系統(tǒng)工程課程立體化教學的改革與實踐

劉媛華，嚴廣樂

系統(tǒng)工程課程立體化教學的改革與實踐

劉媛華，嚴廣樂

(上海理工大學管理學院，上海200093)

系統(tǒng)工程課程是一門專業(yè)理論基礎(chǔ)課，具有方法論特色。針對系統(tǒng)工程課程的特點，以培養(yǎng)學生的系統(tǒng)思維為出發(fā)點，提出了構(gòu)建立體化的教學平臺，進行教學內(nèi)容、教學空間的立體化建設(shè)，并對該課程的立體化教學模式進行了研究，探討了系統(tǒng)工程立體化教學實施的方法。實踐表明，系統(tǒng)工程課程采用立體化教學成為培養(yǎng)學生興趣、提高學生能力的重要手段，具有推廣和應用 價值。

系統(tǒng)工程；立體化教學；教學改革；教學實踐

系統(tǒng)工程是系統(tǒng)科學的一部分，是系統(tǒng)科學理念的具體實現(xiàn)。它從實踐中產(chǎn)生，并運用系統(tǒng)的思想與定量和定性相結(jié)合的系統(tǒng)方法去研究和解決各種大型復雜系統(tǒng)的問題，以實現(xiàn)系統(tǒng)目標的綜合最優(yōu)化。系統(tǒng)工程是在一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、運籌學和現(xiàn)代管理科學等學科的基礎(chǔ)上，并由這些學科相互交叉、相互滲透而發(fā)展起來的一門跨越多個學科領(lǐng)域的方法性和綜合性的技術(shù)科學。

在本科生課程設(shè)置體系中，系統(tǒng)工程課程是管理科學、信息管理與信息系統(tǒng)、工業(yè)工程等相關(guān)專業(yè)的一門專業(yè)理論基礎(chǔ)課。這些專業(yè)的顯著特點之一就是它的方法論。因此，系統(tǒng)工程的基本理念、管理基礎(chǔ)理論、現(xiàn)代科學技術(shù)成為這一學科的三個主要支柱。針對系統(tǒng)工程課程的特點，在教學過程中應注意培養(yǎng)學生的系統(tǒng)思維能力，堅持問題導向，強調(diào)系統(tǒng)化的方法。

在以往傳統(tǒng)的教學中，一直以傳授知識作為培養(yǎng)學生的目標。由于過于重視知識的傳授，而忽視了給予學生自主學習與探究的機會，忽略了能力的培養(yǎng)，特別是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了更好地開展素質(zhì)教育，培養(yǎng)具有系統(tǒng)思維、統(tǒng)籌兼顧的創(chuàng)新型復合人才，在系統(tǒng)工程課程的建設(shè)中，構(gòu)建了立體化的教學平臺，并對這門課程實行立體化教學模式進行了研究與探索。

一、系統(tǒng)工程立體化教學的概念

立體化教學是一種新的教學方式，包括教育資源、教育設(shè)備、教育信息等多方面的融合，代表著現(xiàn)代教學發(fā)展的方向^3]。在教學中，通過對教材內(nèi)容、教學空間、教學形式等進行全方位整體的設(shè)計，有效地發(fā)揮教師的主導作用，使學生的認識過程、情感過程、意志過程得到協(xié)調(diào)發(fā)展，從而激發(fā)學生的認知興趣、學習信心和進一步探索的學習欲望，培養(yǎng)學生綜合運用各種知識技術(shù)的創(chuàng)新思維解決復雜實際問題的能力。

系統(tǒng)工程是一門綜合性、交叉性、實踐性非常突出的學科，開闊學生的眼界是非常重要的。對于學生來講，學習不是死記硬背，要學會的是方法。知識是“方”，思維是“法”。知識與思維的結(jié)合才是“方法”。沒有知識，思維是建立不起來的。僅有知識而無思維的正確指導，知識不能發(fā)揮巨大的作用。因此，系統(tǒng)工程教學，更重要的是方法，即處理問題的系統(tǒng)思維。

