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1、系统与设计 技术讲座 技术与设计2 北京市教科院 基础教育研究中心 林以敏 宋丽华 说明 l主要参考资料 系统科学大学讲稿 苗东升著 目录 一、现代科学技术体系中的系统科学 二、系统的概念 三、系统的基本特性 四、系统的分类 五、系统的结构 六、系统思想与哲学的关系 七、系统分析 八、系统优化 九、系统设计 一、现代科学技术体系中的系统科学 1、什麽是系统科学 2、现代科学体系中的系统科学 现代科学的12大门类 12大知识体系共有的层次结构 3、系统科学的特点 横断性 方法性 一、现代科学技术体系中的系统科学 任何事物都可以看作为一个系统。我们 周围的世界存在着形形色色、数不胜数的系 统。 什
2、麽是系统？ 系统的特征、属性？ 发生、发展、消亡的？ 系统有什麽用处？ 人如何认识利用系统？ 运用科学方法研究和回答这些问题而建 立起来的知识体系，称为系统科学。 1、什么是系统科学？ 1、什麽是系统科学 差异和同一 结构和功能 部分和整体 自我和环境 系统科学是以客观世界普遍存在的系统现象、 系统问题为研究对象的学科。系统科学研究的问 题必须有系统意义。 什麽是系统意义？ 有序和无序合作和竞争 行为和目的阶段和过程 一、现代科学技术体系中的系统科学 1、什么是系统科学？ 系统科学是从系统的整体性、系统的结构和功能 的角度去研究客观世界，探求客观世界中系统、信息 、控制之间的联系及其性质和规律
3、性的知识体系。 系统 整体性 结 构 功 能 系统 系统 信息 控制 2、现代科学技术体系中的系统科学 现代科学技术是一个庞大的知识 系统，由难以确切计数的大小不同的学 科组成。 学科的区别- 观察客观世界的角度和观点不同 12大门类知识体系 2、现代科学技术体系中的系统科学 科学体系 自然科学：研究客观世界中物质在时空中的运动。 社会科学：研究客观世界中人类社会的运动和发展。 系统科学：从系统的结构和功能的角度研究客观世界。 行为科学：研究个人和社会的相互作用。 思维科学：从人认识客观世界的角度研究客观世界。 数学科学：研究客观世界中数量与质量的辩证统一。 人体科学：研究人体在客观世界的运动
4、和发展。 文艺理论：研究人与客观世界相互作用后达到的美感。 军事科学：研究客观世界中不同集团之间的矛盾和斗争。 地理科学：研究人类生存和发展的基础。 信息科学：从事物信息联系和信息运动的角度观察世界 建筑科学： 用系统观点看系统科学 12大门类共有的体系结构 哲学 哲学 桥梁学科 系统论 基础科学 系统学 技术科学 控制论、运筹学、事理学等 工程技术 系统工程、控制工程等 社会实践 社会实践 高 低 抽象程度 3、系统科学的特点 其研究对象存在于其它11大门类中。系统科学撇 开其它11门类系统对象的特殊基质，把它们仅仅 作为系统来对待，研究事物作为系统的共同特性 、行为、规律、机制等。 系统科
5、学为其它11大门类学科提供了一套普遍适 用的研究方法、技术、程序；在智慧层面上看， 系统科学提供了一种思维方式，即能够超越传统 分析思维的系统思维。 系统科学是横断科学 系统科学的方法性 综合性、抽象性、数理性等 目录 一、现代科学技术体系中的系统科学 二、系统的概念 三、系统的基本特性 四、系统的分类 五、系统的结构 六、系统思想与哲学的关系 七、系统分析 八、系统优化 九、系统设计 二、系统的概念 一切事物都是以系统的方式存在和运 行的，都可以以系统的观点来认识，一切 问题都需要用系统方法来处理。 系统的定义 案例分析 1. 系统的定义 l系统是由相互依存的若干部分组成的，具 有特定功能的
