基元庫構(gòu)建模型及其應(yīng)用研究

余志偉,李興森

(浙江大學(xué) 寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100)

基元庫構(gòu)建模型及其應(yīng)用研究

余志偉,李興森

(浙江大學(xué) 寧波理工學(xué)院，浙江 寧波 315100)

針對基元庫構(gòu)建中不同人所建立的基元模型存在的差異和不一致，提出一種基元庫構(gòu)建模型.該模型包括事元建模、物元建模、關(guān)系元建模以及基元建模修正4個步驟.通過基元關(guān)系建模對基元模型進行基元及其特征的增加、刪減、修改等操作，達到對系統(tǒng)基元庫構(gòu)建的規(guī)范化和一致性.并以分享式教學(xué)為例，對基元庫構(gòu)建模型的應(yīng)用進行了實例研究.

可拓學(xué)； 基元建模； 基元關(guān)系模型； 分享式教學(xué)

可拓學(xué)(Extenics)是以廣東工業(yè)大學(xué)蔡文研究員為首的中國學(xué)者創(chuàng)立的新學(xué)科，是用形式化模型研究事物拓展的可能性和開拓創(chuàng)新的規(guī)律與方法，并用于解決矛盾問題的科學(xué)[1].可拓學(xué)提供了一種理論和方法，提供了一種新的思想和模型，特別適合于解決各種類型的創(chuàng)新中遇到的矛盾問題[2]，目前已經(jīng)成功運用于解決營銷[3]、綜合評價[4-7]、思維創(chuàng)新[8]、設(shè)計[9-10]、故障診斷與檢測[11]、知識庫構(gòu)建[12]等領(lǐng)域，并已開始探索用于社會網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究[13-14].通俗地說，可拓學(xué)研究產(chǎn)生創(chuàng)意的理論和方法，成為生產(chǎn)創(chuàng)意的理論依據(jù)和方法來源.為了形式化地描述物、事和關(guān)系，可拓學(xué)中分別用物元、事元和關(guān)系元的概念來表示，統(tǒng)稱為基元.基元是可拓學(xué)的邏輯細(xì)胞.

筆者在研究可拓學(xué)的過程中發(fā)現(xiàn)，不同的人建立的基元模型存在比較大的差異.這種差異體現(xiàn)在對整個研究對象的物元、事元和關(guān)系元的抽取以及對物元、事元特征刻畫等方面.為此，本文嘗試建立一種基元庫構(gòu)建模型，以指導(dǎo)對研究對象物元、事元、關(guān)系元的抽取及其特征的描述上能趨于一致.

本文首先對建模的基本原則進行梳理，然后提出基元庫構(gòu)建模型，結(jié)合分享式教學(xué)案例對基元庫建模的4個步驟進行研究.

1 基元庫構(gòu)建模型的建模原則

系統(tǒng)是由若干相互聯(lián)系、相互作用的要素組成的具有特定功能的有機整體[15].用物元來刻畫系統(tǒng)，實質(zhì)上就是描述物元通過相互聯(lián)系、相互作用的關(guān)系來實現(xiàn)事元所執(zhí)行的功能.作為一個系統(tǒng)，其具備以下4個基本特性：

(1) 整體性.基元庫模型必須包含系統(tǒng)邊界內(nèi)所有物元.雖然不同的物元有著不同的特征，但它們是根據(jù)系統(tǒng)的整體要求按照一定的方式來實現(xiàn)既定功能的集合.一個系統(tǒng)不是構(gòu)成系統(tǒng)的這些物元的簡單相加.

(2) 相關(guān)性.構(gòu)成一個系統(tǒng)的各個物元之間相互聯(lián)系、相互制約,而且這種相互依賴支持的關(guān)系有著其內(nèi)在的規(guī)律.

(3) 目的性.一個待研究的系統(tǒng)是具有明確目的性的系統(tǒng)，它通過“事元”所執(zhí)行的功能來體現(xiàn).

(4) 環(huán)境適應(yīng)性.一般情況，我們所研究的系統(tǒng)屬于整體社會系統(tǒng)的一個小小的子系統(tǒng).子系統(tǒng)與子系統(tǒng)外部的系統(tǒng)之間也存在著千絲萬縷的聯(lián)系.因此，一個子系統(tǒng)不是一個孤立的系統(tǒng)，而是與外部環(huán)境相互適應(yīng)的系統(tǒng).