基于課程的性質(zhì)及應用的要求，系統(tǒng)工程課程建設(shè)的立體化教學的理念是：授人以魚不如授人以漁；主張以教師為主導、以學生為主體，通過對教學過程的整體設(shè)計，培養(yǎng)學生在解決現(xiàn)實復雜問題時，樹立系統(tǒng)的觀點、總體最優(yōu)及平衡協(xié)調(diào)的觀點、綜合運用方法與技術(shù)的觀點以及問題導向和反饋控制的觀點，使得處理系統(tǒng)時，具有全局的觀念。

二、系統(tǒng)工程教學平臺的改革

基于系統(tǒng)工程課程的立體化教學理念和主張，在課程建設(shè)的過程中對系統(tǒng)工程教學平臺進行了改革，通過對教材內(nèi)容和教學空間的建設(shè)，整合各種教學資源，根據(jù)不同的專業(yè)要求為學習者提供最佳的學習環(huán)境。

(一)教材內(nèi)容立體化

教材內(nèi)容立體化是為了提高教學質(zhì)量為目標，最大限度地滿足教學要求，使學生可以得到全方位信息流。立體化教材主要包括：主教材、教學參考書、實驗指導書、電子教案、多媒體課件、習題庫以及案例集等。

主教材是立體化教材的核心，包含具體的理論知識及各知識點之間的相關(guān)聯(lián)系。上海理工大學是國內(nèi)最早開設(shè)系統(tǒng)工程類課程的學校之一，有著豐富的教學經(jīng)驗。針對我國的國情和上海市發(fā)展的具體需求，在課程建設(shè)的過程中編寫了《系統(tǒng)工程》教材，將該門課程的科學性、先進性和系統(tǒng)性融于一體，結(jié)合具體的案例，介紹了在生產(chǎn)管理中經(jīng)常用到的模型和方法，同時兼顧對學生系統(tǒng)思想的培養(yǎng)，充分體現(xiàn)了“培養(yǎng)高素質(zhì)人才”的目標。教學參考書、實驗指導書作為主教材的輔助教材，提供主教材中不容易體現(xiàn)的，與新技術(shù)有關(guān)的內(nèi)容，指導學生在學習方法技術(shù)中的具體實踐。

電子教案、多媒體課件、習題庫、案例集等作為教學資源的重要組成部分。電子教案體現(xiàn)了教學的特色，不同的專業(yè)教學重點不同，指導教師在教學中按照教學大綱及教案的要求和進度組織教學；多媒體課件形象生動，有利于學生加深感性認識，啟發(fā)學生的學習興趣；習題庫利于學生對知識的鞏固以及做進一步的深入探究；教學案例集具有一定的階梯性、可比性，適合不同教學對象使用。實現(xiàn)學生的理論學習和復雜社會系統(tǒng)的實踐相結(jié)合。

可見，教材內(nèi)容的立體化建設(shè)也是秉承了系統(tǒng)的整體最優(yōu)的觀念，充分發(fā)揮不同內(nèi)容形式優(yōu)勢互補的作用，將系統(tǒng)的思想觀念貫穿在整個課程安排中。

(二) 構(gòu)建立體化教學空間

系統(tǒng)的思想觀念是系統(tǒng)工程課程教學的靈魂，是一種活的思想，是一種有效的思維方式和良好的思維習慣。系統(tǒng)觀念的形成不僅需要傳統(tǒng)課堂中的講授和引導，還需要培養(yǎng)學生的靈氣和悟性。這需要相當長的過程，需要具有良好的環(huán)境和科學的學習方法。

通過采用多媒體、現(xiàn)代教育技術(shù)手段，依托校園網(wǎng)構(gòu)建立體化的教學空間，建立具有自己特色的系統(tǒng)工程課程網(wǎng)站。在網(wǎng)站上展示更多的教學資源，包括課程學習、在線討論、提交作業(yè)、答疑輔導、習題訓練和網(wǎng)上自測等。

