“系統(tǒng)工程導(dǎo)論”課程教學(xué)探討

摘要：系統(tǒng)工程涉及知識范圍廣，需要基礎(chǔ)理論多。為了在課時較少情況下，達(dá)到明確學(xué)科體系結(jié)構(gòu)，突出系統(tǒng)工程思想目的；首先明確了自動化專業(yè)本科生學(xué)習(xí)“系統(tǒng)工程導(dǎo)論”的教學(xué)目的，然后探討了具體教學(xué)過程中需要關(guān)注的幾個問題。

關(guān)鍵詞：定性；定量；學(xué)科體系結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)工程思想

作者簡介：魏萍（1975-），女，河南新鄉(xiāng)人，中國石油大學(xué)（北京）信息學(xué)院，講師；許亞嵐（1977-），女，湖北襄樊人，中國石油大學(xué)（北京）信息學(xué)院，講師。（北京102249）

中圖分類號：G642.0#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A#8195;#8195;#8195;#8195;#8195;文章編號：1007-0079（2012）11-0048-02

系統(tǒng)工程是為了解決日益復(fù)雜的社會實踐問題而形成的，從整體出發(fā)合理組織、控制和管理各類系統(tǒng)的綜合性工程技術(shù)學(xué)科。在現(xiàn)代科學(xué)知識體系中，系統(tǒng)工程是系統(tǒng)科學(xué)的一個分支，實際是系統(tǒng)科學(xué)的工程技術(shù)應(yīng)用。中國石油大學(xué)（北京）自動化專業(yè)開設(shè)選修課“系統(tǒng)工程導(dǎo)論”，共有32學(xué)時。而系統(tǒng)工程涉及知識范圍廣，需要基礎(chǔ)理論多，為了在課時不多的情況下，實現(xiàn)系統(tǒng)工程“導(dǎo)論”任務(wù)，有必要首先明確本門課程的教學(xué)目的，然后具體思考教學(xué)過程中需要關(guān)注的一些問題。

一、確定“系統(tǒng)工程導(dǎo)論”教學(xué)目的

作為系統(tǒng)工程的“導(dǎo)論”型課程，教學(xué)內(nèi)容包括：緒論、系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)和一些系統(tǒng)工程具體方法?！熬w論”是關(guān)于系統(tǒng)工程的基本介紹?！跋到y(tǒng)工程理論基礎(chǔ)”部分介紹少量基礎(chǔ)科學(xué)內(nèi)容，如：自組織和他組織理論、非線性系統(tǒng)理論等；另外介紹少量技術(shù)科學(xué)部分，主要是運籌學(xué)中的數(shù)學(xué)規(guī)劃、圖與網(wǎng)路、系統(tǒng)優(yōu)化等?！跋到y(tǒng)工程具體方法”主要講述系統(tǒng)分析與系統(tǒng)建模、系統(tǒng)評價、決策分析、網(wǎng)絡(luò)計劃法等。教學(xué)內(nèi)容包含方面較多，容易給學(xué)生形成雜亂的印象，所以教學(xué)中一定要做到明確學(xué)科體系結(jié)構(gòu)，突出系統(tǒng)工程思想。

1.使學(xué)生能夠充分認(rèn)識系統(tǒng)工程

通過本門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠認(rèn)清系統(tǒng)工程是什么，對系統(tǒng)工程有一個全面整體把握。這要求從橫向、縱向明確系統(tǒng)工程學(xué)科歸屬，理解系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)；明確系統(tǒng)工程發(fā)展?fàn)顩r，理解系統(tǒng)工程方法論意義。

2.使學(xué)生能夠掌握系統(tǒng)工程技術(shù)思想及方法

系統(tǒng)工程強(qiáng)調(diào)宏觀研究，兼顧微觀研究，“宏觀調(diào)控，微觀搞活”是系統(tǒng)工程的基本原理，對大小系統(tǒng)普遍適用。在處理工程問題時，不能只顧局部，忽略全局，必須至少上升一個層次考慮問題。系統(tǒng)工程方法一貫體現(xiàn)“定性到定量的綜合集成”，對于理工學(xué)科的學(xué)生，一定要避免過多傾向定量研究，忽略定性研究。

