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序論：在您撰寫系統科學與工程論文時，參考他人的優秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
英文名稱：System Sciences and Comprehensive Studies in Agriculture
主管單位：黑龍江省科學院
主辦單位：中國科學院東北地理與農業生態所
出版周期：季刊
出版地址：黑龍江省哈爾濱市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1001-0068
國內刊號：23-1158/S
郵發代號：14-151
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1985
期刊收錄：
中國科學引文數據庫(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)
期刊榮譽：
Caj-cd規范獲獎期刊
聯系方式
1)生物學、化學、物理學占據上海自然科學領域科技發展與學科建設的主導地位。
上海自然科學領域中生物學、化學、物理學分別名列前三位，占據上海自然科學領域學科發展的主導地位。排在后面的依次為信息與系統科學、地學、數學、天文學和力學。除生物學、化學、物理學三個學科科技發展的主成分得分為正外，其他五個學科科技發展的主成分得分均小于零，表明上海自然科學領域的多數學科的科技發展低于整體水平(見表1)。
表1 上海自然科學領域學科發展的綜合評價
投入
產出
綜合
排序
生物學
1.7461
0.98206
1.79619
1
化學
0.87113
1.18576
0.83031
2
物理學
0.81642
1.32005
0.76775
3
信息與系統科學 -0.41952 -0.77932 -0.37558 4
地學
-0.54201 -0.6447
-0.52783 5
數學
-0.71232 -0.20092 -0.7645
6
天文學
-0.88765 -1.14172 -0.84543 7
力學
-0.87214 -0.7212
-0.8809
8
2)上海自然科學領域的科技發展與學科建設在全國具有明顯優勢，但與北京差距明顯。
在自然科學學科中，上海除地學外，其他學科國際科技論文數均進入前三名，其中數學、力學、物理學、化學、天文學、生物學六個學科在大陸排名第二(僅次于北京)，信息與系統科學國際科技論文數排在北京、湖南之后，名列第三(見表2)。雖然上海自然科學領域各學科國際科技論文數均位居前列，但與北京相比，差距明顯，特別值得注意的是除天文學外，上海其他學科國際科技論文數均不足北京的1/2。在國內科技論文方面，上海自然科學領域中的力學、物理學、化學、信息與系統科學、天文學和生物學有明顯優勢，數學與地學國內科技論文未能進入前三名(見表2)。特別值得注意的是除數學外，上海其他學科國內科技論文均不足北京的1/2。
表2 2001年自然科學領域各學科國際國內前三名地區
國際論文
國內論文
第一名 第二名 第三名 第一名 第二名 第三名
數學
北京 上海 江蘇
北京 江蘇 湖北
力學
北京 上海 陜西
北京 上海 陜西
信息與系統科學 北京 湖南 上海
北京 湖北 上海
物理學
北京 上海 江蘇
北京 上海 安徽
化學
北京 上海 江蘇
北京 上海 江蘇
天文學
北京 上海 江蘇
北京 江蘇 上海
地學
北京 湖北 江蘇
北京 江蘇 湖北
生物學
北京 上海 湖北
北京 廣東 上海
資料來源：2001年度中國科技論文統計與分析(年度研究報告)，中國科學技術信息研究所，2002，23-24。
3)知識流動不足、系統失靈是制約上海自然科學領域科技發展與學科建設的瓶頸。
科技發展與學科建設的效率，就其實質而言，是新的知識在一個系統中創造、流動和利用的效率。它取決于諸創新要素的創新動力、能力和互相之間相互作用的效率。而決定創新要素的創新動力、能力和互相作用則取決于經濟科技制度的安排，政策體系的設計，基礎設施建設的水平和創新文化的氛圍。建設知識創新體系，提升學科建設與科技發展能力的關鍵是通過制度、政策和環境的作用，提高創新各要素的創新動力、能力和達到創新目標的要素間的互動。從本質上看，創新體系是由存在于企業、政府和學術界的關于科技發展方面的相互關系與交流所構成的。在這個系統中，相互之間的互動作用直接影響著創新的成效和整個經濟體系。創新體系的核心內容是科學技術知識的循環流轉。表3所示上海自然科學領域R&D項目按項目合作單位分組情況，2/3左右的項目為獨立完成，表明知識流動不足、系統失靈成為制約上海自然科學領域科技發展與學科建設的瓶頸，如何采取有效措施加速知識流轉、戰勝科技發展與學科建設中的系統失靈是上海自然科學領域知識創新體系建設面臨的長期任務。
表3 上海自然科學領域R&D項目按項目合作單位分組情況
項目數 項目參加人員全時當量 科學家和工程師 項目經費支出
與境外機構合作
114
343
275
5122
與國內高校合作
127
305
221
7258
與國內獨立研究院所合作
107
243
177
2526
與境內注冊外商獨資企業合作 38
127
118
2360