通過建立與學生交互的動態(tài)平臺，不僅突破了時域和地域的限制，同時也加大了信息容量。學生可通過課程網(wǎng)站這個學習平臺，隨時隨地接受系統(tǒng)的基礎(chǔ)教育。利用網(wǎng)絡(luò)視頻教學、課件以及課后習題案例學習形式，多途徑高效吸收系統(tǒng)方面的基礎(chǔ)知識，通過這些形式還可使更多有興趣的同學方便接受系統(tǒng)思維的訓練，及時解決學習過程中出現(xiàn)的各種問題，加深對教材知識的理解，鍛煉實際運用知識的能力，進一步深化教學內(nèi)容改革。

同時建立與本課程目標及學習內(nèi)容有關(guān)的網(wǎng)頁或網(wǎng)站的鏈接，方便學生查找學習資料，使網(wǎng)站真正成為學生交流互動的一個平臺，成為學生學習的第二課堂。

三、立體化教學模式的實踐

系統(tǒng)工程課程教學的目的在于引導學生樹立完備的系統(tǒng)觀，從系統(tǒng)的、全局的角度分析和解決問題，從而為其他學科的學習提供系統(tǒng)思維、系統(tǒng)觀念方面的智力支持，是專業(yè)的基石。為了培養(yǎng)學生多維度、全方位地思考問題，進行自主性的、探索式的學習，采用立體化教學模式成為培養(yǎng)學生興趣、提高學生能力的重要手段。

(一) 教學相長的啟發(fā)式教學方法

孔子曰：不憤不啟，不悱不發(fā)。意思是說，在教育學生的過程中，當學生在冥思苦想而仍不能領(lǐng)會的時候，教師應對學生思考問題的方法適時給予指導，以幫助學生開啟思路；當學生對某一問題已經(jīng)有一段時間的思考，但尚未考慮成熟，處于想說又難以表達的另一種矛盾心理狀態(tài)時，教師應幫助學生明確思路，然后用比較準確的語言表達出來。

系統(tǒng)工程課程的教學重視系統(tǒng)思維的培養(yǎng)。在教學的過程中，更加強調(diào)啟發(fā)式教學的思想，把學生作為教學的中心，使學生在學習的整個過程中保持主動性，給學生創(chuàng)造時機去獨立思考和內(nèi)省，去想一想，去探索一番，從更深更廣的范圍理解教學內(nèi)容，達到辭通意達的效果，從而培養(yǎng)學生獨立思考和創(chuàng)新思維的能力。

在該課程教學中采用教學相長的啟發(fā)式教學，通過課堂上組織討論、詰問、比喻等多種多樣的方法啟發(fā)誘導學生，要求學生。這些方法的合理運用，可以調(diào)動學生主動思考問題的積極性，做到舉一反三、聞一知十地思考與解決問題，避免了簡單、抽象地告訴學生答案的弊病，使課堂氣氛活躍，激發(fā)學生的學習興趣和能動性。

例如，在課程學習的初期，對“系統(tǒng)”這個概念的理解是非常重要的。在講授的過程中不能僅僅給學生介紹理論上的概念，這樣會比較死板和空洞，學生只能被動地去接受定義。為了能夠啟發(fā)學生的思維，可以從系統(tǒng)思想的產(chǎn)生與發(fā)展過程入手，逐步深入地將“系統(tǒng)”的概念分解成三層含義進行講解，有助于加深對系統(tǒng)概念的理解，同時達到了對系統(tǒng)工程和系統(tǒng)科學全貌的認識。進一步引導學生去尋找在自然界和人類社會中的“系統(tǒng)”，探討其存在的各種形態(tài)。

再比如，講授亞里士多德提出的著名哲學命題“整體大于部分之和”，這是個重要的系統(tǒng)論原理。可以首先通過課堂講解使學生了解這個基本的原理，并通過中國的俗話“三個臭皮匠頂個諸葛亮”來進行解釋，可以采用概率論的知識進行原理的證明，再利用實際的美國阿波羅登月計劃的案例進一步深化該理論的理解。在教授原理之后，要讓學生由被動的聽講變?yōu)橹鲃拥乃伎迹ㄟ^組織課堂討論請學生們舉出實際生活中整體大于部分之和的例子。當學生充分理解系統(tǒng)的整體性思想之后，可以繼續(xù)進行引導，從多個角度提出問題。例如：會不會整體小于部分之和呢?“一個和尚挑水吃，兩個和尚抬水吃，三個和尚沒水吃”的故事，就是整體小于部分之和的例子。通過這樣的啟發(fā)式教學，可以使學生開拓思維，全方位地掌握這個科學的系統(tǒng)觀。