用物元、事元、關(guān)系元來描述一個系統(tǒng)，需要從系統(tǒng)的整體性和目的性著手，通過描述事元模型及其涉及的物元模型，并通過關(guān)系元模型來對系統(tǒng)基元建模進行校核.基元庫建模的原則：

(1) 該模型需要反映系統(tǒng)的主要功能.在此，本文首先對系統(tǒng)進行事元模型的構(gòu)建，通過對系統(tǒng)解剖，列出事元列表.

(2) 該模型需要反映系統(tǒng)各事元執(zhí)行功能所依賴的物元.事元是物與物的相互作用，通過事元，能更好地梳理物元，構(gòu)建物元模型.

(3) 該模型應(yīng)該反映系統(tǒng)的構(gòu)成及其內(nèi)在的聯(lián)系.一個系統(tǒng)由若干個物元共同協(xié)調(diào)完成既定的功能，因此這些物元在支持完成各個事元的過程中存在著一定的關(guān)聯(lián).當(dāng)前的基元建模，將物元、事元和關(guān)系元相對獨立地進行建模.

(4) 該模型應(yīng)易于學(xué)習(xí)者和研究人員理解.該模型是用來表達一個系統(tǒng)，增強系統(tǒng)用戶對系統(tǒng)功能(事元)、物元和關(guān)系元的理解，為進一步研究系統(tǒng)的拓展提供一個交流平臺.

2 基元庫構(gòu)建流程

為了使不同的人構(gòu)建的基元庫趨于規(guī)范和一致，本文提出如圖1所示的基元庫構(gòu)建流程.

該模型包括事元建模、物元建模、關(guān)系元建模以及基元模型修正4個主要步驟.首先是分析系統(tǒng)的功能，列舉系統(tǒng)的事元，進行事元建模；接下來分析支撐系統(tǒng)功能的資源，列舉系統(tǒng)物元，進行物元建模；然后分析系統(tǒng)事元、物元的支撐關(guān)系，列舉系統(tǒng)的關(guān)系元，進行關(guān)系元建模；最后通過構(gòu)建基元關(guān)系模型，用圖示化方法，審查物元、事元、關(guān)系元的關(guān)系和特征，對基元模型進行修正.其中，事元建模、物元建模和關(guān)系元建模是基元建模的主體，基元關(guān)系模型構(gòu)建是基元庫建模的升華和校驗.通過描述基元之間的關(guān)系，對物元、事元、關(guān)系元進行反饋和修正，為基元庫構(gòu)建的規(guī)范化和一致性提供保障.

圖1 基元庫構(gòu)建流程圖

下面以分享式課堂教學(xué)方法為例，介紹基元庫建模的過程.

分享式課堂教學(xué)方法[16]是筆者針對傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法用于現(xiàn)代大學(xué)課堂教學(xué)的效率低下等問題提出的一種課堂教學(xué)方法.該方法是在知識大爆炸的時代，針對大學(xué)生獲取信息能力逐漸增強的背景下提出的，通過大學(xué)生、職業(yè)人士、教師等不同角色進行信息分享的過程進行有效學(xué)習(xí)的方法，它包含了一個分享式課堂教學(xué)框架、分享教學(xué)的PDCA循環(huán)的10個步驟，為分享式教學(xué)提供了框架和操作指南.分享式教學(xué)方法以大學(xué)生的團隊合作式的過程學(xué)習(xí)、結(jié)果分享和輸出展示為目標(biāo)，促使大學(xué)生從被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，從個體學(xué)習(xí)向團隊合作轉(zhuǎn)變，從輸入式學(xué)習(xí)向輸出式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變，從重視結(jié)果向強調(diào)過程的轉(zhuǎn)變，從理論學(xué)習(xí)到現(xiàn)實問題探究式學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變.為了使分享式教學(xué)方法具有更大的適應(yīng)性，指導(dǎo)不同對象、不同課程的教與學(xué)，本文以分享式教學(xué)的基元庫構(gòu)建為例，來說明基元庫建模的過程.

2.1 事元建模

物與物的相互作用稱為事，事以事元來描述[17].把動作、動作的特征名及相應(yīng)的量值構(gòu)成的有序三元組作為描述事的基本元，稱為事元，記作

A=(動作，動作的特征名，量值)=(Oa，ca，va).

建模過程中，首先需要列舉出系統(tǒng)所實現(xiàn)的主要功能(動作)，分析功能(動作)的基本特征和對應(yīng)量值.對功能(動作)而言，它的基本特征名有支配對象、施動對象、接受對象、時間、地點、程度、方式和工具等，它們對應(yīng)的特征量值則可以根據(jù)具體事元進行具體描述.

