系统思维简介，顺便讨论其用于可靠性
报告的目的
- 介绍一下系统思维
- 介绍一下教育系统科学
- 分享一下我自己关于系统思维如何帮助可靠性的思考
- 顺便：随时打断我问问题
内容提纲
- 系统思维
- 元素、相互作用和系统
- 对象视角
- 上下左右贯通
- 从系统思维到系统科学
- 教育与系统科学
- 知识的层次，尤其是学科大图景
- 知识的上下左右贯通
- 用于可靠性研究和实践？
系统思维
- 系统思维和系统科学
- 系统科学首先是科学——测量、概念和数学建模、实验检验、系统化、批判性思维
- 脱离开科学讨论思维是非常危险的
- 但是，在时时刻刻注意到这个危险的前提下，深入理解系统思维也不是坏事
什么是系统
- 系统有外界，可以和外界的其它系统合起来构成更大的系统
- 例如，教育、经济、科学研究这些系统
- 例如，学科体系
- 系统有内部：元素、元素间的相互影响
- 一般要求系统内部的相互影响远远超过系统和外界之间的相互影响
什么是系统，续
- 如果外界和系统的联系实在非常紧密，仅仅当作认知结构上的模块也可以
- 例如，面向对对象的编程
- 例如，面向过程的编程的子程序
- 例如，绝大多数问题都不是单学科的，但是，我们往往从某个角度某各学科来关注这个问题
系联性思考
- 层次性思维和类比思维，发现典型结构：
- 把世界看作是具有层次关系的子系统构成的大系统
- 子系统之间存在同层内和跨越层次的关系
- 这到底是世界本来就是如此？
- 还是我们人类的认知能力有限，只能强加上去这个结构模式？
对象视角
- 把面向对象的编程拓展到认识世界
- 从系统的外部、内部、接口三个角度来认识一个系统
- 每一个层次可以基本独立
- 关注外部的时候，只看接口不看内部
- 关注内部的时候，只看接口不看外部
- 举个从对象视角看学科的例子
从对象视角看学科的例子
- 一个学科从纯粹外面看，看得是这个学科的（外部）
- 典型学科责任（和世界还有其它学科的关系）、
- 典型研究对象
- 典型研究问题
从对象视角看学科的例子
- 一个学科从在考虑进入到里面的人来看，看得是这个学科的（接口）
- 典型思维方式
- 典型分析方法
从对象视角看学科的例子
- 一个学科真的要学懂，看的是这个学科的（内部以及内外联系）
- 概念网络
- 实际研究对象、实际问题、概念、思维方式之间的关系（概念的形成过程，概念用于提出和解决问题，其中创造或者体现的思维）
上下贯通
- 真的要理解一个系统，则需要把外部、内部、接口联系起来
- 回到学科的例子
- 从多个具体事物的“合起来数一数”抽象为“加法”
- 从多个概念的抽象过程，理解到“抽象”的含义
- 运用“抽象”，来进行新的抽象，或者理解新的抽象概念
- 内部和外部联系起来
系统+科学的“科学”
- 通过把上面的系统思维用于提出和解决问题，发展形成典型分析方法，充实概念网络，就是系统科学
- 可计算可检验是科学的基本要求
- 理论（提炼出来的概念、模型、思维方式、分析方法等）本身最好还具有系统性
- 寻找描述世界的结构和方法，用于描述尚未构成专门学科的对象，或者体现系统思维的作用的对象
系统科学小结
- 上下左右贯通：联系$^{1}$，联系$^{2}$，联系$^{3}$；从孤立到有联系，从直接到间接，从个体到整体，从整体看个体
- 双向涌现：More is Different, More is The Same（一片两片三四片，构成系统出涌现；五片六片七八片，飞入系统都不见）
- 认知论和类似数学：从具体系统中来，成为一般（概念、方法、思维），到具体系统中去
教育系统科学
- 系统科学用于对教和学的研究
- 帮助学生学得更好，帮助教师教得更好的研究和实践
- 学习本身的目标是提出和解决问题，创造和创造性地使用知识，欣赏知识的创造和创造性使用
- 如何实现这样的教和学呢？
知识的层次
- 知识的层次和高层知识生成器
- 事实性程序性知识
- 学科概念
- 学科思维等学科大图景
- 一般性人类思维、教和学的方法
学科大图景
- 典型研究对象
- 典型研究问题
- 典型思维方式
- 典型分析方法
- 和世界以及其他学科的关系
一般性人类思维
- 批判性思维
- 系联性思考
- 成长型思维
- 理解型学习
- 做中学、教中学、创造中学
知识的联系
- 层间联系和层内联系
- 人类知识高速公路：相互联系的知识
理解型学习
- 上下联系：上层生成下层，上层来自于对下层的抽象和总结
- 左右联系：同层内知识也具有相互依赖的关系
- 理解型学习：运用了上下左右的联系来学习的过程
- 机械式学习：孤立知识点，通过重复练习来学习的过程
- 为了做理解型学习，可以稍微学点概念地图
关于“能力”和“知识”
- 能力是知识和问题间的联系，我们发现“用知识来提出和解决问题”需要
- 思维层（第三层第四层）的知识
- 学科概念层和事实性程序性的知识
- 喜欢面对挑战性问题的习惯
- 在我们的概念体系中，没有独立的能力层，能力就是使用（高层）知识来提出和解决问题的意愿和习惯
知识和学习小结
- 知识的联系和层次
- 高层知识生成器
- 学科大图景
- 一般性人类思维（批判性思维、系联性思考）和理解型学习
- 上下左右贯通
- 创造知识、创造性地使用知识
- 从创造中，通过上下左右贯通，学会创造
教、学和研究的道
- 以高层知识生成器为目标的理解型学习，不仅仅可以帮助学习，还可以帮助创造和创造性地使用知识
- 人类知识高速公路的建设、概念网络上的针对学习顺序和检测的数学建模，配合实验检验，脑科学基础研究，正好可以发挥系统科学的作用
- 那可以帮助到可靠性的研究和实践吗？
系统科学帮助可靠性？
- 可靠性的典型研究对象、典型研究问题、典型学科责任
- 可靠性的典型思维方式（系统思维）、典型分析方法
- 可靠性的案例、概念网络
- 贯通起来，实验和实践检验
可靠性学科大图景
已经在建设的四层学科知识体系
- 汉字网络
- 中小学数学
- 中小学物理
- 英文单词
- 微积分、线性代数、概率论、统计学、系统科学
微积分概貌
微积分概念网络
吴金闪的教学和研究
带回家的信息
- 系统思维（系联性思考）包含：
- 对象视角——外部、内部、接口尽量分开
- 联系和联系的上下左右贯通
- 系统科学（系统思维+科学）可以帮助到教和学的研究和实践，形成教育系统科学
- 系统科学，由其是教育系统科学，可以帮助到可靠性研究和实践
- 有兴趣可以读一读吴金闪《系统科学导引》
一起来，科学化可靠性研究和实践？
- 梳理案例、概念、分析方法、思维方式及其联系
- 形成可靠性的四层知识体系
- 促进学科发展，教和学，工程应用