时间：2023-04-08 11:44:29
序论：在您撰写系统科学与工程论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
英文名称：System Sciences and Comprehensive Studies in Agriculture
主管单位：黑龙江省科学院
主办单位：中国科学院东北地理与农业生态所
出版周期：季刊
出版地址：黑龙江省哈尔滨市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1001-0068
国内刊号：23-1158/S
邮发代号：14-151
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1985
期刊收录：
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉：
Caj-cd规范获奖期刊
联系方式
1)生物学、化学、物理学占据上海自然科学领域科技发展与学科建设的主导地位。
上海自然科学领域中生物学、化学、物理学分别名列前三位，占据上海自然科学领域学科发展的主导地位。排在后面的依次为信息与系统科学、地学、数学、天文学和力学。除生物学、化学、物理学三个学科科技发展的主成分得分为正外，其他五个学科科技发展的主成分得分均小于零，表明上海自然科学领域的多数学科的科技发展低于整体水平(见表1)。
表1 上海自然科学领域学科发展的综合评价
投入
产出
综合
排序
生物学
1.7461
0.98206
1.79619
1
化学
0.87113
1.18576
0.83031
2
物理学
0.81642
1.32005
0.76775
3
信息与系统科学 -0.41952 -0.77932 -0.37558 4
地学
-0.54201 -0.6447
-0.52783 5
数学
-0.71232 -0.20092 -0.7645
6
天文学
-0.88765 -1.14172 -0.84543 7
力学
-0.87214 -0.7212
-0.8809
8
2)上海自然科学领域的科技发展与学科建设在全国具有明显优势，但与北京差距明显。
在自然科学学科中，上海除地学外，其他学科国际科技论文数均进入前三名，其中数学、力学、物理学、化学、天文学、生物学六个学科在大陆排名第二(仅次于北京)，信息与系统科学国际科技论文数排在北京、湖南之后，名列第三(见表2)。虽然上海自然科学领域各学科国际科技论文数均位居前列，但与北京相比，差距明显，特别值得注意的是除天文学外，上海其他学科国际科技论文数均不足北京的1/2。在国内科技论文方面，上海自然科学领域中的力学、物理学、化学、信息与系统科学、天文学和生物学有明显优势，数学与地学国内科技论文未能进入前三名(见表2)。特别值得注意的是除数学外，上海其他学科国内科技论文均不足北京的1/2。
表2 2001年自然科学领域各学科国际国内前三名地区
国际论文
国内论文
第一名 第二名 第三名 第一名 第二名 第三名
数学
北京 上海 江苏
北京 江苏 湖北
力学
北京 上海 陕西
北京 上海 陕西
信息与系统科学 北京 湖南 上海
北京 湖北 上海
物理学
北京 上海 江苏
北京 上海 安徽
化学
北京 上海 江苏
北京 上海 江苏
天文学
北京 上海 江苏
北京 江苏 上海
地学
北京 湖北 江苏
北京 江苏 湖北
生物学
北京 上海 湖北
北京 广东 上海
资料来源：2001年度中国科技论文统计与分析(年度研究报告)，中国科学技术信息研究所，2002，23-24。
3)知识流动不足、系统失灵是制约上海自然科学领域科技发展与学科建设的瓶颈。
科技发展与学科建设的效率，就其实质而言，是新的知识在一个系统中创造、流动和利用的效率。它取决于诸创新要素的创新动力、能力和互相之间相互作用的效率。而决定创新要素的创新动力、能力和互相作用则取决于经济科技制度的安排，政策体系的设计，基础设施建设的水平和创新文化的氛围。建设知识创新体系，提升学科建设与科技发展能力的关键是通过制度、政策和环境的作用，提高创新各要素的创新动力、能力和达到创新目标的要素间的互动。从本质上看，创新体系是由存在于企业、政府和学术界的关于科技发展方面的相互关系与交流所构成的。在这个系统中，相互之间的互动作用直接影响着创新的成效和整个经济体系。创新体系的核心内容是科学技术知识的循环流转。表3所示上海自然科学领域R&D项目按项目合作单位分组情况，2/3左右的项目为独立完成，表明知识流动不足、系统失灵成为制约上海自然科学领域科技发展与学科建设的瓶颈，如何采取有效措施加速知识流转、战胜科技发展与学科建设中的系统失灵是上海自然科学领域知识创新体系建设面临的长期任务。
表3 上海自然科学领域R&D项目按项目合作单位分组情况
项目数 项目参加人员全时当量 科学家和工程师 项目经费支出
与境外机构合作
114
343
275
5122
与国内高校合作
127
305
221
7258
与国内独立研究院所合作
107
243
177
2526
与境内注册外商独资企业合作 38
127
118
2360
与境内注册其他企业合作
915
2103
1895
25427
独立完成
2545
4408
2707
32311
其他
26
124
102
1384
资料来源：上海市全社会R&D资源清查工作小组。上海市R&D清查数据汇编，2001，72。
2 上海工程与技术领域科技发展的学科结构与绩效评价