與境內注冊其他企業合作
915
2103
1895
25427
獨立完成
2545
4408
2707
32311
其他
26
124
102
1384
資料來源：上海市全社會R&D資源清查工作小組。上海市R&D清查數據匯編，2001，72。
2 上海工程與技術領域科技發展的學科結構與績效評價
1)學科在國內的比較優勢。
在工程與技術科學領域20個學科的國際科技論文排名中，北京包攬了20個學科的第一名，上海只有材料科學、冶金與金屬學、機械與儀表、動力與電氣、電子通訊與自動控制、計算技術、化工、土木建筑、交通運輸9個學科排名第二(僅次于北京)，上海能源科學技術和環境工程兩個學科國際論文排名第三(見表4)。
表4 2001年工程與技術科學領域各學科國際國內前三名地區
國際論文
國內論文
第一名 第二名 第三名
第一名 第二名 第三名
工程與技術基礎學科 北京 河北 山西
北京 陜西 江蘇
測繪科學技術
北京 四川 陜西
北京 湖北 江蘇
材料科學
北京 上海 遼寧
北京 上海 陜西
礦山工程技術
北京 江蘇 湖南
北京 湖南 江蘇
冶金、金屬學
北京 上海 遼寧
北京 遼寧 上海
機械、儀表
北京 上海 陜西
北京 江蘇 陜西
動力與電氣
北京 上海 江蘇
北京 湖北 陜西
能源科學技術
北京 湖北 上海
北京 山東 黑龍江
核科學技術
北京 安徽 四川
北京 四川 甘肅
電子、通信與自動控制 北京 上海 陜西
北京 陜西 上海
計算技術
北京 上海 江蘇
北京 江蘇 上海
化工
北京 上海 湖北
北京 江蘇 上海
輕工、紡織
上海 北京 四川
北京 廣東 上海
食品
北京 江蘇 廣東
廣東 浙江 江蘇
土木建筑
北京 上海 江蘇
北京 上海 江蘇
水利
北京 湖北 江蘇
湖北 北京 江蘇
交通運輸
北京 上海 江蘇
北京 上海 湖南
航空航天
北京 陜西 黑龍江
北京 陜西 江蘇
環境
北京 江蘇 上海
北京 江蘇 上海
安全科學技術
北京 湖南 安徽
北京 湖南 江蘇
資料來源：2001年度中國科技論文統計與分析(年度研究報告)，中國科學技術信息研究所，2002，23-24。
在工程與技術科學領域20個學科國內科技論文排名中，北京有18個學科排名第一，只有食品和水利分別由廣東和湖北名列第一，而上海只有9個學科進入前3名，其中材料科學、土木建筑、交通運輸3個學科名列第二，冶金與金屬學、電子通信與自動控制、計算技術、化工、輕工與紡織、環境工程名列第三(見表3)。
2)上海工程與技術科學領域科技發展與學科建設占主導地位的學科。
上海工程與技術科學領域中占據科技發展主導地位的8個學科依次是電子通信與自動控制、機械與儀表、航空航天、材料科學、化工、計算技術、動力與電氣、交通運輸。上海工程與技術科學領域科技發展最為薄弱的5個學科是測繪科學與技術、水利、礦山工程技術、安全科學技術和食品。特別值得注意的是2/3的學科科技發展的主成分得分小于零，表明上海工程與技術科學領域60％的學科科技發展低于平均水平(見表5)。
表5 上海工程與技術科學領域學科發展的綜合評價
投入
產出
綜合
排序
電子、通信與自動控制
2.93105
2.48946
2.96681 1
機械、儀表
1.38674
0.06872
1.29458 2
航空航天
1.16586
-0.81414 0.98384 3
材料科學
0.57576
1.29195
0.67626 4
化工
0.61197
0.94682
0.66216 5
計算技術
0.35117
1.86971
0.51358 6
動力與電氣
0.49477
0.42028
0.50252 7
交通運輸
0.45473
-0.19787 0.40005 8
土木建筑
-0.32659 0.6906
-0.23377 9
工程與技術基礎學科
-0.26822 -0.66067 -0.31811 10
冶金、金屬學
-0.46472 0.25968
-0.40773 11
輕工、紡織
-0.46716 -0.475
-0.47954 12
環境
-0.69617 -0.31043 -0.67619 13
核科學技術
-0.72349 -0.79265 -0.75082 14
能源科學技術
-0.79072 -0.50098 -0.78198 15
食品
-0.76882 -0.90066 -0.80184 16
安全科學技術
-0.81005 -0.84276 -0.83462 17
礦山工程技術
-0.8642
-0.85314 -0.88633 18
水利
-0.89218 -0.8347
-0.91028 19
測繪科學技術
-0.89975 -0.85423 -0.91858 20
3)上海工程技術領域科技論文產出與北京差距懸殊。
在工程與技術科學領域國際科技論文方面，上海排在前3名的11個學科中，除材料科學與土木建筑兩個學科外，冶金與金屬學、機械與儀表、動力與電氣、電子通信與自動控制、計算技術、化工、交通運輸、能源科學技術和環境工程9個學科的國際科技論文數均不足北京的1/2。
在工程與技術科學領域國內科技論文方面，上海進入前3名的9個學科，除材料科學、輕工與紡織兩個學科外，土木建筑、交通運輸、冶金與金屬學、電子通信與自動控制、計算技術、化工、環境工程等7個學科國內科技論文均不足北京的1/2。
