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系统科学的概念范文1
一、当前临床医学本科五年课程设置情况
当前，临床医学本科五年一般要学习如下课程：系统解剖、局部解剖、生理、生物化学、药理、心理、病理生理、病理、预防医学、微生物、免疫、诊断、内科、外科、妇产科、儿科、传染病、神经病、精神病、统计学等。基本上分为基础课程和临床课程。基本课程包括解剖学、有机化学、生物化学、生理学、病理学、病理生理学、人体寄生虫、医学免疫学、组织胚胎学、医学微生物学等。后两年以临床课程为主，主要包括：内科学、外科学、妇产科学、儿科学、药理学、神经病学、精神病学等。最后1年以临床实习为主。
二、当前临床医学本科五年课程设置优缺点分析
（一）优点
这种课程设置方法确有很多的优点，实践证明足以把学生培养成材。临床医学五年制本科毕业的学生多数都能具有人文社会科学和自然科学基本理论知识，能掌握本专业的基础知识、基本理论、基本技能，能掌握人类疾病病因、病理分类鉴别的基本理论和技能；能够处理本专业多发病和常见病以及危急病症，有一定的预防知识，具备一定的从事本专业业务工作的能力和适应相邻专业业务工作的基本能力与素质。
（二）缺点
在与学生交流过程中，可以发现这种课程设置方法也并不是十全十美，一些学生针对课程设置在知识的系统性学习方面的不足提出一些看法和建议，值得我们重视。
下面仅对学生吐槽最多的一点进行分析，这也是我们临床医学五年制本科课程改革尤其需要注意进行优化的地方。
学生反映最多的是不同课程之间知识点重复严重的问题。很多学生戏言，这可以使得他们掌握的知识点非常扎实、牢靠，比八年制本硕博连读的学生学习更为深入。
下面以基础课程里的病理学、系统解剖学和生理学为例说明这个问题。
病理学的研究对象分为人体病理学和实验病理学。其中人体病理学的研究对象有尸体剖检、活体组织检查、细胞学检查；实验病理学的研究对象：动物实验、组织和细胞培养。
系统解剖学是按人体器官功能系统阐述人体正常器官形态结构、位置毗邻及其基本功能的科学。其任务使学生掌握人体各器官配布、形态结构和重要毗邻关系的知识和解剖基本技能，要求一方面牢固而熟练的掌握系统解剖学的基本内容和基本技能，正确认识各器官、结构的正常位置与形态，正确应用解剖学术语描述之。
生理学的主要任务是阐明构成人体各系统的器官和细胞所表现的各种生命活动过程、功能表现的内部机制及其规律。掌握和利用这些机制、规律，可以为疾病的发生、发展过程以及疾病的诊断、防治等研究提供理论基础，使医学生掌握正常人体功能活动的基本规律。
在以上三门课程里，均讲到消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、心血管系统、淋巴系统、神经系统、内分泌系统等。虽然侧重点有所不同，然而其中知识点显而易见有所重复。一旦各科教师在教学过程中沟通不畅，对学生的要求就会出现重复，使学生在学习过程中出现厌烦的情绪。
三、解决方案
如何解决这个问题？当然我们可以从教材选择，教师要求等方面着手，既能让学生系统全面的学习到相关知识，而不出现各种重复的知识点学习，从而提高效率，加强学习效果。
另一方面，国内临床八年制医学本硕博连读在本科四年的一些专业课设置方法我们也可以进行借鉴。
我国临床八年制医学本硕博连读实行八年一贯制的教学安排。包括公共基础课程（通识教育课程）、医学基础课程（专业基础课）、临床医学课程（专业课）、临床通科实习、临床二级学科实习、科研训练、论文答辩等。各个院校对各阶段的学习时间安排均有所不同。
