王廣彥　胡起偉　李經(jīng)中

[摘 要]信息化技術(shù)在軟科學(xué)課程中教學(xué)內(nèi)容實證難度大、模型算法求解難度大、學(xué)習(xí)效果考核難度大?？梢圆捎煤谙浞绞酱_定教學(xué)重點，用人機結(jié)合方式理順教學(xué)流程，用知識模塊復(fù)用方式強化課程重心，用知識管理平臺組織管理模型算法四個角度，設(shè)計信息化技術(shù)在軟科學(xué)課程中的應(yīng)用策略。針對“改進(jìn)的損傷樹分析”教學(xué)內(nèi)容，開展信息化技術(shù)在軟科學(xué)課程中應(yīng)用的實踐研究。

[關(guān)鍵詞]信息化；軟科學(xué)；黑箱；人機結(jié)合；知識模塊；知識管理

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）03-0046-03

軟科學(xué)是一門新的綜合性的科學(xué)，其目的是闡明現(xiàn)代社會各種復(fù)雜的問題，并實現(xiàn)決策的科學(xué)化，對包括人和社會現(xiàn)象在內(nèi)的廣泛范圍的對象進(jìn)行跨學(xué)科的研究工作。[1]而以科學(xué)決策和科學(xué)管理為主要教學(xué)內(nèi)容的軟科學(xué)課程，也具有典型的跨學(xué)科性。相對于傳統(tǒng)的自然科學(xué)類別課程，其在教學(xué)工作開展過程中不可避免地存在教學(xué)內(nèi)容實證難度大、模型算法求解難度大、學(xué)習(xí)效果考核難度大等問題，而廣泛引入相關(guān)信息化技術(shù)是破解上述問題的有效途徑。

一、在軟科學(xué)課程中采用信息化技術(shù)的必要性分析

軟科學(xué)概念的產(chǎn)生，有著深刻的歷史背景。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，和平的國際環(huán)境為各國的發(fā)展提供了有利的機會和條件，各主要交戰(zhàn)國紛紛改革戰(zhàn)時體制，實現(xiàn)了戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變，推動了科技、經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展。隨之，全世界進(jìn)入了創(chuàng)造知識和應(yīng)用知識的新時期。同時，國際市場日益激烈的競爭更促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)研究的問題層出不窮，涉及的因素急劇增多，研究對象日趨復(fù)雜化。對各種現(xiàn)實問題必須運用多種學(xué)科的知識進(jìn)行綜合研究，這樣才有可能取得比較好的效果。尤其是那些涉及與決策科學(xué)化有關(guān)的政策問題更是如此。這類研究不僅涉及自然科學(xué)和社會科學(xué)本身的理論和方法，而且觸及他們的社會功能。因此，難于達(dá)到嚴(yán)格定量化的程度，多處于定性研究和半定量化研究的水平[2]，于是人們把這種科學(xué)稱為軟科學(xué)。

根據(jù)以上分析可以看出，軟科學(xué)課程主要以科學(xué)決策和科學(xué)管理作為教學(xué)內(nèi)容。相對于傳統(tǒng)的自然科學(xué)類課程，其本身不可避免地會存在教學(xué)內(nèi)容實證難度大、模型算法求解難度大、學(xué)習(xí)效果考核難度大等問題。而隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟及其在教學(xué)工作中的深入應(yīng)用，上述問題將會迎刃而解。

1.信息化技術(shù)是解決軟科學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容實證難度大問題的有效途徑。軟科學(xué)課程重點講授科學(xué)決策和科學(xué)管理的相關(guān)內(nèi)容，主要涉及分析流程、方案設(shè)計、模型算法等知識點，教學(xué)內(nèi)容的時間維度和空間維度跨度非常大，教學(xué)內(nèi)容難以實證，很多教學(xué)內(nèi)容難以在課堂上完整地展現(xiàn)。由于缺乏教學(xué)內(nèi)容實證化手段，學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的理解不深刻，這在一定程度上影響了教學(xué)目的的實現(xiàn)。而信息化技術(shù)能夠有效解決軟科學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容實證難度大的問題。信息化技術(shù)主要體現(xiàn)在以計算機技術(shù)為核心的軟件系統(tǒng)應(yīng)用方面，各種建模仿真軟件的出現(xiàn)為我們在計算機中搭建起了一個虛擬的數(shù)字化實驗室。在這個虛擬實驗室中，學(xué)生能夠建立起針對各種場景的仿真模型，并分析各決策變量對系統(tǒng)運行效果的影響途徑與程度。這解決了軟科學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容實證難度大的問題，使學(xué)生能深度融入教學(xué)過程中，切實體會到復(fù)雜抽象事物的內(nèi)部工作機理，并進(jìn)行一定程度的探索分析。