1)学科在国内的比较优势。
在工程与技术科学领域20个学科的国际科技论文排名中，北京包揽了20个学科的第一名，上海只有材料科学、冶金与金属学、机械与仪表、动力与电气、电子通讯与自动控制、计算技术、化工、土木建筑、交通运输9个学科排名第二(仅次于北京)，上海能源科学技术和环境工程两个学科国际论文排名第三(见表4)。
表4 2001年工程与技术科学领域各学科国际国内前三名地区
国际论文
国内论文
第一名 第二名 第三名
第一名 第二名 第三名
工程与技术基础学科 北京 河北 山西
北京 陕西 江苏
测绘科学技术
北京 四川 陕西
北京 湖北 江苏
材料科学
北京 上海 辽宁
北京 上海 陕西
矿山工程技术
北京 江苏 湖南
北京 湖南 江苏
冶金、金属学
北京 上海 辽宁
北京 辽宁 上海
机械、仪表
北京 上海 陕西
北京 江苏 陕西
动力与电气
北京 上海 江苏
北京 湖北 陕西
能源科学技术
北京 湖北 上海
北京 山东 黑龙江
核科学技术
北京 安徽 四川
北京 四川 甘肃
电子、通信与自动控制 北京 上海 陕西
北京 陕西 上海
计算技术
北京 上海 江苏
北京 江苏 上海
化工
北京 上海 湖北
北京 江苏 上海
轻工、纺织
上海 北京 四川
北京 广东 上海
食品
北京 江苏 广东
广东 浙江 江苏
土木建筑
北京 上海 江苏
北京 上海 江苏
水利
北京 湖北 江苏
湖北 北京 江苏
交通运输
北京 上海 江苏
北京 上海 湖南
航空航天
北京 陕西 黑龙江
北京 陕西 江苏
环境
北京 江苏 上海
北京 江苏 上海
安全科学技术
北京 湖南 安徽
北京 湖南 江苏
资料来源：2001年度中国科技论文统计与分析(年度研究报告)，中国科学技术信息研究所，2002，23-24。
在工程与技术科学领域20个学科国内科技论文排名中，北京有18个学科排名第一，只有食品和水利分别由广东和湖北名列第一，而上海只有9个学科进入前3名，其中材料科学、土木建筑、交通运输3个学科名列第二，冶金与金属学、电子通信与自动控制、计算技术、化工、轻工与纺织、环境工程名列第三(见表3)。
2)上海工程与技术科学领域科技发展与学科建设占主导地位的学科。
上海工程与技术科学领域中占据科技发展主导地位的8个学科依次是电子通信与自动控制、机械与仪表、航空航天、材料科学、化工、计算技术、动力与电气、交通运输。上海工程与技术科学领域科技发展最为薄弱的5个学科是测绘科学与技术、水利、矿山工程技术、安全科学技术和食品。特别值得注意的是2/3的学科科技发展的主成分得分小于零，表明上海工程与技术科学领域60％的学科科技发展低于平均水平(见表5)。
表5 上海工程与技术科学领域学科发展的综合评价
投入
产出
综合
排序
电子、通信与自动控制
2.93105
2.48946
2.96681 1
机械、仪表
1.38674
0.06872
1.29458 2
航空航天
1.16586
-0.81414 0.98384 3
材料科学
0.57576
1.29195
0.67626 4
化工
0.61197
0.94682
0.66216 5
计算技术
0.35117
1.86971
0.51358 6
动力与电气
0.49477
0.42028
0.50252 7
交通运输
0.45473
-0.19787 0.40005 8
土木建筑
-0.32659 0.6906
-0.23377 9
工程与技术基础学科
-0.26822 -0.66067 -0.31811 10
冶金、金属学
-0.46472 0.25968
-0.40773 11
轻工、纺织
-0.46716 -0.475
-0.47954 12
环境
-0.69617 -0.31043 -0.67619 13
核科学技术
-0.72349 -0.79265 -0.75082 14
能源科学技术
-0.79072 -0.50098 -0.78198 15
食品
-0.76882 -0.90066 -0.80184 16
安全科学技术
-0.81005 -0.84276 -0.83462 17
矿山工程技术
-0.8642
-0.85314 -0.88633 18
水利
-0.89218 -0.8347
-0.91028 19
测绘科学技术
-0.89975 -0.85423 -0.91858 20
3)上海工程技术领域科技论文产出与北京差距悬殊。
在工程与技术科学领域国际科技论文方面，上海排在前3名的11个学科中，除材料科学与土木建筑两个学科外，冶金与金属学、机械与仪表、动力与电气、电子通信与自动控制、计算技术、化工、交通运输、能源科学技术和环境工程9个学科的国际科技论文数均不足北京的1/2。
在工程与技术科学领域国内科技论文方面，上海进入前3名的9个学科，除材料科学、轻工与纺织两个学科外，土木建筑、交通运输、冶金与金属学、电子通信与自动控制、计算技术、化工、环境工程等7个学科国内科技论文均不足北京的1/2。
4)加强产学研合作、战胜系统失灵是上海工程技术领域科技发展与学科建设面临的基本任务。
表6所示上海工程技术领域R&D项目按项目合作单位分组情况，70％左右的项目为独立完成，表明知识流动不足、系统失灵成为制约上海工程技术领域科技发展与学科建设的瓶颈，如何采取有效措施加强产学研合作、战胜系统失灵是上海工程技术领域科技发展与学科建设面临的基本任务。
表6 上海市工程与技术科学领域R&D项目按项目合作单位分组情况
项目参加人
项目数 员全时当量 科学家和工程师 项目经费支出
与境外机构合作
201