上海交通大学临床医学八年课程设置分为人文社会科学、公共基础、人体疾病与健康基础、系统整合、基础实验、临床医学等。其中第二学年主要开设人体疾病与健康基础，包括人体构造、分子细胞与组织、代谢、遗传等课程。第三学年主要开设系统整合，基础实验等课程，如消化系统、呼吸系统、泌尿系统、生殖系统、心血管系统、淋巴系统、神经系统、内分泌系统等课程。第四学年主要开设临床医学等，如外科、内科、妇产科等。
这种专业设置方法，较好地解决了各科间知识点重复的问题。使学生更能高效率的系统深入的学习医学知识，非常值得我们借鉴。
系统科学的概念范文2
一、系统科学的新内涵
系统科学既不同于哲学，不同于数学，也不同于其它种种社会科学、自然科学和技术科学，而具有如下显著特点。
1.系统科学是横断科学。它不是研究客观世界中的哪一个局部的领域，某一种物质或某一种运动形式的一些具体规律，而是抛开各种事物、现象、运动形式、发展过程的具体特性，面对整个客观世界，用抽象概括的方法从系统的结构和功能这个角度研究世界，所研究的是自然界、社会、人类思维等领域有关系统、控制、信息这一个共同侧面、共同特性及其共同规律，所以系统科学明显地具有横断科学的性质。
2.系统科学的综合性。为了弄清系统、控制、信息的本质，揭示它们的相互关系及其规律性，就需要掌握、运用和概括有关生命现象、人类社会、思维过程、机器系统等多方面的知识和理论，采用多门学科的知识和方法，进行全方位探讨，因此系统科学便具有很强的综合性。
3.系统科学的抽象性。系统科学研究的是客观世界深层的规律，它是在对自然科学、社会科学、思维科学、技术科学等方面成果进行科学抽象的基础上建立的，因此很明显地具有较高的抽象性。系统科学与哲学和数学的联系非常密切，但系统科学的抽象性不及哲学，也有别于数学，却远远强于各种实验科学。
4.系统科学的数理性。由于系统科学是从整体和联系的观点考察事物，用定性和定量相结合的分析方法解决问题，要大量应用数学，所以在叙述方式上同数学、自然科学很相近。虽然系统科学本身还不是数学的分支，但它的定量、精密和逻辑严密的要求，使之具有很强的数理性。
二、研究系统科学的重要意义
1.帮助人们确立辩证唯物主义哲学观。哲学是全部科学的概括和总结，科学的发展为哲学发展提供了牢固的知识基础。现代科学的飞速进步，不断为辩证唯物主义提供科学的证明，而当代系统科学的产生和发展，则为辩证唯物主义哲学提出了新证据。贝塔朗菲的一般系统论，申农的信息论，维纳的控制论，普利高津的耗散结构论，哈肯的协同学，艾根的超循环理论等其他科学家提出的混沌理论、分形数学、集合论、模糊数学、拓朴学说和群论等诸多成果，均用系统科学把一个动态的、多层次网络状的、有组织结构、系统化、普遍进化的世界如实地展现在人类面前，从不同角度揭示出物质世界不同方面、不同层次共同的相互联系和辩证发展的规律，探讨了时间多样性、空间多维性、矛盾多重性、量变质变多级性、结构与信息的相关性等哲学问题。总结系统科学成果，掌握系统科学的思想和理论，是能够帮助我们很好树立辩证唯物主义哲学观的。
2.促进科学思维方式的转变。系统科学是科学思维方式转变的产物，而系统科学的进一步发展，又对科学思维方式的转变起关键性的促进作用。从19世纪科学技术本身的发展，到20世纪中叶，一系列伟大科学发现和技术发明的出现，迫使科学向辩证的思维方式转变。科学家们逐渐自发地从孤立地研究事物和对象，转向从它们的相互联系中进行研究；从用静止的观点观察研究对象，转向用运动、变化和发展的观点进行考察；从强调用分解、分析和还原的方法处理问题，转向从注重综合、整体地解决问题；从单纯注重研究外部、外力的作用，转变为重视内在的、非线性的作用所导致的事物本身的自组织行为；从强调研究实体本身，转向同时注重研究其间的关系；从排除目的性、秩序性、组织性、能动性，转向重新引进这些观念；从只侧重平衡、可逆、线性，转向研究非平衡、不可逆、非线性等特性；从否定事物的模糊性，转而重视对模糊现象和性质的研究；从偏爱追求简单性，转向热衷于探索复杂性等。所有以上许多变化，都要求建立和发展系统科学。而系统科学的建立和发展，既能使上述科学思想、科学方法更加系统化和理论化，又能促使唯物辩证的思维方式更加牢固和迅速发展。
