系統科學與工程論文精選(九篇)

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第1篇：系統科學與工程論文范文

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《數學建模》)(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:上海科學技術出版社,2001.

[3] 肖田元.系統仿真導論[M].北京:清華大學出版社,2001.

第2篇：系統科學與工程論文范文

英文名稱：Journal of System Simulation

主管單位：航天科工集團總公司

主辦單位：中國系統仿真學會

出版周期：月刊

出版地址：北京市

語

種：中文

開

本：大16開

國際刊號：1004-731X

國內刊號：11-3092/V

郵發代號：82-9

發行范圍：國內外統一發行

創刊時間：1989

期刊收錄：

SA 科學文摘(英)(2009)

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)

期刊榮譽：

Caj-cd規范獲獎期刊

聯系方式

第3篇：系統科學與工程論文范文

“活到老，學習到老，前進到老”是錢學森對科學、對真理孜孜以求的精神境界。錢學森博學多識，從應用力學到工程控制論，從工程控制論又走到系統工程、系統科學、大成智慧學，直至現代科學技術體系及其中的各個學科，幾乎都有自己的學術見解和論述。他一生的科學思想最為顯著的特點是“系統思想”，而其“系統思想的形成和發展”的明顯時間線索，在《錢學森文集》得到充分體現。他在耄耋之年，將以控制為中心的航天工程演繹為多學科、多專業的復雜巨系統，從現代科學技術推及哲學，不僅有學科的深度，更有跨學科的高度和廣度。盡管現代科學技術發展很快，門類紛繁，但錢學森卻用他的系統觀點給我們理出了清晰的科學技術結構圖。這張圖鑲嵌在《錢學森文集》的封面上（本是親手繪制的，此處是重新排過的），既是對6卷內容的高度概括，又是理論精華的總結。

20世紀80年代，錢學森借用北大老哲學家熊十力的觀點，把智慧分為“性智”、“量智”。他說：“人的智慧有兩大部分：量智和性智。缺一不成智慧！此為‘大成智慧學’。”他認為，“量智”是側重對事物從微觀到宏觀、從局部到整體、從量變到質變的發展過程去探索其本質和規律的學問；“性智”是側重對事物從宏觀到微觀，從整體的、形象的感受上，從事物的“質”上入手去探索其本質和規律的學問。數學科學、自然科學、系統科學、軍事科學等十大科學技術部門的知識是“性智”、“量智”的結合，主要表現為“量智”；而文藝創作、文藝理論、美學以及各種文藝實踐活動，也是性智與量智的結合，但主要表現為“性智”。“有豐富的知識是必要的。但也要說清楚，不是有了知識就自然而然地有智慧了。這里有一個運用知識的問題。中國從前就笑話那些‘老學究’，說明有知識不會用，也不能達到智慧。”“大成智慧學教我們總攬全局，洞察關系，所以促使我們突破障礙，從而做到大跨度的觸類旁通，完成創新。”錢學森如是說。

科學理論的價值不僅在于能解釋一大堆凌亂無序、錯綜復雜的現象，更貴于它能預言現象。錢學森具有廣闊的未來視野，他以前瞻者的視角站在現代科學技術之巔，從大至宏觀、宇觀，小至微觀、渺觀分析認識物質世界，闡述了現代科學技術的特點，構建出一個現代科學技術體系，奏響了巔峰上的交響樂。他的科學思想和理論不僅在過去幾十年的社會發展中得到了證實，而且也將對我國當下和將來的發展依然有重要的指導作用。

音樂是一種能夠表現人類內心最深處的本性的藝術。當我們把導彈、火箭、航空等與錢學森聯系在一起的時候，經常忽略了與這位科學大師如影隨形相伴的音樂、繪畫、攝影、文學等藝術世界。錢學森特別喜歡貝多芬創作的樂曲，尤其喜歡貝多芬震撼人心的命運交響曲、英雄交響曲和第九交響曲。這些藝術作品里所包含的詩情畫意和對人生的深刻的理解，帶給錢學森勇氣和力量，豐富了他對世界的認識，使他學會了藝術的廣闊思維方法。在《錢學森文集》中錢學森不僅暢談了導彈、火箭、航空等尖端科技，還帶領我們進入了哲學、思維、文學、美學、音樂、園林、建筑等學科領域。有人說，理性和感性相結合，才是全部意義上的哲學。錢學森的科學思想具有濃厚的人文精神，人文思想中又體現出自然科學家嚴謹務實的態度，他以理性的智慧和感性的浪漫在科學世界和藝術世界中自由遨游，得出了科學思想家和人文科學家獨到精辟的見解，同時取得了卓著的成就和真正的快樂。因此，他呼吁：“讓科學與藝術聯姻吧，那將會創造奇跡！”

美國著名原子物理學家韋斯科夫（V.Weisskopf）認為，盡管從科學上可以成功地了解大自然的一切領域，但是僅僅這一點還遠遠不足以歷盡人類經驗的每個方面。叔本華說：大思想家真是鳳毛麟角，千萬人里未必能擇出一個大思想家來，他們是人類的燈塔；如果沒有他們，人類就要流落在茫茫無際的大海里。錢學森的思想理論已超出自然科學技術范圍，馳騁在自然科學和社會科學相結合的廣闊領域。他的科學思想、創新思想、民主思想、人文思想，不僅在中國，而且在世界，不僅在當代，而且在未來，都將產生深刻的影響。

人，人類，人類文明之旅，按其本質都是歷史的，隔斷這種歷史的繼承性，我們就會倒退到洪荒原始時代。《錢學森文集》像一幅現代科學技術知識的“清明上河圖”，以長卷的形式，以深入淺出的筆法，將科學技術、文藝理論和哲學思想等認識世界和改造世界的學問呈現給我們，啟示我們更深刻地認識現實各種復雜的事物，包括認識我們自己、人和人的精神等本質和規律。同時，科學的觀點、科學的精神和科學的道德還可以塑造我們的思想、情操，培養我們高尚的品德和美好的心靈，以至影響我們的行為，實現人與自然的和諧發展，讓世界更美好、人類更幸福，如同貝多芬在《歡樂頌》中表達的理想：“人類同享幸福與歡樂，在這美麗的大地上”。

