《農業工程與可持續發展》方法論部分教學探討

張若宇++翟志強

摘 要：為充實《農業工程與可持續發展》課程的教學內容，提升學生對相關方法的掌握，該文從系統的角度探討了方法論部分的教學內容和授課方法。首先引入“系統”及“系統工程”以及“農業工程系統”的概念，然后講解了“農業系統工程”的任務和特點，啟發學生從系統的視角對待“農業工程”與“可持續發展”的關系，最后介紹了尋找和評價最佳方案的理論方法。

關鍵詞：教學 系統 農業工程系統 層次分析法 農業工程與可持續發展

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0220-03

Teaching Research about the Methodology of Agricultural Engineering and Sustainable Development

Zhang Ruoyu1， 2 Zhai Zhiqiang1， 2

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Shihezi University；2. Key Laboratory of Northwest Agricultural Equipment， Ministry of Agriculture， P.R， China， Shihezi Xinjiang， 832000， China）

Abstract： To enrich course content of Agricultural Engineering and sustainable development and improve students mastery of relevant methods， teaching contents and methods of methodology were discussed in this paper based on the perspective of system. Firstly， the concept of “system”， “system engineering” and “agricultural engineering system” were introduced. Then the tasks and characteristics of agricultural system engineering were explained for helping students to build the systematic perspective and to deal with the relationship between agricultural engineering and sustainable development on this perspective. Finally， the theory and method for searching and evaluating the best plan were introduced in this paper.

Key Words： Teaching； System； System engineering； Analytic hierarchy process； Agricultural Engineering and sustainable development

農業的發展正面臨著嚴重的環境問題[1]，亟需一種科學有效的農業工程可持續發展實現辦法。我們面臨的任何一個要解決的問題或要完成的任務其實都是系統，因此就可以用系統思想去分析農業工程，也就可以用系統工程方法去探討農業可持續發展的方法。該文從系統的角度出發，探討了《農業工程與可持續發展》方法論部分教學方法，引導學生用系統的思想解決農業可持續發展問題。

1 啟發學生用“系統”的思維解決問題

在教學過程中，為引導學生從系統的角度思考問題，筆者介紹了日常生活中一些系統的案例，然后引入“系統工程”的概念，以便開展后續主題內容的講解。在自然界和人類社會中，可以說任何事物都是以系統的形式存在的[2]。我們可以把我們關心的問題都看成系統，例如血液循環系統是指把血液送到人或動物全身的血管系統和心臟；運輸系統是指運送貨物的人員、機器、組織機構以及公路、鐵路、水路和航空線路；武器系統是指武器和相關設備、武器和設備的使用方法與使用武器及設備的人員。

為方便教學，筆者對系統的定義作了總結，在系統學中，“系統”是一個最基本的概念。對于不同出發點、不同目的、不同角度或不同方式的研究者，給出對于系統的定義往往也不同。目前，我國認可度最高的關于系統的定義是中國系統科學領域的先驅錢學森的定義，即：由若干相互依賴、相互制約的部分組成的具有特定功能的有機整體[3]。而能夠稱作“系統”的事物必須符合以下3個基本條件：事物內部由兩個或兩個以上元素組成；元素之間相互聯系和相互作用；事物整體具有特定的功能。

系統主要有整體性、關聯性、層次性、可控性、時序性等5個屬性[4]。依照不同的分類依據，系統有不同的分類方法。按系統的生成劃分有自然系統、人工系統、復合系統3類；按有無反饋又將系統劃分為開環系統（如圖1a）與閉環系統（如圖1b）等[5]；按輸入輸出內容劃分開放系統，即有物質、能量、信息交換；封閉系統，即僅有信息交換；孤立系統則沒有信息交換。按可了解的信息量劃分為白色系統、灰色系統、黑色系統；系統還可以劃分為線性、非線性系統；連續、離散系統； 確定狀態、不確定狀態系統等。

