2025年大學《系統(tǒng)科學與工程》專業(yè)題庫——協(xié)同設計在系統(tǒng)科學與工程中的實踐考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題4分，共20分）1.協(xié)同設計2.系統(tǒng)邊界3.涌現(xiàn)4.參與式設計5.復雜適應系統(tǒng)二、簡答題（每題6分，共30分）1.簡述協(xié)同設計的核心原則及其在系統(tǒng)設計與開發(fā)中的意義。2.在系統(tǒng)科學與工程實踐中應用協(xié)同設計可能面臨的主要挑戰(zhàn)有哪些？3.系統(tǒng)動力學模型如何支持協(xié)同設計過程？4.請比較參與式設計與傳統(tǒng)設計方法的根本區(qū)別。5.協(xié)同設計如何促進跨學科團隊的有效合作？三、論述題（每題15分，共45分）1.試論述系統(tǒng)思維在協(xié)同設計中的關鍵作用，并結合一個具體例子說明如何運用系統(tǒng)思維進行協(xié)同設計。2.假設你需要為一個智慧城市交通管理系統(tǒng)進行初步的協(xié)同設計，請闡述你會如何組織參與設計的各方（如交通規(guī)劃師、市民代表、程序員、政府官員等），并設計一個初步的協(xié)同設計流程框架。3.選擇一個你熟悉的復雜產(chǎn)品（如智能手機、汽車、或一個在線服務平臺），分析其設計與開發(fā)過程中可能存在的協(xié)同設計機會點，并說明如果應用協(xié)同設計可能帶來的好處。試卷答案一、名詞解釋1.協(xié)同設計：指在系統(tǒng)設計過程中，組織并促進不同背景、專業(yè)、角色（如設計師、工程師、用戶、管理者、領域專家等）的參與者進行共同工作，通過互動、共享和協(xié)作，共同創(chuàng)造、發(fā)展和優(yōu)化系統(tǒng)解決方案的一種方法論和實踐模式。其核心在于利用多方的知識、經(jīng)驗和視角，提升設計的質量、創(chuàng)新性、用戶滿意度和系統(tǒng)整體性能。*解析思路：答案應抓住“協(xié)同設計”的幾個關鍵要素：①參與主體多元化（不同背景、專業(yè)、角色）；②核心活動是共同工作、互動、共享、協(xié)作；③目標是為系統(tǒng)創(chuàng)造、發(fā)展和優(yōu)化解決方案；④最終目的是提升設計質量、創(chuàng)新性、用戶滿意度、系統(tǒng)性能。解釋需體現(xiàn)“協(xié)同”和“設計”的結合。2.系統(tǒng)邊界：指界定系統(tǒng)范圍、區(qū)分系統(tǒng)內部要素與外部環(huán)境、系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的分界線。系統(tǒng)邊界可以是物理的、邏輯的、時間的或功能的。明確系統(tǒng)邊界是進行有效系統(tǒng)分析、建模和設計的前提，它決定了系統(tǒng)研究的范圍、關注重點以及系統(tǒng)與環(huán)境的交互方式。*解析思路：答案需定義系統(tǒng)邊界是什么，強調其作用：①界定范圍（內部與外部）；②區(qū)分要素與子系統(tǒng)；③可以是多種形式（物理、邏輯等）；④是系統(tǒng)分析、建模、設計的前提。解釋需突出其在界定研究對象和范圍上的關鍵作用。3.涌現(xiàn)：指在復雜系統(tǒng)中，由大量子系統(tǒng)相互作用、非線性地組織起來，在宏觀層面表現(xiàn)出系統(tǒng)整體所具有的、其組成部分所不具備的新的、復雜的、自組織的特性或行為模式。涌現(xiàn)現(xiàn)象是不可還原的，整體大于部分之和，是復雜系統(tǒng)理論的核心概念之一。*解析思路：答案應解釋涌現(xiàn)的定義：①發(fā)生在復雜系統(tǒng)；②源于子系統(tǒng)間相互作用；③表現(xiàn)為主體新特性/行為；④非線性、自組織；⑤不可還原性（整體>部分之和）。解釋需強調其產(chǎn)生的機制（交互、非線性）和結果（新特性、整體性）。4.