錢學森，用奔涌的智慧照亮一段歷史，以卓越的靈魂感動一個民族。他出類拔萃的品格，讓他挑得起歷史的千斤重擔，放得下個人的利害得失。貧弱的祖國、復興的大志、國重于家的寬廣胸懷賦予他恢弘的未來視野、沖天的豪情斗志，讓他成為“大家中的大家”。《錢學森文集》以史學家的智慧，文學家的才情，數學家的縝密，邏輯修辭的嚴謹，描述深刻的自然科學、社會科學、系統科學、思維科學、軍事科學、地理科學、建筑科學、人體科學、行為科學、文藝理論等，鴻論深入淺出卻切中事機，學貫中西又文采斐然。它是迄今為止收錄錢學森中文文稿最為系統、全面的個人文集，能夠全面系統地反映錢學森一生豐富多彩的科學思想和令人崇敬的科學精神；是胸懷祖國的赤子的思想史、博學多才科學家的學術人生、著眼未來前瞻者的智慧結晶，更是研究者、學習者攀登高峰的進步階梯。

這是一部啟迪智慧、凈化心靈的巨著；這是一筆不能用金錢衡量的財富，藏之于室，開卷有益。

作者簡介：

邢海鷹，國防工業出版社總編輯。

邢海鷹同志始終倡導并積極推進以原創內容為主體的學術著作出版。擔任責任編輯的圖書曾獲得中國出版政府獎圖書獎提名獎1次，中國人民圖書獎2次、圖書獎提名獎2次，省部級圖書獎5次，入選“三個一百”原創圖書出版工程2次；發表了《用系統工程思想指導圖書質量建設》等一系列學術論文。

孫慧波，國防工業出版社副總編輯。

第4篇：系統科學與工程論文范文

實踐教學體系的設計必須符合本科教學大綱的要求，體現大學教育的本質，符合社會對人才的要求。必須注意遵循以下原則：

1.目標性原則。實踐教學體系的構建必須符合社會經濟發展的要求，緊緊圍繞研究性大學人才培養目標進行，并注重創新型人才的培養。沒有創新，就沒有發展。現代社會對人才的要求是學生必須在具備理論知識的基礎上，具備一定的社會實踐能力，具備綜合素質，具備創新意識和創新能力。

2.系統化原則。必須遵循認識規律和教育規律，運用系統科學的方法，按照組成實踐教學活動各環節的地位、作用及相互之間的內在聯系，使實踐教學體系的各個環節做到互相銜接，彼此關聯，具有連續型，并貫穿于全部學習過程。大學教育是通識教育與專業教育相結合，專業教育特點更突出。在大學基礎教育階段，大類內部的專業具有相似或相同的基礎實踐教學內容，但專業實踐教學，各個專業具有其各自的特色，所以每個專業的實踐教學體系明顯具有學科的特點。實踐教學體系必須系統，使得各專業的實踐教學“不斷線”。

3.整體優化原則。不僅要做到實踐教學活動各要素之間的協調統一，還要從人才的全面素質和能力發展的要求出發，滿足學生綜合素質發展的要求。大學的素質提高需要有相應的教育環境和教學條件與之適應。實踐教學體系的設計不應僅僅考慮其中一個方面，而必須全面考慮各種條件和實施因素，構建科學的全面的促進學生發展的內容。

4.規范化原則。在培養方案中要規范實踐教學內容、形式，制定出相應的考核標準和要求。實踐教學的內容多樣，要根據不同的情況制定規范的考核標準。

5.理論聯系實際原則。實踐教學體系的建立必須建立在理論指導的基礎上，沒有理論指導的實踐是盲目的實踐。只有在教育理論的指導下，確定實踐教學內容，才有可能建立實踐教學的科學體系。

二、實踐教學體系改革的具體要求

1.實踐教學的內容要與科學研究密切結合。大學實踐教學內容應抓住核心、突出重點，主要實踐教學內容應與科學研究結合起來，通過一系列的科研訓練，教會學生探求知識和創新知識的方法，使學生的創新意識不斷增強，創新能力不斷提高。

2.實踐教學的方法應個性化。大學本科實踐教學要充分利用自身資源優勢，努力做到實踐教學的個性化，使具有不同興趣、特長和能力的學生都能得到很好的訓練。

3.實踐教學構架要立體化。本科實踐教學無疑是由許多教學環節組成的一個環節鏈，但對本科實踐教學來說，重要的是在設計各教學環節時要緊密圍繞實踐教學目標統籌設計，相互貫通，使實踐教學立體化。一是在時間上要全程化，從大學一年級貫穿到大學四年級，做到大學四年實踐環節不斷線；二是在層面上要層次化，針對不同的學生，在諸如基本技能訓練、綜合能力培養、科研能力鍛煉等不同的層次上設計不同的實踐教學項目。三是實踐教學形式要多元化。如工程設計、科學實驗、市場調查、社會分析、模擬分析等。四、實踐教學要綜合化，不論是任何形式的實踐教學，都應從單一化轉化為綜合化，以提高創造能力的成效度。

三、實踐教學的具體內容

科學的、系統的、綜合的、實踐教學項目內容包括：第一部分為社會活動實踐項目，包括公益勞動、社會調查、社會服務、軍事訓練、入學教育、畢業教育、讀書報告等，同時也包含各種社團活動，如大學生三下鄉活動、各種藝術展演活動等。

第二部分為實驗教學內容，指與理論課銜接的各種實驗以及獨立設置的實驗課，如每一門理論課程所含的課內課外實驗、上機操作等，也包括學生自行設計的綜合實驗等。

第三部分為實習教學，包括各種工程訓練、工程實習、生產實習、專業實習、課程設計、綜合設計、學年論文、專業綜合實踐等。

第四部分為畢業論文（設計），這是每個專業都必須進行的專業研究階段的實習過程。這部分實踐具有很強的理論研究性質和實踐過程。

第五部分為創新實踐，包括各種大獎賽、科學研究項目、科技活動，如國家現行的數學建模競賽、電子設計大賽、機械創新設計競賽等。

四、結束語

本論文解決了沈陽理工大學應用技術學院實踐教學體系設計中的關鍵問題，建立了實踐教學質量保障體系。并為國內高校實踐教學和質量保障體系的建立和實施提供了有益的思路和實施辦法。

參考文獻：

第5篇：系統科學與工程論文范文

關鍵詞：工程碩士培養質量評價指標校企合作

中圖分類號：G643文獻標識碼：A

研究生培養質量評價，是指運用一定手段，采取一定措施，對研究生的培養過程進行監控和對培養結果進行檢驗所采取的有關措施，是確保研究生培養質量的關鍵所在。全國工程碩士教育指導委員會一直以來非常重視培養質量評價制度建設，在1998年教指委成立之初即按照“自評為主、以評促建、專家咨詢、政府監督”的原則，制定了包括招生、課程教學、學位論文、教學、管理、辦學特色與效果等6個指標的培養質量評價體系。2009年，教育部《關于做好全日制碩士工程碩士培養工作的若干意見》，2015年又《深化工程碩士教育綜合改革》，這些都是對工程碩士培養教育具有指導性意義的文件，也是確立評價指標的主要依據之一[1]。本文擬從雙三螺旋模型理論出發，論述工程碩士培養質量評價體系的原則和指標，為提升工程碩士培養質量提供建議。