3341
2169
74523
与国内高校合作
437
1762
1415
21865
与国内独立研究院所合作
644
3021
1745
24587
与境内注册外商独资企业合作 94
854
608
19073
与境内注册其他企业合作
1431
4551
3454
52744
独立完成
6934
22836
15879
219665
其他
293
1592
1198
10703
资料来源：上海市全社会R&D资源清查工作小组。上海市R&D清查数据汇编，2001，75。
3 上海农业科学领域科技发展的学科结构与绩效评价
1)农学和水产学占据上海农业科学领域中科技发展与学科建设的主导地位。
上海农业科学领域中占据科技发展主导地位的学科是农学和水产学，林学、畜牧与兽医科学相对薄弱(见表7)。
表7 上海农业科学领域学科发展的综合评价
投入
产出
综合
排名
农学
1.21943
1.45978
1.26327
1
水产学
0.28854
-0.26992
0.2164
2
畜牧、兽医科学 -0.3714
-0.38479
-0.37749 3
林学
-1.13657
-0.80507
-1.10218 4
2)上海农业科学领域各学科与国内先进地区有相当差距。
在农业科学领域4个学科国际科技论文排名中，北京的农学和林学、甘肃的畜牧兽医、湖北的水产学国际科技论文排名第一，上海在农业科学领域各学科国际科技论文无一进入前3名(见表8)。在农业科学领域4个学科国内科技论文排名中，北京的农学、浙江的林学，江苏的畜牧兽医、山东的水产学国内科技论文排名第一，上海在农业科学领域各学科国内科技论文无一进入前3名(见表8)。无论是国际科技论文、还是国内科技论文，上海农业科学领域各学科与国内先进地区都有相当大的差距。
表8 2001年农业科学领域各学科国际国内科技前三名地区
国际论文
国内论文
第一名 第二名 第三名
第一名 第二名 第三名
农学
北京
浙江
江苏
北京 江苏 浙江
林学
北京
黑龙江 安徽、福建、 浙江 北京 福建
广东、陕西
畜牧、兽医科学 甘肃
云南
北京
江苏 北京 甘肃
水产学
湖北
山东
广东
山东 广东 福建
资料来源：2001年度中国科技论文统计与分析(年度研究报告)，中国科学技术信息研究所，2002，23-24。
4)知识流动不足是上海农业科学领域科技发展与学科建设相对薄弱的重要原因。
表9所示上海农业科学领域R&D项目按项目合作单位分组情况，64％的项目为独立完成，表明知识流动不足是上海农业科学领域科技发展与学科建设相对薄弱的重要原因，如何采取有效措施加强产学研合作、战胜系统失灵是加强上海农业科学领域科技发展与学科建设面临的重要任务。
表9 上海农业科学领域R&D项目按项目合作单位分组情况
项目数 项目参加人员全时当量 科学家和工程师 项目经费支出
与境外机构合作
24
46
38
229
与国内高校合作
25
72
45
613
与国内独立研究院所合作
48
86
68
442
与境内注册外商独资企业合作 2
5
4
18
与境内注册其他企业合作
69
124
99
506
独立完成
312
420
269
3716
其他
9
8
3
25
资料来源：上海市全社会R&D资源清查工作小组。上海市R&D清查数据汇编，2001，73。
4 上海医药科学领域科技发展的学科结构与绩效评价
1)上海医药科学领域科技发展与学科建设在全国具有明显优势，但与北京仍有相当差距。
在医药科学领域6个学科国际科技论文排名中，北京的预防医学、基础医学、临床医学、中医学四个学科排名第一，上海的药物学和特种医学两个学科排名第一。此外，上海的基础医学、临床医学排名第二，中医学排名第三(见表10)。在医药科学领域国际科技论文方面，上海除药物学和特种医学外其他4个学科与北京均有一定的差距。
表10 2001年医药科学领域各学科国际国内前三名地区
国际论文
国内论文
第一名 第二名
第三名 第一名 第二名 第三名
预防医学 北京 浙江、广东
北京 广东 上海
基础医学 北京
上海
广东
北京 广东 上海
药物学
上海
北京
江苏
北京 广东 上海
临床医学 北京
上海
广东
北京 广东 上海
中医学
北京
云南
上海、江苏 北京 广东 江苏
特种医学 上海
北京
广东
北京 陕西 上海
资料来源：2001年度中国科技论文统计与分析(年度研究报告)，中国科学技术信息研究所，2002，23-24。
国内科技论文排名中，北京包揽了6个学科国内科技论文的第一，上海除中医学国内科技论文未进入前三名外，预防医学、基础医学、药物学、临床医学和特种医学国内科技论文均排名全国第三(见表11)。在医药科学领域国内科技论文方面，上海6个学科与北京均有一定的差距，特别值得注意的是中医学和特种医学国内科技论文不足北京的1/2。
表11 上海医药科学领域学科发展的综合评价
投入
产出
综合
排名
临床医学
1.495
1.583
1.56579 1
药学
0.89727
-0.15227 0.79183 2
基础医学
-0.33507 0.84777
-0.246
3
中医学与中药学
-0.21555 -0.8431
-0.27284 4
预防医学与卫生学
-0.69136 -0.64275 -0.70052 5
军事医学与特种医学 -1.1503
-0.79264 -1.13826 6
2)上海医药科学领域中占据科技发展主导地位的学科是临床医学和药学。
上海医药科学领域中占据科技发展主导地位的学科是临床医学和药学，中医学与中药学、基础医学、预防医学与卫生学、军事医学与特种医学科技发展相对薄弱。