(二) 理論分析和實際應用相結(jié)合的案例教學

學習知識一個重要的目的就是應用，因此在教學的內(nèi)容上，要始終堅持理論與實踐的結(jié)合。在講述系統(tǒng)思想的發(fā)展、系統(tǒng)理論的發(fā)展以及系統(tǒng)方法論時，強調(diào)系統(tǒng)工程理論對解決實際問題的應用，重視定性和定量方法相結(jié)合。對于基礎(chǔ)性的內(nèi)容以講授為主，對理論性強的內(nèi)容以引導性的演繹推理、分析為主，而對于敘述性的內(nèi)容因其邏輯性不強，學生感興趣程度不高，輔之以一定的實例資料，給出一些問題，讓學生以發(fā)現(xiàn)問題、解答問題的方式自學，鼓勵學生自主、創(chuàng)造性地學習。

對于系統(tǒng)工程的理論，在講授的同時加入案例教學，會達到較好的學習效果。例如：由于系統(tǒng)工程的對象龐大，一般不可能進行試驗，或者試驗的代價過大而實際上不許可，合理的辦法是使用模型。單獨的講述模型方法是非常枯燥的，可以結(jié)合實際的案例對理論進行講解，增加可視性。利用著名的哥尼斯堡七橋問題，講解基本的系統(tǒng)工程的方法之一——模型方法，可以使學生充分理解建模的重要性和步驟；在講述如何構(gòu)建概念模型時，利用某公司訂貨和加工系統(tǒng)的概念模型來輔助理解；在學習系統(tǒng)分析的原理時，介紹美國阿拉斯加東北部的普拉德霍灣油田向其本土運輸原油的案例，以及如何運用系統(tǒng)分析原理解決華潤萬家超市選址問題，使學生更加切實地了解系統(tǒng)分析的原理和工作過程。

同時為讓學生增強自身的研究學習，還采用專題討論的方式，請學生自己設(shè)計實驗過程，從問題的提出，方案的設(shè)計到實施，以及結(jié)論的得出，完全由學生自己來完成。例如，在講解解釋結(jié)構(gòu)模型技術(shù)時，請學生組成系統(tǒng)分析小組，利用該技術(shù)研究問題，并建立相應的解釋結(jié)構(gòu)模型，給予解釋。學生對大學生就業(yè)影響因素、學生逃課問題、課堂效率低下的原因等多個問題作了系統(tǒng)分析，建立了相應的模型并給出了解釋和建議。這樣，調(diào)動了學生學習的主動性和積極性。學生不僅完成了知識的學習要求，更重要的是鍛煉了自學能力、提出問題和解決問題的能力，從而實現(xiàn)學生個性化學習方法的形成和學生自主學習能力的發(fā)展。

(三) 深度與廣度相結(jié)合的教學方式

系統(tǒng)工程是一門交叉學科，包括很多分支。例如：系統(tǒng)模型、系統(tǒng)動力學、系統(tǒng)模擬、系統(tǒng)評價、系統(tǒng)優(yōu)化、系統(tǒng)預測、決策分析以及系統(tǒng)分析的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等等，每一分支的研究和應用都很活躍，并且各自形成體系，都可以單獨構(gòu)成一門或多門課程。而系統(tǒng)工程課程的設(shè)置一般是2～3個學分，因此在講授時，要充分利用有限的課時，從廣度和深度兩個方面教學。