1雙三螺旋模型

河海大學提出的雙三螺旋模型是基于三螺旋理論，運用系統科學思維與方法，瞄準高層次應用型人才培養目標所構建的以知識鏈、能力鏈、素質鏈為內部三螺旋，以行政鏈、生產鏈和科學鏈為外部三螺旋的重要理論創新[2]。

1.1內三螺旋

內三螺旋是知識鏈、能力鏈和素質鏈的有機結合，在人才培養目標中，知識、能力和素質三者緊密相連、缺一不可，同時也具有內在聯系與相互作用，它們之間呈相互交叉、重疊的螺旋式上升的關系，是個體成長成才的源動力。知識、能力和素質這種相互交叉相互促進的關系構成了人才培養的三螺旋關系，即知識鏈、能力鏈、素質鏈的內部三螺旋，對工程碩士來說，知識鏈包含的主要內容是基礎知識、專業知識、管理知識、交叉學科和工程原理等；能力鏈由實踐能力、創新能力、團隊合作能力、組織協調能力和適應能力等構成；素質鏈則由政治思想、道德品質、審美素質、職業素養、人文素養和社會責任等內容構成。

1.2外三螺旋

外三螺旋是科學鏈（大學）、生產鏈（企業）和行政鏈（政府），分別代表了知識創新、技術創新和政策創新的主體。隨著人類社會由工業經濟時代向知識經濟時代的轉變，大學逐漸由社會的次要機構上升為主要機構，日益成為知識社會中原始創新和集成創新的關鍵，并將同企業一樣成為未來經濟社會發展的動力源和助推器。

1.3雙三螺旋模型與人才培養質量的關系

知識鏈、能力鏈和素質鏈組成人才培養的目標鏈，目標鏈就是培養適應經濟建設和社會發展的高層次應用型人才，人才培養質量是核心；行政鏈、生產鏈和科學鏈組成人才培養的外部環境鏈，是培養高層次應用型人才的外部保障。外部環境鏈和內部目標鏈通過相互作用、相互影響，構成雙三螺旋關系，兩股三螺旋形成強大合力，共同推動各項創新活動[2]。

2工程碩士培養質量評價指標

2.1制度建設

良好的制度體系是保證研究生整個培養過程順利進行的前提，也是培養質量評價首先應考察的內容。許多培養高校管理制度不健全，權責分工不明確，管理方式落后，管理效率低等問題突出，因此，管理制度是否健全，管理方式是否高效，是否運用微信、微博、QQ群等新媒體平臺提供便捷服務等應作為評價指標。

2.2生源質量

研究生入學考試是目前高校選拔學生的主要渠道，生源條件是決定培養質量高低的基礎，優秀的生源不僅直接關系到整個研究生群體的整體水平，也直接關系到研究生培養的水平。研究生入學前學歷參差不齊，學科專業各不相同，有些學生離校多年，專業基礎不扎實，因此，具有工科背景的學生數量、第一志愿報考工程碩士的學生人數、調劑生數量等都構成了質量評價的指標要素。

2.3課程教學

目前，我國大多數高等學校的課程體系包括三部分：公共基礎課、專業基礎課和專業課。公共基礎課是對全體學生的必學科目要求，如理論課和英語等，專業基礎課和專業課是對學生專業知識的專門要求，學生獲得課程學分的方式一般分為必修和選修。然而，“一刀切”的課程設置造成了“課程設置整齊劃一”與“學生個性化需求”之間的矛盾，專業課程教材內容落后于生產實際也是制約我國工程碩士教育發展的重要問題。因此，課程教學中企業參與課程方案制定、課程與職業資格認證的結合度、教學組織形式、在線課程與案例庫建設等均應納入培養質量評價指標。

2.4實踐基地

培養工程碩士，除了高校系統化的理論知識體系，更需要依托項目技術開展工程實踐，積累工程實踐經驗，提升學生解決實際問題的能力，因此，聯合培養基地作為產學研合作培養研究生的平臺，是高校和企業、行業互動發展的必然產物。因此，聯合培養基地的數量、企業實力、學生實踐時間、實踐經費支持、基地師資力量等均應作為評價的重要指標。

2.5雙導師制

導師是工程碩士整個培養過程中至關重要的因素，對于參與到實踐環節的工程碩士，在基地實踐期間也應該有基地導師全程指導，“雙導師”制度才是保障研究生培養質量的重要環節。基地導師的知識水平、能力水平、教育經驗、教學方法對研究生實踐的質量有著極為重要的影響。因此，是否實行雙導師制，生師比，校內導師的資質和條件，基地導師的職稱、數量和比例，導師的考核激勵機制等也應納入評價體系。

2.6學位論文

隨著研究生教育結構調整和戰略轉型，碩士學位將逐漸過渡到以應用型與學術型并重，碩士學位論文的形式和內容也將向多樣化發展。學位論文不以追求學術目標為唯一形式，工程碩士研究生的學位論文更強調解決工程實際問題，更注重職業導向，而在研究生培養的實際中，存在學術型研究生與工程碩士學位論文的論文內容、形式、評價標準等混淆不清。因此，學位論文的選題、研究方法、進展監督、成果轉化、優秀率等應作為評價指標。

3建議

3.1完善選拔方式

在選拔方式上恪守嚴格的錄取標準，科學合理地考察學生的報考資格、入學成績、學術和科研潛能以及職業素養等，從而可以對生源以往的知識、能力和素質有一個全面認知。例如，除了一般的入學考試和面試外，還要有意識突出對創新能力的考察，擇優錄取專業基礎扎實、動手實踐能力較強的學生。另外，隨著產學研合作的深入發展，企業參與面試的權利也會將在研究生的選拔工作中進一步落實和加強。

3.2優化課程體系

首先，高等學校在制定培養方案時，要提高企業的參與度。根據企業的發展需要設置課程。其次，高等學校在開設課程時，要增開選修課程，擴大學生選擇范圍，要緊扣社會經濟發展，突出課程設置的時代性和前沿性。再次，高等學校要加強對研究生職業道德的培養，通過各種途徑引導和加強研究生的職業道德意識，將職業道德教育融入課程中，必要時還可以將職業道德作為單獨一門課程納入到課程體系。