3)知识流动不足是影响上海医药科学领域科技发展与学科建设的制约因素。
表12所示上海医药科学领域R&D项目按项目合作单位分组情况，85％的项目为独立完成，表明知识流动不足是上海医药科学领域科技发展与学科建设相对薄弱的重要原因，如何采取有效措施加强产学研合作、战胜系统失灵是加强上海医药科学领域科技发展与学科建设面临的重要任务。
表12 上海医药科学领域R&D项目按项目合作单位分组情况
项目参加人
项目数 员全时当量 科学家和工程师 项目经费支出
与境外机构合作
37
124
114
7510
与国内高校合作
142
258
170
1607
与国内独立研究院所合作
113
234
171
1921
与境内注册外商独资企业合作 6
10
7
119
与境内注册其他企业合作
97
195
166
2343
独立完成
3074
4857
3192
20038
其他
139
125
英文名称：Journal of Systems Science and Mathematical Sciences
主管单位：中国科学院
主办单位：中国科学院系统科学研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
语
种：中文
开
本：16开
国际刊号：1000-0577
国内刊号：11-2019/O1
邮发代号：2-563
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：1981
期刊收录：
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊：
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉：
中科双效期刊
联系方式
期刊简介
《系统科学与数学》（月刊）创刊于1981年，是由中国科学院主管、中国科学院数学与系统科学研究院主办的学报类月刊。
《系统工程》是在中国著名科学家钱学森的倡导与支持下，于1983年创办的综合性科技期刊。主要刊载中国系统科学与系统工程、管理科学与工程研究前沿的理论、方法及应用创新成果，在较大程度上体现了这两大学科的研究水平与发展趋势，对推动中国系统科学与管理科学的发展发挥了重要作用。读者对象为高等院校师生，软件学研究人员，各级领导干部，管理工作者以及有志于研究应用系统工程的同志。
主要栏目
理论与综述、物流系统工程、金融系统工程、社会经济系统工程、生态环境系统工程、交通系统工程、 信息系统与管理、方法与应用等。
《系统工程》在广大作者、读者的大力支持下，内容质量逐步提高，学术影响不断扩大，已先后进入"中国科技论文统计源期刊"、"中国科学引文数据库核心期刊"、"国家自然科学基金委员会管理科学重要期刊"、"全国中文核心期刊"、"中国学术期刊（光盘版）全文收录期刊"、 "中国期刊全文数据库全文收录期刊"、"中国学术期刊综合评价数据库统计源期刊"行列，并在《中国学术期刊（光盘版）检索与评价数据》执行评优活动中，荣获首届《CAJ-CD规范》执行优秀期刊奖。根据中国学术期刊（光盘版）电子杂志社文献检索分析中心统计分析，2008年统计前五年影响因子达1.12，在全国自然科学总论类核心期刊中名列前位。
森林培育学是研究森林培育理论和实践的学科，是从林木种子、苗木、造林到林木成林、成熟的整个培育过程中按既定培育目标和客观自然规律所进行的综合培育活动，是林学最主要的二级学科，具有基础面宽，实践性和区域性强的特点。近年来，随着科学技术的不断发展，特别是作为森林培育学基础科学的生态学、遗传学、生理学、气象学、土壤学、地质学取得了巨大的进展，一些新的理论和技术已被广泛应用到林业生产实践中，对于森林培育学的发展起到了显著的推动作用。而且，当前林业的主导功能已从简单的提供木材转向维护生态平衡转变。因而，森林培育学的目标、范围、理论和技术体系已大大扩展，但是在系统科学理论的运用上则明显滞后，与生产上对系统科学的迫切需求形成鲜明对照。很多林业生产实践都具有跨部门、跨学科、跨区域的综合性特点，要将这些不同领域、不同学科的知识和理论综合协调起来为森林培育服务，因而，在森林培育学教学模式中要广泛运用系统科学的有关理论和方法，丰富森林培育学的理论基础，优化森林培育学的教学环节，培养更加符合当今快速发展的社会对森林培育复合型人才的需求。
1森林培育学教学过程中系统科学理论知识的不足
森林培育学是以生态学作为其理论基础的核心，但是生态学科已广泛采用的系统科学理论和方法并未引入到森林培育学中，大多数森林培育学科的研究人员对系统科学理论和方法仍然感到陌生。目前大多数森林培育学教材或著作，仍以个体生态学或群落生态学的理论为基础，尚未充分体现系统科学理论的思想。现在生产上已普遍认识到，造林工作是一项系统工程，需要多学科的科技知识集成，需要多方面人才的通力协作，只有在系统思想指导下，才能合理安排农、林、牧、副各业用地，才能正确处理农、林、牧之间的关系[2]。森林培育从采种、育苗、造林到抚育采伐，涉及一系列各个方面的技术，在科技发展日新月异的今天，适用于造林的新品种、新技术、新工艺、新材料层出不穷，如何将这些新成果进行优化、组合、配套，在生产实际中发挥更大作用，更是迫切需要系统思想的指导。目前，生产实际需要和所培养人才的知识结构之间存在着较大距离。由于林学专业本科的教学活动中没有关于系统科学的课程，这就使得从林业院校毕业的本科生没有形成扎实、完整的系统思想，这对于他们即将面对的造林这一越来越复杂的系统工程，并未做好知识结构和思想上的准备[3]。所以，缺乏系统思想和理论的全面指导便是森林培育学理论基础的不足之处。同时，在森林培育学的教学过程中，由于缺乏系统科学理论的支撑，整个教学环节没有得到很好的优化。理论课与实践课的学分配比、时间安排都存在着一定的弊端；教学方式单一，没有更好地激发学生的兴趣；师生互动效果较差，缺乏师生间的良好反馈；实践教学单一，难以适应林业生产实践的需求；教学过程中各要素的配置不太合理。即使采取了一些改革措施，也都是不系统、相互割裂、片面的、无序的，没有把整个森林培育过程和森林培育学的授课环节作为一个系统工程来对待，因而，急需采用系统科学的一些理论和方法优化森林培育学的教学过程，从而形成一套高效、系统、合理的教学体系。