3.推动工作方式的变革。在社会迅猛发展的今天，社会生活和人们之间的纵横关联更加紧密，相互制约的因素更加众多，所要处理的事物规模越来越大，复杂性增加，随机性加强，生活、工作的节奏越来越快，在处理问题和解决问题（下转第40页）（上接第16页）时必需采用新的方法应用系统科学。在实践中系统科学正在推动传统的工作方式加速变革。
4.促进决策的科学化。系统科学是建设信息社会的智力工具。所以预测人类社会形态的演变，洞察国际政治和经济秩序的变革，规划国家和民族发展，进行社会宏观决策，都有必要从系统科学中寻求思路、获取概念，探求原理，取得方法。
5.加强科学管理。应用系统科学技术，能够使系统确立明确的目标和灵活的运行机制，设计科学的管理信息系统，使被管理的系统中的人、财、物、信息等多种要素合理配置，相互协调，取得最优化的效益。整个管理过程的科学化，将大大提高管理效率。
三、系统科学的方法论
系统分析和分解协调方法。系统分析方法乃是按照事物本身的系统性，运用系统原理进行目标、要素、功能、环境及其变化的规律进行深入剖析，从中选择达到预期目标的最优行动方案。管理体系的建立错综复杂，头绪繁多，充分利用系统科学中分解协调的方法可以促使管理步骤最优化和最优决策。达到符合管理客观需要，弄清部分、层次、阶段、过程之间在质上的差异。准确反映管理变化和发展的真实规律，以避免顾此失彼、以偏概全的失误。
四、系统科学推动管理的科学化
任何社会，任何企业和行政机关都是一个系统，管理就是对这类系统进行组织和协调。
1.在管理计划中，要运用系统科学合理统筹规划，突出重点，安排未来，把握发展。计划就是人们对未来行动所作的一种部署和安排，是准备付诸实施的方案，管理离不开计划，管理者总是依据计划来组织和控制的。搞好管理，首先必须遵守统筹的原则订好计划；其次要遵守发展的原则进行动态规划。形成了一个技术上先进、经济上合理、对社会和企业都有益的最佳方案。以此为依据，对企业人、财、物进行安排，便形成了计划。
2.在管理组织中，利用系统科学组织实施，才可收到预期效果。坚持分层划分的原则，就是管理系统要具有层次性。要正确划分任务，层层分解，按照由上至下，由大至小的秩序一步步进行。只有进行了这样的划分后，才能确定每个工作人员的业务范围和工作量。坚持协调一致的原则，就是管理系统要着眼于整个系统的状态和过程，注重整体效能的提高。通过调节上下之间领导和服从的关系，左右之间分工与合作的关系，使工作协调，步调一致。
系统科学的概念范文3
心理学提出，能力是顺利地完成某种活动的个性心理特征，而智力是“在各个人身上经常地、稳定地表现出来的认知特点，就是认识能力或认知能力”。智力的核心是思维能力，而思维的核心形态是抽象逻辑思维（包括形式逻辑思维和辩证逻辑思维）。按照思维结构的发展阶段来看，抽象逻辑思维是发展的最后阶段，这个阶段又可分为初步逻辑思维、经验型逻辑思维和理论型逻辑思维（包括辩证思维）。显然，培养思维能力，特别是抽象逻辑思维能力是开发智力的关键。
抽象逻辑思维能力特别是理论型逻辑思维能力，在高中物理学习中的作用是巨大的，也是不可忽视的。
物理学科的研究，以自然界物质的结构和最普遍的运动形式为内容。对于那些纷繁复杂事物的研究，首先要抓住其主要特征，而舍去那些次要因素，成为一种经过抽象概括的理想化的“典型”，在此基础上去研究“典型”，以发现其中的规律性，建立新的概念。这种以模型概括复杂事物的方法，是对复杂事物的合理简化。