3.3加強雙導師的指導作用

合理配備導師對研究生的培養至關重要，校內導師應具有豐富理論知識和較強工程素養，基地導師應具有充足的課題、經費及較豐富的實踐經驗。實行雙導師制可以優勢互補，提高人才培養的效率和質量。應通過制定各種政策確保導師在產學研合作培養研究生中的指導作用，并用各種制度使這種指導作用常規化和標準化。設置各種獎勵性措施調動導師在合作培養研究生中的積極性。

3.4注重實踐環節

實踐環節是研究生豐富其實踐經驗、適應未來職業需求的重要環節，直接關系到研究生課程學習的成效和學位論文質量的高低。校企聯合研究生模式下的實踐環節主要是“頂崗實踐”，實習時間在研究生培養計劃中是作為一個“學期”或“學年”而存在，從而保證了有足夠的時間進行實踐鍛煉[2]。在企業實習期間，研究生是以“職業人”的身份介入到生產領域中，可以切身體會到企業中的工作程序，深入了解到企業文化等。在科研環節方面，科研項目開放式的產學研合作培養研究生模式，使研究生有機會參與企業面向實際的科研項目，參與生產、科研第一線的科研活動，增長研究生的專業知識，提高他們的實踐能力、創新能力和科研能力。

3.5加強學位論文工作

學位論文是研究生獨立完成學業的重要表現形式，是培養研究生科研能力和獨立地進行科研活動的主要環節，是研究生培養質量的重要體現。在校企聯合培養研究生過程中，校外合作單位全程參與學位論文的指導，學位論文選題一般來自合作單位的實際科研攻關項目和急需解決的技術問題等。這可以保障研究生學位論文選題的前沿性與應用性，使學位論文既具有學術價值又具有應用價值。雙導師制可以充分發揮各自優勢、取長補短，有利于理論聯系實際，有利于論文研究的順利進展，也能確保論文的水平和質量。學位論文的評價由學校專家和合作單位專家共同參與，對學位論文選題、研究內容和形式等進行有效評價。

參考文獻： 

[1] 張杰，胡濤，劉立，等.全日制工程碩士人才培養質量評估體系研究[C].全國學位與研究生教育文理科工作研討會暨2013年學術年會論文集，2013. 

第6篇：系統科學與工程論文范文

    論文摘要:未來我們將遠離抗病毒、抗腫瘤、抗細菌和抗寄生蟲的研究,而將趨向于改變機體、促進機體防御能力的研究,對疾病采取“親宿主(ProPost)的治療”。著名科學家錢學森把現代醫藥學稱為分析時代的科學,21世紀將是系統科學時代,亦即中醫時代,并將引起整個科學界面貌的改觀。未來的中藥學也將是中藥系統工程學,對藥材的栽培(養殖)-采收-加工炮制-制劑-成分-藥理-療效實行最佳線形控制和網絡控制。

    一、中藥研究的思想史概述

    為了說明未來中藥學的發展道路,首先有必要回顧既往在研究思想上的歷程。

    從“醫藥俱度論”和“廢醫存藥論”(或美其名為“中藥科學化”)得到證明。產生的思想根源是完全迷信合成藥物的作用,連植物藥都否定了,何況中藥。試圖脫離中醫來研究中藥的療效和有效物質,實踐證明是行不通的。因為僅有少數中藥能找出“有效成分”,其歸宿也不再為中醫所用,而是增加新的西藥。現代醫學的輝煌成就是在不斷發現和糾正自身體系的謬誤中取得的。就在盲目否定中醫藥的年代,西醫“自身中毒論”和“病灶感染論”等理論上的錯誤造成濫施手術,危害甚廣;西藥氨基比林、非那西汀等因毒副作用嚴重而停用,以致我國取締這些藥品退了20~50年;利血平由于引起嚴重憂郁癥、甚至自殺而在某些國家停用,我們卻還未采取措施。這提示我們,分子藥物不論是合成藥還是天然產物所潛在的局限性。中藥研究必須遵循中醫藥理論,擴展自己的學術發展途徑。

    二、中藥學發展的趨勢

    近年來中藥學的發展趨勢可歸納如下:

    1、中藥理論研究系統化沒有理論,中醫藥學不可能存在到今天;沒有理論,中醫藥科研教學等學術機構就沒有存在的必要。中藥理論除了中醫的陰陽、臟象等基本理論外,還包括四氣五味、升降浮沉、歸經、反畏、配伍禁忌以及采制加工經驗所包含的理論知識。現在已進行了文獻方面的初步整理。

    2、研究思路多樣化在藥材研究方面大致可以分為:從親緣關系和生物學研究人手,解決中藥資源短缺問題;以傳統用藥經驗和藥性歸類方面研究,產生二十世紀新中藥材,如太子參、菊葉三七、景天三七、貓爪草、白花蛇舌草、川牛膝等的臨床療效得以確認,成為中醫所用的新藥材;從保證中藥質量出發,研究地道、加工、貯存、制劑的系統質量控制;從中醫治則和臨床經驗入手,對攻下藥物和活血化淤等藥物的共性研究。

    3、中藥療效評價客觀化這種趨勢表現在兩方面:一是形成了一套根據中醫理論辨證分型,并采用現代科學指標總結中藥療效的方法;二是復方研究成果逐年增多,統計和療效分析規范化。

    4、中藥生產工業化飲片和成藥生產的企業化為機械化生產創造了良好條件。目前洗藥機、切藥機、碾壓機、粉碎機、蜜九機、蠟殼機、泛九機、沖劑機、干燥機、包裝機日益推廣,并開始和計算機結合,由電腦自動控制。另一方面,中藥材收購、生產、銷售實行“三證”以后,管理和流通方面一體化加強,對保證和提高中藥質量有利。

    5、中藥質量標準化傳統的方法是以地道、采收期、炮制制劑技術來對藥材整體有效性加以控制,而不是針對其中某一成分。“望(形、色)、問(產地、加工方法等)、聞(氣、味)、切(質地)”的特點是快速,而且不需要對樣品作任何特殊處理,但量的標準不明確,需要人腦貯存大量特征信息。色譜和光譜技術以及生物測定引入中藥質量控制中,將使中藥標準化提高到一個新的水平。

    6、中藥學教材規范化已有中藥化學、中藥藥理學、中藥鑒定學、中藥炮制學和中藥制劑學等五門專業課程和中藥學、方劑學、中醫基礎、藥用植物學等全國統編教材,有利于人才培養。

    7、藥典內容現代化我國從63年版開始,藥典分一、二兩部,一部收載中藥。從下表比較中可看出藥典在突出中藥特色和吸收現代科技方面的明顯變化。

    8、中醫中藥研究同步化中醫和中藥研究相脫節,醫不知藥,藥不為醫用都將導致中醫整體的消亡。把二者結合起來的途徑是加強臨床中藥學的研究,把提高療效和提高藥材質量統一起來。