參與式設計：指在設計和開發(fā)過程中，將最終用戶或目標受益群體（用戶）更早、更深地納入到設計團隊中，讓他們參與到需求定義、概念構思、方案評估、原型測試等各個階段的設計活動中的方法。其目的是獲取更貼近用戶真實需求的設計，提升用戶參與感和產(chǎn)品/系統(tǒng)的可用性、接受度。*解析思路：答案需定義參與式設計：①核心是讓用戶參與；②參與階段（需求、構思、評估、測試等）；③參與主體是最終用戶/受益群體；④主要目的（獲取真實需求、提升可用性、用戶參與感）。解釋需突出“用戶”在設計和開發(fā)過程中的核心地位及其帶來的價值。5.復雜適應系統(tǒng)（ComplexAdaptiveSystem,CAS）：指由大量相互作用的、能夠通過與環(huán)境及其他系統(tǒng)成員進行信息交換而適應其行為的個體或子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)。系統(tǒng)表現(xiàn)出自組織、非線性、涌現(xiàn)、路徑依賴等特性，其行為難以精確預測，能夠根據(jù)環(huán)境變化進行學習和演化。*解析思路：答案應定義復雜適應系統(tǒng)：①組成（大量交互的個體/子系統(tǒng)）；②關鍵能力（適應行為）；③特性（自組織、非線性、涌現(xiàn)、路徑依賴）；④行為特點（難以預測、學習、演化）。解釋需強調其組成、核心能力（適應）以及區(qū)別于簡單系統(tǒng)的關鍵特性。二、簡答題1.簡述協(xié)同設計的核心原則及其在系統(tǒng)設計與開發(fā)中的意義。*答案：協(xié)同設計的核心原則主要包括：系統(tǒng)思維原則（整體性、關聯(lián)性、動態(tài)性）、用戶中心原則（以人為本）、參與式原則（多方協(xié)作）、迭代式原則（持續(xù)改進）、開放性原則（包容多樣性）。其意義在于：能夠整合不同參與方的知識、經(jīng)驗和視角，彌補單一學科或角色的局限性；促進對復雜系統(tǒng)問題的全面、深入理解；設計的解決方案更能滿足用戶和各利益相關方的真實需求，提高可行性和接受度；激發(fā)創(chuàng)新思維，產(chǎn)生更優(yōu)化的系統(tǒng)方案；增強項目團隊或組織的凝聚力和適應性。*解析思路：第一步，準確列出協(xié)同設計的核心原則（系統(tǒng)思維、用戶中心、參與式、迭代、開放性是常見的關鍵原則）。第二步，逐一或概括性闡述每個原則的核心內涵。第三步，重點分析這些原則共同作用的意義，從知識整合、問題理解深度、方案質量（用戶需求滿足度、可行性）、創(chuàng)新激發(fā)、組織適應性等多個維度說明其對系統(tǒng)設計與開發(fā)的價值。2.在系統(tǒng)科學與工程實踐中應用協(xié)同設計可能面臨的主要挑戰(zhàn)有哪些？*答案：應用協(xié)同設計可能面臨的主要挑戰(zhàn)包括：溝通障礙（參與者背景不同、術語理解差異、溝通渠道不暢）；目標沖突（不同參與方可能有不同甚至矛盾的目標和利益）；知識鴻溝（參與者知識結構和專業(yè)領域差異大，難以有效協(xié)作）；權力不平衡（某些參與者可能占據(jù)主導地位，壓制其他聲音）；文化差異（組織文化、個體工作習慣不同）；信任建立困難（參與者之間缺乏信任）；系統(tǒng)邊界模糊（難以清晰界定系統(tǒng)范圍和參與主體）；協(xié)調管理復雜（需要有效機制管理眾多參與方和活動）；評估困難（難以量化協(xié)同過程和效果）。*解析思路：從參與主體互動本身可能產(chǎn)生的困難出發(fā)，系統(tǒng)性地列舉挑戰(zhàn)?？梢詮臏贤ā⒛繕恕⒅R、權力、文化、信任、邊界界定、組織管理、效果評估等多個方面進行分類或羅列。每個挑戰(zhàn)點都需要簡要說明其具體表現(xiàn)。3.系統(tǒng)動力學模型如何支持協(xié)同設計過程？