在廣度方面，要使學生在學習系統(tǒng)工程的課程之后，能對該學科的全貌有一個大體正確的了解，明確系統(tǒng)工程在系統(tǒng)科學和科學技術(shù)體系結(jié)構(gòu)中的地位和作用。在深度方面，要深入系統(tǒng)思維方式的講解，以便讓學生掌握系統(tǒng)工程的原則和特點，了解系統(tǒng)工程的廣泛性、復雜性和多樣性，同時掌握一定的技術(shù)方法。因此對于系統(tǒng)工程課程的教學，在介紹系統(tǒng)工程的常用的基本方法和技術(shù)的過程中，除了有對方法本身的基本概念和思路的定性闡述之外，還需要列舉大量的、內(nèi)容廣泛而又實用的定量模型，并且演示定量分析和建模的具體步驟與過程，同時要及時地反映近年來系統(tǒng)工程理論方法的新進展，有助于學生從廣度和深度兩個方面更好地理解和掌握有關(guān)知識。

為了使學生在該課程的學習中進一步拓展思維，能夠綜合運用多種技術(shù)方法解決實際問題，針對專業(yè)要求，請學生以課程設(shè)計的方式作為學習的總結(jié)，以達到深度與廣度的結(jié)合。例如，可以運用系統(tǒng)工程中的預測技術(shù)對上海市社會經(jīng)濟的發(fā)展趨勢做出預測，其中包括上海市人口規(guī)模的預測、上海市生產(chǎn)總值的預測和上海市綜合交通運輸量的預測等；采用系統(tǒng)工程中評價方法對社會經(jīng)濟之間的協(xié)調(diào)發(fā)展問題做出系統(tǒng)評價；運用系統(tǒng)動力學分析方法研究激勵機制的設(shè)計和實施問題，等等。

四、結(jié)束語

系統(tǒng)工程不但是一門科學，也是一種藝術(shù)，具有獨特的屬性，特別是在處理復雜的系統(tǒng)問題時，它需要有高度的工程想象力和創(chuàng)造性思維，體現(xiàn)出科學性與技術(shù)性的統(tǒng)一。系統(tǒng)工程課程的教學在培養(yǎng)系統(tǒng)思維、統(tǒng)籌兼顧、全面規(guī)劃、戰(zhàn)略觀念、創(chuàng)新意識等方面具有明顯優(yōu)勢。

立體化的教學，可以充分發(fā)揮教學資源的作用，通過豐富多彩的教學形式，使學生掌握一套不同于傳統(tǒng)觀念的，建立在現(xiàn)代科學基礎(chǔ)上的思想和理念。然而如何進一步推動系統(tǒng)工程課程的建設(shè)，讓其充滿活力，是每位任課教師都值得深思的問題。這也是一個復雜系統(tǒng)工程，還需要不斷的改革與實踐，真正使學生在教師引導下，通過靜態(tài)與動態(tài)的，橫向與縱向的全方位方式和角度進行學習。

[1] 嚴廣樂, 張寧, 劉媛華.系統(tǒng)工程[M].北京:機械工業(yè)出版社, 2008: 11-13.

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[4] 汪應洛.系統(tǒng)工程[M].第四版.北京: 機械工業(yè)出版社, 2008: 6.

[5] 吳廣謀.系統(tǒng)原理與方法[M].南京: 東南大學出版社, 2005: 5.

Practice on Three-dimensional Teaching of Systems Engineering

Liu Yuanhua, Yan Guangle

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Systems engineering is a basic and major subject with a methodological characteristic. Based on the characteristics of the Systems Engineering course, the paper starts from developing the systems thoughts of the students, and poses to construct a three-dimensional teaching platform from teaching content and teaching space. Then, the paper studies the three-dimensional teaching mode, and explores the methods of three-dimensional teaching. The practice indicates that this three-dimensional teaching has become an important means for cultivating the students’ interest and improving their abilities. It has the promotion and application value.

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G642.0

A

1009-895X(2012)04-0325-04

2011-12-15

2010年上海市教委重點課程建設(shè)資助項目(滬教委高2010-67)

劉媛華(1974-)，女，副教授。研究方向：系統(tǒng)工程。E-mail: liuyh1210@sina.com