的教学方法与教学模式必然有一定区别。可以说，系统建模更关注问题的数理特性的理论表达，从而其结果表现得较为概念化、抽象化、数学公式化；与此相对，系统仿真则更关注解决所关心问题对应的理论结果的数值校验及其效果表示，从而表现得较为技术化、具象化、图表化。因此，授课教师如何有机地将二者结合起来，主动利用各自特性，将非常有助于该课程的教学。

特别地，对自动化专业的学生而言，在专业性工作中涉及的实际工程控制系统，往往需要依据性能指标要求设计控制器或对原有控制器进行校正。系统建模与仿真作为特殊的实践性科研步骤，为工程类控制系统的分析、计算、研究和控制器的综合设计提供了快速、经济、科学及有效的手段，它已成为现代工程技术人员应该掌握的基本技能之一。因此，在“系统建模与仿真”课程中做好理论传授和实践能力培养这两个环节变得尤为重要。

在系统仿真技术的发展中，MATLAB /SIMULINK作为一种有效的综合计算仿真软件，得到了越来越广泛的应用。本课程改革计划在“系统建模与仿真”课程教学过程中，以MATLAB/SIMULINK交互式仿真集成环境为平台，结合多种教学方法，通过对具体问题的分析、设计与仿真实验研究，提高学生独立分析问题，解决问题以及技术表现的能力。

基于上述认识与理解，结合“卓越工程师教育培养计划”的主旨[1，4]，通过强化系统仿真在整个课程中的地位与作用，有利于实现计划所期待的高水平工程类人才的培养。本文正是依据这样的想法提出面向卓越工程师培养计划的，具有交互教学过程的教改方案，以期完善和提高“系统建模与仿真”课程的教学效果。

2 教学内容的调整与安排上的考虑

目前的“系统建模与仿真”课程，在教学过程中分别就建模与仿真两个方面的问题进行讲授。建模部分通常注重传授控制系统的数学模型类型、系统的建模方法步骤以及典型控制系统的建模，相关的模型简化处理方法等。在仿真部分则侧重于基本数学运算的算法理论和算法流程实现等。我们从教学实践中得到的感性认识是，这种教学模式下学生通常对两部分的相关理论知识掌握得较好，而两部分之间的概念/操作对应，理论/实际（指仿真程序或实验组件）关联能力没有得到培养，少有达到教学预期效果的。

应当指出的是，系统建模与仿真的课程教学不仅需要学生掌握该技术本身的基本理论与方法，更要使之成为自动控制理论、计算机控制、课程设计和毕业设计等后续课程的学习和实践中验证或判断理论结论正确性、有效性的数值检验工具。换而言之，系统建模与仿真的教学需要特别注重理论与实践关联性等内容的教学环节，培养学生形成独立地、创造性地的思维能力和工作能力。另一方面，由于课程改革压缩了MATLAB导论课程的课时，使得学生在学习MATLAB的过程中有可能不能充分地学习SIMULINK交互式仿真集成环境。因此，有必要在系统建模与仿真的仿真教学部分精准而深入地介绍基于MATLAB/SIMULINK的控制系统模型搭建方法。

3 教学方法改革的若干讨论

3.1 以仿真实验问题探究为出发点的系统建模教学法

该提法的本质是问题探究型教学法的确立。为调动学生的学习参与性和积极性，在教学过程中可以以探究解决实际问题为出发点，动员学生主动探求学习，实现系统建模与仿真的交叉教学。即教师依据所教授的系统建模理论知识和教学内容要点，给出相对应的仿真实验课题让学生先行进行分组探讨，而后参与教师主导的实验仿真，并由学生对完成情况进行观察说明，归纳总结对所观察对象建模的必要性，着眼点乃至建模的基本步骤。现有的“系统建模与仿真”课程中的系统建模部分的教学过程仅仅包含课堂教学部分，因此，在此次教学改革中，将融合仿真实验教学部分的交叉，让学生走进实验室，观察具体的控制系统，并在计算机上进行仿真控制，然后走出实验室，归纳实验室工作感受，体会系统模型数理对系统仿真结果理解的意义与价值，推断出系统建模具有工程实践基础意义的理论本质。这样既能使教师在系统建模的教学中更好的了解教学效果，调整教学内容，改善教学方法；又能引起学生的学习兴趣，加强学生对授课内容的理论与技术双面性的深刻理解；更能培养学生自主学习、自主分析解决问题的能力。这种课堂与实验室教学相结合的方法，不仅为学生提供了自主发展的空间，也提供了培养创新性思维的机会。

