系统工程学实验教学改革研究小学教学改革实验研究方案

系统工程学实验教学改革研究小学教学改革实验研究方案 摘要 系统科学与工程是一门综合性交叉学科,其理论与实验并重。将霍尔三维结构体系方法融入海洋技术相关领域从时间维、知识维和逻辑维三维立体空间开展系统工程学课程实验教学改革,让学生深刻理解系统工程学的经典理论,熟练掌握涉海工程的系统思想和技术方法。 关键词 霍尔三维结构体系 系统工程学 实验教学 改革 一、系统工程学实验教学的必要性 按照钱学森院士的观点,系统工程处在系统科学的应用技术层次,在国民经济建设和社会发展中有极其特殊的地位与作用。系统工程学的定义可以从实体和本质两类研究对象方面进行。从实体研究对象看,系统工程学是关于系统工程实践的一般规律和技术方法的知识体系。从本质研究对象看,系统工程学是关于系统工程实践中目标需求与资源供给的矛盾关系的一般规律及其问题解决方法的知识体系。课程实验教学改革研究方面的文献较多,而系统工程科学理论方面的实验教学研究则比较少。张国伍、顾佳探讨了钱学森院士创建的“交通运输系统工程学”的全过程。寇晓东、薛惠锋、任军号构建了系统工程学的“认知理论技术实践”新框架。系统工程学是一门理论性与技术性较强的学科,纯粹的课堂理论教学很难让学生理解与掌握典型系统工程学理论如何在海洋技术领域中应用。因此,系统工程学的实验教学尤为重要,将霍尔三维结构体系理论渗透到海洋系统工程实验教学改革,才能帮助学生树立系统思想,促使学生掌握海洋系统工程实践技术方法以及工程组织管理技术。 二、海洋技术专业系统工程学教学的目的和意义 通过“基于霍尔三维结构体系的系统工程学课程实验教学改革”研究,一方面可为海洋技术专业的学生制订出一套合理的、有效的系统工程学实验教学方案;另一方面,加快海洋技术专业的人才培养计划合理化程度,也培养和锻炼了学生利用系统工程学的理念和技术方法来解决海洋科学问题;从而为测绘工程学院海洋技术专业的可持续发展提供重要的后备人才资源;并进一步最终实现高校服务社会的最高宗旨。 三、霍尔三维结构体系在海洋系统工程学课程实验教学改革中的应用 1.霍尔三维结构体系方法介绍 霍尔三维结构体系是系统工程学中一个极其重要的理论,是美国工程师霍尔在1969年提出的,它主要包含时间维、逻辑维和知识维。在海洋技术专业系统工程课程实验教学改革的整个过程中,时间维分为前后紧密相联的四个阶段,分别是规划阶段、方案阶段和实施阶段以及更新阶段。逻辑维分为相互联系的七个步骤,分别是明确问题、选择目标、系统综合、系统分析、方案优化、作出决策和付诸实施。知识维为完成这些步骤的工作所需的各种专业知识,主要包括海洋测量、海洋遥感、海洋环境、系统工程、计算机和网络等方面的知识。 2.海洋系统工程学课程原有的实验教学安排及存在的问题 淮海工学院测绘工程学院海洋技术专业开设的系统工程学课程选用的教材是袁旭梅等主编的系统工程学导论,课程总课时为32,其中理论课时为26,而实验课时为6,应开3个实验项目。从系统角度看,该课程实验属于综合性实验室,也就是说要在基础性实验的基础上,打破学科之间的界限,实现专业学科间知识的综合、基本实验技术的综合等。从该课程总课时与实验课时安排角度看,与其他高校开设的人机工程学(总课时为30学时,实验学时为10)、草原系统工程(总课时为40学时,实验学时为8)课程课时与实验课时相比较,实验课时安排偏少。海洋技术专业系统工程课程的实验项目与内容提要如表1所示。