    9、中藥科研國際化一中藥獨特療效和從中藥中發現新藥的成功例子(如麻黃素、青蒿素等)吸引著國際學者對中藥研究的興趣。

    三、未來中藥學的基本特征

    未來中藥學無疑要吸收現代科技來武裝自己,但在下述三大特征上必須一脈相承,按照固有的體系來發展。

    1、以“氣味論”為基礎的中藥理論不變。中藥的形色氣味是中醫幾千年來用以解釋藥性的依據,并受陰陽五行學說的支配,形成特有的理論體系,今后中藥理論的豐富和、發展取決于對人嗅味覺生理和藥物氣味本質的研究。“神農嘗百草”的分子機理在21世紀可望闡明,與此相關的品質評價,藥性解釋必定有所突破。

    2、用于防治疾病的物質形式不變,即使用藥材和中成藥的方式不變。這是區別于“天然藥物”或“植物藥”研究的顯著標志。“天然藥物”是國外針對“合成藥物”而提出的,其實二者本質都是分子藥物。中醫在可以預見的將來,不會丟掉麻黃、青蒿去利用麻黃素、青蒿素。因此,中藥學物質基礎的研究是提供安全、有效、精良的藥材和成藥。在此前提之下,借鑒一切現代化技術來確保“整體藥物”療效的發揮。

    3、辨證論治,采用飲片一湯劑的形式不變。辨證論治是中醫精髓所在,與之相適應的是能隨證加減的飲片一湯劑形式。既然如此,湯劑的藥效研究和改進這一難題就是不可回避的。盡管在技術上還存在很多困難,但是到2000年,湯劑的化學成分譜和主要藥效指標可能快速解決;醫院用和家用煎藥電器將普及;服用量也會大大減少;必要的矯味劑亦將研制成功;制備湯劑所需的飲片,即適于炮制和煎煮、能達到最佳煎出效果的片型和厚度的標準將要確定。目前全國有44家重點飲片廠,年產飲片達幾萬噸,這是一種不同于西藥粉體工程的應用形式,而我們要保持和發揚這一特色,而不是拋棄它來另搞一套。

    四、小結

第7篇：系統科學與工程論文范文

【關鍵詞】銀行軟件 集成項目管理 工程管理

計算機中銀行軟件系統集成工程項目管理的基本內容有以下幾個方面：技術管理，實施管理，質量管理，安全與文明管理，成品保護，系統測試與驗收。本論文將從施工管理，技術管理，質量管理和系統測試和驗收幾個方面進行詳細闡述。

一、項目實施管理

計算機系統開發是一項綜合性很強的管理工作，除了組織和協調兩項主要工作外還包含了很多其他專業的管理內容。具體如下：

項目實施組織管理。項目實施管理的主要內容有總結項目整體狀況制定合理的施工部署和施工方案，充分考慮項目的實際概況根據施工單位的人力、設備，技術狀況、資本量以及總的實施方案等制定更為具體詳盡的實施方案，實施組織管理要與施工進度管理相結合，以便更好地系統開發人員在質量達標的情況下按時完成任務。

項目實施進度管理。通過制定合理的實施進度實現開發周期、成本和資源安排合理，保證開發各個階段的有序進行。

項目實施的界面管理。系統界面管理是將計算機系統集成項目施工，機電設備安裝工程以及銀行業務界面合理設置在工程施工內容界面內，由各子系統的工程負責人通過召開調度會的方式進行管理，將文件報告用書面方式記錄，修改，協調等。

開發過程的安全管理。建立以項目經理為中心負責人的系統安全開發責任制，對技術人員定期的計算機安全知識培訓、教育。

二、技術管理

計算機技術管理在整個開發過程中普遍存在，為了貫徹實施國家與地方的技術指導標準，計算機系統集成設計時要求對提供設備、安裝要求、線材規格、隱蔽驗收記錄、驗收標準和調試結果等進行技術監督和管理。

技術標準和規范管理。對計算機系統集成項目規定技術標準和規范管理是工程技術管理的重要內容。計算機系統集成工程中常常涉及國際、國家一級地方的標準和規范，所以在系統設計，設備提供與安裝等各環節工作時，必須嚴格按照相關標準和規范認真核對，確保整個項目的合規實施。

系統模型的深化設計。因計算機系統集成項目的復雜性，由設計院出具的設計圖紙在施工深度、節點選用等方面往往不符合施工單位的習慣和設計工藝。在實際施工時就需要開發人員對原來的模型進行再次修改設計。主要包括以下內容：模型類型，設計說明書，設備材料表，系統圖，各個階段的具體設計等。

技術文件管理。計算機系統集成工程中的技術文件必須進行系統科學的管理，以保證其能及時準確的為工程管理員提供技術文件。且對技術文件的收發，復制，修改，歸檔，保管，借用與保密

計算機系統集成工程中技術文件需要進行系統科學管理為了能夠及時地向工程管理人員提供完整、正確技術文件必須建立技術文件收發、復制、修改、審批歸檔、保管、借用和保密等工作制定相應的規章制度，實現技術文件管理的科學有效進行。

系統安裝過程管理。針對技術性要求很強的計算機系統集成工程，必須做好整體過程的技術管理工作。對各個階段需要安裝系統的技術條件與安裝環境要求，安排專門的系統測試人員進行嚴格審核。若發現不符合規范與設計文件的情況或是需要修改的內容等均要做好實時記錄工作，為系統的整體調試和開通提供技術管理檔案與數據。

三、質量管理

計算機系統集成施工質量管理涵蓋上述各子模型選取、模型優化與計算機語言選擇等工作進行質量管理。這些管理工作除需系統總負責外，還需要銀行方面提供功能需求等，確保質量管理流量的嚴格實施。但是開發階段質量的最終確認是由各子系統分別進行測試的，每個子系統按照各自的功能與技術指標測試驗收方案。計算機系統集成系統質量管理將從模型設計、具體開發和軟件測試三個環節進行。開發過程的質量管控則主要從以下幾點：前期項目組織和管理；中期項目開發的成本控制；開發進度控制；后期系統的測試與驗收驗收等方面。

