《農(nóng)業(yè)工程與可持續(xù)發(fā)展》方法論部分教學(xué)探討

張若宇++翟志強

摘 要：為充實《農(nóng)業(yè)工程與可持續(xù)發(fā)展》課程的教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生對相關(guān)方法的掌握，該文從系統(tǒng)的角度探討了方法論部分的教學(xué)內(nèi)容和授課方法。首先引入“系統(tǒng)”及“系統(tǒng)工程”以及“農(nóng)業(yè)工程系統(tǒng)”的概念，然后講解了“農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程”的任務(wù)和特點，啟發(fā)學(xué)生從系統(tǒng)的視角對待“農(nóng)業(yè)工程”與“可持續(xù)發(fā)展”的關(guān)系，最后介紹了尋找和評價最佳方案的理論方法。

關(guān)鍵詞：教學(xué) 系統(tǒng) 農(nóng)業(yè)工程系統(tǒng) 層次分析法 農(nóng)業(yè)工程與可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0220-03

Teaching Research about the Methodology of Agricultural Engineering and Sustainable Development

Zhang Ruoyu1， 2 Zhai Zhiqiang1， 2

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Shihezi University；2. Key Laboratory of Northwest Agricultural Equipment， Ministry of Agriculture， P.R， China， Shihezi Xinjiang， 832000， China）

Abstract： To enrich course content of Agricultural Engineering and sustainable development and improve students mastery of relevant methods， teaching contents and methods of methodology were discussed in this paper based on the perspective of system. Firstly， the concept of “system”， “system engineering” and “agricultural engineering system” were introduced. Then the tasks and characteristics of agricultural system engineering were explained for helping students to build the systematic perspective and to deal with the relationship between agricultural engineering and sustainable development on this perspective. Finally， the theory and method for searching and evaluating the best plan were introduced in this paper.

Key Words： Teaching； System； System engineering； Analytic hierarchy process； Agricultural Engineering and sustainable development

農(nóng)業(yè)的發(fā)展正面臨著嚴(yán)重的環(huán)境問題[1]，亟需一種科學(xué)有效的農(nóng)業(yè)工程可持續(xù)發(fā)展實現(xiàn)辦法。我們面臨的任何一個要解決的問題或要完成的任務(wù)其實都是系統(tǒng)，因此就可以用系統(tǒng)思想去分析農(nóng)業(yè)工程，也就可以用系統(tǒng)工程方法去探討農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方法。該文從系統(tǒng)的角度出發(fā)，探討了《農(nóng)業(yè)工程與可持續(xù)發(fā)展》方法論部分教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生用系統(tǒng)的思想解決農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題。

1 啟發(fā)學(xué)生用“系統(tǒng)”的思維解決問題

在教學(xué)過程中，為引導(dǎo)學(xué)生從系統(tǒng)的角度思考問題，筆者介紹了日常生活中一些系統(tǒng)的案例，然后引入“系統(tǒng)工程”的概念，以便開展后續(xù)主題內(nèi)容的講解。在自然界和人類社會中，可以說任何事物都是以系統(tǒng)的形式存在的[2]。我們可以把我們關(guān)心的問題都看成系統(tǒng)，例如血液循環(huán)系統(tǒng)是指把血液送到人或動物全身的血管系統(tǒng)和心臟；運輸系統(tǒng)是指運送貨物的人員、機器、組織機構(gòu)以及公路、鐵路、水路和航空線路；武器系統(tǒng)是指武器和相關(guān)設(shè)備、武器和設(shè)備的使用方法與使用武器及設(shè)備的人員。

