系统科学概论

中国海洋大学 系统科学概论 课程大纲

英文名称Introduction to the theory of System

【开课单位】 教育系 【课程模块】 专业知识

【课程编号】 【课程类别】 选修

【学时数 】 34 （理论 34 实践 ） 【学分数 】 2

备注：课程模块为公共基础、通识教育、学科基础、专业知识或工作技能；课程类别为必修或选修。

一、课程描述

本课程大纲根据2011年本科人才培养方案进行修订或制定。

（一）教学对象

教育技术专业低年级学生

（二）教学目标及修读要求

1、教学目标（课程结束后学生在知识、技能和态度三个层面达到的目标）

本课程首先系统地回顾经典科学的历史，简单介绍十九世纪新的科学思潮和二十世纪的科学革命，然后按照当代西方系统科学从系统论到混沌学的演变发展历程，介绍了系统科学的四方面来源，通过考察宇宙、生命、精神、生态和社会这五大系统的基本特征，介绍了系统论的八条原理：整体性、层次性、开放性、目的性、突变性、稳定性、相似性和自组织原理，以及系统论的五条规律：结构功能相关律、信息反馈律、竞争协同律、涨落有序律和优化演化律。本课程对系统论的介绍仅是入门性的，旨在拓宽思路、开阔眼界。

2、修读要求（简要说明课程的性质，与其他专业课程群的关系，学生应具备的基本专业素质和技能等）

了解信息时代的科学精神、分形的基本知识和混沌理论；掌握信息论、控制论、系统论基本概念，重点掌握耗散结构理论的核心思想和分支理论；具备初步运用系统思考的能力。

（三）先修课程（参照2011版人才培养方案中的课程名称，课程名称要准确）

先修课程要求：无

二、教学内容

（一）总论（或绪论、概论等）

1、主要内容：

1

系统科学方法论

——引自小惠的博客

20世纪，系统论、控制论、信息论等横向科学的迅猛发展，为发展综合思维方式提供了有力的手段，使科学研究方法不断地完善。而以系统论方法、控制论方法和信息论方法为代表的系统科学方法，又为人类的科学认识提供了强有力的主观手段。它不仅突破了传统方法的局限性，而且深刻地改变了科学方法论的体系。这些新的方法，既可以作为经验方法，作为获得感性材料的方法来使用，也可以作为理论方法，作为分析感性材料上升到理性认识的方法来使用，而且作为后者的作用比前者更加明显。它们适用于科学认识的各个阶段，因此，我们称其为系统科学方法。

一、概述

1. 系统

系统是指由相互联系、相互作用的诸要素组成的具有特定功能的有机整体。

2. 系统方法

按照事物本身的系统性，把对象放在系统的形式中加以考察的一种科学方法。即从系统的观点出发，着重从整体与部分之间，整体与外部环境的相互联系、相互作用的关系中，精确地考察对象，以求得整体获得最佳功能的科学方法。

3. 系统的构成条件

(1)具有两个以上的要素。

(2)要素之间相互联系，相互作用。

(3)要素之间的联系与作用必须产生整体功能。

4. 要素

指构成系统的必要组成部分。

5. 结构

指系统诸要素相互联系、相互作用的方式或秩序、即诸要素在时空连续区上相对稳定的排列组合方式。

6. 功能

指系统运行中，及与环境相互作用中所呈现的能力。

7. 系统环境 2

指存在于系统外的，且与系统发生作用的事物的总称，即系统提供输入或接受它的输出的场所。

二、系统的分类

1. 封闭系统与开放系统

封闭系统是指一个系统与外界环境没有联系，即与外界环境无物质、能量或信息交换的系统。

开放系统是指一个系统与外界环境有输入-输出关系，即与外界环境有物质、能量或信息交换的系统。

2. 动态系统与静态系统

动态系统指系统的状态随时间的变化而变化的系统。

系统理论

随着世界复杂性的发现。在科学研究中兴起了建立复杂性科学的热潮。贝塔朗菲指出，现代技术和社会已变得十分复杂，传统的方法不再适用，“我们被迫在一切知识领域中运用整体或系统概念来处理复杂性问题”。普利高津断言，现代科学在一切方面，一切层次上都遇到复杂性，必须“结束现实世界简单性”这一传统信念，要把复杂性当作复杂性来处理，建立复杂性科学。正是在这种背景下，出现了一系列以探索复杂性为己任的学科，我们可统称为系统科学。系统科学的发展可分为两个阶段：第一阶段以二战前后控制论、信息论和一般系统论等的出现为标志，主要着眼于他组织系统的分析；第二阶段以耗散结构论、协同学、超循环论等为标志，主要着眼于自组织系统的研究。信息学家魏沃尔指出：19世纪及其之前的科学是简单性科学；20世纪前半叶则发展起无组织复杂性的科学，即建立在统计方法上的那些学科；而20世纪后半叶则发展起有组织的复杂性的科学，主要是自组织理论,