6、有机整体。（地质版） l系统是由相互联系、相互作用、相互依 赖和相互制约的若干要素或部分组成的具 有特定功能的有机整体。（苏教版） l 系统是由相互作用和相互依赖的若干部分组 成的具有特定功能的有机整体。（钱学森） l两个以上事物或对象相互关联而形成的统一 体，叫做系统；因相互关联而被包含在系统中 的那些事物或对象，叫做系统的组成部分，简 称组分。 （系统科学大学讲稿） l 系统由若干部分组成 l部分是相互关联的 l系统有特定的功能和目的 小结 3. 系统的例子： 事例1：大棚温室环境系统 棚室环境系统 加温采暖系统 通风降温系统 灌溉施肥系统 透光覆盖系统 人工光源系统 环境控制系统 热水采
7、暖 滴灌 微喷灌 渗灌 施肥、施药 塑料膜 玻璃 PC板 信息检测系统 报警系统 计算机控制系统 蒸汽采暖 热风采暖 辐射采暖 温帘风机降温 喷雾降温 遮阳降温 部分 关联 功能 事例2：自行车系统 （苏教版P44-45 ） 结构性连接 世界上没有绝对的非系统。 从某个角度看不是系统的事物，换一个角度看 ，也可能就是系统。 一堆自行车部件不是自行车系统 一堆自行车部件一组自行车部件系统 相关性装配成自行车的配合条件和性能 如果这些部件没有装配在一起，而是零散 的堆放在一起。那么，这堆部件还是自行 车系统吗？ 这些部件这时是相互没有联系的整体，就 不再是自行车系统，而是非系统。 目录 一、现代科
8、学技术体系中的系统科学 二、系统的概念 三、系统的基本特性 四、系统的分类 五、系统的结构 六、系统思想与哲学的关系 七、系统分析 八、系统优化 九、系统设计 三、系统的基本特性 多元性 系统科学大学讲稿 相关性 地版、苏版 目的性 地版、苏版 整体性 地版、苏版 环境适应性 地版、苏版 关于“21+1”或“1+12” 整体涌现性 动态性 苏版 一体性、结构性、秩序性、持存性、演化 性等 三、系统的基本特性 1、多元性或多组分性。 一个系统至少要有两个组分。 多元性是系统统存在的前提，是造就系统统的必要条件。 “囫囵囵个”不能划分出组组分的物体是非系统统。 例如：一块块石头头，从力学组组成结结
9、构考虑虑，它没有 组组分，是“囫囵个”的，是非系统统。从化学成分组组 成考虑虑，它由多种成分组组成，是系统统。 2、相关性。 同一系统的不同组分之间必定相互关联、系统不存 在孤立元，即与其它组分没有联系的组分不存在。 相关性是构成系统的充分条件。同一系统的不同组 分之间必定相互关联。如果一个集合或群体中若有 一个或多个孤立元存在，它就不是系统。 相关性在系统形成过程中具有决定性作用。 洗衣机主要组成部分之间关系 水流的洗涤与漂洗 驱动运动 排水、给水 洗涤程序 桶、机箱 举例： 3、目的性 地质版P84：系统的目的性，也就是功能性。 每个系统都具有特殊的功能。这就是区别不 同系统的主要标志。
10、苏教版P71：任何系统都具有目的性，都要 实现一定的功能，这也正是区别不同系统的标 志。 两本教材都把目的性作为系统的标志。作 为一个系统区别于其它系统的标志。 3、目的性 作为一个系统区别于其它系统的标志。 任何系统都具有目的性，都要实现一定的功 能，这也正是区别不同系统的标志。 例如：比如同样由硅晶体组成的CPU（左图）和 显像处理芯片（显卡核心部件，右图），虽然其构 成物质相同，但芯片内的数字逻辑不同，也就是目 的性不同，就成为了两种截然不同的系统。 苏教版P69：根据系统的整体性特征，解释以下现象：一 个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃。 我们从目的性讨论这个问题。 系统的目
11、的性是区分不同系统的标志。那么 这个案例的目的和需求是什么？ 是解决吃水问题。所以系统的目的是打水， 是一个打水系统。 系统的组分是什么？是和尚？ 是三个和尚吗？ 三个和尚没水吃。说明三个和尚没有联系， 没有合作关系。三个和尚不能实现打水的目 的，三个和尚不是这个系统的组分。 苏教版P69：根据系统的目的性特征，解释以下现象：一 个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃。 两个和尚抬水吃，两个和尚能实现打水的目 的，两个和尚是这个系统的组分。 一个和尚挑水吃，一个和尚也能实现打水的 目的，一个和尚也是系统的组分吗？但系统 有多元性。一个组分不能组成系统。 苏教版P69：根据系统的目的性特征