2.信息化技術(shù)是解決軟科學(xué)課程模型算法求解難度大問題的有效途徑。當(dāng)前軟科學(xué)研究呈現(xiàn)出明顯的跨學(xué)科特性，為了提高決策和管理研究的精確化和定量化程度，人們開始有意識地采用多種模型算法對軟科學(xué)問題進(jìn)行描述并求解。注重定量化手段的應(yīng)用已成為當(dāng)前軟科學(xué)研究的典型特征，各種模型算法也成為軟科學(xué)課程中的重要教學(xué)內(nèi)容。模型算法理論性強，學(xué)習(xí)難度大，是軟科學(xué)課程中的學(xué)習(xí)難點，但并不是學(xué)習(xí)重點。模型算法講授過多會沖淡核心教學(xué)內(nèi)容，講授不足又會影響學(xué)生對于模型算法的理解。因此，如何根據(jù)軟課程的核心教學(xué)需求，恰當(dāng)?shù)刂v授并使用這些模型算法是當(dāng)前軟科學(xué)課程教學(xué)過程中亟待解決的問題。信息化技術(shù)是解決上述問題的有效途徑。信息化技術(shù)將復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析處理過程轉(zhuǎn)化為自動化的程序運行過程，學(xué)生只需掌握軟件系統(tǒng)的輸入條件和輸出參數(shù)即可，可無視其內(nèi)部工作機理的存在。這可以將學(xué)生從繁瑣的模型解算工作中解脫出來，使學(xué)生能將更多的精力集中在如何應(yīng)用理論知識方面，有效解決了模型算法與軟科學(xué)教學(xué)內(nèi)容之間學(xué)習(xí)比重協(xié)調(diào)難度大的問題。

3.信息化技術(shù)是解決軟科學(xué)課程學(xué)習(xí)效果考核難度大問題的有效途徑。軟科學(xué)課程中的預(yù)測和決策理論學(xué)習(xí)難度大，不但要求學(xué)生能夠理解相關(guān)工作實施流程，還要求學(xué)生能夠針對具體問題構(gòu)建相應(yīng)的分析模型，并進(jìn)行求解。相對于傳統(tǒng)的自然科學(xué)課程，這種考核要求實現(xiàn)難度更大，只憑卷面考試無法深入考核學(xué)生對于教學(xué)內(nèi)容的掌握程度，而信息化技術(shù)能夠在一定程度上有效解決上述問題。可以信息化技術(shù)為依托，將教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的程序模塊，通過程序運行的方式對學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行考核。這就要求學(xué)生必須深入骨髓地掌握公式模型中的每個字符、每個序號，來不得半點含糊；同時要求學(xué)生采用數(shù)據(jù)的方式對相關(guān)問題做出解答，這避免了試題答案空洞無物、流于表面的現(xiàn)象?？梢?，這是一種更加徹底、更加全面的考核方式。

二、信息化技術(shù)在軟科學(xué)課程中的應(yīng)用策略設(shè)計

采用信息化技術(shù)實施教學(xué)活動，應(yīng)立足于原有教學(xué)體系，深入分析信息化技術(shù)特點，合理設(shè)計信息化技術(shù)應(yīng)用策略，對傳統(tǒng)教學(xué)體系進(jìn)行改造。

1.采用“黑箱”方式確定教學(xué)重點，突出應(yīng)用型人才培養(yǎng)導(dǎo)向。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)階段，會接觸到各種理論、方法與技術(shù)，要想把每一項內(nèi)容都學(xué)精、學(xué)透是不現(xiàn)實的，在這種情況下，可采用“黑箱”教學(xué)應(yīng)用策略。對于理論難度大、短期內(nèi)難以深入掌握的教學(xué)內(nèi)容，可將其封裝為黑箱，學(xué)生只需要深入了解教學(xué)內(nèi)容的輸入條件與輸出參數(shù)即可，而對于黑箱內(nèi)部復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理過程可“點到為止”。這樣學(xué)生能夠快速掌握相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用流程。而采用信息化技術(shù)是支持黑箱教學(xué)應(yīng)用策略的最佳途徑。可根據(jù)教學(xué)需求將相關(guān)信息化技術(shù)引入教學(xué)工作，利用其自動解算功能將模型求解方法封裝為黑箱。這樣在信息化技術(shù)的支持下，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可“觀其大略”，只需深入掌握其輸入條件和輸出參數(shù)即可，復(fù)雜的解算過程交由計算機自動完成，并且在信息化技術(shù)支持下，學(xué)生能夠采用工程化的信息化技術(shù)自行解決相關(guān)問題，這更加突出了應(yīng)用型人才培養(yǎng)的導(dǎo)向。[3]

