《农业工程与可持续发展》方法论部分教学探讨

张若宇++翟志强

摘 要：为充实《农业工程与可持续发展》课程的教学内容，提升学生对相关方法的掌握，该文从系统的角度探讨了方法论部分的教学内容和授课方法。首先引入“系统”及“系统工程”以及“农业工程系统”的概念，然后讲解了“农业系统工程”的任务和特点，启发学生从系统的视角对待“农业工程”与“可持续发展”的关系，最后介绍了寻找和评价最佳方案的理论方法。

关键词：教学 系统 农业工程系统 层次分析法 农业工程与可持续发展

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：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

农业的发展正面临着严重的环境问题[1]，亟需一种科学有效的农业工程可持续发展实现办法。我们面临的任何一个要解决的问题或要完成的任务其实都是系统，因此就可以用系统思想去分析农业工程，也就可以用系统工程方法去探讨农业可持续发展的方法。该文从系统的角度出发，探讨了《农业工程与可持续发展》方法论部分教学方法，引导学生用系统的思想解决农业可持续发展问题。

1 启发学生用“系统”的思维解决问题

在教学过程中，为引导学生从系统的角度思考问题，笔者介绍了日常生活中一些系统的案例，然后引入“系统工程”的概念，以便开展后续主题内容的讲解。在自然界和人类社会中，可以说任何事物都是以系统的形式存在的[2]。我们可以把我们关心的问题都看成系统，例如血液循环系统是指把血液送到人或动物全身的血管系统和心脏；运输系统是指运送货物的人员、机器、组织机构以及公路、铁路、水路和航空线路；武器系统是指武器和相关设备、武器和设备的使用方法与使用武器及设备的人员。

为方便教学，笔者对系统的定义作了总结，在系统学中，“系统”是一个最基本的概念。对于不同出发点、不同目的、不同角度或不同方式的研究者，给出对于系统的定义往往也不同。目前，我国认可度最高的关于系统的定义是中国系统科学领域的先驱钱学森的定义，即：由若干相互依赖、相互制约的部分组成的具有特定功能的有机整体[3]。而能够称作“系统”的事物必须符合以下3个基本条件：事物内部由两个或两个以上元素组成；元素之间相互联系和相互作用；事物整体具有特定的功能。

系统主要有整体性、关联性、层次性、可控性、时序性等5个属性[4]。依照不同的分类依据，系统有不同的分类方法。按系统的生成划分有自然系统、人工系统、复合系统3类；按有无反馈又将系统划分为开环系统（如图1a）与闭环系统（如图1b）等[5]；按输入输出内容划分开放系统，即有物质、能量、信息交换；封闭系统，即仅有信息交换；孤立系统则没有信息交换。按可了解的信息量划分为白色系统、灰色系统、黑色系统；系统还可以划分为线性、非线性系统；连续、离散系统； 确定状态、不确定状态系统等。

2 引入“农业系统工程”的教学

同样地，通过对“系统”的学习，可以让学生发现任何事物都可以看成一个系统，进而笔者引出了“农业系统”的概念，让学生從系统的角度学习可持续发展的农业工程。

为方便学生理解，笔者解释了农业系统的定义。农业系统是指在一定的自然条件和社会经济条件下，农业各部门或各种作物的生产要素按各种比例、采用不同方式结合而成的系统[6]。在教学探索过程中，笔者发现农业生产首先是生物再生产过程，而生物的生长、发育和繁殖与周围环境密切相关，因此农业系统受到气候、地形、水文、土壤和微生物等自然环境因素的限制及其综合影响；另一方面，农业又是一种经济再生产过程，还要受到社会需求和经济、技术水平的制约。因此，农业系统的形成和发展还要受到社会经济技术条件的影响而不断变化。如果将系统工程的思想、理论、原理和方法在农业领域中的应用，便是农业系统工程。按照对系统工程的定义，也可以把农业系统工程理解为：以系统思想为指导，定性、定量相结合，各种理论、方法与技术综合集成，以农业系统总体最优为目标来研究农业系统的规划、设计、开发、生产、组织、管理、调整、控制与评价等问题的一门交叉科学。

为使学生对“农业系统工程”有更深入的学习，笔者指出了农业系统工程的主要任务及特点。农业系统工程主要有以下任务：解决农业系统的管理问题，实现农业决策科学化；综合运用多学科理论和成果，解决整体性问题（社会、经济、生态、技术等）；探求农业系统运行机制，实现系统和环境相协调；优化配置生产要素（人、物、技术），取得最佳综合效益。农业系统工程的特点：模型多以生物学模型为基础；模型多为不确定的（随机的、模糊的、灰色的）；目标的多元化（经济、生态、社会效益）。

3 利用层次分析法进行“绿色”方案寻优

笔者在授课过程中重点介绍了层次分析法，目的是让学生学会利用层次分析法思想去寻找最优“绿色”的方案。首先对层次分析法进行回顾，层次分析法（AHP）是一种层次权重决策分析方法[7]。这种方法的特点是在对复杂的决策问题的本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的基础上，利用较少的定量信息使决策的思维过程数学化，从而为多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法[8]。然后以绿色设计和绿色制造为例具体讲解了层次分析法的使用。

运用层次分析方法寻找绿色设计最优方案，如图2所示即为一种基于层次的绿色产品设计体系。该体系由4个层次组成：第一层为目标层，第二层为内容层，第三层为阶段层，第四层为设计因素层，第五层为方案层，后续可以与绿色制造紧密衔接。

运用同样的方法，进一步寻找绿色制造最优方案，如图3所示。

在教学过程中，笔者通过以上两个案例的讲解，总结出运用层次分析法构造系统模型时，大体可以分为以下5个步骤。

（1）建立层次结构模型：根据因素的分类构建因素的层次结构并标明上一层因素与下一层因素之间的关系。

（2）构造判断矩阵：有了系统的结构模型以后，决策者需要对各层次各因素的相对重要性给出判断，有些判断用数值表示出来，反映出矩阵的形式就是判断矩阵。

（3）层次单排序：是指本层次所有因素相对上一层次而言的重要性进行排序。

（4）層次总排序：是指利用层次单排序的结果，计算针对上一层而言本层次所有因素重要性的权值。

（5）一致性检验：根据判断矩阵，计算判断矩阵的最大特征值及对应的特征向量。

4 结语

为更好地讲授《农业工程与可持续发展》，引导学生探讨农业可持续发展方法，该文从系的角度分析了农业工程，让学生更加感受到农业可持续发展的重要性，同时介绍了利用层次分析法寻找绿色技术最优方案，让学生更科学的探讨农业可持续发展的方法。

参考文献

[1] 吕振宇，牛灵安，郝晋珉，等.中国农业生态环境面临的问题与改善对策[J].中国农学通报，2009，25（4）：218-224.

[2] 牛振华.坚持系统论和投入产出原则，注重投资项目评估内外协调[J].中国工程咨询，2009（6）：41-42.

[3] 常远.谈社会系统工程[J].中央政法管理干部学院学报，1995（5）：42-44.

[4] 丁健民，孙世民，周衍平，等.试论农业科技经济一体化的系统特性[J].农业现代化研究，1998（4）：33-36.

[5] 张敏.开环与闭环控制系统优缺点浅析[J].科技与企业，2014（17）：118，121.

[6] 赵红.层次分析法在定量分析中的应用[J].中国公共安全：学术版，2010，（1）：134-136.

[7] 朱建军.层次分析法的若干问题研究及应用[D].沈阳：东北大学，2005.

[8] 姚光杰，杨玉芬.浅谈气候资源对农业生产的重要性[J].新农村（黑龙江），2011（10）：25.