四、項目管理過程

項目管理階段主要由以下五個過程組成：

（1）啟動階段：是指通過研究商討確定某個項目或是某個階段的實行時間，并按照要求著手實施。

（2）計劃階段：是指開始實施項目計劃，并且制定一份有效可行的計劃步驟，保證項目預期目標的實現。

（3）執行過程：是指全面協調實施系統開發項目的人力資源以及其他使用資源，并按照計劃執行。

（4）控制過程：對實施的項目進行監督和檢查，保證項目目標能夠有效實現，對于需要修正的環節進行糾正。

（5）收尾階段：是指在項目的實施階段，衡量項目的價值，以得到項目或者階段的正式認可，按照項目計劃有序完成項目，并由專門的軟件測試人員對軟件進行審核。

上述項目管理工作的五個過程是在其結果的基礎上互相聯系，一個過程的結果或是退出標志著另外一個過程的投入或是開始。尤其是項目的核心過程組，他們之間的聯系是反復循環的，制定計劃的目的是為了更好地執行項目，為項目的整體實施過程提供參考，執行過程中由于管控的因素，會對不合理的環節或是缺少的環節進行修正和補充。根據項目的實際實施提出更為詳細的書面計劃文件，用來展示項目目前的實施狀況和實施進展。

五、結語

計算機系統集成工程項目管理是一個復雜的過程，其管理的各個階段均是項目聯系，相互作用和相互影響的。在實際操作過程中要保證項目管理過程處于最優狀態，既要注重項目各階段的實施，又要注重項目的整體實施過程，還要強調各階段之間的和各階段與整體過程之間的有效性，在執行過程中要嚴格注意修改和補充的部分，在總體趨勢不變的情況下，最終通過各個階段的相互作用、相互影響達到績效的平衡，實現項目管理的成功。筆者認為將上述理論結合工程實踐不僅能夠優化管理理論，而且可以從理論中獲得更多的利益，值得在項目中深入推廣。

參考文獻：

第8篇：系統科學與工程論文范文

一、合成生物學：新千年的科學技術

新的研究格局在世紀之交已經呈現，其中生物科學的地位日益凸顯，數十年前還不敢想象的技術現在似乎可以實現。但是，新世紀面臨著新挑戰。世界人口日益增加，氣候變化、糧食和能源需求增加、疾病傳播等一系列新的問題隨之出現。許多科學家和工程師認為，可以通過合成生物學這一新興而又具有變革潛力的學科應對新世紀面臨的部分挑戰。

合成生物學是一門將科學和工程方法相結合進行生物學研究和操控的新興學科。雖然合成生物學還處在“幼年期”――其核心研究內容主要局限于尋找和提煉可執行具體基因功能或生物化學功能的生物元件，并改善DNA合成和構建的方法――但目標遠大。合成生物學家們希望設計并構建人工合成的生物系統，最終用于工業制造、糧食生產，并提高全球健康水平。

一般而言，合成生物學是指運用工程學原理，設計和構建新的生物元器件和系統，并重新設計現有的、天然的生物系統，用于有益目的。它源于生物學及相關領域一個世紀的研究成果，但離不開工程學、計算科學、信息技術等領域的重大突破。

合成生物學具有以下重要特點：（1）它是生物學研究的新穎方法。與傳統的生命機制探索方法完全相反，合成生物學注重生產定制化的細胞、有機體和生命體。（2）應用工程學方法生產生命體。合成生物學通常應用工程學原理設計執行特定功能的簡化的生物元素。（3）依賴于非等級化的科研和商業化網絡。合成生物學向著橫向的、全球化的研究方式發展，通過社交網絡，它吸引了世界各地的年輕科學家。（4）需要響應社會關切。合成生物學是新興的學科和技術，需要充分考慮該技術的倫理、法律和社會影響，以及人們對其生物安全、監管和知識產權問題的關切。

二、合成生物學發展戰略

1.中國。中國認為合成生物學將帶來技術推動的新一輪經濟增長，因此努力成為該領域的國際領先者。目前，中國每年對合成生物學的研發投資達到2.6億元，每年發表合成生物學論文400余篇，約占世界總量的10%，論文被引次數居全球第7。中國已經制訂了合成生物學戰略路線圖，規劃了技術、工業應用、醫學和農業等方面的中長期目標。未來5年，將建立標準元件數據庫，形成設計生物元器件的計算能力；形成化學品和生物材料的模塊化設計和生產能力；對可增強植物耐旱性和耐堿性的生物元件進行驗證設計。未來10年，將擴大標準元器件數據庫，形成設計生物系統的計算能力；商業化生產某些化學品和生物材料；對合成固氮器件進行驗證設計。未來20年，將形成生物系統設計、建模和驗證一體化平臺；商業化生產眾多自然化合物、藥品、化學品和生物燃料；臨床應用生物元件和系統，用于檢測、控制和治療主要疾病；創造人工微生物。

2.英國。英國政府把合成生物學視為非常有商業前景的革命性平臺，熱切期望在合成生物學領域占據世界領先地位。英國政府決定成立合成生物學領導委員會，促進各領域的討論與公私合作，由部長和資深業界人士擔任聯合主席。英國計劃開展合成生物學投資如下：公共投資5000萬英鎊，其中多達650萬英鎊用于鼓勵產業投資；英國工程與自然科學研究理事會投資600萬英鎊，鼓勵大學探索新產品商業化；將合成生物學研發和相關的倫理、法律及社會影響研究的資助整合起來；生物技術與生物科學研究理事會支持16個機構從事5個跨國研究項目；撥款1億英鎊，用于未來3-5年對10萬名患者進行全基因組測序。

3.美國。美國很早就是合成生物學領跑者。美國政府每年向合成生物學研究投入約1.4億美元，其中美國國家科學基金會投入約7200萬美元。2008年美國國家科學基金會投入1600萬美元資助合成生物學工程研究中心。美國國防部力圖將合成生物學提升為一種制造平臺，美國能源部也圍繞合成生物學啟動了一些行動。不過，美國聯邦政府還沒有制訂合成生物學投資或管理的整體規劃。本屆政府的《國家生物經濟藍圖》雖然提到了合成生物學，但沒有提出具體的行動計劃。2010年，美國總統奧巴馬指示總統生物倫理問題研究委員會對合成生物學進行評估，并制定倫理指南，意在使風險最小化的同時實現公共利益最大化。

三、合成生物學帶來的機遇

合成生物學會帶來新一輪產業發展浪潮。產業界大量投資合成生物學，認為伴隨著基因組學和系統生物學的不斷進步，合成生物學將通過生物制造給產品和物質開發帶來革命性影響。到21世紀頭十年的中葉，全球就約有3000家生物技術公司，其中基因合成公司遍及五大洲，每年生產約5萬條基因。生物產品在經濟上舉足輕重。2010年，美國的生物經濟（包括轉基因作物、生物產品和工業生物技術）產值約為3000多億美元，超過美國GDP的2% 。據市場研究公司BBC Research估計，2011年合成生物學（包括支撐技術、生物元件及其組合產品）全球市場價值為16億美元，2016年將達到108億美元。