2.采用人機結(jié)合的方式理順教學(xué)流程，降低復(fù)雜理論知識的學(xué)習(xí)門檻。采用信息化技術(shù)并不意味著降低理論知識學(xué)習(xí)的要求，相反，為了提高信息化技術(shù)的運用水平，學(xué)生也需要對相關(guān)理論知識有深入地了解。[4]為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，本文設(shè)計了人機結(jié)合的教學(xué)應(yīng)用策略以理順教學(xué)流程，降低復(fù)雜理論知識的學(xué)習(xí)難度?！叭恕敝傅氖遣捎檬止し绞浇馑阆嚓P(guān)問題；“機”指的是采用信息化工具解算相關(guān)問題。這兩種方式相互印證，既降低了復(fù)雜理論知識的學(xué)習(xí)難度，又提高了學(xué)生使用信息化工具的水平。人機結(jié)合的教學(xué)方式提高了相關(guān)理論知識學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性，使學(xué)生在使用信息化工具時不但知其然，還知其所以然，使信息化工具真正轉(zhuǎn)化為學(xué)生知識體系結(jié)構(gòu)中的有機組成部分。

3.采用知識模塊復(fù)用方式強化課程重心，突出核心知識對課程整體的支持作用。任何一門課程，都有一定的核心方法和技術(shù)，這些核心方法和技術(shù)穿插在整個課程體系之中，起著基礎(chǔ)支撐的作用。在信息化技術(shù)深入發(fā)展的今天，相關(guān)信息化工具已成為支撐軟科學(xué)課程教學(xué)工作開展的重要基礎(chǔ)，掌握這些信息化工具的使用方法已成為課程學(xué)習(xí)的基本要求。在這種背景下，可將相關(guān)信息化教學(xué)內(nèi)容提煉成為相應(yīng)的知識模塊，并將使用頻度較高的模塊確定為教學(xué)重點，然后根據(jù)教學(xué)需求，創(chuàng)造教學(xué)場景，多次引用這些教學(xué)模塊，突出學(xué)生核心技能的培養(yǎng)。

4.采用知識管理平臺組織管理模型算法，固化并活化教學(xué)試驗成果。軟科學(xué)課程重點講授相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的預(yù)測與決策問題，具有典型的軟科學(xué)特征，教學(xué)試驗成果主要體現(xiàn)為信息化的模型與算法。為了提高教學(xué)試驗成果的管理水平，突破傳統(tǒng)的紙質(zhì)試驗報告管理模式，本文設(shè)計開發(fā)了通用知識管理平臺，用于固化和活化教學(xué)試驗成果。所謂固化，是指學(xué)生根據(jù)教學(xué)要求，將相關(guān)試驗成果轉(zhuǎn)化為接口形式規(guī)范的程序模塊，并導(dǎo)入到該平臺中，以程序模塊形式固定試驗成果；所謂活化，是指入庫的程序模塊具有靈活的可用性，其既可以獨立運行，又可以與其他程序模塊進(jìn)行組合，實現(xiàn)更為復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析功能，使靜態(tài)的紙質(zhì)報告轉(zhuǎn)化為動態(tài)的“活”的可用程序。利用該平臺不但提升了以模型算法為核心的教學(xué)試驗科目管理水平，還有利于學(xué)生試驗成果的積累與使用。相對于傳統(tǒng)的紙質(zhì)試驗報告管理方式，這是一種創(chuàng)新。目前，該平臺開發(fā)了模型管理、算法建模、協(xié)同分析、響應(yīng)分析、模型成熟度分析等功能。

