系统科学应用于交通工程课堂教学

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【摘要】如何把课堂教学与现代科学的发展有机整合，是当前高校教育教学改革所面临的重要问题。本文根据多年的教学和科研实践，论述了将现代科学发展与课堂教学相结合的必要性，并结合交通工程课堂教学和系统科学的发展，探讨了在交通工程课堂教学中融入系统科学发展的教学模式。

【关键词】交通工程系统科学课堂教学有机整合

一、系统科学和交通工程学概述

一般系统论认为，系统是指相互联系、相互制约的若干组成要素结合在一起并具有特定功能的有机整体。［3］系统科学指的是以系统为研究对象的一门学科，它通过描述“一般系统”的特征、类型及演化规律等，试图揭示系统的对应或相似性以及同构性等共性问题。［1］该学科从系统的角度，运用系统的方法去考察认识整个世界，是具有横断学科性质的新科学，［2］［4］在许多领域都有着重要的影响和应用。系统科学包含的内容较多，如一般系统论、信息论、控制论、运筹学和系统工程、耗散结构理论、超循环理论和突变论、非线性科学等。［2］20世纪80年代以来，由于系统科学在社会生产生活中发挥了不可替代的作用，因此受到了国内外很多学者的广泛关注，其研究工作也得到了进一步发展和完善，如协同学说的创立、钱学森的系统科学体系和复杂性研究以及混沌理论的新发展。［2］系统科学的产生和发展在具体的应用领域给我们带来重要影响的同时，也使我们的思维方式产生了重大的改进。它利用数学工具，使人类的思维方式从定性概括开始向定量描述发展，从而更能精确揭示自然和社会现象的一般规律。

交通工程学是随着交通科技的发展，为解决日益严重的交通问题而兴起的一门学科。其主要的目的是揭示交通运输这一社会活动的基本规律，从而能够提高交通的效率，节约资源和社会成本。它所研究的内容对提高公路和道路的交通性能起着至关重要的作用，因此具有广阔的发展和应用前景。［5］揭示了交通工程的研究内容，它是研究道路交通中各种交通现象基本规律及应用的一门学科，它是以人为主体、以交通流为中心，以道路为基础，将三方面的有关内容统一在交通系统的环境中进行研究，通过交通规划、设计运营管理等方法，提高道路的通行能力和运输效率，降低能源消耗与运输费用，从而达到安全经济的目的。

从上面对于系统科学和交通工程的研究内容来看，两个学科都是力图揭示自然现象的一般规律，从而能够进一步利用这一规律，为人们的决策服务，因此两个学科从总体目标上来说是一致的。由于交通系统是一复杂系统，研究交通系统的非线性现象和复杂性特征一直是交通科学研究的热点和重点。系统科学的发展为现代交通科学的研究和应用奠定了坚实的理论基础，它为交通工程的研究提供了诸多的研究方法和思路，有力的推动了交通工程的发展。因此系统科学和交通工程学有着紧密的联系。

近年来，随着交通科学的发展，很多高校都开设了交通工程教学课程。但在教学过程中，由于一些教师对系统科学与交通工程间的关系理解不深，往往忽视了交通工程教学过程中系统科学方法的介绍，使学生仅仅学到了书本上的内容，知识面不能合理的拓宽，从而限制了学生思维和创新能力的发展。鉴于此，在讲授交通工程课程过程中，引入系统科学的研究思想和方法，对于开拓学生的视野是非常必要的。

二、浅谈交通工程课堂教学中纳入系统科学的必要性

现代交通工程的发展是建立在交通科学发展的基础上。随着当今科学技术的迅速发展，交通科学不断和其它科学（特别是系统科学）交叉，产生了许多新理论和新方法。同时，这些新理论和新方法在实际的交通工程应用中不断得到丰富和发展。为了培养能适应信息社会发展的创造性人才，特别是提高学生的综合素质，培养学生的创新精神和实践能力，必需在交通工程的课堂教学中，融入现代交通科学的发展。系统科学作为现代交通科学发展的重要理论基础之一，将其纳入交通工程课堂教学是十分必要的。

将系统科学的现展融入交通工程的课堂教学，首先可以激发学生的学习兴趣和情感。例如，在讲授交通安全评价方法时，常规的方式是介绍课本上的方法，如绝对评价法、事故率评价法、模型评价法等。事实上系统科学中的评价方法有多种，并不仅限于书本上的内容。为了激发学生的兴趣，可以介绍一些评价方法的发展，如层次分析法、属性综合评价方法以及模糊综合评判方法。并针对不同的评价方法，介绍其特点和适用范围，比较其优缺点。通过这样的比较和介绍，不仅可以使学生对所学知识一目了然，对学生兴趣的培养也有很好的促进作用。