3.使學(xué)生能夠建立全面綜合的思維習(xí)慣

在日常教學(xué)中常常發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前學(xué)生普遍存在一個特點：進(jìn)得去，出不來。也就是，太專注于細(xì)節(jié)，而忽略了整體掌控。這樣不利于知識的學(xué)習(xí)和運用，更不利于獨立鉆研習(xí)慣的形成和開拓創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。而系統(tǒng)工程可以使學(xué)生養(yǎng)成全面綜合的思維習(xí)慣。

二、“系統(tǒng)工程導(dǎo)論”教學(xué)中需要關(guān)注的幾個問題

1.明確系統(tǒng)科學(xué)體系結(jié)構(gòu)，理解系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系包括自然科學(xué)、社會科學(xué)、數(shù)學(xué)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、思維科學(xué)、人體科學(xué)、行為科學(xué)、地理科學(xué)、軍事科學(xué)、建筑科學(xué)、文藝科學(xué)。所以“橫向”看，系統(tǒng)工程屬于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系中的系統(tǒng)科學(xué)。[1]

另外按照現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系中的錢學(xué)森框架，不同學(xué)科門類可劃分為基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和工程技術(shù)三個層次。其中，最接近社會實踐，直接用來解決實際問題的是工程技術(shù)；給工程提供理論指導(dǎo)的知識體系是技術(shù)科學(xué)（應(yīng)用科學(xué)）；給應(yīng)用科學(xué)提供理論指導(dǎo)的知識體系是基礎(chǔ)科學(xué)。所以“縱向”看，系統(tǒng)工程屬于系統(tǒng)科學(xué)中的工程技術(shù)層次，且三個層次間有自上而下的指導(dǎo)關(guān)系。[1]

掌握了系統(tǒng)工程在整個科學(xué)技術(shù)體系中的“橫向縱向”關(guān)系，相當(dāng)于理解了系統(tǒng)工程在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系的位置，從而能進(jìn)一步理解層次間的指導(dǎo)關(guān)系。系統(tǒng)工程理論基礎(chǔ)包括兩個方面，一個是屬于系統(tǒng)科學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)層次的系統(tǒng)學(xué)，另一個是屬于系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)科學(xué)層次的運籌學(xué)、控制論等內(nèi)容。關(guān)于系統(tǒng)學(xué)，由于當(dāng)前并沒有完全建立起來，所以在認(rèn)識上不太統(tǒng)一。在很多教科書里都會介紹耗散結(jié)構(gòu)、協(xié)同學(xué)、突變論等等產(chǎn)生于其他學(xué)科的具體自組織現(xiàn)象。自然科學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)層次包含物理學(xué)、生物學(xué)等，參照來看基礎(chǔ)科學(xué)表達(dá)和描述的是研究對象本質(zhì)上具有的屬性和功能，即系統(tǒng)本來的屬性和功能，如：系統(tǒng)的基本概念、動態(tài)系統(tǒng)理論、線性及非線性系統(tǒng)理論、自組織和他組織理論等。而那些具體的自組織現(xiàn)象多產(chǎn)生于其他學(xué)科，是系統(tǒng)學(xué)內(nèi)容的具體表現(xiàn)，如耗散結(jié)構(gòu)、協(xié)同學(xué)、突變論體現(xiàn)了系統(tǒng)的非線性動態(tài)特性以及自組織他組織能力，可作為具體例子。系統(tǒng)科學(xué)技術(shù)科學(xué)層次包含控制學(xué)、運籌學(xué)、博弈學(xué)等內(nèi)容，在教科書中一般都這樣認(rèn)為（自動化專業(yè)一般以介紹運籌學(xué)為主）。[2]

2.體會“綜合即創(chuàng)造”的系統(tǒng)工程思想

系統(tǒng)工程的著名范例——美國“阿波羅登月計劃”，該工程包含三百多萬個部件，耗資244億美元，參加者有兩萬多個企業(yè)和120個大學(xué)與研究機(jī)構(gòu)，整個工程在計劃進(jìn)度、質(zhì)量檢驗、可靠性評價和管理過程等方面都采用了系統(tǒng)工程方法。在工程實施過程中及時向各層決策機(jī)構(gòu)提供信息和方案，供各層決策者使用，保證了各個領(lǐng)域的相互平衡，體現(xiàn)出高度的“綜合性”。[3]負(fù)責(zé)“阿波羅登月計劃”實施的總指揮韋伯先生說：“阿波羅計劃中沒有一項新發(fā)明的自然科學(xué)理論和技術(shù)，全部工作都是現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用，關(guān)鍵在于綜合。”系統(tǒng)工程的一個重要價值，就在于綜合運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)各個領(lǐng)域的相關(guān)成果，協(xié)調(diào)一致，解決復(fù)雜環(huán)境的復(fù)雜問題。