三、信息化技術(shù)在軟科學(xué)課程中應(yīng)用的實踐研究

本文針對裝備戰(zhàn)場搶修理論與技術(shù)課程中的“改進(jìn)的損傷樹分析”教學(xué)內(nèi)容，采用信息化技術(shù)開展了教學(xué)工作，從實踐層面驗證了信息化技術(shù)對于改進(jìn)軟科學(xué)課程教學(xué)效果的重要價值。該實踐研究立足于課程原有教學(xué)需求，合理設(shè)置信息化技術(shù)切入時機，以便實現(xiàn)良好的教學(xué)效果。

（一）課程教學(xué)分析

本講教學(xué)內(nèi)容來自于48學(xué)時研究生學(xué)位課程裝備戰(zhàn)場搶修理論與技術(shù)。本課程是學(xué)習(xí)裝備戰(zhàn)場搶修基本理論、方法和技術(shù)的一門課程，圍繞裝備戰(zhàn)場搶修預(yù)測和決策問題，講授戰(zhàn)時裝備維修保障的基礎(chǔ)理論知識，具有典型的軟科學(xué)特征。

學(xué)生在前面的課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)了傳統(tǒng)的損傷樹分析方法，但隨著研究生培養(yǎng)需求的不斷調(diào)整，以及裝備戰(zhàn)場損傷分析技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的損傷樹分析教學(xué)內(nèi)容面臨著擴(kuò)充與改進(jìn)的挑戰(zhàn)。首先，從研究生培養(yǎng)需求角度來看，我們更需要向?qū)W生講授面向裝備使用階段的教學(xué)內(nèi)容，以便滿足學(xué)生將來的部隊任職需求。但傳統(tǒng)的損傷樹分析方法側(cè)重于裝備研制設(shè)計階段，主要用于分析和評估裝備的可靠性與安全性水平，而對裝備使用階段的維修保障工作只有少量支持作用。為滿足研究生將來部隊的任職需求，迫切需要改進(jìn)損傷樹分析教學(xué)內(nèi)容。其次，從裝備戰(zhàn)場損傷分析技術(shù)發(fā)展角度來看，相關(guān)技術(shù)的發(fā)展為改進(jìn)損傷樹分析教學(xué)內(nèi)容提供了豐富的素材。結(jié)合本講教學(xué)需求，我們將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)引入到損傷樹分析中，并將信息化工具Hugin（貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建模軟件）引入到教學(xué)環(huán)節(jié)，這有效擴(kuò)充了損傷樹分析的教學(xué)內(nèi)容。采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可定量衡量各部件的損傷概率，有助于提高損傷定位分析活動的精度和自動化程度。該教學(xué)內(nèi)容面向裝備使用階段，符合研究生的部隊任職培訓(xùn)需求。

（二）教學(xué)基本過程

根據(jù)本文第2節(jié)提出的信息化技術(shù)應(yīng)用策略，本次課設(shè)計了由問題剖析、技術(shù)破解、目標(biāo)達(dá)成三個環(huán)節(jié)構(gòu)成的教學(xué)過程。

首先進(jìn)行問題剖析。在上次課損傷樹學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，分析其主要功能，包括全面分析導(dǎo)致系統(tǒng)損傷的各種原因、全面描述元部件損傷與系統(tǒng)損傷之間的邏輯關(guān)系、定量計算復(fù)雜系統(tǒng)的損傷概率，同時點出損傷定位分析也是損傷樹的功能之一，但不是關(guān)鍵功能。然后點出損傷樹存在的“教學(xué)危機”，即側(cè)重于裝備研制設(shè)計階段，對學(xué)生將來的部隊任職支持作用有限，從而進(jìn)一步點明本次課的重點“改進(jìn)的損傷樹分析”，從損傷定位分析角度入手，對傳統(tǒng)的損傷樹分析方法進(jìn)行改進(jìn)。這種改進(jìn)是一種創(chuàng)新，而研究生將來的學(xué)位論文撰寫工作也強調(diào)創(chuàng)新。借此教學(xué)契機，可以向?qū)W員提示研究工作創(chuàng)新的兩條主要途徑，即需求推動（研究生培養(yǎng)需求調(diào)整）和技術(shù)拉動（戰(zhàn)場損傷技術(shù)發(fā)展），為研究生的學(xué)位論文撰寫工作提供指導(dǎo)。