2 引入“農業系統工程”的教學

同樣地，通過對“系統”的學習，可以讓學生發現任何事物都可以看成一個系統，進而筆者引出了“農業系統”的概念，讓學生從系統的角度學習可持續發展的農業工程。

為方便學生理解，筆者解釋了農業系統的定義。農業系統是指在一定的自然條件和社會經濟條件下，農業各部門或各種作物的生產要素按各種比例、采用不同方式結合而成的系統[6]。在教學探索過程中，筆者發現農業生產首先是生物再生產過程，而生物的生長、發育和繁殖與周圍環境密切相關，因此農業系統受到氣候、地形、水文、土壤和微生物等自然環境因素的限制及其綜合影響；另一方面，農業又是一種經濟再生產過程，還要受到社會需求和經濟、技術水平的制約。因此，農業系統的形成和發展還要受到社會經濟技術條件的影響而不斷變化。如果將系統工程的思想、理論、原理和方法在農業領域中的應用，便是農業系統工程。按照對系統工程的定義，也可以把農業系統工程理解為：以系統思想為指導，定性、定量相結合，各種理論、方法與技術綜合集成，以農業系統總體最優為目標來研究農業系統的規劃、設計、開發、生產、組織、管理、調整、控制與評價等問題的一門交叉科學。

為使學生對“農業系統工程”有更深入的學習，筆者指出了農業系統工程的主要任務及特點。農業系統工程主要有以下任務：解決農業系統的管理問題，實現農業決策科學化；綜合運用多學科理論和成果，解決整體性問題（社會、經濟、生態、技術等）；探求農業系統運行機制，實現系統和環境相協調；優化配置生產要素（人、物、技術），取得最佳綜合效益。農業系統工程的特點：模型多以生物學模型為基礎；模型多為不確定的（隨機的、模糊的、灰色的）；目標的多元化（經濟、生態、社會效益）。

3 利用層次分析法進行“綠色”方案尋優

筆者在授課過程中重點介紹了層次分析法，目的是讓學生學會利用層次分析法思想去尋找最優“綠色”的方案。首先對層次分析法進行回顧，層次分析法（AHP）是一種層次權重決策分析方法[7]。這種方法的特點是在對復雜的決策問題的本質、影響因素及其內在關系等進行深入分析的基礎上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數學化，從而為多目標、多準則或無結構特性的復雜決策問題提供簡便的決策方法[8]。然后以綠色設計和綠色制造為例具體講解了層次分析法的使用。

運用層次分析方法尋找綠色設計最優方案，如圖2所示即為一種基于層次的綠色產品設計體系。該體系由4個層次組成：第一層為目標層，第二層為內容層，第三層為階段層，第四層為設計因素層，第五層為方案層，后續可以與綠色制造緊密銜接。

運用同樣的方法，進一步尋找綠色制造最優方案，如圖3所示。

在教學過程中，筆者通過以上兩個案例的講解，總結出運用層次分析法構造系統模型時，大體可以分為以下5個步驟。

（1）建立層次結構模型：根據因素的分類構建因素的層次結構并標明上一層因素與下一層因素之間的關系。

（2）構造判斷矩陣：有了系統的結構模型以后，決策者需要對各層次各因素的相對重要性給出判斷，有些判斷用數值表示出來，反映出矩陣的形式就是判斷矩陣。

（3）層次單排序：是指本層次所有因素相對上一層次而言的重要性進行排序。

（4）層次總排序：是指利用層次單排序的結果，計算針對上一層而言本層次所有因素重要性的權值。

（5）一致性檢驗：根據判斷矩陣，計算判斷矩陣的最大特征值及對應的特征向量。

4 結語

為更好地講授《農業工程與可持續發展》，引導學生探討農業可持續發展方法，該文從系的角度分析了農業工程，讓學生更加感受到農業可持續發展的重要性，同時介紹了利用層次分析法尋找綠色技術最優方案，讓學生更科學的探討農業可持續發展的方法。

參考文獻

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