在教学中，把握好物理模型的思维，是学生学习物理的困难之一。然而，在物理教学中，模型占有重要的地位。物理教师应引导学生步入模型思维的大门，适应并掌握这种思维形式，提高学生对物理模型的思维能力。
提高学生的抽象思维能力是高中物理教师教学过程中的重点和难点。如何提高学生的抽象逻辑思维能力呢？
一、重视实例和图像在教学中的作用。
在教学中，教师要把抽象问题现实化，尽量用学生可以直观观察和想象的事例和图标来说明问题，重视实例和图像，教会学生简化问题和画图。在理论上就思维发展来说，学生“在活动中产生的新需要和原有思维结构之间的矛盾，这是思维活动的内因或内部矛盾，也就是思维发展的动力”。环境和教育只是学生思维发展的外因。教师的责任就是要以学习的难度为依据，安排适当教材，选好教法，以适合学生原有的心理水平，并能引起学生的学习需要，促使学生积极思考和主动思维，从而创造条件促进学生思维发展的“量变”和“质变”。
二、应训练学生对题目的敏感度，关注题目中的重点字、重点词，提高读题效率。
在教学中，教师应重视读题断句和分析题目，要有目的性，从每句话中提炼所能得到的信息，从信息联系知识点，并把读题观念渗透到学生的学习中，内化为习惯，从而引起质的变化。在理论上就思维结构来说，皮亚杰提出了“发生认识论”，强调“图式”概念。他的心理学思想中有着丰富的辩证法思想。他认为“图式”即心理或思维结构，“图式”经过“同化”、“顺应”和“平衡”，构成新的“图式”，不断发展变化，不仅有量变，而且有质变的思想是可取的。其中“同化”是图式的量的变化，“顺应”是图式的质的变化。
任何一门科学都是由基本概念、基本规律、基本方法等组成的。概念、规律、方法等是相互联系的；不同的概念、规律、方法之间也是相互联系的，从而形成了该门科学的知识和逻辑结构。当然，这种结构也在变化和发展着应该说，人的思维结构和各门科学的知识、逻辑结构都是人们对客观现实世界的反映，是紧密联系的。因此，从教学必须发展学生思维能力上来说，正如布鲁纳所说：“不论我们选教什么学科，务必使学生理解该学科的基本结构。”这也符合现代系统科学（控制论、信息论、系统论）的观点，系统科学认为结构与功能是对立的统一。不掌握学科结构，就难以发挥该学科的功能。不仅如此，他还认为任何系统都是有结构的，系统整体的功能不等于各孤立部分功能之和，而是等于各孤立部分功能的总和加上各部分相互联系形成结构产生的功能，物理学科更是如此。布鲁纳说：“制订物理学和数学课程的科学家已经非常留意教授这些学科的结构问题，他们早期的成功，可能就是由于对结构的强调。他们强调结构，刺激了研究学习过程的人。”
系统科学的概念范文4
关键词：金融理论；有效市场；行为金融；系统科学
JEL分类号：B4 中图分类号：F830 文献标识码：A 文章编号：1006-1428(2012)05-0027-09
随着数学、信息科学、心理学、物理学、系统科学等相关科学的不断发展。金融理论的研究范式也在不断地革新，其动力来自于人们对效用最大化(收益最大化、市场效率最大化等)、风险最小化的追求，以及对金融体系的运行和演化规律了解的渴望。
从金融理论研究范式的发展状况来看，建立在有效市场假说基础上的现代金融理论，由于其假设基础的局限性使得研究结果与实证检验往往相背离，不能对“小市值效应、日历效应、新股谜团”等异常现象作有效解释。行为金融理论仅对“理性人”假设作了有条件的放松，能够解释异常现象，发展了现代金融理论，但同时又增添了现代金融理论所没有的缺陷，如运用心理偏差过于随意等。