4)加強產學研合作、戰勝系統失靈是上海工程技術領域科技發展與學科建設面臨的基本任務。
表6所示上海工程技術領域R&D項目按項目合作單位分組情況，70％左右的項目為獨立完成，表明知識流動不足、系統失靈成為制約上海工程技術領域科技發展與學科建設的瓶頸，如何采取有效措施加強產學研合作、戰勝系統失靈是上海工程技術領域科技發展與學科建設面臨的基本任務。
表6 上海市工程與技術科學領域R&D項目按項目合作單位分組情況
項目參加人
項目數 員全時當量 科學家和工程師 項目經費支出
與境外機構合作
201
3341
2169
74523
與國內高校合作
437
1762
1415
21865
與國內獨立研究院所合作
644
3021
1745
24587
與境內注冊外商獨資企業合作 94
854
608
19073
與境內注冊其他企業合作
1431
4551
3454
52744
獨立完成
6934
22836
15879
219665
其他
293
1592
1198
10703
資料來源：上海市全社會R&D資源清查工作小組。上海市R&D清查數據匯編，2001，75。
3 上海農業科學領域科技發展的學科結構與績效評價
1)農學和水產學占據上海農業科學領域中科技發展與學科建設的主導地位。
上海農業科學領域中占據科技發展主導地位的學科是農學和水產學，林學、畜牧與獸醫科學相對薄弱(見表7)。
表7 上海農業科學領域學科發展的綜合評價
投入
產出
綜合
排名
農學
1.21943
1.45978
1.26327
1
水產學
0.28854
-0.26992
0.2164
2
畜牧、獸醫科學 -0.3714
-0.38479
-0.37749 3
林學
-1.13657
-0.80507
-1.10218 4
2)上海農業科學領域各學科與國內先進地區有相當差距。
在農業科學領域4個學科國際科技論文排名中，北京的農學和林學、甘肅的畜牧獸醫、湖北的水產學國際科技論文排名第一，上海在農業科學領域各學科國際科技論文無一進入前3名(見表8)。在農業科學領域4個學科國內科技論文排名中，北京的農學、浙江的林學，江蘇的畜牧獸醫、山東的水產學國內科技論文排名第一，上海在農業科學領域各學科國內科技論文無一進入前3名(見表8)。無論是國際科技論文、還是國內科技論文，上海農業科學領域各學科與國內先進地區都有相當大的差距。
表8 2001年農業科學領域各學科國際國內科技前三名地區
國際論文
國內論文
第一名 第二名 第三名
第一名 第二名 第三名
農學
北京
浙江
江蘇
北京 江蘇 浙江
林學
北京
黑龍江 安徽、福建、 浙江 北京 福建
廣東、陜西
畜牧、獸醫科學 甘肅
云南
北京
江蘇 北京 甘肅
水產學
湖北
山東
廣東
山東 廣東 福建
資料來源：2001年度中國科技論文統計與分析(年度研究報告)，中國科學技術信息研究所，2002，23-24。
4)知識流動不足是上海農業科學領域科技發展與學科建設相對薄弱的重要原因。
表9所示上海農業科學領域R&D項目按項目合作單位分組情況，64％的項目為獨立完成，表明知識流動不足是上海農業科學領域科技發展與學科建設相對薄弱的重要原因，如何采取有效措施加強產學研合作、戰勝系統失靈是加強上海農業科學領域科技發展與學科建設面臨的重要任務。
表9 上海農業科學領域R&D項目按項目合作單位分組情況
項目數 項目參加人員全時當量 科學家和工程師 項目經費支出
與境外機構合作
24
46
38
229
與國內高校合作
25
72
45
613
與國內獨立研究院所合作
48
86
68
442
與境內注冊外商獨資企業合作 2
5
4
18
與境內注冊其他企業合作
69
124
99
506
獨立完成
312
420
269
3716
其他
9
8
3
25
資料來源：上海市全社會R&D資源清查工作小組。上海市R&D清查數據匯編，2001，73。
4 上海醫藥科學領域科技發展的學科結構與績效評價
1)上海醫藥科學領域科技發展與學科建設在全國具有明顯優勢，但與北京仍有相當差距。
在醫藥科學領域6個學科國際科技論文排名中，北京的預防醫學、基礎醫學、臨床醫學、中醫學四個學科排名第一，上海的藥物學和特種醫學兩個學科排名第一。此外，上海的基礎醫學、臨床醫學排名第二，中醫學排名第三(見表10)。在醫藥科學領域國際科技論文方面，上海除藥物學和特種醫學外其他4個學科與北京均有一定的差距。
表10 2001年醫藥科學領域各學科國際國內前三名地區
國際論文
國內論文
第一名 第二名
第三名 第一名 第二名 第三名
預防醫學 北京 浙江、廣東
北京 廣東 上海
基礎醫學 北京
上海
廣東
北京 廣東 上海
藥物學
上海
北京
江蘇
北京 廣東 上海
臨床醫學 北京
上海
廣東
北京 廣東 上海
中醫學
北京
云南
上海、江蘇 北京 廣東 江蘇
特種醫學 上海
北京
廣東
北京 陜西 上海
資料來源：2001年度中國科技論文統計與分析(年度研究報告)，中國科學技術信息研究所，2002，23-24。
國內科技論文排名中，北京包攬了6個學科國內科技論文的第一，上海除中醫學國內科技論文未進入前三名外，預防醫學、基礎醫學、藥物學、臨床醫學和特種醫學國內科技論文均排名全國第三(見表11)。在醫藥科學領域國內科技論文方面，上海6個學科與北京均有一定的差距，特別值得注意的是中醫學和特種醫學國內科技論文不足北京的1/2。
