系統工程學實驗教學改革研究

[摘要] 系統科學與工程是一門綜合性交叉學科，其理論與實驗并重。將霍爾三維結構體系方法融入海洋技術相關領域從時間維、知識維和邏輯維三維立體空間開展系統工程學課程實驗教學改革，讓學生深刻理解系統工程學的經典理論，熟練掌握涉海工程的系統思想和技術方法。

[關鍵詞] 霍爾三維結構體系 系統工程學 實驗教學 改革

一、系統工程學實驗教學的必要性

按照錢學森院士的觀點，系統工程處在系統科學的應用技術層次，在國民經濟建設和社會發展中有極其特殊的地位與作用。系統工程學的定義可以從實體和本質兩類研究對象方面進行。從實體研究對象看，系統工程學是關于系統工程實踐的一般規律和技術方法的知識體系。從本質研究對象看，系統工程學是關于系統工程實踐中目標需求與資源供給的矛盾關系的一般規律及其問題解決方法的知識體系。課程實驗教學改革研究方面的文獻較多，而系統工程科學理論方面的實驗教學研究則比較少。張國伍、顧佳探討了錢學森院士創建的“交通運輸系統工程學”的全過程?？軙詵|、薛惠鋒、任軍號構建了系統工程學的“認知——理論——技術——實踐”新框架。系統工程學是一門理論性與技術性較強的學科，純粹的課堂理論教學很難讓學生理解與掌握典型系統工程學理論如何在海洋技術領域中應用。因此，系統工程學的實驗教學尤為重要，將霍爾三維結構體系理論滲透到海洋系統工程實驗教學改革，才能幫助學生樹立系統思想，促使學生掌握海洋系統工程實踐技術方法以及工程組織管理技術。

二、海洋技術專業系統工程學教學的目的和意義

通過“基于霍爾三維結構體系的系統工程學課程實驗教學改革”研究，一方面可為海洋技術專業的學生制訂出一套合理的、有效的系統工程學實驗教學方案;另一方面，加快海洋技術專業的人才培養計劃合理化程度，也培養和鍛煉了學生利用系統工程學的理念和技術方法來解決海洋科學問題;從而為測繪工程學院海洋技術專業的可持續發展提供重要的后備人才資源;并進一步最終實現高校服務社會的最高宗旨。

三、霍爾三維結構體系在海洋系統工程學課程實驗教學改革中的應用

1.霍爾三維結構體系方法介紹

霍爾三維結構體系是系統工程學中一個極其重要的理論，是美國工程師霍爾在1969年提出的，它主要包含時間維、邏輯維和知識維。在海洋技術專業系統工程課程實驗教學改革的整個過程中，時間維分為前后緊密相聯的四個階段，分別是規劃階段、方案階段和實施階段以及更新階段。邏輯維分為相互聯系的七個步驟，分別是明確問題、選擇目標、系統綜合、系統分析、方案優化、作出決策和付諸實施。知識維為完成這些步驟的工作所需的各種專業知識，主要包括海洋測量、海洋遙感、海洋環境、系統工程、計算機和網絡等方面的知識。

2.海洋系統工程學課程原有的實驗教學安排及存在的問題

淮海工學院測繪工程學院海洋技術專業開設的系統工程學課程選用的教材是袁旭梅等主編的《系統工程學導論》，課程總課時為32，其中理論課時為26，而實驗課時為6，應開3個實驗項目。從系統角度看，該課程實驗屬于綜合性實驗室，也就是說要在基礎性實驗的基礎上，打破學科之間的界限，實現專業學科間知識的綜合、基本實驗技術的綜合等。從該課程總課時與實驗課時安排角度看，與其他高校開設的《人機工程學》(總課時為30學時，實驗學時為10)、《草原系統工程》(總課時為40學時，實驗學時為8)課程課時與實驗課時相比較，實驗課時安排偏少。海洋技術專業系統工程課程的實驗項目與內容提要如表1所示。從表1中可以看出該課程實驗教學安排重在介紹系統工程關鍵技術，而實驗之間不存在任何連貫性與銜接性，也就是說沒有運用系統的思想從海洋某個實體或本質去設計涉海系統工程實驗。