与现代金融理论和行为金融理论的研究范式相比，系统科学能够全面有效解决非线性、复杂性、动态性问题，而经济系统恰恰具有非线性、复杂性、动态性等特性，因此应该将系统科学逐步应用到经济研究中。现代经济的发展离不开金融市场的发展，金融市场是一个开放的、多层次的非线性复杂动力学系统，因而也可以采用有限理性、分形、混沌、协同、突变、反馈、仿真以及定性与定量相结合的方法来加以研究。该范式相对于前两种理论所采用的范式更加接近于实际情况，因而更能准确揭示金融市场的演化规律，是金融理论研究范式未来的发展方向。
一、系统科学应用于金融研究的文献梳理
系统科学是1937年由美籍奥地利生物学家贝塔朗菲创立的一门新兴学科，主要研究自然界和人类社会各类系统的共同特性，探索其生成、演化和涌现等规律的科学，广泛应用于工业、计算机、航空航天以及经济领域。系统科学具有以下特点：与经典科学注重还原分析不同，系统科学把研究对象作为一个有机的相互联系的动态整体去看待，因而更强调整体把握的思维方式；与经典科学追求简单性、必然性、决定论目标不同。系统科学着重探索复杂性、偶然性、非决定性的问题；与经典科学以个体描述为主不同，在对相关系统进行描述时系统科学以突出群体为主采用动态性、模型化的研究方法。
系统科学主要由三部分构成：非线性科学、复杂性科学、系统动力学。其中非线性科学又包括耗散结构论、分形理论、混沌学、突变论、协同学。
系统科学能够全面有效解决非线性、复杂性、动态性问题，而金融系统具有非线性、复杂性、动态性的特征，是一个开放的、多层次的非线性复杂动力学系统，只有采用有限理性、分形、混沌、协同、突变，以及定性与定量相结合，计算机仿真与预测的方法来研究，才能更加准确揭示金融系统的演化规律。因此，国内外相关学者已经将系统科学应用于金融学理论研究并做出了许多探索，取得了一些进展。
(一)非线性理论在金融研究中的应用
诞生于20世纪70年代的耗散结构理论、协同学、突变理论、混沌学以及分形理论等分别从不同角度研究复杂事物的规律性，采取的方法是非线性的，因此将这些学科统称非线性科学，是系统科学的重要组成部分。
1、耗散结构理论在金融研究中的应用。
耗散结构理论(dissipative structure theory)是由比利时自由大学化学家普利高津(I.Prigogine)于1969年提出的。耗散结构是在无序条件下出现的一种时间、空间或功能上的有序状态。耗散结构理论是研究耗散结构的性质、形成、稳定与演变规律的科学。20世纪90年代国内外学者逐渐将耗散结构理论应用到金融研究中。
国外的相关研究主要有：Blmhen和Kelly(1996)，Gulko(1995，1996，1998)在研究单期资产定价模型时，根据最小叉熵原理，来选择风险中性概率测度。An-dreas Kull(2002)在研究用资产定价模型进行保费定价及计算风险中性概率测度时也采用了最大熵原理对Markowitz模型进行了改进。建立了一些新的投资组合模型。Andreia D(2005)在研究投资组合的问题中，将熵和方差分别作为风险度量，比较了它们之间的差异，并得出熵作为风险度量要比方差更准确的结论。
国内的相关研究主要有：秦学志、应益荣(2004)在研究有限证券市场上用等价鞅定价资产时。引入最大熵原理作为一种统计推断工具，得到了唯一的资产价格。南旭光、罗慧英(2005)应用耗散结构论的熵理论，提出金融熵的概念。胡琳娜，沈沛龙(2008)应用熵理论研究了商业银行操作风险管理系统的信息沟通机制，对商业银行操作风险管理系统信息沟通的时效性和质效性进行了评价。
张世晓，王国华(2010)将耗散结构理论用于区域金融集聚系统的特征分析，提出了描述区域金融集聚系统运行有序性特征的“金融熵”指标。方芳(2011)运用熵理论探讨了金融复杂系统的脆弱性，认为次贷危机是美国金融系统熵积累的结果。
2、分形理论在金融研究中的应用。
系统科学的概念范文5
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.