表11 上海醫藥科學領域學科發展的綜合評價
投入
產出
綜合
排名
臨床醫學
1.495
1.583
1.56579 1
藥學
0.89727
-0.15227 0.79183 2
基礎醫學
-0.33507 0.84777
-0.246
3
中醫學與中藥學
-0.21555 -0.8431
-0.27284 4
預防醫學與衛生學
-0.69136 -0.64275 -0.70052 5
軍事醫學與特種醫學 -1.1503
-0.79264 -1.13826 6
2)上海醫藥科學領域中占據科技發展主導地位的學科是臨床醫學和藥學。
上海醫藥科學領域中占據科技發展主導地位的學科是臨床醫學和藥學，中醫學與中藥學、基礎醫學、預防醫學與衛生學、軍事醫學與特種醫學科技發展相對薄弱。
3)知識流動不足是影響上海醫藥科學領域科技發展與學科建設的制約因素。
表12所示上海醫藥科學領域R&D項目按項目合作單位分組情況，85％的項目為獨立完成，表明知識流動不足是上海醫藥科學領域科技發展與學科建設相對薄弱的重要原因，如何采取有效措施加強產學研合作、戰勝系統失靈是加強上海醫藥科學領域科技發展與學科建設面臨的重要任務。
表12 上海醫藥科學領域R&D項目按項目合作單位分組情況
項目參加人
項目數 員全時當量 科學家和工程師 項目經費支出
與境外機構合作
37
124
114
7510
與國內高校合作
142
258
170
1607
與國內獨立研究院所合作
113
234
171
1921
與境內注冊外商獨資企業合作 6
10
7
119
與境內注冊其他企業合作
97
195
166
2343
獨立完成
3074
4857
3192
20038
其他
139
125
英文名稱：Journal of Systems Science and Mathematical Sciences
主管單位：中國科學院
主辦單位：中國科學院系統科學研究所
出版周期：月刊
出版地址：北京市
語
種：中文
開
本：16開
國際刊號：1000-0577
國內刊號：11-2019/O1
郵發代號：2-563
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：1981
期刊收錄：
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
中國科學引文數據庫(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)
期刊榮譽：
中科雙效期刊
聯系方式
期刊簡介
《系統科學與數學》（月刊）創刊于1981年，是由中國科學院主管、中國科學院數學與系統科學研究院主辦的學報類月刊。
《系統工程》是在中國著名科學家錢學森的倡導與支持下，于1983年創辦的綜合性科技期刊。主要刊載中國系統科學與系統工程、管理科學與工程研究前沿的理論、方法及應用創新成果，在較大程度上體現了這兩大學科的研究水平與發展趨勢，對推動中國系統科學與管理科學的發展發揮了重要作用。讀者對象為高等院校師生，軟件學研究人員，各級領導干部，管理工作者以及有志于研究應用系統工程的同志。
主要欄目
理論與綜述、物流系統工程、金融系統工程、社會經濟系統工程、生態環境系統工程、交通系統工程、 信息系統與管理、方法與應用等。
《系統工程》在廣大作者、讀者的大力支持下，內容質量逐步提高，學術影響不斷擴大，已先后進入"中國科技論文統計源期刊"、"中國科學引文數據庫核心期刊"、"國家自然科學基金委員會管理科學重要期刊"、"全國中文核心期刊"、"中國學術期刊（光盤版）全文收錄期刊"、 "中國期刊全文數據庫全文收錄期刊"、"中國學術期刊綜合評價數據庫統計源期刊"行列，并在《中國學術期刊（光盤版）檢索與評價數據》執行評優活動中，榮獲首屆《CAJ-CD規范》執行優秀期刊獎。根據中國學術期刊（光盤版）電子雜志社文獻檢索分析中心統計分析，2008年統計前五年影響因子達1.12，在全國自然科學總論類核心期刊中名列前位。
森林培育學是研究森林培育理論和實踐的學科，是從林木種子、苗木、造林到林木成林、成熟的整個培育過程中按既定培育目標和客觀自然規律所進行的綜合培育活動，是林學最主要的二級學科，具有基礎面寬，實踐性和區域性強的特點。近年來，隨著科學技術的不斷發展，特別是作為森林培育學基礎科學的生態學、遺傳學、生理學、氣象學、土壤學、地質學取得了巨大的進展，一些新的理論和技術已被廣泛應用到林業生產實踐中，對于森林培育學的發展起到了顯著的推動作用。而且，當前林業的主導功能已從簡單的提供木材轉向維護生態平衡轉變。因而，森林培育學的目標、范圍、理論和技術體系已大大擴展，但是在系統科學理論的運用上則明顯滯后，與生產上對系統科學的迫切需求形成鮮明對照。很多林業生產實踐都具有跨部門、跨學科、跨區域的綜合性特點，要將這些不同領域、不同學科的知識和理論綜合協調起來為森林培育服務，因而，在森林培育學教學模式中要廣泛運用系統科學的有關理論和方法，豐富森林培育學的理論基礎，優化森林培育學的教學環節，培養更加符合當今快速發展的社會對森林培育復合型人才的需求。
1森林培育學教學過程中系統科學理論知識的不足