*答案：系統(tǒng)動力學模型通過以下方式支持協(xié)同設計：提供結構化框架，幫助參與者共同理解復雜系統(tǒng)的要素、變量及其相互作用關系，可視化系統(tǒng)邊界和反饋回路；促進系統(tǒng)思考，引導參與者識別關鍵反饋機制、延遲和非線性關系，超越事件層面看到系統(tǒng)整體行為模式；支持仿真實驗，允許參與者基于模型進行“What-if”分析，測試不同干預措施對系統(tǒng)可能產(chǎn)生的影響，通過模擬結果進行學習和討論；促進共識形成，模型作為一種共同語言和工具，有助于不同背景的參與者圍繞系統(tǒng)行為模式及其影響因素進行有效溝通和辯論，加速達成共識；輔助方案評估，可以評估不同設計方案可能引發(fā)的系統(tǒng)動態(tài)變化和長期后果，為協(xié)同決策提供依據(jù)。*解析思路：首先點明系統(tǒng)動力學模型的核心功能（結構化、系統(tǒng)思考、仿真、溝通、評估）。然后逐一展開說明這些功能如何在協(xié)同設計的不同階段（理解、思考、實驗、共識、決策）發(fā)揮作用，強調其促進參與者共同理解、溝通、學習和決策的能力。4.請比較參與式設計與傳統(tǒng)設計方法的根本區(qū)別。*答案：參與式設計與傳統(tǒng)設計方法最根本的區(qū)別在于對最終用戶或利益相關者在設計過程中的角色定位和參與程度。傳統(tǒng)設計方法通常采用專家主導模式，用戶主要在項目后期作為“客戶”提供反饋或進行測試，參與度較低，用戶需求可能被誤解或忽略。而參與式設計則將用戶（或其代表）視為核心設計團隊成員，從項目早期甚至概念階段就深度參與設計全過程，包括需求定義、方案構思、原型迭代等。其根本區(qū)別在于：用戶地位的轉變（從被動接受者轉變?yōu)橹鲃觿?chuàng)造者）；參與階段（從后期反饋轉變?yōu)樵缙诮槿耄辉O計信息流（從單向傳遞轉變?yōu)殡p向/多向互動）；設計目標（更側重滿足真實、深層需求，而不僅是功能實現(xiàn)）。*解析思路：抓住核心區(qū)別——用戶參與度與角色。對比兩者在用戶參與程度、參與階段、信息交流方式、設計目標側重等方面的差異。強調用戶從“客體”到“主體”的轉變是根本性的變化。5.協(xié)同設計如何促進跨學科團隊的有效合作？*答案：協(xié)同設計通過以下方式促進跨學科團隊的有效合作：建立共同目標與愿景，通過共同面對復雜系統(tǒng)問題，引導不同學科背景的成員理解彼此的價值，形成對項目整體目標和意義的共識；提供共同語言和框架，利用系統(tǒng)思維、模型工具（如系統(tǒng)動力學、價值網(wǎng)絡圖）等，幫助不同學科成員溝通復雜概念，理解系統(tǒng)整體，搭建交流橋梁；設計結構化協(xié)作流程，通過工作坊、迭代會議等形式，明確各成員的角色、任務和互動方式，規(guī)范協(xié)作過程，減少混亂；鼓勵知識共享與互補，創(chuàng)造開放、包容的環(huán)境，鼓勵成員分享各自領域的知識、方法和見解，實現(xiàn)知識和能力的互補；強調以問題為導向，將不同學科的專業(yè)知識聚焦于解決共同面臨的系統(tǒng)挑戰(zhàn)，激發(fā)跨學科的創(chuàng)新思維和解決方案。*解析思路：從促進合作所需的關鍵要素入手，說明協(xié)同設計如何作用于這些要素：目標共識、溝通橋梁（語言/框架）、協(xié)作流程（結構化）、知識共享（環(huán)境/互補）、問題導向（激發(fā)創(chuàng)新）。每個方面都應結合跨學科團隊的特點進行闡述。三、論述題1.試論述系統(tǒng)思維在協(xié)同設計中的關鍵作用，并結合一個具體例子說明如何運用系統(tǒng)思維進行協(xié)同設計。*答案：系統(tǒng)思維在協(xié)同設計中扮演著至關重要的核心作用。它不僅是協(xié)同設計的哲學基礎，也是指導整個設計過程的關鍵方法論。其關鍵作用體現(xiàn)在：首先，系統(tǒng)思維幫助協(xié)同設計團隊全面、深入地理解復雜系統(tǒng)，超越孤立地看待問題，識別出系統(tǒng)的核心要素、它們之間的相互聯(lián)系（包括顯性關聯(lián)和隱性反饋）、系統(tǒng)邊界以及系統(tǒng)與環(huán)境的互動。