江 婕 盧曉勇 劉小勤

（1．南昌大學(xué) 管理學(xué)院，江西南昌 330031；2．南昌大學(xué) 軟件學(xué)院，江西南昌 330047；3．南昌大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，江西南昌 330031）

高等教育教學(xué)信息化SD模型與策略仿真

江 婕1盧曉勇2劉小勤3

（1．南昌大學(xué) 管理學(xué)院，江西南昌 330031；2．南昌大學(xué) 軟件學(xué)院，江西南昌 330047；3．南昌大學(xué) 現(xiàn)代教育技術(shù)中心，江西南昌 330031）

文章在系統(tǒng)分析高等教育信息化的基礎(chǔ)上，運用系統(tǒng)動力學(xué)的理論和方法，構(gòu)建了高等教育教學(xué)信息化系統(tǒng)的因果關(guān)系圖和流圖模型，并以江西省某高校教育信息化的建設(shè)情況為案例，在Vensim軟件下對不同參數(shù)變量組合的策略進行仿真分析，以期為高等教育信息化的科學(xué)規(guī)劃與健康發(fā)展提供定量決策依據(jù)。

高等教育教學(xué)信息化；系統(tǒng)動力學(xué)；策略仿真

引言

我國高等教育信息化始于20世紀90年代中期，現(xiàn)雖已取得一定的進步與成效，但在系統(tǒng)發(fā)展過程中仍存在諸多問題[1][2]，如缺乏系統(tǒng)規(guī)劃與頂層設(shè)計、資金投入不足、信息技術(shù)人才匱乏、資源共建共享性差等。雖已有學(xué)者從系統(tǒng)視角定性討論過高等教育信息化[3]，但有關(guān)數(shù)據(jù)模型的定量分析文獻卻比較少見?；诖?，本研究嘗試將系統(tǒng)動力學(xué)的理論和方法引入高等教育信息化的研究中，建立SD（System Dynamics，系統(tǒng)動力學(xué)）模型并進行仿真模擬，以探討系統(tǒng)發(fā)展的動態(tài)變化規(guī)律，并為高等教育信息化發(fā)展提供科學(xué)的理論指導(dǎo)和決策依據(jù)。

一 高等教育信息化系統(tǒng)框架

高等教育信息化是以現(xiàn)代化的教育理念和教學(xué)方法為指導(dǎo)，將信息技術(shù)積極、廣泛、深入地運用至高等教育教學(xué)、科研、管理和生活的各個環(huán)節(jié)中，增強師生信息技術(shù)水平與信息素養(yǎng)能力，改善教學(xué)手段，優(yōu)化教學(xué)模式，整合信息資源，提高教育質(zhì)量，培養(yǎng)現(xiàn)代化人才，推進教育現(xiàn)代化的一項投資大、難度高的持續(xù)動態(tài)復(fù)雜性系統(tǒng)工程[4]。

本研究的前期研究成果表明，教育信息化系統(tǒng)可分為政策保障、基礎(chǔ)建設(shè)、核心應(yīng)用、可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)四個子系統(tǒng)[5]。其中，政策保障子系統(tǒng)包含政策規(guī)劃、組織管理、經(jīng)費投入、考核評價等要素；基礎(chǔ)建設(shè)子系統(tǒng)包含硬件設(shè)施建設(shè)、平臺（網(wǎng)站）建設(shè)、教學(xué)資源建設(shè)、人力資源建設(shè)等要素；核心應(yīng)用子系統(tǒng)包含教學(xué)信息化、管理信息化、科研信息化、教師職業(yè)發(fā)展、創(chuàng)新人才培養(yǎng)等要素；可持續(xù)發(fā)展能力建設(shè)子系統(tǒng)則包含現(xiàn)代教育技術(shù)能力的培訓(xùn)、標準規(guī)范體系的制定等要素。

二 高等教育教學(xué)信息化SD模型的構(gòu)建

1 SD概述

SD最初由美國麻省理工學(xué)院的Forrester教授創(chuàng)立，它是系統(tǒng)科學(xué)理論和計算機仿真緊密結(jié)合、研究系統(tǒng)動態(tài)反饋結(jié)構(gòu)和行為的一門科學(xué)，是最早和最具代表性的系統(tǒng)工程方法[6]。目前SD在國內(nèi)的應(yīng)用幾乎涉及社會生活的所有領(lǐng)域，尤其在生態(tài)經(jīng)濟、可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境能源、管理創(chuàng)新等方面應(yīng)用廣泛，主要用于預(yù)測、評估、管理、優(yōu)化與控制等[7]。