森林培育學是以生態學作為其理論基礎的核心，但是生態學科已廣泛采用的系統科學理論和方法并未引入到森林培育學中，大多數森林培育學科的研究人員對系統科學理論和方法仍然感到陌生。目前大多數森林培育學教材或著作，仍以個體生態學或群落生態學的理論為基礎，尚未充分體現系統科學理論的思想?，F在生產上已普遍認識到，造林工作是一項系統工程，需要多學科的科技知識集成，需要多方面人才的通力協作，只有在系統思想指導下，才能合理安排農、林、牧、副各業用地，才能正確處理農、林、牧之間的關系[2]。森林培育從采種、育苗、造林到撫育采伐，涉及一系列各個方面的技術，在科技發展日新月異的今天，適用于造林的新品種、新技術、新工藝、新材料層出不窮，如何將這些新成果進行優化、組合、配套，在生產實際中發揮更大作用，更是迫切需要系統思想的指導。目前，生產實際需要和所培養人才的知識結構之間存在著較大距離。由于林學專業本科的教學活動中沒有關于系統科學的課程，這就使得從林業院校畢業的本科生沒有形成扎實、完整的系統思想，這對于他們即將面對的造林這一越來越復雜的系統工程，并未做好知識結構和思想上的準備[3]。所以，缺乏系統思想和理論的全面指導便是森林培育學理論基礎的不足之處。同時，在森林培育學的教學過程中，由于缺乏系統科學理論的支撐，整個教學環節沒有得到很好的優化。理論課與實踐課的學分配比、時間安排都存在著一定的弊端；教學方式單一，沒有更好地激發學生的興趣；師生互動效果較差，缺乏師生間的良好反饋；實踐教學單一，難以適應林業生產實踐的需求；教學過程中各要素的配置不太合理。即使采取了一些改革措施，也都是不系統、相互割裂、片面的、無序的，沒有把整個森林培育過程和森林培育學的授課環節作為一個系統工程來對待，因而，急需采用系統科學的一些理論和方法優化森林培育學的教學過程，從而形成一套高效、系統、合理的教學體系。
2系統科學指導和豐富森林培育學是大勢所趨
系統科學是20世紀中葉形成、近幾十年來發展十分迅猛的一個大門類新興學科。它把事物看作系統，從系統結構和功能，從系統的演化，研究各學科的共性規律，是各門學科的方法論和基礎[4]。系統科學理論包括信息論、控制論、系統論，它是新興的科學方法論。從系統科學來認識森林培育學是一個多因素、多層次、多功能的復雜系統，把森林培育學教學過程作為一個整體加以分析研究，統籌全局，立足整體，對森林培育學教學過程的優化提供了重要思維方式和重要手段。三論是一個相互關聯的整體，從它歸納總結出的三大原理——反饋原理、有序原理和整體原理是森林培育學取得優化教育效果的重要理論基礎。信息論是研究教學過程中師生間的教學關系系統，是關系教育信息如何傳遞，變換和反饋的理論，教育控制論是在教育系統中，運用信息反饋來控制和調節教師的行為，從而達到既定目標的理論，教育系統論是把教育視為一個復雜的系統，這個系統是由教育目的、內容、媒體、方法、設施及教師、學生和管理人員組成的一個有機整體。森林是以喬木和其他木本植物為主體，多種生物與環境相互依賴、相互作用的復雜系統。它是一個整體，整體與各部分之間是一種非線性的關系，從而使得在整體層次上會涌現出各組成部分所不具備的新特性。由于森林的多目標和多種效益，森林培育從來就不是林業專業和林業部門所能獨自完成的事情，它還涉及社會、經濟、土地資源、農業、水利、畜牧、環保、旅游等諸多方面。因此，森林培育學涉及的不僅是森林生態系統，還涉及自然系統、社會系統等多方面和多層次的系統。對于這樣一個需要處理多個系統相互關系的學科，僅僅以生命科學和環境科學作為其理論基礎就表現出一定的局限性，所以有必要用系統科學來指導和豐富森林培育學的有關理論，使森林培育學建立在更加寬廣、穩固的基礎之上。
3基于系統科學理論的森林培育學課程體系優化設計
3.1基于整體性原理的森林培育課程體系優化設計為了配合當前高等教育的厚基礎、寬口徑、高素質的人才培養策略，應對課程理論教學時間的壓縮、森林培育理論與技術的飛速發展以及社會用人單位對學生專業課程知識要求發生轉變，基于系統科學中的整體性原理，探討森林培育課程體系的優化設計模式：①合理優化森林培育學理論課與實踐課的學時數量配置比例。在教學過程中，合理平衡理論課教學學時數量、提高課程實習和課程設計時間、增加課堂討論和課程階段性專題論文等。通過優化課程體系提高學生對課程核心內容的掌握、理解能力。②融入系統思想到森林培育學的教學過程當中，考慮專門用2～3章節來論述營建森林生態系統的系統思想和系統方法，從而讓學生意識到把森林培育作為一項真正的系統工程。③探索新的教學方式，在理論教學中，改變傳統灌輸式教學方式，以生產實踐中的技術實例為核心，通過解析講授課程中的關鍵理論和技術，尤其是突出目前生產中形成的、推廣輻射面較大的新技術解析，使理論教學向突出重點、輻射全面方向努力嘗試。通過課堂問答、課堂討論和專題論文交流，提高師生間的互動性，進一步活躍教學氣氛，從而在相對較短的教學時間內完成了大綱中的重點教學內容，并促進學生課后復習并自覺補充教材內的其他內容。④優化森林培育學的實踐環節。在教學實習中增加森林培育學中的新技術和新理論，如天然林和人工林撫育間伐設計、造林和營林各環節的實地考察、造林和撫育工作的質量檢查驗收等實習內容。聘請生產中長期從事技術工作的技術員現場教學，從而在現場把課程理論和技術緊密結合起來，形成效果良好的生產實踐第二課堂。