系统科学诸学科都着眼于世界的复杂性，确立了系统观点也即复杂性方法论原则，系统观点是对近代科学以分析为主的还原主义方法论和形而上学思维方式的一个反动。根据我们对复杂性的讨论以及系统科学的具体内容，我们可以把复杂性方法论原则概括为以下几个方面：

1、整体性原则。

系统观点的第一个方面的内容就是整体性原理或者说联系原理。从哲学上说，所谓系统观点首先不外表达了这样一个基本思想：世界是关系的集合体，而非实物的集合体。整体性方法论原则就根据于这种思想。

系统科学的一般理论可简单概括如下：所谓系统是指由两个或两个以上的元素（要素）相互作用而形成的整体。所谓相互作用主要指非线性作用，它是系统存在的内在根据，构成系统全部特性的基础。系统中当然存在着线性关系，但不构成系统的质的规定性。系统的首要特性是整体突现性，即系统作为整体具有部分或部分之和所没有的性质，即整体不等于（大于或小于）部分之和，称之为系统质。与此同时，系统组分受到系统整体的约束和限制，其性质被屏蔽，独立性丧失。这种特性可称之为整体突现性原理，也称非加和性原理或非还原性原理。整体突现性来自于系统的非线性作用。系统存在的各种联系方式的总和构成系统的结构。系统结构的直接内容就是系统要素之间的联系方式；进一步来看，任何系统要素本身也同样是一个系统，要素作为系统构成原系统的子系统，子系统又必然为次子系统构成„。

系统科学发展之“一般系统理论”阶段

系统科学是指研究系统的结构、功能关系、演化和调控规律的科学。它不同于其它根据研究对象来分类的科学，如物理、化学、生物学等，它比分类科学具有更高的一般性，从整体的视角来探讨各类复杂系统一般性的性质与演化规律。因此系统科学是一门综合的横断科学，所有的系统，包括自然系统、社会系统都属于它的研究范围。系统科学越来越受到人们的重视，特别是在钱学森先生时代，钱老从上世纪七十年代末开始，潜心研究系统科学与系统工程，致力于建立系统科学体系，推广系统工程在我国各行业中的应用，对我国的社会主义建设起到了非常重大的助推作用。进入新时期，以系统工程命名的研究机构如雨后春笋般纷纷建立，全国性的系统科学大会也已全新起航，神州大地再次掀起了一股研究与应用系统科学的热潮。本文在此继续探讨系统科学的发展历程，以期各位读者能从系统科学的发展脉络中去寻找系统科学未来的发展方向。

系统科学的重要意义

我们先回头审视一下我们所处的世界。从范围横向看，钱学森将世界按大小划分为渺观、微观、宏观、宇观和胀观五个层级，每个层级间的跨度是1019米。目前人类的理论认识尚只限于微观、宏观与宇观这三个层级。在微观层级，夸克等基本粒子组成了电子、质子与中子，后者又组成了原子与分子。在宏观层级、原子与分子组成了大千世界，生命特性又将宏观世界分为有机世界与无机世界两大类别。无机世界包含了我们地球环境中的物理、化学系统。在有机世界，动、植物构成了我们的自然生态系统、人类构成了我们的社会系统，而人又通过构建人造工程系统来主动改造客观世界。以上就是我们所处的世界以及存在的系统类型。从时间纵向看，我们的世界无时无刻不处在动态演化过程中。无机世界中的物理与化学的演化，造就了元素周期表中丰富的元素以及他们之间的化合物。有机生命从最初的蛋白质大分子，质变到单细胞生物，生物在适应环境的过程中从低级向高级、从简单向复杂逐级进化，从而形成了如今多姿多彩的植物和动物，乃至最高级的生命系统——人类。