2系统科学指导和丰富森林培育学是大势所趋
系统科学是20世纪中叶形成、近几十年来发展十分迅猛的一个大门类新兴学科。它把事物看作系统，从系统结构和功能，从系统的演化，研究各学科的共性规律，是各门学科的方法论和基础[4]。系统科学理论包括信息论、控制论、系统论，它是新兴的科学方法论。从系统科学来认识森林培育学是一个多因素、多层次、多功能的复杂系统，把森林培育学教学过程作为一个整体加以分析研究，统筹全局，立足整体，对森林培育学教学过程的优化提供了重要思维方式和重要手段。三论是一个相互关联的整体，从它归纳总结出的三大原理——反馈原理、有序原理和整体原理是森林培育学取得优化教育效果的重要理论基础。信息论是研究教学过程中师生间的教学关系系统，是关系教育信息如何传递，变换和反馈的理论，教育控制论是在教育系统中，运用信息反馈来控制和调节教师的行为，从而达到既定目标的理论，教育系统论是把教育视为一个复杂的系统，这个系统是由教育目的、内容、媒体、方法、设施及教师、学生和管理人员组成的一个有机整体。森林是以乔木和其他木本植物为主体，多种生物与环境相互依赖、相互作用的复杂系统。它是一个整体，整体与各部分之间是一种非线性的关系，从而使得在整体层次上会涌现出各组成部分所不具备的新特性。由于森林的多目标和多种效益，森林培育从来就不是林业专业和林业部门所能独自完成的事情，它还涉及社会、经济、土地资源、农业、水利、畜牧、环保、旅游等诸多方面。因此，森林培育学涉及的不仅是森林生态系统，还涉及自然系统、社会系统等多方面和多层次的系统。对于这样一个需要处理多个系统相互关系的学科，仅仅以生命科学和环境科学作为其理论基础就表现出一定的局限性，所以有必要用系统科学来指导和丰富森林培育学的有关理论，使森林培育学建立在更加宽广、稳固的基础之上。
3基于系统科学理论的森林培育学课程体系优化设计
3.1基于整体性原理的森林培育课程体系优化设计为了配合当前高等教育的厚基础、宽口径、高素质的人才培养策略，应对课程理论教学时间的压缩、森林培育理论与技术的飞速发展以及社会用人单位对学生专业课程知识要求发生转变，基于系统科学中的整体性原理，探讨森林培育课程体系的优化设计模式：①合理优化森林培育学理论课与实践课的学时数量配置比例。在教学过程中，合理平衡理论课教学学时数量、提高课程实习和课程设计时间、增加课堂讨论和课程阶段性专题论文等。通过优化课程体系提高学生对课程核心内容的掌握、理解能力。②融入系统思想到森林培育学的教学过程当中，考虑专门用2～3章节来论述营建森林生态系统的系统思想和系统方法，从而让学生意识到把森林培育作为一项真正的系统工程。③探索新的教学方式，在理论教学中，改变传统灌输式教学方式，以生产实践中的技术实例为核心，通过解析讲授课程中的关键理论和技术，尤其是突出目前生产中形成的、推广辐射面较大的新技术解析，使理论教学向突出重点、辐射全面方向努力尝试。通过课堂问答、课堂讨论和专题论文交流，提高师生间的互动性，进一步活跃教学气氛，从而在相对较短的教学时间内完成了大纲中的重点教学内容，并促进学生课后复习并自觉补充教材内的其他内容。④优化森林培育学的实践环节。在教学实习中增加森林培育学中的新技术和新理论，如天然林和人工林抚育间伐设计、造林和营林各环节的实地考察、造林和抚育工作的质量检查验收等实习内容。聘请生产中长期从事技术工作的技术员现场教学，从而在现场把课程理论和技术紧密结合起来，形成效果良好的生产实践第二课堂。
3.2基于反馈性原理的森林培育学课程反馈信息平台的建立构建森林培育学课程反馈平台体系，设计相关的调查问卷，学生将自己对任课教师授课的总体评价(包括讲授方式适宜性、举止言谈的示范性、讲授内容可接受性、教学互动性、课件可利用性、讲授语言表达准确性等等)反映在平台中，通过教师在平台中查看结果和教务处、学院的具体反馈意见，使教师及时了解自己的教学效果，并克服问题，改正错误，及时修正课程体系中的具体措施。同时，为了更加有效地促进学生学习，将教学课件、复习思考题等在教学平台上公布，并通过平台及时了解学生的需求，对学生进行个性化答疑辅导，使学生在课堂之外能够获得更多感兴趣的课程知识，也解决了课堂教学时间不足、学生与教师接触时间较少的问题。
3.3基于有序性原理的森林培育学教学过程中各要素的合理配置模式设计①通过教辅手段多样化提高学生对课程核心内容的感观认知度。森林培育学是一门实践性非常强的课程，课堂中的理论教学难度较大。为此，在教学中通过将生产实践各环节的图片、表格等资料与理论内容密切结合的手段，提高多媒体教学的效率和学生对生产实践的感性认识。同时，还使用必要的实物和生产实践影像资料，加深学生的实践感观认识。②通过持续调研总结有效地缩小课程内容与生产实践的差异度。同时，为了解决教材内容相对滞后与森林培育理论与技术发展较快间的矛盾，授课教师结合科研、会议、调研等，不断收集素材，并及时整理，整合到教学中。如国外的机械整地、迹地清理，国内西北地区的新整地方法，生态公益林抚育新方法，风景游憩林改造技术等。