為方便教學(xué)，筆者對系統(tǒng)的定義作了總結(jié)，在系統(tǒng)學(xué)中，“系統(tǒng)”是一個最基本的概念。對于不同出發(fā)點、不同目的、不同角度或不同方式的研究者，給出對于系統(tǒng)的定義往往也不同。目前，我國認(rèn)可度最高的關(guān)于系統(tǒng)的定義是中國系統(tǒng)科學(xué)領(lǐng)域的先驅(qū)錢學(xué)森的定義，即：由若干相互依賴、相互制約的部分組成的具有特定功能的有機整體[3]。而能夠稱作“系統(tǒng)”的事物必須符合以下3個基本條件：事物內(nèi)部由兩個或兩個以上元素組成；元素之間相互聯(lián)系和相互作用；事物整體具有特定的功能。

系統(tǒng)主要有整體性、關(guān)聯(lián)性、層次性、可控性、時序性等5個屬性[4]。依照不同的分類依據(jù)，系統(tǒng)有不同的分類方法。按系統(tǒng)的生成劃分有自然系統(tǒng)、人工系統(tǒng)、復(fù)合系統(tǒng)3類；按有無反饋又將系統(tǒng)劃分為開環(huán)系統(tǒng)（如圖1a）與閉環(huán)系統(tǒng)（如圖1b）等[5]；按輸入輸出內(nèi)容劃分開放系統(tǒng)，即有物質(zhì)、能量、信息交換；封閉系統(tǒng)，即僅有信息交換；孤立系統(tǒng)則沒有信息交換。按可了解的信息量劃分為白色系統(tǒng)、灰色系統(tǒng)、黑色系統(tǒng)；系統(tǒng)還可以劃分為線性、非線性系統(tǒng)；連續(xù)、離散系統(tǒng)； 確定狀態(tài)、不確定狀態(tài)系統(tǒng)等。

2 引入“農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程”的教學(xué)

同樣地，通過對“系統(tǒng)”的學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)任何事物都可以看成一個系統(tǒng)，進而筆者引出了“農(nóng)業(yè)系統(tǒng)”的概念，讓學(xué)生從系統(tǒng)的角度學(xué)習(xí)可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)工程。

為方便學(xué)生理解，筆者解釋了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的定義。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)是指在一定的自然條件和社會經(jīng)濟條件下，農(nóng)業(yè)各部門或各種作物的生產(chǎn)要素按各種比例、采用不同方式結(jié)合而成的系統(tǒng)[6]。在教學(xué)探索過程中，筆者發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)首先是生物再生產(chǎn)過程，而生物的生長、發(fā)育和繁殖與周圍環(huán)境密切相關(guān)，因此農(nóng)業(yè)系統(tǒng)受到氣候、地形、水文、土壤和微生物等自然環(huán)境因素的限制及其綜合影響；另一方面，農(nóng)業(yè)又是一種經(jīng)濟再生產(chǎn)過程，還要受到社會需求和經(jīng)濟、技術(shù)水平的制約。因此，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的形成和發(fā)展還要受到社會經(jīng)濟技術(shù)條件的影響而不斷變化。如果將系統(tǒng)工程的思想、理論、原理和方法在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，便是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程。按照對系統(tǒng)工程的定義，也可以把農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程理解為：以系統(tǒng)思想為指導(dǎo)，定性、定量相結(jié)合，各種理論、方法與技術(shù)綜合集成，以農(nóng)業(yè)系統(tǒng)總體最優(yōu)為目標(biāo)來研究農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、組織、管理、調(diào)整、控制與評價等問題的一門交叉科學(xué)。

為使學(xué)生對“農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程”有更深入的學(xué)習(xí)，筆者指出了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程的主要任務(wù)及特點。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程主要有以下任務(wù)：解決農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的管理問題，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)決策科學(xué)化；綜合運用多學(xué)科理論和成果，解決整體性問題（社會、經(jīng)濟、生態(tài)、技術(shù)等）；探求農(nóng)業(yè)系統(tǒng)運行機制，實現(xiàn)系統(tǒng)和環(huán)境相協(xié)調(diào)；優(yōu)化配置生產(chǎn)要素（人、物、技術(shù)），取得最佳綜合效益。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)工程的特點：模型多以生物學(xué)模型為基礎(chǔ)；模型多為不確定的（隨機的、模糊的、灰色的）；目標(biāo)的多元化（經(jīng)濟、生態(tài)、社會效益）。