3.2 基于案例的系统建模与系统仿真的交叉/交互教学法

案例教学法是各类工程技术学科在教学实践过程中常用而行之有效的教学方法之一。该教学法的基本做法是，教师通常会在教学过程中选取一些与学生专业方向相关的内容作为案例，如果案例有很恰当的工程形象性和技术实际意义，如此的教学活动将非常吸引学生的关注力，这样不仅可以简单地激发学生的学习兴趣，更可以促进学生自启性地进一步探究与了解本专业知识。卓越工程师教育培养计划要求培养出来的“卓越工程师们”除了具有良好的理论素养外，更需要具有自我推动下运用专业知识研究、解决各种工程实践问题的实际动手能力和创新思维能力。因此，在“系统建模与仿真”课程的教学过程中，应结合实际案例的讲解展开，有针对性地将建模过程和仿真方法之间的交互作用与影响导入教学过程中，用教学过程本身的进展诠释系统建模与系统仿真的本质。

例如，在拟定的教学活动中我们考虑以如图1所示的单级行车倒立摆系统为案例，围绕行车倒立摆系统的建模与仿真方法，完成本节标题意义的教学改革。单级行车倒立摆系统的形象直观，结构简单，构件组成参数和形状易于测量和改变，所加控制律的控制效果可以通过其摆杆运动平衡态数理特征的稳定性/收敛性等直观地体现，也可以通过摆杆角度、小车位移和稳态时间等的物理特性的度量来刻画，其作为控制系统的仿真实验平台校验效果的直观性、客观性已经得到普遍认可。

在系统建模与仿真的交互教学过程中，在进行到连续型动态学系统建模示例说明时，其中的一个案例即选定为单级行车倒立摆。具体步骤如下（图1）。

（1）（仿真实验教学）组织学生进入实验室做观摩型教学，使学生接触和认识固高科技有限公司的单级倒立摆实验平台（GLIP2001）及其相关设备，教师简要介绍倒立摆的工程对象由来，倒立摆系统的常用控制方法等，然后让学生观察基于双闭环PID控制作用下的倒立摆控制系统的摆杆垂直平衡控制问题的实验过程。

（2）（建模课堂教学）基于实验过程观察与实验结果向学生提问，该系统的运动平衡控制问题中的物理特征与目标是什么，该物理特征和目标的数学意义是什么，相应数学意义如何利用物理定律公式化表现，进而逆溯出对行车倒立摆系统实施控制的建模必要性问题。

（3）（建模课堂教学）在接下来的建模教学中，基于实验案例的运动学物理定理定律，建立出案例系统的一次理论模型，分析该模型所具有的数学模型基本特征（如线性/非线性，时变/时不变，平衡点/稳定性等），讨论数学模型理论特征与实验观察结果的运动学物理意义的一致性，完善学生对所建数学模型工程技术价值与作用的理解。

（4）（仿真实验教学）基于行车倒立摆系统的一次理论模型，由学生在MATLAB/SIMULINK平台上搭建以一次理论模型定义的仿真模型，通过仿真模型微分方程数值求解反演单级倒立摆控制系统的摆杆运动的平衡态邻域内的动态过程，并由此判断所建一次理论模型的数值有效性，即模型的数值特性与运动学特性是否相互吻合。通过这一环节，让学生理解系统仿真是系统建模合理性的检验手段之一。

（5）（建模课堂教学）在课堂教学中讨论基于一次理论模型进行控制器设计的问题，提出通过简化、变形、变换等将一次模型转换为更便于控制器设计理论工具展开的二次理论模型的思想，提示一次理论模型后处理的必要性和现实性，介绍实现建模后处理的主要基本技术，如线性化、模型降阶、平均化近似等。

（6）（仿真实验教学）要求学生借助MATLAB/SIMULINK实验平台，自主实现基于既成的双闭环PID控制作用下倒立摆系统的摆杆垂直平衡控制的数字仿真实验，由教师讲解控制器设计的二次理论模型背景，使学生体会简化控制器设计的二次模型建立的必要性和优势。

（7）（建模与仿真融合教学环节）对想进一步探究建模与仿真相互关系的同学，建议其建立各种意义下的二次理论模型并基于此模型自主进行双闭环PID控制器参数调整，观察对倒立摆系统平衡控制效果的影响。

4 结语

该文围绕卓越工程师培养计划的主旨培养目标，即为未来各行各业培养创新能力强、适应经济社会发展需要的各种类型的优秀工程师后备军，尝试以“系统建模与仿真”课程为培养平台，通过调整教学内容，结合多种交互式教学方法，致力于培养学生的学术理论的融会贯通能力，技术创新思维能力和实践动手能力。

参考文献

[1]张安富，刘兴凤.实施“卓越工程司教育培养计划”的思考[J].高等工程教育研究，2010（4）：56-59.

[2]张晓华.系统建模与仿真[M].北京：清华大学出版社，2013.