系统科学的概念范文6
关键词：高中物理 教学思维
在高中物理教学中以提高学生抽象逻辑思维能力，特别是理论型逻辑思维能力，是需要也是可能的。
首先，高中生无论是升学还是就业，随着现代化建设的深入开展，再学习乃至终身学习，更需要的是抽象逻辑思维。同时，高中物理是一门严密的、有着公理化逻辑体系的科学理论，对于高中学生抽象逻辑思维能力的要求，较初中物理有了一个很大的飞跃，这就是当前所谓初、高中物理“台阶问题”的实质。另外，从高中学生心理的年龄特征来看，从初二年级开始的抽象逻辑思维由经验型向理论型水平的转化，在高二年级将初步完成，这意味着他们思维趋向成熟，可塑性将变小。因此，在高中一、二年级不失时机地提高学生抽象逻辑思维能力，以顺利地完成从经验型向理论型水平的转化是必需的。
其次就思维发展来说，学生“在活动中产生的新需要和原有思维结构之间的矛盾，这是思维活动的内因或内部矛盾，也就是思维发展的动力。”环境和教育只是学生思维发展的外因。作为中学生，其主导活动是学习。而学习是在教师指导下有目的、有计划、有系统的掌握知识技能和行为规范的活动，是一种社会义务，从某种意义来说，还带有一定的强制性。它对学生思维发展起着主导作用。主要表现在学习内容、学习动机和学习兴趣对思维发展的影响上，即学习内容的变化，学习动机的发展和学习兴趣的增进，直接推动着学生思维的发展。学生思维发展的过程包含着“量变”和“质变”两个方面。
学生知识的领会和积累，技能的掌握是思维发展的“量变”过程；而在此基础上实现的智力或思维的比较明显的、稳定的发展，则是心理发展的“质变”。教师的责任就是要以学习的难度为依据，安排适当教材，选好教法，以适合他们原有的心理水平并能引起他们的学习需要，成为积极思考和促使思维发展的内部矛盾。创造条件促进思维发展中的“量变”和“质变”过程。应该看到，这两个过程是紧密联系的，缺一不可的。教育并不能立刻直接地引起学生思维的发展，它必须以学生对知识的领会和掌握技能为中间环节。而智力、思维的发展又是在掌握和运用知识、技能的过程中才能完成的。没有这个“中介”，智力、思维是无法得到发展的。但是教师教学的着重点应是通过运用知识武装学生的头脑，同时给予他们方法，引导他们有的放矢地进行适当的练习，促进他们的思维或智力尽快地提高和发展，不断地发生“质”的变化。这也就是学生思维结构的“质变”过程或称“内化”过程。
具体到教学中如何培养学生的智力，特别是思维能力这个问题上，我国一些心理学家经过研究与实践，提出了“培养思维品质是发展思维能力的突破点，是提高教育质量的好途径”的观点，并在小学数学教学中取得了良好的效果。这是因为智力是存在层次的，它是由人的思维的个性差异确定的，这种差异体现为个体思维品质，包括敏捷性、灵活性、深刻性、独创性、批判性五方面。它也是思维能力的表现形式。因而由此可确定思维能力的差异；思维品质的客观指标是容易确定的，使定量研究成为可能；研究思维品质的发展与培养，有利于克服传统教学的一些弊病，并对之实施改革；思维品质的发展水平是智力正常、超常或低常的标志。其中思维的深刻性，思维活动的抽象程度和逻辑水平，以及思维活动的广度、深度和难度――是一切思维品质的基础。
而且，在教学中，多开展科技小制作和撰写科技小论文活动，培养学生的创新思维和创造能力。 科技创造和发明给人类的生活带来了翻天覆地的变化，应用物理学也因此占有很重要的位置。要想培养爱迪生式的大发明家，必须从小事做起。我将教材上与我们日常生活和社会生活联系较紧的知识作恰当地扩展，引导学生在课外独立完成科技小制作。如在学完“静电感应”后，学生完成了“简易静电吸尘器制作”和“简易验电器制作”；在学完了“动量守恒定律”后，学生完成了“微型火箭的制作”；在学完电路知识后，学生完成了“简易热得快自控电路设计与安装”、“节日闪烁彩灯电路的设计与安装”和“多用电表组装”；学完了“透镜成像”后，学生完成了“照片的拍摄与冲洗”；学完了“声波”知识后，学生完成了“普通开水壶报警器设计与安装”；学完“磁场”后，学生完成了“指南针制作”等等。