然后進(jìn)行技術(shù)破解，向?qū)W生講授支持損傷定位分析活動開展的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。這是本次課的難點，但不是重點。因此，如何向?qū)W生深入淺出地講明貝葉斯網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要點，是確保授課任務(wù)完成的關(guān)鍵。首先，可以引入一個有趣的問題。有3個門，主持人將獎金藏在其中某1個門的后面，然后讓觀眾隨意選擇1扇門，若選中，獎金歸觀眾所有。假設(shè)觀眾選擇了1號門，然后主持人打開另外2扇門中沒有獎金的那扇門，假設(shè)打開2號門，問此時觀眾是否有必要改變選擇。學(xué)生通常會認(rèn)為沒有必要，因為獎金藏在1號門和3號門后面，概率各為1/2。實際上，考慮到主持人因素后，改變選擇的獲獎概率將為上升為2/3，應(yīng)當(dāng)改變選擇。而后通過Hugin軟件分析這一問題，證實獲獎概率的確為2/3。通過這種直覺推測和理論分析的差異激起學(xué)生學(xué)習(xí)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的熱情，在此基礎(chǔ)上趁熱打鐵，向?qū)W生講授貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論體系龐大，在講授中不可能面面俱到，這里只講授最為關(guān)鍵的鏈路定理。盡管講授內(nèi)容不多，但能確保教學(xué)內(nèi)容的封閉性，即根據(jù)這些教學(xué)內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建模、網(wǎng)絡(luò)解算、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用一個較為完整的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)使用流程，麻雀雖小，五臟俱全。而Hugin軟件正是構(gòu)建這一麻雀的關(guān)鍵，因為它有效降低了網(wǎng)絡(luò)解算難度。當(dāng)然只依靠Hugin軟件進(jìn)行計算，學(xué)生還會產(chǎn)生“霧里看花，水中望月”的模糊感覺，依然不解渴，此時趁勢而上向?qū)W生講授兩種解算方法，分別是理論分析和數(shù)值計算，以增強學(xué)生的學(xué)習(xí)滿足感。

通過技術(shù)破解環(huán)節(jié)，以Hugin軟件為支撐，學(xué)生初步掌握了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的基本流程，最后進(jìn)入目標(biāo)達(dá)成階段，即利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)如何進(jìn)行損傷定位分析。首先對損傷樹與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行對比，說明二者都是知識的圖形方式描述方式。然后從二者的相同和不同角度入手展開教學(xué)工作。先分析相同點，這是本次課的重點內(nèi)容。損傷樹中的事件對應(yīng)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點，損傷樹中的邏輯門對應(yīng)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的聯(lián)接強度，并向?qū)W生講授二者之間的轉(zhuǎn)換方法。利用這些知識，學(xué)生能夠?qū)p傷樹轉(zhuǎn)化為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，并開展損傷定位分析，從而實現(xiàn)本次課的主要教學(xué)目的。接下來分析不同點。損傷樹中的事件只能描述二態(tài)性：要么正常，要么損傷，而貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點可描述多態(tài)性：正常、輕損、重?fù)p等。損傷樹中的邏輯門只能描述確定性，肯定損傷或者肯定正常，而貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接強度能夠描述模糊性，即可能損傷、可能正常，從而證明損傷樹是貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的一種特例。通過差異性對比進(jìn)一步加深學(xué)生對于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)特點的理解。

四、結(jié)束語

信息化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于軟科學(xué)研究領(lǐng)域，如何將信息化技術(shù)有效移植于軟科學(xué)課程教學(xué)工作，是每一名教師應(yīng)當(dāng)深入思考的問題。采用信息化技術(shù)開展教學(xué)工作，并不會從根本上改變原有教學(xué)目的。因此，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計教學(xué)應(yīng)用策略，使信息化要素合理融入整個教學(xué)體系之中，避免“有了信息化技術(shù)就可以拋棄傳統(tǒng)教學(xué)模式”的錯誤認(rèn)識，正確認(rèn)識信息化技術(shù)在課程教學(xué)中的地位和作用。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 王建國，李海波，丁其濤，等.中國軟科學(xué)研究機構(gòu)評估指標(biāo)體系構(gòu)建探討[J].科技管理研究，2013（9）：71-75.

[2] 楊愛華.軟科學(xué)研究方法存在的問題與創(chuàng)新路徑[J].科技管理研究，2013（7）：243-246.

[3] 俞君寶，呼夢潔.高職院校信息化教學(xué)研究[J].職業(yè)教育，2015（12）：84-85.

[4] 許志勇.信息化教學(xué)對提高教學(xué)有效性的分析與思考[J].2015（18）：27-28.

[責(zé)任編輯：陳 明]