系統科學應用于交通工程課堂教學

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【摘要】如何把課堂教學與現代科學的發展有機整合，是當前高校教育教學改革所面臨的重要問題。本文根據多年的教學和科研實踐，論述了將現代科學發展與課堂教學相結合的必要性，并結合交通工程課堂教學和系統科學的發展，探討了在交通工程課堂教學中融入系統科學發展的教學模式。

【關鍵詞】交通工程系統科學課堂教學有機整合

一、系統科學和交通工程學概述

一般系統論認為，系統是指相互聯系、相互制約的若干組成要素結合在一起并具有特定功能的有機整體。［3］系統科學指的是以系統為研究對象的一門學科，它通過描述“一般系統”的特征、類型及演化規律等，試圖揭示系統的對應或相似性以及同構性等共性問題。［1］該學科從系統的角度，運用系統的方法去考察認識整個世界，是具有橫斷學科性質的新科學，［2］［4］在許多領域都有著重要的影響和應用。系統科學包含的內容較多，如一般系統論、信息論、控制論、運籌學和系統工程、耗散結構理論、超循環理論和突變論、非線性科學等。［2］20世紀80年代以來，由于系統科學在社會生產生活中發揮了不可替代的作用，因此受到了國內外很多學者的廣泛關注，其研究工作也得到了進一步發展和完善，如協同學說的創立、錢學森的系統科學體系和復雜性研究以及混沌理論的新發展。［2］系統科學的產生和發展在具體的應用領域給我們帶來重要影響的同時，也使我們的思維方式產生了重大的改進。它利用數學工具，使人類的思維方式從定性概括開始向定量描述發展，從而更能精確揭示自然和社會現象的一般規律。

交通工程學是隨著交通科技的發展，為解決日益嚴重的交通問題而興起的一門學科。其主要的目的是揭示交通運輸這一社會活動的基本規律，從而能夠提高交通的效率，節約資源和社會成本。它所研究的內容對提高公路和道路的交通性能起著至關重要的作用，因此具有廣闊的發展和應用前景。［5］揭示了交通工程的研究內容，它是研究道路交通中各種交通現象基本規律及應用的一門學科，它是以人為主體、以交通流為中心，以道路為基礎，將三方面的有關內容統一在交通系統的環境中進行研究，通過交通規劃、設計運營管理等方法，提高道路的通行能力和運輸效率，降低能源消耗與運輸費用，從而達到安全經濟的目的。

從上面對于系統科學和交通工程的研究內容來看，兩個學科都是力圖揭示自然現象的一般規律，從而能夠進一步利用這一規律，為人們的決策服務，因此兩個學科從總體目標上來說是一致的。由于交通系統是一復雜系統，研究交通系統的非線性現象和復雜性特征一直是交通科學研究的熱點和重點。系統科學的發展為現代交通科學的研究和應用奠定了堅實的理論基礎，它為交通工程的研究提供了諸多的研究方法和思路，有力的推動了交通工程的發展。因此系統科學和交通工程學有著緊密的聯系。

近年來，隨著交通科學的發展，很多高校都開設了交通工程教學課程。但在教學過程中，由于一些教師對系統科學與交通工程間的關系理解不深，往往忽視了交通工程教學過程中系統科學方法的介紹，使學生僅僅學到了書本上的內容，知識面不能合理的拓寬，從而限制了學生思維和創新能力的發展。鑒于此，在講授交通工程課程過程中，引入系統科學的研究思想和方法，對于開拓學生的視野是非常必要的。

二、淺談交通工程課堂教學中納入系統科學的必要性

現代交通工程的發展是建立在交通科學發展的基礎上。隨著當今科學技術的迅速發展，交通科學不斷和其它科學（特別是系統科學）交叉，產生了許多新理論和新方法。同時，這些新理論和新方法在實際的交通工程應用中不斷得到豐富和發展。為了培養能適應信息社會發展的創造性人才，特別是提高學生的綜合素質，培養學生的創新精神和實踐能力，必需在交通工程的課堂教學中，融入現代交通科學的發展。系統科學作為現代交通科學發展的重要理論基礎之一，將其納入交通工程課堂教學是十分必要的。

將系統科學的現展融入交通工程的課堂教學，首先可以激發學生的學習興趣和情感。例如，在講授交通安全評價方法時，常規的方式是介紹課本上的方法，如絕對評價法、事故率評價法、模型評價法等。事實上系統科學中的評價方法有多種，并不僅限于書本上的內容。為了激發學生的興趣，可以介紹一些評價方法的發展，如層次分析法、屬性綜合評價方法以及模糊綜合評判方法。并針對不同的評價方法，介紹其特點和適用范圍，比較其優缺點。通過這樣的比較和介紹，不僅可以使學生對所學知識一目了然，對學生興趣的培養也有很好的促進作用。