2 模型假設(shè)和系統(tǒng)邊界

考慮到SD模型的可操作性和數(shù)據(jù)采集的可行性，本研究進行下面三點假設(shè)[8]：

H1：高等教育信息化建設(shè)是一個連續(xù)、漸進的動態(tài)發(fā)展過程；

H2：主要討論教育教學(xué)信息化，暫不考慮科研信息化、管理信息化等因素；

H3：不考慮重大政策變革和突發(fā)事件的影響。

結(jié)合高等教育教學(xué)信息化發(fā)展的現(xiàn)狀，本研究從信息化管理、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、人才隊伍建設(shè)、資源開發(fā)建設(shè)、信息化教學(xué)、學(xué)生培養(yǎng)和教育信息化水平等方面建立SD模型。

3 高等教育教學(xué)信息化系統(tǒng)因果關(guān)系模型

在前期分析的基礎(chǔ)上，本研究構(gòu)建了高等教育教學(xué)信息化系統(tǒng)因果關(guān)系圖，如圖1所示。圖中標有正負的有向弧稱為因果鏈：“+”符號表示正因果鏈，即箭尾元素與箭頭元素正相關(guān)；“－”符號表示負因果鏈，即箭尾元素與箭頭元素負相關(guān)。

圖1 高等教育教學(xué)信息化系統(tǒng)因果關(guān)系圖

由Vensim軟件[9]可知，包含“高校教育信息化水平”這個變量的反饋環(huán)有20條。因文章篇幅限制，以下僅例舉6條關(guān)鍵因果關(guān)系反饋回路：

Loop Number1：length=4高校教育信息化水平→教育信息化需求→管理需求因子→信息化管理人員數(shù)→教育信息化管理水平。

Loop Number2：length=9高校教育信息化水平→教育信息化需求→教育信息化發(fā)展戰(zhàn)略地位→學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)重視程度→單位自籌→信息化投入預(yù)算→教育信息化資金總投入→信息化資源開發(fā)資金投入→信息化教育教學(xué)資源總量→信息化資源開發(fā)建設(shè)水平。

Loop Number3：length=9高校教育信息化水平→教育信息化需求→教育信息化發(fā)展戰(zhàn)略地位→學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)重視程度→單位自籌→信息化投入預(yù)算→教育信息化資金總投入→信息化教學(xué)資金投入→信息化教學(xué)有效課程數(shù)→信息技術(shù)應(yīng)用水平。

Loop Number4：length=9高校教育信息化水平→教育信息化需求→教育信息化發(fā)展戰(zhàn)略地位→學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)重視程度→單位自籌→信息化投入預(yù)算→教育信息化資金總投入→信息化學(xué)生培養(yǎng)資金投入→提升大學(xué)生信息素養(yǎng)能力→信息化人才培養(yǎng)水平。

Loop Number5：length=9高校教育信息化水平→教育信息化需求→教育信息化發(fā)展戰(zhàn)略地位→學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)重視程度→單位自籌→信息化投入預(yù)算→教育信息化資金總投入→信息化人才隊伍建設(shè)資金投入→信息化人才隊伍數(shù)量→信息化人才隊伍建設(shè)水平。

Loop Number6：length=10高校教育信息化水平→教育信息化需求→教育信息化發(fā)展戰(zhàn)略地位→學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)重視程度→單位自籌→信息化投入預(yù)算→教育信息化資金總投入→信息化固定資產(chǎn)資金投入→固定資產(chǎn)折舊→信息化固定資產(chǎn)總值→信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平。

4 高等教育教學(xué)信息化系統(tǒng)流圖模型

在因果關(guān)系圖的基礎(chǔ)上，本研究構(gòu)建了高等教育教學(xué)信息化系統(tǒng)簡化流圖，如圖2所示。

圖2 高等教育教學(xué)信息化系統(tǒng)簡化流圖

（1）流位變量：高等教育信息化管理人員數(shù)量（單位：人）、高等教育信息化人才隊伍數(shù)量（單位：人）、高等教育信息化資金投入（單位：萬元）、高等教育信息化固定資產(chǎn)總值（單位：千萬元）、高等教育信息化資源建設(shè)總量（單位：TB）、信息化教學(xué)有效課程數(shù)量（單位：門）、信息化學(xué)生培養(yǎng)數(shù)量（單位：人）。