傳統(tǒng)教學(xué)模式下，其事元主要包括授課、提問、回答問題等.分享式教學(xué)的重點在于不同角色的分享以及對分享過程和效果的評價，它主要包括學(xué)習(xí)、授課、分享、評價、討論等事元.以分享、評價兩個事元為例，其特征及對應(yīng)的量值如下：

2.2 物元建模

事元的執(zhí)行需要物元的支持.在構(gòu)建了事元模型后，可以根據(jù)事元所涉及的物元進行梳理，構(gòu)建物元模型.物元是形式化描述物的基本元，它由物、特征的名稱(簡稱特征名)及相應(yīng)的量值構(gòu)成的有序三元組表示[17]，即

M=(物，特征名，量值)=(Om，cm，vm).

對于一個正常的教學(xué)系統(tǒng)，其物元一般包括教師、學(xué)生、課程、教室等.區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)的物元，分享式教學(xué)方法涉及的物元包括分享的主體、分享對象、分享內(nèi)容、評價主體、評價內(nèi)容、評價對象等.傳統(tǒng)基元建模過程中，主要是根據(jù)建模者的經(jīng)驗對一個系統(tǒng)的物元進行羅列.本文的基元建模是先建立事元模型，明確系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，然后再根據(jù)事元所需調(diào)用的物元進行系統(tǒng)的分析和列舉.根據(jù)分享式教學(xué)的事元，以“分享”和“評價”兩個事元為例，分享就會包括分享主體、分享對象、分享內(nèi)容等，分享主體既包括教師，也包括學(xué)生；分享對象主要針對學(xué)生；分享的內(nèi)容則包括精神、方法、知識、創(chuàng)新等[16].類似地，“評價”是教師對學(xué)生分享效果的度量.事元“評價”所涉及的物元包括教師、學(xué)生、評價標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)采集等.以下僅以課程、學(xué)生、教師、教室等物元為例建立物元模型為

2.3 關(guān)系元建模

一個有機的系統(tǒng)是通過物元、事元間的互相作用、互相影響而實現(xiàn)事元所執(zhí)行的功能.為了描述物與物、事與事及物與事的關(guān)系，引進關(guān)系元的概念.把關(guān)系詞或關(guān)系符(簡稱關(guān)系名)、關(guān)系的特征名及相應(yīng)的量值構(gòu)成的有序三元組作為描述關(guān)系的基本元，稱為關(guān)系元[17]，記作

R=(關(guān)系名，關(guān)系的特征名，量值)=(Or，cr，vr).

對關(guān)系而言，它的基本特征名有前項、后項、密切程度、維系工具、通道、方式、聯(lián)系頻率、地點等.

傳統(tǒng)教學(xué)系統(tǒng)中，主要包括師生關(guān)系、教師與課程關(guān)系、學(xué)生與課程關(guān)系、課程與教室關(guān)系等.這些關(guān)系元的獲得是根據(jù)建模者經(jīng)驗尋找物元、事元之間的關(guān)系.本文的關(guān)系元建模，是在分析物元對事元的支撐過程中獲得的關(guān)系列表.分享式教學(xué)中，圍繞“分享”、“評價”等事元及支撐這些事元的物元，就能列舉出分享式教學(xué)方法中的關(guān)系元包括：師生關(guān)系、教師與分享的關(guān)系、學(xué)生與分享的關(guān)系、分享與課程的關(guān)系、課程與教室的關(guān)系、課程與教師的關(guān)系、課程與學(xué)生的關(guān)系、教師與評價的關(guān)系、學(xué)生與評價的關(guān)系、教師與討論的關(guān)系、學(xué)生與討論的關(guān)系等等.這樣可以系統(tǒng)性地構(gòu)成分享式課堂教學(xué)方法的復(fù)雜關(guān)系元.以下僅以師生關(guān)系、同學(xué)關(guān)系為例來展示關(guān)系元的構(gòu)建.

2.4 基元模型修正

基元模型修正是通過分析事元、物元和關(guān)系元之間的關(guān)系，通過構(gòu)建基元關(guān)系模型，用圖示化的方式審查物元、事元、關(guān)系元的關(guān)系，對基元庫進行修正，以規(guī)范基元庫的構(gòu)建.如圖2所示，用矩形框表示物元，用圓角矩形框表示事元，用圓型表示關(guān)系元，通過有向箭頭線將物元、事元與關(guān)系元進行連接.基元關(guān)系模型能有效地將物元、事元、關(guān)系元的主要特征進行連接，對物元、事元、關(guān)系元及其特征進行查漏補缺.