3.2基于反饋性原理的森林培育學課程反饋信息平臺的建立構建森林培育學課程反饋平臺體系，設計相關的調查問卷，學生將自己對任課教師授課的總體評價(包括講授方式適宜性、舉止言談的示范性、講授內容可接受性、教學互動性、課件可利用性、講授語言表達準確性等等)反映在平臺中，通過教師在平臺中查看結果和教務處、學院的具體反饋意見，使教師及時了解自己的教學效果，并克服問題，改正錯誤，及時修正課程體系中的具體措施。同時，為了更加有效地促進學生學習，將教學課件、復習思考題等在教學平臺上公布，并通過平臺及時了解學生的需求，對學生進行個性化答疑輔導，使學生在課堂之外能夠獲得更多感興趣的課程知識，也解決了課堂教學時間不足、學生與教師接觸時間較少的問題。
3.3基于有序性原理的森林培育學教學過程中各要素的合理配置模式設計①通過教輔手段多樣化提高學生對課程核心內容的感觀認知度。森林培育學是一門實踐性非常強的課程，課堂中的理論教學難度較大。為此，在教學中通過將生產實踐各環節的圖片、表格等資料與理論內容密切結合的手段，提高多媒體教學的效率和學生對生產實踐的感性認識。同時，還使用必要的實物和生產實踐影像資料，加深學生的實踐感觀認識。②通過持續調研總結有效地縮小課程內容與生產實踐的差異度。同時，為了解決教材內容相對滯后與森林培育理論與技術發展較快間的矛盾，授課教師結合科研、會議、調研等，不斷收集素材，并及時整理，整合到教學中。如國外的機械整地、跡地清理，國內西北地區的新整地方法，生態公益林撫育新方法，風景游憩林改造技術等。
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主管單位：江蘇省教育
主辦單位：南京信息工程大學
出版周期：雙月刊
出版地址：江蘇省南京市
語
種：中文
開
本：大16開
國際刊號：1674-7070
國內刊號：32-1081/N
郵發代號：28-404
發行范圍：國內外統一發行
創刊時間：2009
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關鍵詞:系統模擬與仿真;課程教學;實例演示
中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號: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
系統是一個與環境相對的概念,任何相互聯系、相互影響、相互作用的部分所組成的一個整體皆可稱為一個系統。系統的各個組成部分之間,通過物質、能量和信息的交換而相互關聯、相互影響、相互作用;系統與環境之間,亦存在著物質、能量和信息的輸入、輸出關系。早在古代中國和古希臘的哲學中,就包含樸素的系統思想。隨著社會的發展和近、現代科學技術的興起與進步,在軍事、工程、經濟、社會等諸多領域,都存在著大量的有關系統的問題。為解決這些問題,20世紀40年代相繼產生了運籌學、控制論、信息論和一般系統論等系統理論;20世紀40年代以來,系統理論被大量應用于工程實踐,系統工程應用學科迅速發展,同時其他科學技術學科也在不斷獲得新的突破與發展,從而對各種系統的性質和規律的認識在不斷深入,產生的一些新的系統理論:耗散結構理論、協同學、動力系統理論、混沌理論、突變論等。
當前,對復雜及復雜適應系統的研究是系統科學這門學科的熱點。國際上,有關復雜系統的系統科學研究可分為三個主要學派:“歐洲學派” ―― 以非線性自組織理論為核心內容的系統理論(系統元素為無機物,源于物理、化學系統);“美國學派” ―― 以圣菲研究所(SFI)為代表的理論框架(系統元素為有機物,具主動性,源于生物系統);“中國學派” ―― 以開放的復雜巨系統理論為核心的體系(系統元素為“人”,源于大工程協作系統)。其實,這三個主要學派的主要區別只是從系統的不同層次為出發點去把握系統的性質和規律;它們的共同點可認為是要從整體上去認識問題和解決問題,對系統的許多性質,部分和的累加并不一定等于整體,整體很可能大于部分和,由于涌現性,整體會出現一些任一部分所不曾擁有的新性質。
由于現實系統的廣泛性、多樣性和復雜性,如果直接對系統進行觀測、實驗和研究,可能會對真實系統造成破壞性影響而且可重復性很可能也差,或者用真實系統試驗時間過長,或費用太昂貴。對于工程系統,在系統建立之前需要對其結構、行為特性開展研究,但真實系統尚不存在。這些情況下,系統的模擬仿真是唯一可行的研究手段。
1 系統模擬仿真課程的教學目的
系統模擬仿真課程的教學目的為:培養學生科學分析和解決各類學科中出現的一般復雜系統問題的能力,掌握多種解決各種復雜系統問題的研究、設計與分析方法。通過本課程的教學,希望學生能了解系統模型的形式化描述;掌握連續系統的時域與頻域建模仿真方法:龍格-庫塔法、線性多步法、離散相似法、替換法、根匹配法等;了解離散事件系統的一般概念和離散事件系統的建模工具――Petri網,掌握經典的離散事件系統:單服務臺與多服務臺排隊系統,庫存系統等的仿真方法;掌握離散事件系統的仿真輸出數據的分析方法;了解現代仿真技術――虛擬現實技術的一般概念、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。