（2）流率變量：高等教育信息化管理人員數(shù)量變化量（單位：人/年）、高等教育信息化人才隊伍數(shù)量變化量（單位：人/年）、高等教育信息化資金投入變化量（單位：萬元/年）、高等教育信息化固定資產(chǎn)總值變化量（單位：千萬元/年）、高等教育信息化資源建設(shè)總量變化量（單位：TB/年）、信息化教學(xué)有效課程數(shù)量變化量（單位：門/年）、信息化學(xué)生培養(yǎng)數(shù)量變化量（單位：人/年）。

（3）主要輔助變量和其它變量：研究生學(xué)歷管理人員比例、信息化管理水平、人才隊伍培訓(xùn)資金投入系數(shù)、信息化人才隊伍建設(shè)水平、正常年資金投入增長率、基礎(chǔ)設(shè)施資金投入系數(shù)、信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平、資源建設(shè)資金投入系數(shù)、信息化資源開發(fā)建設(shè)水平、學(xué)生培養(yǎng)資金投入系數(shù)、信息化人才培養(yǎng)水平、信息化教學(xué)資金投入系數(shù)、信息技術(shù)應(yīng)用水平、高等教育信息化水平等。

三 高等教育教學(xué)信息化系統(tǒng)策略仿真分析

1 模型在既定參數(shù)取值下的仿真運行結(jié)果

利用Vensim軟件進行仿真，仿真區(qū)間為2005～2020年，仿真步長DT=1。其中2005～2014年為歷史年的現(xiàn)實擬合，2015～2020年為規(guī)劃年的趨勢預(yù)測。由于系統(tǒng)流圖參數(shù)較多，本研究主要以信息化資金投入結(jié)構(gòu)、資金年增長、管理人員隊伍結(jié)構(gòu)以及激勵政策變量為例進行調(diào)控仿真，觀察不同策略組合下高等教育教學(xué)信息化水平的動態(tài)變化關(guān)系。首先，按照江西省某高校教育信息化建設(shè)情況的調(diào)研數(shù)據(jù)對模型各變量賦值，依實際統(tǒng)計，該校在信息化人才隊伍、學(xué)生培養(yǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施、資源建設(shè)、教學(xué)應(yīng)用方面投入的資金比例約為0.05:0.05:0.70:0.10:0.10，正常年資金投入增長率約為12％，研究生學(xué)歷管理人員比例為0.4，激勵政策的影響因子為1，仿真結(jié)果為圖3至圖9中的current曲線（曲線1）。隨后，設(shè)定A、B、C、D共四種策略調(diào)控方案，參數(shù)取值如表1所示。最后，依次對不同策略進行仿真，分別觀察信息化管理人員數(shù)量（如圖3所示）、信息化固定資產(chǎn)總值（如圖4所示）、信息化人才隊伍數(shù)量（如圖5所示）、信息化資源建設(shè)總量（如圖6所示）、信息化教學(xué)有效課程數(shù)量（如圖7所示）、信息化學(xué)生培養(yǎng)數(shù)量（如圖8所示）以及教育信息化水平（如圖9所示）仿真結(jié)果的動態(tài)變化。

表1 策略A、B、C、D的調(diào)控參數(shù)取值

圖3 信息化管理人員數(shù)量仿真結(jié)果

圖4 信息化固定資產(chǎn)總值仿真結(jié)果

圖5 信息化人才隊伍數(shù)量仿真結(jié)果

圖6 信息化資源建設(shè)總量仿真結(jié)果

圖7 信息化教學(xué)有效課程數(shù)量仿真結(jié)果

圖8 信息化學(xué)生培養(yǎng)數(shù)量仿真結(jié)果

圖9 教育信息化水平仿真結(jié)果

2 四種策略仿真分析

策略A：調(diào)整信息化資金投入結(jié)構(gòu)。將人才隊伍、學(xué)生培養(yǎng)、基礎(chǔ)設(shè)施、資源建設(shè)、教學(xué)方面的資金投入比由實際0.05:0.05:0.70:0.10:0.10調(diào)整至0.10:0.10:0.40:0.15:0.25，仿真結(jié)果分別為圖3至圖9中的曲線2。

策略B：提高信息化資金投入年增長。其它參數(shù)取值較策略A無變化，僅將信息化正常年資金投入增長率由12％提升至20％，仿真結(jié)果分別為圖3至圖9中的曲線3。

策略C：調(diào)整信息化管理人員隊伍結(jié)構(gòu)。其它參數(shù)取值較策略B無變化，僅將研究生學(xué)歷管理人員比例由0.4提升至0.8，仿真結(jié)果分別為圖3至圖9中的曲線4。