圖2 基元關(guān)系模型

根據(jù)基元關(guān)系模型和分享式教學(xué)中的物元、事元、關(guān)系元，能很容易得到分享式教學(xué)的基元關(guān)系模型，如圖3所示.

圖3 分享式教學(xué)的基元關(guān)系模型

盡管圖3是一個分享式教學(xué)的基元關(guān)系模型簡圖，但從中可以看出，圖中事元、物元和關(guān)系元之間的聯(lián)系和支撐情況，也容易看出圖中不完備信息，如事元“分享”與物元“課程”的關(guān)系元缺失，事元“分享”與物元“學(xué)生”的關(guān)系元缺失，事元“評價”與物元“教師”的關(guān)系元缺失，物元“課程”與物元“學(xué)生”的關(guān)系元缺失等信息.為此，可以根據(jù)基元關(guān)系模型來補充所缺失的信息，還可以進一步地通過關(guān)系元來完善基元的特征，進而幫助可拓學(xué)學(xué)習(xí)者和研究者更清晰、直觀地描述所研究的對象，同時使基元庫模型所描述的基元、特征趨于一致.

根據(jù)基元關(guān)系模型，對基元庫建?？梢圆捎迷黾踊?特征)、刪除基元(特征)、修改基元(特征)等操作來完善基元庫的構(gòu)建.限于篇幅，實例從略.

3 總結(jié)和展望

本文針對基元建模過程中不同人所建立模型的不一致問題，提出了基元庫構(gòu)建模型，通過引入基元關(guān)系模型對基元及其特征進行修正，達到更加直觀地對一個待研究系統(tǒng)進行基元庫構(gòu)建，使基元庫構(gòu)建趨于規(guī)范和一致.本文以分享式教學(xué)的基元庫構(gòu)建為例，展示了基元庫構(gòu)建模型的應(yīng)用情況.

今后，可以在本文基礎(chǔ)上進一步運用可拓分析原理、關(guān)聯(lián)函數(shù)、優(yōu)度評價等理論和方法對分享式教學(xué)進行拓展、分析和評價，以進一步完善分享式教學(xué)方法的可拓學(xué)思路及分享式教學(xué)效果評價理論，使分享式教學(xué)方法能更好地運用到不同學(xué)生、不同課程的教學(xué).

[1] 蔡文. 可拓論及其應(yīng)用[J]. 科學(xué)通報, 1999,44(7): 673- 682.

Cai W. Extension theory and its application [J]. Chinese Science Bulletin, 1999, 44(17): 673- 682.

[2] 楊春燕, 李興森. 可拓創(chuàng)新方法及其應(yīng)用研究進展[J]. 工業(yè)工程, 2012, 15(1): 131-137.

Yang C Y, Li X S. Research progress in extension innovation method and its applications[J]. Industrial Engineer Journal, 2012, 15(1): 131-137.

[3] 楊春燕, 何斌, 蔡文. 可拓營銷理論研究[J]. 數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識, 31(6): 696-701.

Yang C Y, He B, Cai W. Study on extension marketing theory [J]. Mathematics in Practice and Theory, 2001,31(6):696-701.

[4] 武春友, 陳興紅, 匡海波. 基于AHP-標(biāo)準(zhǔn)離差的企業(yè)綠色度可拓學(xué)評價模型及實證研究[J]. 科研管理, 2014, 35(11): 109-117.

Wu C Y, Chen X H, Kuang H B. The extenics evaluation model and empirical research of corporate green degree based on AHP-standard deviation [J]. Science Research Management, 2014，35(11): 109-117.

[5] 李沃源, 張慶普. 基于可拓方法的創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)集群創(chuàng)意擴散環(huán)境評價研究[J]. 科技管理研究, 2014(21):152-158, 164.

Li W Y, Zhang Q P. Evaluation on creativity diffusion environment of creative industry cluster based on extension method [J]. Science and Technology Management Research, 2014(21):152-158, 164.

[6] 顧海峰. 信用突變下商業(yè)銀行信用風(fēng)險預(yù)警的實證研究——基于偏好熵權(quán)物元可拓模型的分析[J]. 審計與經(jīng)濟研究, 2014(3): 93-103.