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主管单位：江苏省教育
主办单位：南京信息工程大学
出版周期：双月刊
出版地址：江苏省南京市
语
种：中文
开
本：大16开
国际刊号：1674-7070
国内刊号：32-1081/N
邮发代号：28-404
发行范围：国内外统一发行
创刊时间：2009
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关键词:系统模拟与仿真;课程教学;实例演示
中图分类号:TP391文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)22-6369-03
Simulation Exemplars for System Simulation Course
HUANG Han-ming
(College of Computer Science and Information Engineering, Guangxi Normal University, Guilin 541004, China)
Abstract: This paper briefly narrates the general concepts of system and various system theories, and introduces the necessity of system simulation for the researches of systems. Then the teaching purpose and main contents of system simulation course are given. After that, some understandings in this course teaching experiences are presents. Finally, several having applied measures which might be helpful to enhance the effect of teaching are discussed:reinforce simulation principles teaching, guide students broadening scope of knowledge, use simulation case studies as education emphases
Key words: system simulation; course pedagogy; exemplar demonstration
系统是一个与环境相对的概念,任何相互联系、相互影响、相互作用的部分所组成的一个整体皆可称为一个系统。系统的各个组成部分之间,通过物质、能量和信息的交换而相互关联、相互影响、相互作用;系统与环境之间,亦存在着物质、能量和信息的输入、输出关系。早在古代中国和古希腊的哲学中,就包含朴素的系统思想。随着社会的发展和近、现代科学技术的兴起与进步,在军事、工程、经济、社会等诸多领域,都存在着大量的有关系统的问题。为解决这些问题,20世纪40年代相继产生了运筹学、控制论、信息论和一般系统论等系统理论;20世纪40年代以来,系统理论被大量应用于工程实践,系统工程应用学科迅速发展,同时其他科学技术学科也在不断获得新的突破与发展,从而对各种系统的性质和规律的认识在不断深入,产生的一些新的系统理论:耗散结构理论、协同学、动力系统理论、混沌理论、突变论等。
当前,对复杂及复杂适应系统的研究是系统科学这门学科的热点。国际上,有关复杂系统的系统科学研究可分为三个主要学派:“欧洲学派” ―― 以非线性自组织理论为核心内容的系统理论(系统元素为无机物,源于物理、化学系统);“美国学派” ―― 以圣菲研究所(SFI)为代表的理论框架(系统元素为有机物,具主动性,源于生物系统);“中国学派” ―― 以开放的复杂巨系统理论为核心的体系(系统元素为“人”,源于大工程协作系统)。其实,这三个主要学派的主要区别只是从系统的不同层次为出发点去把握系统的性质和规律;它们的共同点可认为是要从整体上去认识问题和解决问题,对系统的许多性质,部分和的累加并不一定等于整体,整体很可能大于部分和,由于涌现性,整体会出现一些任一部分所不曾拥有的新性质。
由于现实系统的广泛性、多样性和复杂性,如果直接对系统进行观测、实验和研究,可能会对真实系统造成破坏性影响而且可重复性很可能也差,或者用真实系统试验时间过长,或费用太昂贵。对于工程系统,在系统建立之前需要对其结构、行为特性开展研究,但真实系统尚不存在。这些情况下,系统的模拟仿真是唯一可行的研究手段。
1 系统模拟仿真课程的教学目的
系统模拟仿真课程的教学目的为:培养学生科学分析和解决各类学科中出现的一般复杂系统问题的能力,掌握多种解决各种复杂系统问题的研究、设计与分析方法。通过本课程的教学,希望学生能了解系统模型的形式化描述;掌握连续系统的时域与频域建模仿真方法:龙格-库塔法、线性多步法、离散相似法、替换法、根匹配法等;了解离散事件系统的一般概念和离散事件系统的建模工具――Petri网,掌握经典的离散事件系统:单服务台与多服务台排队系统,库存系统等的仿真方法;掌握离散事件系统的仿真输出数据的分析方法;了解现代仿真技术――虚拟现实技术的一般概念、分析建模方法和和基于Agent的的建模方法及Swarm仿真和分布建模仿真。