系統科學專業碩士點的設立是為了滿足國家和廣西的經濟和社會發展的需要,旨在培養高層次的復合型研究與管理人才。系統科學專業碩士點有兩個專業:系統理論和系統分析與集成,其中系統理論專業從2004年起開始面向全國招生,系統分析與集成專業從2006年起招生。系統模擬仿真課程是系統科學專業碩士生的必修課程,本人從2006年起到目前為止連續5年擔任了本門課程的任課教師,在此對這幾年的教學實踐作些總結,以圖對本課程后續的教學水平的提高和教學效果的完善能有所幫助。
2 課程基礎建設
專業課程與選修課程的組成,不同課程的先后安排和教材的選擇對教學目的之達成與教學效果之提高至關重要。系統模擬仿真課程的先修課程為:控制理論,概率統計,至少一種通用程序設計語言(如:C/C++程序設計語言和Matlab編程語言)。這幾年教學過程中的有些學期,在本課程剛開始時,有些學生反映從未接觸過其中一門或兩門先修課程,應學生的要求,用一、兩次課程的時間介紹相應課程,解釋其中的重要內容,并鼓勵學生自學相應課程,難懂之處同學之間互相探討,并及時向老師請教。教材選擇的是美國多家高校系統仿真類課程普遍采用的, 由清華大學出版社出版的原版影印英文教材[1]。該教材著眼于離散事件系統仿真的原理和方法學的闡述,基本概念通過實例加以闡述展開,對仿真方法、技術談論深入,對新技術發展方向描述明確。該教材以C/C++和Fortran為仿真算法的主要編程語言。
開始的連續2年只使用該教材進行教學,有些學生反應跟不上教學進度,仔細了解,跟不上的原因是難以完全讀懂教材中的英文內容和從未學過C/C++和Fortran語言。為讓每位學生都能掌握好基本仿真方法、技術而又不失去對仿真前沿研究的了解,后增加系統科學與系統的一般理論及其工程應用[2]的介紹,連續系統仿真原理[3]的介紹和較容易編程實現的仿真實例教學[4]。作業與考試方式、頻次的安排設置對加強學生的學習動力和提高學習效果起著極大的作用,除了常規作業和期末考試外,增加了每學期每位學生上講臺講解至少30分鐘提前布置的、要求學生課后完成的仿真建模實例小作業并接著深入討論。還安排了學期結束時應完成的較復雜的系統仿真編程大作業,并撰寫一份系統仿真應用的研究報告。
3 提高教學效果的措施
3.1 加強仿真原理教學
現代仿真是基于計算機、利用合適的算法通過模型(物理的或數學的)以代替實際系統進行實驗和研究的一門學科和實驗技術。 仿真過程中系統、模型與計算機(包括軟、硬件)的關系如圖1所示。這里模型通常是指數學模型。常用的數學模型[5]有:初等模型、確定性連續模型、確定性離散模型和隨機模型。如該圖所示,系統建模、仿真建模和仿真實驗為系統仿真的三個基本活動。
系統的模型是實際系統的簡化或抽象,分物理模型與數學模型。系統模型的形式化描述一般可表述為:
S=(T,U,Ω,X,Y,δ,f)
其中:T―時間基, 其若為整數,則系統S為離散系統,若為實數,則系統S為連續系統;U―輸入集,U?奐Rn,n∈I+;Ω―輸入段集,某時間內的輸入模式,是(U,T)的子集;X―系統狀態集,是系統內部結構狀態建模的核心;Y―系統輸出集;δ―系統狀態轉移函數;f―系統輸出函數,可表達為:f:X×U×TY。
實際建模時,模型描述的詳細程度可用如下3個水平來表示:(1)行為水平,只知系統的輸入輸出,系統被視為“黑箱”;(2)分解結構水平,系統輸入輸出及結構組成已知,系統被視為多個簡單“黑箱”的組合;(3)狀態結構水平,系統的輸入輸出,內部狀態及轉移函數皆為已知。要全面了解仿真過程的核心內容,需要較全面的數學知識、計算方法知識和編程語言知識。
由圖1可知,系統仿真的第1步是建立系統的數學模型。雖然另有一門課程―《數學模型》(或稱《數學建?！?(應用數學專業課程)專門介紹個各種數學建模方法,如不特別介紹,本專業學生或許不知有該課程的存在。在建立好系統數學模型的基礎上,可能需要利用《計算方法》中的專門知識,基于學生熟悉的編程語言(Fortran,C/C++, C#或Matlab等),如學生對任一編程語言都不了解,推薦學生優先選擇較容易入門且有大量編程工具箱可資利用的Matlab編程語言,把數學模型轉化為計算機算法程序,得到仿真模型。在設置好各可調參數條件下運行仿真模型(即仿真算法程序),即可得到一系列的輸出,這些輸出要進行各種分析[1],如條件允許,并應該與實際系統的相應數據作對比分析。
3.2 引導學生擴展知識面
仿真技術廣泛應用于工程領域--機械、航空、電力、冶金、化工、電子等方面,和非工程領域DD交通管理、生產調度、庫存控制、生態環境以及社會經濟等方面。幾乎滲透于每一個需要計算的領域和學科,相關文獻十分豐富。許多學術期刊都刊登有系統模擬仿真方面的研究論文,其中系統科學領域的期刊,尤其值得同學們去了解和學習,以擴展知識面和了解建模仿真方面的前沿研究。
應該特別留意的期刊有:中科院數學與系統科學研究院期刊學會(/)主辦的《系統科學與數學》(中) ,《系統科學與復雜性》(英)和《系統工程理論與實踐》,中國系統仿真學會與航天科工集團706所主辦的《系統仿真學報》,美國伊利諾伊大學復雜系統研究中心主辦的《復雜系統 》,美國UL控制與系統工程學會和弗羅茨瓦夫理工大學主辦的《系統科學 》,IEEE的《智能系統》,圣菲研究所的《復雜系統學報》等。
每年都有多次由不同機構發起、在不同國家舉辦的有關系統仿真的國際學術會議。通過各個級別的系統科學學會或系統仿真學會網站,或直接通過搜索引擎(如, )可檢索到最近舉辦過的系統仿真會議介紹或論文,以及即將舉辦的系統仿真會議的地點、時間和投稿須知, 如:國際系統科學學會(International Society for the Systems Sciences, ISSS)網站上 /world/index.php 有當年的年度會議信息和最近幾年的會議資料。