策略D：加強配套政策、制度的建立。其它參數(shù)取值較策略C無變化，僅將激勵政策對信息化教學(xué)的影響因子由1提升至1.2，仿真結(jié)果分別為圖3至圖9中的曲線5。

仿真結(jié)果分析如下：

（1）由仿真結(jié)果可知，高等教育信息化是一個持續(xù)上升的動態(tài)發(fā)展過程。前期學(xué)校投入大量專項資金開展基礎(chǔ)環(huán)境建設(shè)，包括校園計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)字圖書館文獻信息保障系統(tǒng)、現(xiàn)代教育技術(shù)數(shù)字化綜合教學(xué)支撐系統(tǒng)等的建設(shè)，教育信息化水平上升緩慢；經(jīng)過資金投入、政策扶持、激勵措施后，教育信息化整體水平顯著提升。

（2）由歷史年數(shù)據(jù)可知，學(xué)校過去確實存在重硬輕軟、資金配置不均衡的現(xiàn)象。策略A降低基礎(chǔ)設(shè)施的資金投入，增加教學(xué)、資源等方面的資金投入，其仿真結(jié)果說明調(diào)整信息化資金投入結(jié)構(gòu)后教育信息化水平有增無減。

（3）持續(xù)的資金投入是高校信息化工作中最重要的前提保障。策略B加大信息化資金總投入，將資金年增長率由12％提升至20％，其仿真結(jié)果顯示對信息化固定資產(chǎn)、人才隊伍建設(shè)、信息化教學(xué)、學(xué)生培養(yǎng)、資源建設(shè)均有正向作用。

（4）策略C將信息化管理人員的研究生比例由實際的0.4提升至0.8，其仿真結(jié)果顯示信息化管理、人才隊伍建設(shè)、資源建設(shè)、信息化教學(xué)、學(xué)生培養(yǎng)、教育信息化水平均隨之提升。

（5）策略D將激勵政策影響因子由1提升至1.2，其仿真結(jié)果顯示能夠促進信息化管理、信息化教學(xué)、學(xué)生培養(yǎng)以及人才隊伍建設(shè)，從而提升教育信息化水平。

（6）仿真結(jié)果顯示，高等教育信息化各要素相互關(guān)聯(lián)，正如本研究前文列出的反饋回路，改變系統(tǒng)某個參數(shù)的值，會影響到多個變量。教育信息化水平并非僅受某單一因素的影響，而是受到多重因素的共同作用。因此在系統(tǒng)發(fā)展的過程中，應(yīng)正確處理整體與局部的關(guān)系，實現(xiàn)資源的合理配置與協(xié)調(diào)發(fā)展。

四 結(jié)束語

高等教育信息化是一項投資大、持續(xù)時間長、難度高的持續(xù)動態(tài)復(fù)雜性系統(tǒng)工程，建立高等教育教學(xué)信息化SD模型并對其進行定量仿真模擬是本研究的創(chuàng)新之所在。當然，如果要對整個復(fù)雜系統(tǒng)的運行規(guī)律和反饋機制進行更深入的研究，必須結(jié)合反饋環(huán)定量分析技術(shù)[10]，如枝向量行列式反饋環(huán)算法、反饋環(huán)基模分析技術(shù)等，這是本研究今后要繼續(xù)努力的方向。

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System Dynamics Model and Strategy Simulation for Higher Education Teaching Information

JIANG Jie1LU Xiao-yong2LIU Xiao-qin3
(1.School of Management,Nanchang University,Nanchang,Jiangxi,China 330031; 2.School of Software,Nanchang University,Nanchang,Jiangxi,China 330047; 3.Modern Educational Technology Center,Nanchang University,Nanchang,Jiangxi,China 330031)

The causal-loop diagram and the flow diagram models of the higher education information system were constructed on the basis of applying the theory and methods of system dynamics and systematic analysis of the higher education information.In order to provide a quantitative analysis for decision making for scientific planning and healthy development of higher information construction,the paper took the current condition of one university’s information construction in Jiangxi as an example,and conducted simulation analysis of the strategy with different variable parameters by Vensim software in the computer.

higher education teaching information; system dynamics; strategy simulation

小米

G40-057

A 【論文編號】1009—8097（2016）01—0021—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.01.003

江婕，工程師，博士，研究方向為系統(tǒng)動力學(xué)、教育信息化，郵箱為jiangjie@ncu.edu.cn。

2015年6月3日