3.海洋系統工程學課程實驗教學改革的目標

根據海洋技術專業的特點，基于三維霍爾結構體系在邏輯維上，識別現有的系統工程學實驗教學內容存在的問題基礎上，不斷更新實驗教學內容，把能夠反映學科前沿的新內容以及涉海單位要求掌握的基礎內容充實到實驗教學中，逐步增加具有鮮明學科專業特色的開放性、綜合性、設計性和創新性實驗;引導學生獨立思考、自主探索，啟發學生創新思維，真正提高學生的創新能力和實際動手能力。衡量該實驗安排，必須遵循三條原則:實驗本身必須符合系統科學;實驗內容必須是與海洋相關的;海洋工程的實驗教學能最大限度地為學生未來就業方向提供有效服務。

4.系統綜合

針對我院海洋技術系師資結構、多年教學經驗以及相應的調查問卷，搜集并綜合可能達到預期目標的方案策略共三種，詳細介紹如表2、表3和表4所示。表2中的實驗教學方案設計為海洋水色遙感系統工程，表3中的實驗教學方案設計為海洋深度測量系統工程，表4中的實驗教學方案設計為沿海灘涂鹽沼植被環境監測系統工程。

5.系統分析

系統分析是對系統綜合種所有候選方案進行模型化的過程，即把每個方案的參數與目標結合起來建立模型的過程，是通過必選進行方案選擇的過程。本文對以上三個備選方案采用專家打分法系統地進行比較、分析。共發放15位專家進行打分，結果如表5所示。表5中得分統計中設置5分制，5分為最好，4分為較好，3分為好，2分為一般，1分為不好，即方案不予采用。系統工程學實驗教學方案的最終得分采用公式進行計算。

6.方案優化

在對3種方案進行系統分析之后，專家們提出改革后的實驗學時過多。原有的實驗總學時為6學時，而改革后的三種實驗學時均為20課時。我們對實驗方案1進行了優化，將實驗總課時壓縮為10課時，其中“赤潮水體光譜測量系統工程的系統分析”部分和“赤潮水體光譜測量實驗方案的系統設計”部分均壓縮為2課時，“赤潮水體光譜測量”部分壓縮到4課時，“系統評價—赤潮水體光譜特征分析”部分壓縮為2課時;課程總課時不變。為了切實提高學生系統思想，讓學生熟練掌握海洋遙感工程技術和規律，實驗課時的壓縮要求學生在實驗前準備以及實驗后分析部分需要占用一些課余時間。7.付諸實施

將改革后的系統工程學實驗教學方案應用到海洋07和08級學生，效果較好。一方面，激發了07級學生對海洋遙感的極大興趣，有些學生甚至將海洋遙感作為考研方向。另一方面，切實為學生提供了一個創新平臺，提高了學生的動手能力、樹立了學生的系統思想。

四、結論

本文基于霍爾三維結構體系對海洋技術專業開設的系統工程學課程的實驗教學方案進行了改革。文章主體部分主要利用“三維結構”之邏輯維的七個步驟進行闡述。知識維貫穿其中，時間維的四個階段——規劃階段、方案階段和實施階段以及更新階段，其中系統工程學課程實驗教學問題識別屬于規劃階段，系統綜合、系統分析和方案優化屬于方案階段，付諸實施屬于實施階段;由于方案實施的時間較短，目前還沒有發現任何本質問題，因此尚未進入更新階段。

參考文獻:

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基金項目:淮海工學院2009年校級教學改革研究立項重點課題“基于霍爾三維結構體系的系統工程學課程實驗教學改革”(5509002)。