3 利用層次分析法進行“綠色”方案尋優(yōu)

筆者在授課過程中重點介紹了層次分析法，目的是讓學(xué)生學(xué)會利用層次分析法思想去尋找最優(yōu)“綠色”的方案。首先對層次分析法進行回顧，層次分析法（AHP）是一種層次權(quán)重決策分析方法[7]。這種方法的特點是在對復(fù)雜的決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進行深入分析的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡便的決策方法[8]。然后以綠色設(shè)計和綠色制造為例具體講解了層次分析法的使用。

運用層次分析方法尋找綠色設(shè)計最優(yōu)方案，如圖2所示即為一種基于層次的綠色產(chǎn)品設(shè)計體系。該體系由4個層次組成：第一層為目標(biāo)層，第二層為內(nèi)容層，第三層為階段層，第四層為設(shè)計因素層，第五層為方案層，后續(xù)可以與綠色制造緊密銜接。

運用同樣的方法，進一步尋找綠色制造最優(yōu)方案，如圖3所示。

在教學(xué)過程中，筆者通過以上兩個案例的講解，總結(jié)出運用層次分析法構(gòu)造系統(tǒng)模型時，大體可以分為以下5個步驟。

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型：根據(jù)因素的分類構(gòu)建因素的層次結(jié)構(gòu)并標(biāo)明上一層因素與下一層因素之間的關(guān)系。

（2）構(gòu)造判斷矩陣：有了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型以后，決策者需要對各層次各因素的相對重要性給出判斷，有些判斷用數(shù)值表示出來，反映出矩陣的形式就是判斷矩陣。

（3）層次單排序：是指本層次所有因素相對上一層次而言的重要性進行排序。

（4）層次總排序：是指利用層次單排序的結(jié)果，計算針對上一層而言本層次所有因素重要性的權(quán)值。

（5）一致性檢驗：根據(jù)判斷矩陣，計算判斷矩陣的最大特征值及對應(yīng)的特征向量。

4 結(jié)語

為更好地講授《農(nóng)業(yè)工程與可持續(xù)發(fā)展》，引導(dǎo)學(xué)生探討農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展方法，該文從系的角度分析了農(nóng)業(yè)工程，讓學(xué)生更加感受到農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要性，同時介紹了利用層次分析法尋找綠色技術(shù)最優(yōu)方案，讓學(xué)生更科學(xué)的探討農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方法。

參考文獻

[1] 呂振宇，牛靈安，郝晉珉，等.中國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境面臨的問題與改善對策[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2009，25（4）：218-224.

[2] 牛振華.堅持系統(tǒng)論和投入產(chǎn)出原則，注重投資項目評估內(nèi)外協(xié)調(diào)[J].中國工程咨詢，2009（6）：41-42.

[3] 常遠(yuǎn).談社會系統(tǒng)工程[J].中央政法管理干部學(xué)院學(xué)報，1995（5）：42-44.

[4] 丁健民，孫世民，周衍平，等.試論農(nóng)業(yè)科技經(jīng)濟一體化的系統(tǒng)特性[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，1998（4）：33-36.

[5] 張敏.開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)缺點淺析[J].科技與企業(yè)，2014（17）：118，121.

[6] 趙紅.層次分析法在定量分析中的應(yīng)用[J].中國公共安全：學(xué)術(shù)版，2010，（1）：134-136.

[7] 朱建軍.層次分析法的若干問題研究及應(yīng)用[D].沈陽：東北大學(xué)，2005.

[8] 姚光杰，楊玉芬.淺談氣候資源對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要性[J].新農(nóng)村（黑龍江），2011（10）：25.