錢學(xué)森院士曾指出“系統(tǒng)工程是一門組織管理技術(shù)”，“系統(tǒng)工程是組織管理系統(tǒng)的規(guī)劃、研究、設(shè)計、制造、試驗和使用的科學(xué)方法，是一種對所有系統(tǒng)都具有普遍意義的科學(xué)方法”。[4]涉及的工程問題越大型，越復(fù)雜，就越能體現(xiàn)系統(tǒng)工程的“綜合即創(chuàng)造”思想。

體會到系統(tǒng)工程的綜合思想之后，就不會認(rèn)為系統(tǒng)工程只是簡單包含一些具體工程技術(shù)方法，甚或?qū)⑾到y(tǒng)工程直接等同于具體的工程技術(shù)。

3.認(rèn)識復(fù)雜與簡單的關(guān)系（復(fù)雜與簡單的相對性）

如果研究對象是結(jié)構(gòu)良好的系統(tǒng)，即，系統(tǒng)具有可以精確觀測的特征量，可以獲取完備的數(shù)據(jù)資料，且這些特征量之間關(guān)系可以用明確的數(shù)學(xué)形式表示出來，原則上這類系統(tǒng)屬于簡單系統(tǒng)。反之，若系統(tǒng)存在一些無法精確觀測的特征量，不可能取得完備的數(shù)據(jù)資料，或無法建立精確的數(shù)學(xué)模型，要么兩者兼而有之，這就是結(jié)構(gòu)不良系統(tǒng)，具有無法簡化的復(fù)雜性。[1]這樣比較來看，簡單系統(tǒng)相關(guān)問題為簡單問題，復(fù)雜系統(tǒng)相關(guān)問題為復(fù)雜問題。如果需要解決的問題，有可以依據(jù)的基礎(chǔ)理論和客觀具體的方法，則為簡單；反之，則為復(fù)雜。理解簡單與復(fù)雜的關(guān)系，有助于正確認(rèn)識系統(tǒng)工程技術(shù)中的關(guān)鍵點所在，正確認(rèn)識系統(tǒng)工程技術(shù)中的主觀定性內(nèi)容。例如在系統(tǒng)決策和系統(tǒng)評價中，相關(guān)方法步驟比較簡單，但方法中與主觀、定性有關(guān)的量的確定，則比較復(fù)雜。

4.強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)工程中的定性與定量關(guān)系

定量是指數(shù)量指標(biāo)和數(shù)學(xué)方法的應(yīng)用，定性是指借助非量化的途徑對研究問題做分析、判斷等。系統(tǒng)工程中無處不體現(xiàn)出定性和定量的密切結(jié)合。1987年，錢學(xué)森院士就提出了定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)研究方法，并把處理復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法命名為定性定量相結(jié)合的綜合集成方法，表述為從定性到定量的綜合集成技術(shù)。1992年，他又提出從定性到定量的綜合集成研討體系，進(jìn)而把處理開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法與使用這種方法的組織形式有機(jī)結(jié)合起來，提升到方法論的高度。[5，6]

在具體研究應(yīng)用中，一般是科學(xué)理論、經(jīng)驗認(rèn)識和專家判斷力相結(jié)合，從而提出經(jīng)驗性假設(shè)。通常這些經(jīng)驗性假設(shè)很難以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方式證明，只是定性的認(rèn)識。從定性到定量的綜合集成方法論，實質(zhì)上就是將專家群體、數(shù)據(jù)和信息資料與計算機(jī)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來；把各門科學(xué)理論與人們實踐經(jīng)驗知識結(jié)合起來，發(fā)揮整體優(yōu)勢和綜合優(yōu)勢。此方法論的特點是定性分析與定量分析結(jié)合，而后上升到定量認(rèn)識；科學(xué)理論與經(jīng)驗知識相結(jié)合，宏觀與微觀相結(jié)合，人與計算機(jī)相結(jié)合。[5，6]