其次，将系统科学的方法融入交通工程的课堂教学，也可以调动学生学习的主动性，达到教与学的目的。传统的课堂教学中，教师依据书本，逐步说明学习内容。这种导入，学生往往感到枯燥乏味，难以引起学生的情感共鸣。如果在课堂教学中，引用一些重要的科学进展或是重大的实际应用，可消除这种十分沉闷的教学氛围。

另外，在交通工程的课堂教学中，引进系统科学的现展，可以扩大学生的知识面，提高学生专业知识水平。现代社会的科学研究是不断发展的，教材上的知识只是对过去研究的总结，教师在课上介绍最新的研究进展，可以有效地扩大学生的视野，而且能将学生直接带到学科的前沿，为他们今后的进一步学习和定位具有重要的指导意义。三、交通工程课堂教学与系统科学发展有机整合的尝试和建议

1．实验教学与课堂教学结合。随着国民经济和社会的发展，高校人才的培养必须适应经济全球化和科学技术快速发展的需要。面对这种需要，实验教学显得尤更为重要。目前，“交通工程”实验教学的大部分内容更新很慢，已不适应现代交通科学的发展。授课教师可以根据系统科学和交通工程中的相关内容，补充一些先进的、有代表性的实验内容。并有效的利用学校交通工程实验室的平台，通过实验的方法让学生掌握交通现象形成的机理及解决的过程。这样可以解决传统课堂教学中不能解决的重点、难点内容。

结合交通工程的专业特点，介绍现代系统科学在交通工程的应用。这样，可以大大丰富传统教学的内容，同时扩大了学生的知识面，以及毕业后适应社会需要的能力。同时，可以组织学生参观一些现代化交通工程的实验室，或是参观一些工程应用的现场。例如，教师在讲授交通流理论中关于交通模拟模型时，可以组织学生参观一些交通工程的实验室，重点介绍一些应用系统科学中的交叉方法建立的交通模型。通过平台演示，让学生直接感受到系统科学在交通工程中的重要地位。这样既使学生掌握了新知识，又增强了学生的能力。

2．启发式教学的应用。结合书本内容，遵循系统原则介绍一些系统科学的新进展及一些重大应用方法，培养学生对相关知识的融会贯通。为此，可以采用启发式的教学模式，即提出问题、分析问题、解决问题的教学方式。这样不但会使学生对教学目的有个清晰的认识，也会让问题变得更加容易理解。例如，我们在讲授交通预测时，通常的方式是首先提出问题，如交通预测的难点在什么地方？存在什么样的问题？通过什么样的方式去解决？之后分析问题的本质，包括问题涉及的相关要素，不确定因素等，如汽车的保有量，出行频率，出行时间等。最后在学生理解的基础上，介绍出行预测模型。实际上，系统科学中预测模型具有多样性，而课本上介绍的不会很全面。因此，可以进一步介绍系统科学中新的方法在交通预测中的应用，如基于混沌和神经网络的方法。这样的教学过程，不仅能够把问题讲解的很清晰，对学生的理解和知识的拓宽都是有帮助的。

3．让学生主动参与课堂教学。组织学生积极参加课外查询、课堂讨论等活动。课外查询一些有关系统科学和交通工程的相关内容，课内教师可以组织学生讨论。这样可以充分调动学生参与教学活动的积极性，激发学生的质疑精神、探索精神。例如，教师在教授交通流特性分析时，可以先让学生课外查阅相关文献，掌握和了解应用非线性系统理论研究交通流特性的方法，然后组织学生课堂讨论，最后教师进行课堂总结。这样可以把学生的积极性充分调动起来，同时让他们参与到课堂教学中。让学生自己独立地解决问题，培养学生的科学精神。以此不断提高学生的实践能力和创新能力。在此过程中，授课教师需做一些必要的课外辅导工作。

四、结束语

总之，在教学过程中，除了讲授传统的“交通工程”基本理论和基础知识外，还要注意对系统科学方法的创造性传授。这样的教学不仅反映了系统科学的发展动态和最新研究成果，又能与交通工程的实际结合，达到教与学的目的。

参考文献

1齐磊磊.论“系统科学”与“复杂性科学”之异同.系统科学学报，2008.16（4）：31～34

2周树杰.系统科学的形成与发展初探.哲学百家，2006：155～157

3罗发奋、隋春玲.系统科学理论的发展对教学系统设计的影响，唐山师范学院学报，2006.28（2）：105～107

4李曙华.从系统论到混沌学.广西师范大学出版社，2002

5姜桂艳、丁同强.交通工程学.国防工业出版社，2007