12、，解释以下现象：一 个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三个和尚没水吃。 光有和尚能打水吗？ 不能，还需要打水工具，抬水的杠子和桶。 杠子和桶也是系统的组分。那么这个打水系 统是由两个和尚、一根打水的杠子和一只水 桶组成。 那么一个和尚也要有扁担和桶。一个和尚、 一根扁担、两只桶组成打水系统。 三个和尚不合作，即使有打水工具，也打不 了水，相关性不成立，实现不了打水的目的 ，缺乏组成系统的充分条件，打水系统不成 立。 4、整体性 地质版P84： 系统的整体性也称集合性，是系统的最基本 属性。系统是一个整体，即具有整体的特性 功能、目标和作用的有机整体。系统不是各 单元的简单集合，也不是简单的数量相加
13、。 苏教版P67： 整体性是系统最基本的特性，也是观察和分 析系统最基本的思想和方法。 系统是一个整体，它不是各个要素（部分） 的简单相加，系统的整体功能是各要素（部 分）在孤立状态下所没有的。 系统科学大学讲稿中的整体性 系统的一体性（统一性 ） 对于系统内部来说，是“多”元的，“多” 组分的，组分之间有关联性。 这些内部的有关联性的组分，造就了一 体性。使得从外部能够把系统作为“一”个有 特定功能和实现特定目的的事物感知和对待 。 多元性加相关性，造就了系统的一体性 。 系统科学大学讲稿中的整体性 系统的一体性（统一性 ） 诸多对象一旦相互联系而成为系统，它 就能够作为统一体而与他事物发生
14、关系，与 他事物相互作用，因而被人们当作一个事物 去认识和对待。 体现系统本质特征的不是那些“多”，而 是相对于外部所呈现出来的那个“一”。一盘 散砂、一群乌合之众，成不了事（被视为非 系统），就在于它们不具有一体性，不能形 成统一对外的功能。 4、整体性 系统科学大学讲稿中的整体性： 多元性是基础，相关性是主导，一体性 是目标。三者综合集成起来，造就了系统的 整体性。 作为系统的事物，必定整体地存在，整 体地运行，整体地延续，整体地跟其它事物 发生联系，整体地演化，整体地消亡。 整体性包含了多元性、相关性和一体性 ，整体性是系统最重要的属性。 学界共识：系统科学是关于整体性的科学 体会整体性
15、 系统是一个整体，它不是各个要素（部分）的简单 相加，系统的整体功能是各要素（部分）在孤立状 态下所没有的。 举例： 美国“阿波罗”计划中的飞船和运载火箭是由700多 万个零件组成。这些零件都很普通，甚至没有一个是新 研制的，为什么能实现把人送上太空的功能？这是因为 各部分零件按照一定的结构组成了系统，从而实现了整 体的功能。 系统的整体功能不能由个体的功能来替代。 字组成词，字词组成句、句组成段落，构成 文章。但，一篇文章的内容和思想却是一个段落 、一个句子或单个字词不可能表达的。 体会整体性 体会整体性 苏教版P69：根据系统的整体性特征，解释以下现象：一 个和尚挑水吃，两个和尚抬水吃，三
16、个和尚没水吃。 从整体性看问题，就要把三个和尚视为一个整体内的 部分。那麽这个整体是什麽？ 多元性是基础，相关性是主导，一体性是目标。三者 综合集成起来，造就了系统的整体性。 多元性：和尚、庙舍、佛像、设施等 相关性：佛事、劳动、生活 一体性：一座寺庙 整体功能：作佛事、正常生活（吃水） 三个和尚没水吃。三个和尚合作不好，相关 性有问题，整体功能无法实现。 5、系统的环境适应性 l系统都存在于一定的环境之中，并不断地与外界环 境进行物质的、能量的和信息的交换，系统必须适应 外部环境的变化。(地质版P85) l一个系统与其所处的环境之间通常都有物质、能量 和信息的交换，外界环境的变化会引起系统特性的改 变，并相应地引起系统功能和系统内各部分相