系統(tǒng)工程教學(xué)中，注意強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)工程中的定性與定量關(guān)系，避免學(xué)生注重定量，忽略定性的思維習(xí)慣。

5.清楚系統(tǒng)工程與具體工程技術(shù)的關(guān)系

“系統(tǒng)工程”中的“工程”是指把各種科學(xué)理論和基礎(chǔ)知識的概念和原理用于研究，創(chuàng)造和設(shè)計各種系統(tǒng)。從系統(tǒng)看工程——用系統(tǒng)的觀點和方法解決工程問題；從工程看系統(tǒng)——用工程的方法建立系統(tǒng)和解決系統(tǒng)問題。系統(tǒng)的方法主要是系統(tǒng)分析和系統(tǒng)設(shè)計方法；工程的方法是處理工程問題的方法，包括原理應(yīng)用和結(jié)構(gòu)構(gòu)思，確定技術(shù)、經(jīng)濟(jì)原則，對結(jié)構(gòu)材料、參數(shù)和整體進(jìn)行計算。系統(tǒng)和工程的結(jié)合，即系統(tǒng)的方法和工程的方法融為一體，使人們能在系統(tǒng)思想指導(dǎo)下以工程的方法作為工具，從定量角度描述系統(tǒng)元素間的關(guān)系、設(shè)計、建造和管理人們需要的系統(tǒng)。[7]

與一般工程相比較，系統(tǒng)工程是一種知識體系，不是工程實踐；是普遍適用的方法，一切工程都適用；是工程技術(shù)，不是科學(xué)理論，講究實際工效；系統(tǒng)工程的精華是系統(tǒng)觀點，強(qiáng)調(diào)從總體著眼構(gòu)思，從局部著手實現(xiàn)，從全局出發(fā)用好局部，從全過程出發(fā)關(guān)照好各個階段。[1]

“系統(tǒng)工程導(dǎo)論”教學(xué)課堂中講授一些具體系統(tǒng)工程方法，如：系統(tǒng)模型技術(shù)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)、系統(tǒng)評價技術(shù)等。一些學(xué)生會認(rèn)為系統(tǒng)工程只是包含類似的一些具體工程技術(shù)方法。只有真正清楚了系統(tǒng)工程的概念與意義，才不會造成這樣的誤解。

三、結(jié)論

上面關(guān)于“系統(tǒng)工程導(dǎo)論”教學(xué)中需關(guān)注問題的幾點思考，更要注重教學(xué)中的落實。首先在緒論中要表達(dá)清楚，其次在各章節(jié)教學(xué)中涉及部分要做課堂提示，使學(xué)生真實體會到這些問題的存在，從而使其在學(xué)習(xí)本門課程之后，能夠?qū)ο到y(tǒng)工程有一個全面整體的把握，掌握系統(tǒng)工程技術(shù)強(qiáng)調(diào)宏觀研究、兼顧微觀研究的思想，以及定性到定量的綜合過程。另外，期望該課程能夠影響學(xué)生建立全面綜合的思維習(xí)慣，提高知識學(xué)習(xí)和運用的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]苗東升.系統(tǒng)科學(xué)大學(xué)講稿[M].北京:中國人民大學(xué)出版社，2007.

[2]魏萍，鄧先瑞.《系統(tǒng)工程導(dǎo)論》課程體系探討與教學(xué)實踐研究[J].煤炭技術(shù)，2010，(2):222-224.

[3]夏紹瑋，等.系統(tǒng)工程概論[M].北京:清華大學(xué)出版社，1995.

[4]錢學(xué)森，等.論系統(tǒng)工程[M].長沙:湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1983.

[5]王眾托.系統(tǒng)工程[M].北京:北京大學(xué)出版社，2010.

[6]孫東川，等.系統(tǒng)工程基本教程[M].北京:科學(xué)出版社，2010.

[7]歐陽光明，等.遨游系統(tǒng)的海洋——系統(tǒng)方法談[M].上海:上海交通大學(xué)出版社，2006.

（責(zé)任編輯：宋秀麗）