系统科学专业硕士点的设立是为了满足国家和广西的经济和社会发展的需要,旨在培养高层次的复合型研究与管理人才。系统科学专业硕士点有两个专业:系统理论和系统分析与集成,其中系统理论专业从2004年起开始面向全国招生,系统分析与集成专业从2006年起招生。系统模拟仿真课程是系统科学专业硕士生的必修课程,本人从2006年起到目前为止连续5年担任了本门课程的任课教师,在此对这几年的教学实践作些总结,以图对本课程后续的教学水平的提高和教学效果的完善能有所帮助。
2 课程基础建设
专业课程与选修课程的组成,不同课程的先后安排和教材的选择对教学目的之达成与教学效果之提高至关重要。系统模拟仿真课程的先修课程为:控制理论,概率统计,至少一种通用程序设计语言(如:C/C++程序设计语言和Matlab编程语言)。这几年教学过程中的有些学期,在本课程刚开始时,有些学生反映从未接触过其中一门或两门先修课程,应学生的要求,用一、两次课程的时间介绍相应课程,解释其中的重要内容,并鼓励学生自学相应课程,难懂之处同学之间互相探讨,并及时向老师请教。教材选择的是美国多家高校系统仿真类课程普遍采用的, 由清华大学出版社出版的原版影印英文教材[1]。该教材着眼于离散事件系统仿真的原理和方法学的阐述,基本概念通过实例加以阐述展开,对仿真方法、技术谈论深入,对新技术发展方向描述明确。该教材以C/C++和Fortran为仿真算法的主要编程语言。
开始的连续2年只使用该教材进行教学,有些学生反应跟不上教学进度,仔细了解,跟不上的原因是难以完全读懂教材中的英文内容和从未学过C/C++和Fortran语言。为让每位学生都能掌握好基本仿真方法、技术而又不失去对仿真前沿研究的了解,后增加系统科学与系统的一般理论及其工程应用[2]的介绍,连续系统仿真原理[3]的介绍和较容易编程实现的仿真实例教学[4]。作业与考试方式、频次的安排设置对加强学生的学习动力和提高学习效果起着极大的作用,除了常规作业和期末考试外,增加了每学期每位学生上讲台讲解至少30分钟提前布置的、要求学生课后完成的仿真建模实例小作业并接着深入讨论。还安排了学期结束时应完成的较复杂的系统仿真编程大作业,并撰写一份系统仿真应用的研究报告。
3 提高教学效果的措施
3.1 加强仿真原理教学
现代仿真是基于计算机、利用合适的算法通过模型(物理的或数学的)以代替实际系统进行实验和研究的一门学科和实验技术。 仿真过程中系统、模型与计算机(包括软、硬件)的关系如图1所示。这里模型通常是指数学模型。常用的数学模型[5]有:初等模型、确定性连续模型、确定性离散模型和随机模型。如该图所示,系统建模、仿真建模和仿真实验为系统仿真的三个基本活动。
系统的模型是实际系统的简化或抽象,分物理模型与数学模型。系统模型的形式化描述一般可表述为:
S=(T,U,Ω,X,Y,δ,f)
其中:T―时间基, 其若为整数,则系统S为离散系统,若为实数,则系统S为连续系统;U―输入集,U?奂Rn,n∈I+;Ω―输入段集,某时间内的输入模式,是(U,T)的子集;X―系统状态集,是系统内部结构状态建模的核心;Y―系统输出集;δ―系统状态转移函数;f―系统输出函数,可表达为:f:X×U×TY。
实际建模时,模型描述的详细程度可用如下3个水平来表示:(1)行为水平,只知系统的输入输出,系统被视为“黑箱”;(2)分解结构水平,系统输入输出及结构组成已知,系统被视为多个简单“黑箱”的组合;(3)状态结构水平,系统的输入输出,内部状态及转移函数皆为已知。要全面了解仿真过程的核心内容,需要较全面的数学知识、计算方法知识和编程语言知识。
由图1可知,系统仿真的第1步是建立系统的数学模型。虽然另有一门课程―《数学模型》(或称《数学建模》)(应用数学专业课程)专门介绍个各种数学建模方法,如不特别介绍,本专业学生或许不知有该课程的存在。在建立好系统数学模型的基础上,可能需要利用《计算方法》中的专门知识,基于学生熟悉的编程语言(Fortran,C/C++, C#或Matlab等),如学生对任一编程语言都不了解,推荐学生优先选择较容易入门且有大量编程工具箱可资利用的Matlab编程语言,把数学模型转化为计算机算法程序,得到仿真模型。在设置好各可调参数条件下运行仿真模型(即仿真算法程序),即可得到一系列的输出,这些输出要进行各种分析[1],如条件允许,并应该与实际系统的相应数据作对比分析。
3.2 引导学生扩展知识面
仿真技术广泛应用于工程领域--机械、航空、电力、冶金、化工、电子等方面,和非工程领域DD交通管理、生产调度、库存控制、生态环境以及社会经济等方面。几乎渗透于每一个需要计算的领域和学科,相关文献十分丰富。许多学术期刊都刊登有系统模拟仿真方面的研究论文,其中系统科学领域的期刊,尤其值得同学们去了解和学习,以扩展知识面和了解建模仿真方面的前沿研究。
应该特别留意的期刊有:中科院数学与系统科学研究院期刊学会(/)主办的《系统科学与数学》(中) ,《系统科学与复杂性》(英)和《系统工程理论与实践》,中国系统仿真学会与航天科工集团706所主办的《系统仿真学报》,美国伊利诺伊大学复杂系统研究中心主办的《复杂系统 》,美国UL控制与系统工程学会和弗罗茨瓦夫理工大学主办的《系统科学 》,IEEE的《智能系统》,圣菲研究所的《复杂系统学报》等。