企業紛紛投資頗具前景的人工改造的生物產品，包括微生物、植物橡膠、生物基丙烯酸樹脂、產于生物廢料的綠色化學品、維生素以及用可再生碳水化合物生產的生物柴油。美國安倫捷科技公司副總裁達琳?所羅門認為，合成生物學是產業發展的新一輪浪潮，生物制造將以可持續原料取代傳統原料，從而改變所有產品的生產工藝，使全球經濟更為可持續。

合成生物學的大規模應用及市場推廣要耗費數十年時間，不過DNA測序、計算技術等相關技術的齊頭并進會縮短這一進程。專家們預計：未來5年，將會形成數個全球性的合成生物學研究平臺；未來10年，合成生物產品產值將達200億美元，生產細胞以制造大宗化學品和精細化學品將成為常態；未來20-30年，將理性地合成多細胞組織或器官，細胞計算系統將得到廣泛應用，新穎的生物制造工藝將被應用于生產非生物產品。

四、合成生物學發展面臨的挑戰

要充分釋放合成生物學的潛力，需要克服技術、監管、知識產權等諸多挑戰。

1.技術挑戰。發展合成生物學在元件及應用、互操作、度量、量產成本控制、工具及軟件等方面面臨挑戰。在元件及應用方面，開發一大批標準化、模塊化、行為可預測、可廣泛應用的生物元器件是近在眼前的挑戰。盡管有數以千計的生物元件已編目，但可重復且可靠的生物元件并非廣泛可用。在互操作方面，合成生物學發展的關鍵之一是開發出標準化的生物元件，像模塊一樣可靠地組裝，視情調整。為了得到普遍認可和應用，生物器件和系統的每個元件以及數據庫、度量單位和可擴充系統在不同尺度和水平上都要兼容。在度量方面，準確度量系統性能是合成生物學面臨的迫切挑戰，有必要形成能支持多種度量類型的基礎設施，而且未來全球統一的度量單位與度量本身一樣重要。在量產成本控制方面，經濟合算地生產工業化學品需要工程化生產高效微生物株，然而，現在開發含有合成生物元件的可行產品仍是一項艱巨的任務。在工具和軟件方面，改進數據收集工具、軟件和硬件對于合成生物學發展也很重要。除了可降低合成生物元件成本的自動化工藝外，專業化計算工具（如計算機輔助設計和建模工具）的缺乏也阻礙了合成生物學的發展。

2.監管問題。科學進展往往快于政策制定，同時合成生物學的界限也在不斷變化，因此在早期就應關注與合成生物學治理和監管相關的問題。

3.知識產權問題。構建新的生物元件帶來了一系列問題：對生物元件的權利是否應私有？如何進行生物元件登記？是否應對其申請專利？不同的知識產權和分享安排如何影響合成生物學的進步與創新？目前各國專利法規定不一。合成生物學在現有或新的知識產權體系下能否蓬勃發展是研究人員關注的一個重大問題。鑒于已經開發的合成生物元件數量巨大，并且企業對商業化產品開發有濃厚的興趣，解決知識產權問題異常重要。

4.包容問題。合成生物學是交叉性學科，既產生于多個學科，又回饋于這些學科。持續包容對于合成生物學的持續發展十分重要。一方面，要與產業界、監管和政策制定機構交流合作，使技術推動與市場拉動相結合。另一方面，還要使更多的公眾參與合成生物學對話，了解其可能存在的內在風險，討論有關的生物安全和倫理問題。

（作者：賈 偉，中國科學技術信息研究所副研究員，主要研究方向為國外科技政策與發展戰略。

劉潤生，中國科學技術信息研究所助理研究員，科技參考研究室負責人，主要從事科技戰略與政策研究。）

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合成生物學（synthetic biology），最初由Hobom B.于1980年提出來表述基因重組技術，隨著分子系統生物學的發展，2000年E. Kool在美國化學年會上重新提出來，2003年國際上定義為基于系統生物學的遺傳工程和工程方法的人工生物系統研究。

“合成生物學”更早可追蹤到波蘭科學家Waclaw Szybalski采用“合成生物學”術語，以及目睹分子生物學進展、限制性內切酶發現等可能導致合成生物體的預測。“系統生物學”則可追蹤到貝塔朗菲的“有機生物學”及定義“有機”為“整體或系統”概念，以及闡述采用開放系統論、數學模型與計算機方法研究生物學。

第9篇：系統科學與工程論文范文

2016年6月24日，由《科學中國人》雜志主辦的“開放共享論壇暨科學中國人（2015）年度人物盛典”在北京舉行。上海大學理學院數學系李常品教授因其在分數階微分方程的理論分析和數值計算方面的突出工作而獲選“科學中國人（2015）年度人物”。

一個是為表彰引領學術進步的杰出學者而設立的在世界領域具有影響力的榜單；一個是授予中國杰出科學家，旨在將其人、其事、其學、其知呈現給學術界的榮譽。這二者不約而同地將青睞的目光投向李常品教授，并不是巧合。

李常品，上海大學理學院教授、博士生導師，中國計算數學學會理事，美國機械工程師協會會員。其主要研究方向為分數階微分方程數值計算、分岔混沌的應用理論和計算。他先后應邀到香港、南非、新加坡、美國、澳大利亞等地區和國家的多所高校訪問，是德國德古意特出版社TFractional Calculus in AppliedSciences and Engineering系列叢書的主編，是International Journal of Bifurcation and Chaos、Fractional Calculus and Applied Analysis、International Journal of Computer Mathematics等國際SCI雜志編委，是SCI雜志Philosophical Transactions of the Royal Society A：Mathematical，Physical and EngineeringSciences （2013年）、International Journal of Bifurcation Chaos（2012年）、European Physical Journal-Special Topic（2011年）的Lead Guest Editor，同時還是美國《數學評論》和德國《數學文摘》評論員。

李常品教授長期從事分數階微分方程數值計算方面的研究工作，系統地建立了求解分數階導數和分數階微分方程的高階數值方法，以及分數階微分系統的線性化定理，并解決了法國學者提出的Audounet-Matignon-Montseny猜想。此外，他在分岔混沌的應用理論和計算、復雜網絡動力學等方面亦做出有特色的工作。其工作被多位國際著名學者引用或在國際學術會議上被多次提到。他先后主持多項國家和省部級科研基金項目，在國際知名雜志上100余篇，SCI他引3000多次，2014年和2015年連續入選“Elsevier中國高被引學者榜單（數學）”。在World Scientific出版編輯專著1部、在Chapman and Hall/CRC出版專著1部。曾獲分數階微積分領域的黎曼一劉維爾理論文章獎、上海市自然科學獎和寶鋼優秀教師獎。優秀的環境成就優秀的科學家

