系統動力學基礎課程設計論文

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1“系統動力學基礎”課程的基本情況

“系統動力學基礎”是國防科學技術大學系統工程專業本科學員的專業選修課。系統動力學可以為復雜非線性系統的系統分析、系統規劃和系統預測提供一種基于因果關系的定性與定量相結合的理論和方法。課程有助于提高學員系統思維、整體思維、因果思維能力，以及利用建模仿真方法和工具解決實際問題的能力。課程主要教材為王其藩著的《系統動力學》，總計30學時，其中講授24學時，實踐4學時，考核2學時。

2“系統動力學基礎”課程教學準備

2.1了解授課對象的基本情況

想要上好一門課，首先必須了解授課對象的專業、人數、學科背景，以及專業的培養方案、課程體系等基本情況。可以采用集體座談、個別交流等方式到學員隊進行前期調研，了解學員對課程的預期時間精力投入情況，對課程的期望和需求以及學員的個性、情感等基本情況。明確本課程在人才培養體系中的地位、作用，梳理學科知識網絡，明確本課程相關的先導課程和后續相關課程。例如，與本課程密切相關的預修課程包括高等數學、計算方法、計算機程序設計、自動控制原理、系統工程原理。通過與學員前期交流，可以了解學員現有知識體系以及對先導課程的掌握情況，這樣在課程設計和講授時就能夠有的放矢，因材施教。

2.2教材選取

教材選取是前期準備的重要環節。系統動力學有一些國內外相關教材專著，其中王其藩的經典教材《系統動力學》內容充實，基礎理論方法闡述較全面系統，引入較新的Vensim系統動力學圖形化建模仿真軟件，理論實踐結合較好，比較適合作為基本教材。鐘永光等人編著的“十一五”國家級規劃教材側重培養系統思維主線，弱化微分方程式等數學知識，對動態系統的行為模式與結構、因果回路圖和存量流量圖的繪制原則，復雜系統基模等概念闡述較為清晰，是對基本教材的有益補充。其他相關教材可作為課程課外讀物，例如《系統動力學與計算機仿真》雖然教材內容和實驗軟件比較陳舊，但是教學實例非常豐富。《系統思考和系統動力學的理論與實踐》《社會系統動力學：政策研究的原理、方法和應用》《環境模擬：環境系統的系統動力學模型導論》《第五項修煉：學習型組織的藝術與實務》《增長的極限》等教材闡述了系統動力學在不同領域的應用實例，有利于開拓學員的視野。

2.3教學交流

教學交流是進行課程準備、提高教學水平的重要途徑。想上好本課程需要與學科和課程建設負責人、承擔相關學科方向（特別是系統工程、管理科學與工程、仿真工程）課程任務的老師、教學崗老師、教學督導專家等進行交流研討。作為新教員更需要積極參加各種教學培訓、教學觀摩活動，向有經驗的老師虛心請教。此外，還可以通過觀看國家視頻公開課、MOOC、與國內外一流大學的同類課程（例如美國MIT的系統動力學課程）進行對比分析，充分借鑒國內外優秀課程的先進理念、經驗，借鑒先進的建設成果。除了課前以外，整個教學過程中以及教學結束后都可以通過積極參加各類教學比賽、課件大賽、教學督導、撰寫教學論文、申報教學成果獎等方式與教育教學界同行進行教學交流。

3“系統動力學基礎”課程設計

3.1頂層設計

要想全面把握和上好一門課，需要從戰略上對課程進行整體設計，需要非常用心地按照系統工程的原理和思想進行系統動力學課程的頂層設計。本課程面向系統工程、仿真工程、管理科學與工程專業本科生，重點突出系統動力學的理論與方法、建模和應用。課程涵蓋系統動力學中的系統分析、建模、仿真、實驗分析各個環節。目的是培養學員采用系統動力學方法分析和解決問題的能力，使其能夠理解系統動力學的基本思想、建模原理、建模過程，能夠應用系統動力學建模方法及仿真環境建立宏觀層次的系統動力學模型，并通過仿真實驗解決宏觀層次的系統分析問題，從而提高學員解決實際問題的能力。在課程過程和方法設計上，除了進行基本概念方法講授外，還需要展示系統動力學在社會、經濟、生態、軍事等特定領域中的應用，加強學員對系統動力學應用的直觀認識。在此基礎上結合具體應用問題，組織學員從系統動力學和科學實驗角度認識世界和改造世界，形成科學的世界觀和方法論，并采用系統動力學建模仿真軟件開發相關的仿真模型，進行仿真實驗和分析，從而培養和提高學員分析和解決實際問題的動手能力。

3.2教學內容

在教學內容選取上，應根據學科之間的內在聯系、本課程在整個專業知識網絡中的地位作用和學員的認知規律，科學論證和選取課程核心內容和知識點、設計教學實踐環節等。需要特別注意與其他相關課程的聯系、呼應、分工、銜接。例如，一階負反饋的基本概念在以前的自動控制原理等課程講授過，本課程中就需要從系統動力學因果分析、定性定量建模、Vensim建模仿真實驗分析全新的角度進行講授。教學內容力求做到基礎性、系統性、科學性、實用性和先進性的統一。本課程理論教學內容包括：系統動力學基本概念、建模原理和步驟；系統動力學建模技術（因果回路圖、存量流量圖、狀態、速率、輔助變量和常數、參數、方程）；系統動力學分析技術（簡單和復雜系統結構和行為分析、振蕩、延遲、基模、靈敏度與強壯性分析、模型精煉與重構、政策/決策分析）。本課程實踐教學內容包括：系統動力學仿真實驗技術（Vensim軟件、函數、輸入輸出分析）；一階系統建模仿真實驗、二階系統建模仿真實驗、應用系統動力學分析解決復雜軍事問題。

3.3課程特色

每門課程都有其特殊性和獨有的特點，本課程需要重點把握以下兩個特點：一是突出理論與實踐相結合的“雙螺旋”主線。與一般的理論課或實驗課不同，本課程是一門理論性與實踐性結合非常緊密的課程。課程主要按照“案例引入—原理推導—軟件實驗—綜合應用”的思路展開。因此，教學方法側重于理論講解與應用案例結合、抽象的理論知識與Vensim系統動力學軟件實現相結合、培養學員綜合解決現實應用問題的興趣和能力。二是突出課程的系統特征、因果特征和動力學特征。通過課程學習，使學員能夠建立系統辯證觀，強調系統、整體的觀點，通過對因果特征和動力學特征的講解，使學員掌握聯系、運動與發展的辯證觀點。系統動力學與物理學中的動力學具有相似性，系統的結構相當于物理學中的“力”，系統狀態隨時間發展變化的系統行為相當于物理學中的“運動”。系統內部結構和反饋機制決定了復雜系統的行為模式和動態特征。系統動力學非常適合研究復雜系統隨時間變化的問題，例如人口、經濟、社會隨時間的發展、興盛與衰亡等。因此在課堂講授時可以適當采用具有多媒體動畫，仿真實驗時特別需要展示系統隨時間變化的動態特性。

4結語

“系統動力學基礎”課程是鍛煉學員系統思維、因果思維與提高動手能力，解決實際問題的理論性和實踐性都很強的課程。實踐證明，通過在教學準備階段全面了解授課對象，精心選擇教材，積極進行教學交流；在課程整體設計階段系統做好頂層設計，科學選取教學內容，準確把握課程特色，教員為上好“系統動力學基礎”做好了充分準備，為取得良好的教學效果奠定了堅實的基礎。

作者:王文廣楊峰李群單位:國防科學技術大學信息系統與管理學院