每年都有多次由不同机构发起、在不同国家举办的有关系统仿真的国际学术会议。通过各个级别的系统科学学会或系统仿真学会网站,或直接通过搜索引擎(如, )可检索到最近举办过的系统仿真会议介绍或论文,以及即将举办的系统仿真会议的地点、时间和投稿须知, 如:国际系统科学学会(International Society for the Systems Sciences, ISSS)网站上 /world/index.php 有当年的年度会议信息和最近几年的会议资料。
3.3 以仿真实例教学为教学重点以提高学生的实际分析问题和解决问题的能力
课堂上详细讲解一些较简单的系统问题的仿真实例,可以使学生逐步明确并不断加深对建模仿真整个流程的理解:从分析系统结构或行为导出系统的数学模型,再根据所导出的数学模型使用某种编程工具实现仿真建模,形成相应的仿真算法程序,最后运行仿真算法程序,分析结果并与实际系统相应数据对比。
编程工具的介绍也要兼顾学习效率和算法理解彻底性, 教学过程中发现如只介绍通用编程语言(如C/C++)实现仿真算法程序,学生表示是可以彻底理解所讨论问题的算法及代码;但过后一段时间,再面对类似但稍微复杂些的问题,学生就显得有些不知如何下手改写原来的程序以解决当前的问题。而如使用Matlab .m源码文件实现仿真代码,学生基本能正确改写程序。如使用更高抽象层上的Simulink模型实现仿真,学生可以轻松解决类似新问题。现在采用初次碰到典型案例问题时,采用C语言实现仿真算法,再次碰到类似问题时使用Matlab.m源码,更多的或更复杂的仿真案例,则采用Simulink构建仿真模型。
所选择的仿真实例兼顾确定与随机系统,连续与离散系统。所列举过的离散随机系统有:单服务员排队系统(M/M/1)和多服务员排队系统(M/M/N)的仿真;多工作站排队系统的仿真;采用不同排队策略的银行排队系统仿真。 列举过的连续确定系统有: 机构运动仿真;传染病感染传播仿真;森林救火策略仿真;战斗减员仿真;游击战策略仿真;香烟有害物质进入人体体内的累积量仿真以及生物种群规模涨落(Volterra模型)仿真等。
下面以机构运动仿真和战斗减员仿真为例,对建模仿真的整个过程进行简要描述:
仿真实例一.曲柄滑块机构的运动学仿真:
对图示单缸四冲程发动机中常见的曲柄滑块机构进行运动学仿真。已知连杆长度:r2=0.1m,r3=0.4m,连杆的转速:ω2=2,ω3=3,设曲柄r2以匀速旋转,ω2=50r/s。初始条件:θ2=θ3=0。仿真以ω2为输入,计算ω3和1,仿真时间0.5s。
利用Simulink建模如下:
模块程序运行过程中自动显示如图4所示动画。
所求仿真时间0.5s内1和ω3的变化图像如图5。
图5 0.5s内的滑块运动速度1 (上图)和连杆转速ω3(下图)
仿真实例二.战斗减员问题仿真:
该战争模型只考虑双方兵力的多少和战斗力的强弱。 假设:(1) 用x(t)和y(t)表示甲乙交战双方时刻t的兵力,不妨视为双方的士兵人数;(2)每一方的战斗减员率取决于双方的兵力和战斗力,用f和g表示; (3)现只对甲方进行分析。甲方士兵公开活动,处于乙方的每一个士兵的监视和杀伤范围之内,一旦甲方某个士兵被杀伤,乙方的火力立即集中在其余士兵身上,所以甲方的战斗减员率只与乙方兵力有关,可以简单地设f与y成正比,即f=ay。a表示乙方平均每个士兵对甲方士兵的杀伤率(单位时间的杀伤数),称乙方的战斗有效系数。a可以进一步分解为a=rypy,其中ry是乙方的射击率(每个士兵单位时间的射击次数),py是每次射击的命中率。由这些假设可得本问题的连续时间模型(方程):
又设系统输入为甲乙方的射击率rx,ry,每次射击的命中率px,py,双方初始兵力x0,y0。系统输出为哪一方获胜以及获胜时的剩余兵力。要求有输入、输出界面及仿真过程。如何对微分方程进行求解,并判断哪一方获胜是本问题仿真的关键。
使用GUIDE(图形用户接口开发环境)接口实现以上简单的一阶微分方程。
调入该模型程序,按F5运行,出现如图6所示界面。
在界面中输入参数,点击“执行仿真计算”按钮,就会在结果栏中显示哪一方获胜,及其剩余人数。
设甲乙双方射击率都为0.03,初始兵力都为1000,每次射击的命中率分别为0.023和0.026。执行仿真计算后可知是“乙方获胜”,剩余兵力为339。如图7所示。
4 总结
努力加强系统仿真原理教学,以较简单的经典系统建模实例的仿真模型的建立为依托,让学生在仿真实例的课堂教学中逐步明确并不断加深对建模仿真整个流程的理解。仿真技术广泛应用于工程领域和非工程领域,相关文献十分丰富,涵盖面十分广阔的,而课堂教学的课时十分有限。如果我们把系统模拟与仿真这门学科比作是一片森林,文献可看作是其中的树木,仿真的实际应用则可看作生活于森林中的动物,当然动物也依赖于这片森林的邻域森林(其他学科)。课堂教学只是带学生来到这片森林边沿,仿真原理、理论教学是引导学生仔细观察了眼前的树木,而课堂仿真实例教学则是与学生一起欣赏了树枝上美丽的小鸟。 对这片森林更深入的了解需要学生自己出发去跋涉的、去游历、去探索、去欣赏。当然,带学生到这片森林应该先哪个边沿,才能让学生对这片森林有准确的了解并迅速喜欢上这片森林,需要带领者对这片森林整体的和更准确的了解,也需要到过这片森林的同学们的意见反馈。
参考文献:
[1] Law A M.Simulation Modeling and Analysis[M].北京:清华出版社,2000.
[2] 许国志.系统科学与工程研究[M].上海:上海科学技术出版社,2001.
[3] 肖田元.系统仿真导论[M].北京:清华大学出版社,2001.