上海大學是上海市屬、國家“211工程”重點建設的綜合性大學，是國家教育部與上海市人民政府共建高校。

上海大學數學系有數學一級學科博士點、數學博士后流動站，數學、統計學等一級學科碩士點，先后有上海市教委重點學科――數學科學與技術、上海市重點學科――運籌與控制、上海高校一流學科、上海市高校高原學科。在2008年到2020年上海市高校發展定位規劃中，上海大學數學學科被列為“國家級”一線學科和“扶強”重點發展學科。上海市應用數學與系統科學研究所、上海大學核心數學研究所、上海大學優化開放實驗室、上海大學數學與編碼密碼研究所、上海大學系統科學研究所、上海大學張量與矩陣研究中心均掛靠數學系；上海市青少年科技人才培養基地――上海大學數學科學實踐工作站是全國首家數學工作站。

2016年US NEWS（美國新聞和世界報導）全球最佳大學數學學科排名中上海大學位居第61位；英國國際高等教育資訊機構（Quacquarelli Symonds，Qs）的“2012世界大W數學專業排行榜”中，全球排名并列第51名；據美國ESI數據庫最新數據，全球前1%的數學研究機構有232個，上海大學排第123，進入全球前5‰行列。近年來數學系每年有200多位國內外著名專家學者前來講學交流，包括菲爾茲獎得主E.I.Zelmanov及歐拉金質獎章得主陳關榮、楊樂等30多位海內外院士。此外，上海大學數學系主辦或承辦了國際學術會議30多次。

在這樣一座擁有良好數學教學、研究氛圍的學校里.學習、傳授數學知識.是一件樂事.尤其是對于李常品教授這樣熱愛數學這門有趣科學的人來說。

醉心于分數階微積分

多年來，分數階微積分一直是李常品的主要研究方向。他醉心其中，對科研工作有著非常深沉的愛。

分數階微積分這一重要的數學分支誕生于1695年，和經典微積分幾乎同時出現。1695年9月30日，德國數學家G.W.Leibniz和法國數學家G.L′Hopital通信，探討當導數的階變為1/2時，其意義是什么？當時G.W.Leibniz也不知道定義與意義，只是回復道：“這會導致悖論，終有一天將會是一個很有用的結果。”顧名思義，分數階微積分包括分數階微分與分數階積分，它還可以推廣到分數階差分與分數階和分。

“一般認為，分數階微積分是整數階微積分的推廣，在近三個世紀里，分數階微積分理論方面的研究主要在數學的純理論領域里進行，似乎它只對純數學家有用。然而在近幾十年來，分數階微分方程越來越多地被用來描述光學和熱學系統、流變學及材料和力學系統、信號處理和系統辨識、控制和機器人及其他應用領域中的問題，人們逐漸發現分數階微積分能夠較好地刻畫自然科學以及工程應用領域一些非經典現象，甚至成為相關學科中的一個非常有用的數學工具。”李常品教授介紹到，由于其廣泛的應用前景，分數階微積分理論受到越來越多的國內外學者的廣泛關注。

“國內早期開展分數階微積分應用研究的高校有山東大學和上海大學。隨后又有教授回國從事這方面的研究，如廈門大學、河海大學等。目前國內已有一些高校和研究所從事這一方面的研究。國內有不少學者積極參加國際學術會議，活躍在這一領域并為國際同行所關注。”李常品自豪地說。

隨著分數階微分方程在越來越多的科學領域里出現，無論對分數階微分方程的理論分析還是數值計算的研究都顯得尤為迫切。然而，由于分數階微分是擬微分算子，它的保記憶性（非局部性）在對現實問題進行優美刻畫的同時，也給問題的分析和計算帶來很大困難。鑒于此，發展新的數值算法，特別是在保證計算可靠和計算精度的前提下，提高計算效率，解決分數階微分方程計算量和存儲量過大的難點問題，并發展相應的計算軟件成為亟待關注的課題。

在分數階微分方程的求解過程中，分數階導數的逼近尤其重要。求解分數階導數的現有算法的計算效率不夠高，這也是該領域遇到的困難之一。李常品說，他和團隊要做的，就是盡量提高算法效率，做到高精度、快收斂、少存儲。

除了在分數階微積分方面做出有益的工作外，李常品在另外領域即分岔混沌的應用理論和計算、復雜網絡動力學等方面也做出了有趣的工作，并由于他的突出工作而被邀請為International Journal of Bifurcation and Chaos的編委。

20世紀下半葉，非線性科學獲得了前所未有的蓬勃發展。這些研究不僅具有重大的科學意義，而且具有非常廣泛的應用前景。如何應用混沌和分岔理論的研究成果為人類服務已經成為21世紀非線性科學發展的新課題，也是目前數學家和工程技術人員所面臨的一個重大挑戰。

“一方面，混沌與分岔的應用將會促進人們對混沌與分岔的本質的更深刻的認識；另一方面，混沌與分岔在實際應用中提出許多新問題，這也將進一步促進分岔混沌的深入發展”李常品解釋道。

興趣是最好的老師

似乎每一位優秀科學家的成長道路上，都有一項必不可少的誘因，那就是興趣。

李常品說，興趣是他最好的老師。

小學的時候，陳景潤的故事像是一束光，照在李常品幼小的內心中。“數學家”，這個有分量的稱謂.讓他覺得那么神圣，令人向往。

良好的啟蒙讓李常品對數學有了極大的興趣。然而，真正讓李常品迷上數學的，則是在日后不斷地學習中，日益增加的數學知識所帶來的曼妙而神奇的世界，以及這個世界里的S多未知。李常品說：“初中時，有一位叫做萬四層的數學老師，對我影響很大，我非常崇拜他。當時，他講課很生動，反應也快，深受學生們喜歡。最令我佩服的是，他一方面教我們課程，一方面還在自學微積分。也正是在他的耳濡目染下，我對數學的熱情不斷地被激發出來。到大學的時候.看吉米多維奇和那湯松的書，我深受感動，又一次深入地認識了數學的樂趣，也從此開啟了一條新的人生之路。”

吉米多維奇的《數學分析習題集》是一本國際著名的習題集，它在中國有很大的影響，早在上世紀50年代，國內就出版了該書的中譯本。最引人入勝的，是全書的幾千道習題。李常品說，大學的時候，他將這本書所有習題做完了，從此深深地被數學迷住了。