Gu H F. Empirical research on commercial bank credit risks early-warning under the credit mutation: based on preference entropy-weight and matter-element extension model [J]. Journal of Audit & Economics, 2014(3): 93-103.

[7] 湯文超, 李文海, 鄭博, 等. 基于可拓層次分析法的測試性分配方法研究[J]. 計算機測量與控制, 2014, 22(8):2366-2368.

Tang W C, Li W H, Zheng B, et al. Study on testability allocation method based on extension AHP mMethod [J]. Computer Measurement & Control, 2014, 22(8):2366-2368.

[8] 李志明, 楊春燕. 逆向思維的形式化模型及其應(yīng)用[J]. 數(shù)學(xué)的實踐與認(rèn)識, 2014, 44(9): 44-54.

Li Z M, Yang C Y. Formalized model of reverse thinking and its application [J].Mathematics in Practice and Theory, 2014, 44(9): 44-54.

[9] 朱維偉, 譚洋洋, 管珣. 可拓思維模式及其在新理念邊坡設(shè)計中的應(yīng)用[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版, 2014, 39(12): 94-99.

Zhu W W, Tan Y Y, Guan X. On extension thinking mode and its application on new concept slope design[J]. Journal of Southwest China Normal University :Natural Science Edition, 2014, 39(12): 94-99.

[10] 張艷, 王軍, 趙巖. 基于可拓網(wǎng)絡(luò)圖的設(shè)計方案智能化拓展及知識推理[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2014,31(4):6-13.

Zhang Y, Wang J, Zhao Y. Extension of the product design scheme and knowledge inference based on the extension network[J]. Journal of Guangdong University of Technology, 2014,31(4):6-13.

[11] 文天柱, 許愛強, 陳育良. 可拓理論與SOM網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的多故障診斷方法[J]. 科技導(dǎo)報, 2014, 32(34):58- 61.

Wen T Z, Xu A Q, Chen Y L. Multi-fault diagnosis method based on combination of extension theory and SOM network [J]. Science & Technology Review, 2014, 32(34):58- 61.

[12] 張海濤, 王斌君, 張洪濤. 基于可拓知識庫的短文本敏感信息查詢擴展方法[J]. 四川大學(xué)學(xué)報:工程科學(xué)版, 2014, 46(5):121-126.

Zhang H T, Wang B J, Zhang H T. A query expansion method of sensitive information for short text based on extension knowledge base[J]. Journal of Sichuan University:Engineering Science Edition, 2014, 46(5):121-126.

[13] 楊春燕, 李志明. 基于可拓學(xué)的社會網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究[J]. 廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2014, 34(1): 1- 6.

Yang C Y, Li Z M. Extencis based social network structure[J]. Journal of Guangdong University of Technology, 2014, 34(1): 1- 6.

[14] 楊春燕, 蔡文. 可拓學(xué)[M]. 北京:科學(xué)出版社, 2014: 251.

[15] 韋冠俊. 安全原理與事故預(yù)測[M]. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1995: 3.

[16] Yu Z W, Alex R. A Share learning framework for innovation education: improving creative thinking capability from daily life [J]. Procedia Computer Science, 2014 (31): 359-368.

[17] 楊春燕, 蔡文.可拓工程[M].北京:科學(xué)出版社, 2007: 18- 40.

Modeling of Basic-element and Its Application

Yu Zhi-wei, Li Xing-sen

(Ningbo Institute of Technology, Zhejiang University, Ningbo 315100, China)

A model describing a system with element theory is put forward to avoid the difference and inconsistency of the basic-element modeling. The affair-element modeling, matter-element modeling, relation-element modeling and basic-element model revising are included in the model . Also the modeling of relation among elements is proposed to normalize and conform the element modeling by adding, deleting, revising the basic-element and their characteristics. Hence， a case study of share-learning teaching method is put into practice to illustrate the process of the proposed modeling in this paper.

Extenics; basic-element modeling; modeling of relations among elements; share-learning teaching method

2014- 09- 29

國家自然科學(xué)基金資助項目(71271191)；教育部人文社會科學(xué)專項任務(wù)項目(15JD710071)；寧波市教育科學(xué)規(guī)劃課題(YGH040)；浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院數(shù)學(xué)研究與改革課題(NITJY-201536)

余志偉(1978-)，男，副教授，博士，主要研究方向為IT4D和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè).

10.3969/j.issn.1007- 7162.2015.03.002

N03;G

A

1007-7162(2015)03- 0005- 05