其次，將系統科學的方法融入交通工程的課堂教學，也可以調動學生學習的主動性，達到教與學的目的。傳統的課堂教學中，教師依據書本，逐步說明學習內容。這種導入，學生往往感到枯燥乏味，難以引起學生的情感共鳴。如果在課堂教學中，引用一些重要的科學進展或是重大的實際應用，可消除這種十分沉悶的教學氛圍。

另外，在交通工程的課堂教學中，引進系統科學的現展，可以擴大學生的知識面，提高學生專業知識水平。現代社會的科學研究是不斷發展的，教材上的知識只是對過去研究的總結，教師在課上介紹最新的研究進展，可以有效地擴大學生的視野，而且能將學生直接帶到學科的前沿，為他們今后的進一步學習和定位具有重要的指導意義。三、交通工程課堂教學與系統科學發展有機整合的嘗試和建議

1．實驗教學與課堂教學結合。隨著國民經濟和社會的發展，高校人才的培養必須適應經濟全球化和科學技術快速發展的需要。面對這種需要，實驗教學顯得尤更為重要。目前，“交通工程”實驗教學的大部分內容更新很慢，已不適應現代交通科學的發展。授課教師可以根據系統科學和交通工程中的相關內容，補充一些先進的、有代表性的實驗內容。并有效的利用學校交通工程實驗室的平臺，通過實驗的方法讓學生掌握交通現象形成的機理及解決的過程。這樣可以解決傳統課堂教學中不能解決的重點、難點內容。

結合交通工程的專業特點，介紹現代系統科學在交通工程的應用。這樣，可以大大豐富傳統教學的內容，同時擴大了學生的知識面，以及畢業后適應社會需要的能力。同時，可以組織學生參觀一些現代化交通工程的實驗室，或是參觀一些工程應用的現場。例如，教師在講授交通流理論中關于交通模擬模型時，可以組織學生參觀一些交通工程的實驗室，重點介紹一些應用系統科學中的交叉方法建立的交通模型。通過平臺演示，讓學生直接感受到系統科學在交通工程中的重要地位。這樣既使學生掌握了新知識，又增強了學生的能力。

2．啟發式教學的應用。結合書本內容，遵循系統原則介紹一些系統科學的新進展及一些重大應用方法，培養學生對相關知識的融會貫通。為此，可以采用啟發式的教學模式，即提出問題、分析問題、解決問題的教學方式。這樣不但會使學生對教學目的有個清晰的認識，也會讓問題變得更加容易理解。例如，我們在講授交通預測時，通常的方式是首先提出問題，如交通預測的難點在什么地方？存在什么樣的問題？通過什么樣的方式去解決？之后分析問題的本質，包括問題涉及的相關要素，不確定因素等，如汽車的保有量，出行頻率，出行時間等。最后在學生理解的基礎上，介紹出行預測模型。實際上，系統科學中預測模型具有多樣性，而課本上介紹的不會很全面。因此，可以進一步介紹系統科學中新的方法在交通預測中的應用，如基于混沌和神經網絡的方法。這樣的教學過程，不僅能夠把問題講解的很清晰，對學生的理解和知識的拓寬都是有幫助的。

3．讓學生主動參與課堂教學。組織學生積極參加課外查詢、課堂討論等活動。課外查詢一些有關系統科學和交通工程的相關內容，課內教師可以組織學生討論。這樣可以充分調動學生參與教學活動的積極性，激發學生的質疑精神、探索精神。例如，教師在教授交通流特性分析時，可以先讓學生課外查閱相關文獻，掌握和了解應用非線性系統理論研究交通流特性的方法，然后組織學生課堂討論，最后教師進行課堂總結。這樣可以把學生的積極性充分調動起來，同時讓他們參與到課堂教學中。讓學生自己獨立地解決問題，培養學生的科學精神。以此不斷提高學生的實踐能力和創新能力。在此過程中，授課教師需做一些必要的課外輔導工作。

四、結束語

總之，在教學過程中，除了講授傳統的“交通工程”基本理論和基礎知識外，還要注意對系統科學方法的創造性傳授。這樣的教學不僅反映了系統科學的發展動態和最新研究成果，又能與交通工程的實際結合，達到教與學的目的。

參考文獻

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