从表1中可以看出该课程实验教学安排重在介绍系统工程关键技术,而实验之间不存在任何连贯性与衔接性,也就是说没有运用系统的思想从海洋某个实体或本质去设计涉海系统工程实验。 3.海洋系统工程学课程实验教学改革的目标 根据海洋技术专业的特点,基于三维霍尔结构体系在逻辑维上,识别现有的系统工程学实验教学内容存在的问题基础上,不断更新实验教学内容,把能够反映学科前沿的新内容以及涉海单位要求掌握的基础内容充实到实验教学中,逐步增加具有鲜明学科专业特色的开放性、综合性、设计性和创新性实验;引导学生独立思考、自主探索,启发学生创新思维,真正提高学生的创新能力和实际动手能力。衡量该实验安排,必须遵循三条原则:实验本身必须符合系统科学;实验内容必须是与海洋相关的;海洋工程的实验教学能最大限度地为学生未来就业方向提供有效服务。 4.系统综合 针对我院海洋技术系师资结构、多年教学经验以及相应的调查问卷,搜集并综合可能达到预期目标的方案策略共三种,详细介绍如表2、表3和表4所示。表2中的实验教学方案设计为海洋水色遥感系统工程,表3中的实验教学方案设计为海洋深度测量系统工程,表4中的实验教学方案设计为沿海滩涂盐沼植被环境监测系统工程。 5.系统分析 系统分析是对系统综合种所有候选方案进行模型化的过程,即把每个方案的参数与目标结合起来建立模型的过程,是通过必选进行方案选择的过程。本文对以上三个备选方案采用专家打分法系统地进行比较、分析。共发放15位专家进行打分,结果如表5所示。表5中得分统计中设置5分制,5分为最好,4分为较好,3分为好,2分为一般,1分为不好,即方案不予采用。系统工程学实验教学方案的最终得分采用公式进行计算。 6.方案优化 在对3种方案进行系统分析之后,专家们提出改革后的实验学时过多。原有的实验总学时为6学时,而改革后的三种实验学时均为20课时。我们对实验方案1进行了优化,将实验总课时压缩为10课时,其中“赤潮水体光谱测量系统工程的系统分析”部分和“赤潮水体光谱测量实验方案的系统设计”部分均压缩为2课时,“赤潮水体光谱测量”部分压缩到4课时,“系统评价赤潮水体光谱特征分析”部分压缩为2课时;课程总课时不变。为了切实提高学生系统思想,让学生熟练掌握海洋遥感工程技术和规律,实验课时的压缩要求学生在实验前准备以及实验后分析部分需要占用一些课余时间。7.付诸实施 将改革后的系统工程学实验教学方案应用到海洋07和08级学生,效果较好。一方面,激发了07级学生对海洋遥感的极大兴趣,有些学生甚至将海洋遥感作为考研方向。另一方面,切实为学生提供了一个创新平台,提高了学生的动手能力、树立了学生的系统思想。 四、结论 本文基于霍尔三维结构体系对海洋技术专业开设的系统工程学课程的实验教学方案进行了改革。文章主体部分主要利用“三维结构”之逻辑维的七个步骤进行阐述。知识维贯穿其中,时间维的四个阶段规划阶段、方案阶段和实施阶段以及更新阶段,其中系统工程学课程实验教学问题识别属于规划阶段,系统综合、系统分析和方案优化属于方案阶段,付诸实施属于实施阶段;由于方案实施的时间较短,目前还没有发现任何本质问题,因此尚未进入更新阶段。 _: 1袁旭梅,刘新建,万杰编.系统工程学导论M.北京:机械工业出版社,xx. 2卢霞.地理信息系统原理教学中存在的不足与改革J.淮海工学院学报(自然科学版),xx,(17). 3刘付程,张德利,谢宏全等.地理信息系统专业实验教学体系改革初探J.淮海工学院学报(自然科学版),xx,(16). 4张国伍,顾佳.钱学森院士与创建交通运输系统工程学对钱学森院士的追思J.交通运输系统工程与信息,xx,10(1).