3.3 以仿真實例教學為教學重點以提高學生的實際分析問題和解決問題的能力
課堂上詳細講解一些較簡單的系統問題的仿真實例,可以使學生逐步明確并不斷加深對建模仿真整個流程的理解:從分析系統結構或行為導出系統的數學模型,再根據所導出的數學模型使用某種編程工具實現仿真建模,形成相應的仿真算法程序,最后運行仿真算法程序,分析結果并與實際系統相應數據對比。
編程工具的介紹也要兼顧學習效率和算法理解徹底性, 教學過程中發現如只介紹通用編程語言(如C/C++)實現仿真算法程序,學生表示是可以徹底理解所討論問題的算法及代碼;但過后一段時間,再面對類似但稍微復雜些的問題,學生就顯得有些不知如何下手改寫原來的程序以解決當前的問題。而如使用Matlab .m源碼文件實現仿真代碼,學生基本能正確改寫程序。如使用更高抽象層上的Simulink模型實現仿真,學生可以輕松解決類似新問題。現在采用初次碰到典型案例問題時,采用C語言實現仿真算法,再次碰到類似問題時使用Matlab.m源碼,更多的或更復雜的仿真案例,則采用Simulink構建仿真模型。
所選擇的仿真實例兼顧確定與隨機系統,連續與離散系統。所列舉過的離散隨機系統有:單服務員排隊系統(M/M/1)和多服務員排隊系統(M/M/N)的仿真;多工作站排隊系統的仿真;采用不同排隊策略的銀行排隊系統仿真。 列舉過的連續確定系統有: 機構運動仿真;傳染病感染傳播仿真;森林救火策略仿真;戰斗減員仿真;游擊戰策略仿真;香煙有害物質進入人體體內的累積量仿真以及生物種群規模漲落(Volterra模型)仿真等。
下面以機構運動仿真和戰斗減員仿真為例,對建模仿真的整個過程進行簡要描述:
仿真實例一.曲柄滑塊機構的運動學仿真:
對圖示單缸四沖程發動機中常見的曲柄滑塊機構進行運動學仿真。已知連桿長度:r2=0.1m,r3=0.4m,連桿的轉速:ω2=2,ω3=3,設曲柄r2以勻速旋轉,ω2=50r/s。初始條件:θ2=θ3=0。仿真以ω2為輸入,計算ω3和1,仿真時間0.5s。
利用Simulink建模如下:
模塊程序運行過程中自動顯示如圖4所示動畫。
所求仿真時間0.5s內1和ω3的變化圖像如圖5。
圖5 0.5s內的滑塊運動速度1 (上圖)和連桿轉速ω3(下圖)
仿真實例二.戰斗減員問題仿真:
該戰爭模型只考慮雙方兵力的多少和戰斗力的強弱。 假設:(1) 用x(t)和y(t)表示甲乙交戰雙方時刻t的兵力,不妨視為雙方的士兵人數;(2)每一方的戰斗減員率取決于雙方的兵力和戰斗力,用f和g表示; (3)現只對甲方進行分析。甲方士兵公開活動,處于乙方的每一個士兵的監視和殺傷范圍之內,一旦甲方某個士兵被殺傷,乙方的火力立即集中在其余士兵身上,所以甲方的戰斗減員率只與乙方兵力有關,可以簡單地設f與y成正比,即f=ay。a表示乙方平均每個士兵對甲方士兵的殺傷率(單位時間的殺傷數),稱乙方的戰斗有效系數。a可以進一步分解為a=rypy,其中ry是乙方的射擊率(每個士兵單位時間的射擊次數),py是每次射擊的命中率。由這些假設可得本問題的連續時間模型(方程):
又設系統輸入為甲乙方的射擊率rx,ry,每次射擊的命中率px,py,雙方初始兵力x0,y0。系統輸出為哪一方獲勝以及獲勝時的剩余兵力。要求有輸入、輸出界面及仿真過程。如何對微分方程進行求解,并判斷哪一方獲勝是本問題仿真的關鍵。
使用GUIDE(圖形用戶接口開發環境)接口實現以上簡單的一階微分方程。
調入該模型程序,按F5運行,出現如圖6所示界面。
在界面中輸入參數,點擊“執行仿真計算”按鈕,就會在結果欄中顯示哪一方獲勝,及其剩余人數。
設甲乙雙方射擊率都為0.03,初始兵力都為1000,每次射擊的命中率分別為0.023和0.026。執行仿真計算后可知是“乙方獲勝”,剩余兵力為339。如圖7所示。
4 總結
努力加強系統仿真原理教學,以較簡單的經典系統建模實例的仿真模型的建立為依托,讓學生在仿真實例的課堂教學中逐步明確并不斷加深對建模仿真整個流程的理解。仿真技術廣泛應用于工程領域和非工程領域,相關文獻十分豐富,涵蓋面十分廣闊的,而課堂教學的課時十分有限。如果我們把系統模擬與仿真這門學科比作是一片森林,文獻可看作是其中的樹木,仿真的實際應用則可看作生活于森林中的動物,當然動物也依賴于這片森林的鄰域森林(其他學科)。課堂教學只是帶學生來到這片森林邊沿,仿真原理、理論教學是引導學生仔細觀察了眼前的樹木,而課堂仿真實例教學則是與學生一起欣賞了樹枝上美麗的小鳥。 對這片森林更深入的了解需要學生自己出發去跋涉的、去游歷、去探索、去欣賞。當然,帶學生到這片森林應該先哪個邊沿,才能讓學生對這片森林有準確的了解并迅速喜歡上這片森林,需要帶領者對這片森林整體的和更準確的了解,也需要到過這片森林的同學們的意見反饋。
參考文獻:
[1] Law A M.Simulation Modeling and Analysis[M].北京:清華出版社,2000.
[2] 許國志.系統科學與工程研究[M].上海:上?？茖W技術出版社,2001.
[3] 肖田元.系統仿真導論[M].北京:清華大學出版社,2001.