其次，它指導團隊識別影響系統(tǒng)目標實現(xiàn)的關鍵因素和障礙，特別是那些非線性的、延遲的、由反饋回路驅動的深層問題。再次，系統(tǒng)思維有助于構建共享的理解框架，為來自不同背景的參與者提供共同的語言和視角，促進有效溝通和協(xié)作，減少誤解。最后，它支持團隊設計具有韌性和適應性的解決方案，不僅關注當前需求，也考慮長遠影響，并能夠應對環(huán)境變化和意外后果。舉例說明：假設進行一個城市公園的協(xié)同設計。運用系統(tǒng)思維，團隊不僅要考慮公園的綠地、水體、步道等物理要素（要素），還要分析游客流量、周邊居民活動、可達性、維護成本、生態(tài)影響（要素）以及它們之間的相互作用（如人流對生態(tài)的影響、可達性對使用率的影響、維護成本對可持續(xù)性的影響等，即關聯(lián)/反饋）。團隊需要識別公園的核心目標（如提供休憩空間、促進生態(tài)、增強社區(qū)凝聚力）。通過系統(tǒng)思維，團隊可能發(fā)現(xiàn)，單純增加綠地面積并不能滿足所有目標，還需要考慮人流管理與引導（減少對生態(tài)的壓力）、連接周邊社區(qū)的活動中心（增強社區(qū)凝聚力）、雨水收集與利用（生態(tài)與可持續(xù)性）。設計過程中，團隊需要協(xié)同考慮這些要素及其相互作用，例如，通過設計智能導引系統(tǒng)來管理人流，或引入生態(tài)友好的設施來平衡不同目標。最終的設計方案會是一個考慮了多方面因素、相互關聯(lián)、并能適應未來變化的系統(tǒng)性方案，而非僅僅是幾個孤立元素的堆砌。*解析思路：第一部分，分點論述系統(tǒng)思維在協(xié)同設計中的關鍵作用（理解系統(tǒng)、識別關鍵因素、構建共享框架、設計適應性方案）。每個論點都需要簡要解釋其含義。第二部分，選擇一個具體場景（如城市公園設計）。第三部分，詳細描述如何在該場景中運用系統(tǒng)思維：識別關鍵要素和它們之間的相互聯(lián)系（關聯(lián)/反饋）；識別系統(tǒng)目標；分析潛在的非線性關系和反饋回路；說明設計決策如何受到系統(tǒng)思維指導（如考慮多重目標、權衡取舍、設計系統(tǒng)性解決方案）。例子要具體，能體現(xiàn)系統(tǒng)思維的多個方面。2.假設你需要為一個智慧城市交通管理系統(tǒng)進行初步的協(xié)同設計，請闡述你會如何組織參與設計的各方（如交通規(guī)劃師、市民代表、程序員、政府官員等），并設計一個初步的協(xié)同設計流程框架。*答案：組織參與設計的各方：首先，成立一個核心協(xié)調小組，由政府官員（負責決策和資源協(xié)調）、交通規(guī)劃師（負責系統(tǒng)架構和交通流理論）、程序員/技術專家（負責技術可行性和實現(xiàn)路徑）、市民代表（來自不同社區(qū)，代表用戶需求和關切）、交通運營方（如公交公司）、環(huán)境專家、數(shù)據(jù)科學家等關鍵角色組成。其次，根據(jù)設計階段和具體議題，設立不同的專項工作小組，邀請相關領域的專家和利益相關者（如需深入探討特定信號燈配時算法，可邀請交通工程師；需考慮環(huán)境影響，可邀請環(huán)境專家）參與。再次，建立清晰的溝通渠道和信息共享平臺，確保各方信息暢通。設計初步的協(xié)同設計流程框架：第一階段：需求識別與問題界定。組織全體核心參與者及市民代表，通過工作坊、問卷調查等方式，共同梳理智慧交通管理系統(tǒng)的目標、關鍵問題（如擁堵、污染、安全、效率）、用戶需求（市民、駕駛員、管理者）。運用系統(tǒng)思維，繪制初步的系統(tǒng)邊界和關鍵影響因素圖。第二階段：概念方案構思與篩選。各專項小組并行或迭代工作，基于需求，提出創(chuàng)新的、可行的概念設計方案（如智能信號協(xié)同控制、動態(tài)路徑規(guī)劃、公共交通優(yōu)先策略等）。通過跨小組會議，進行方案展示、討論、評估（基于初步的技術指標、成本效益、用戶接受度等），篩選出若干有潛力的方案。第三階段：方案深化與原型驗證。選擇篩選出的1-2個重點方案，進行深化設計，開發(fā)低保真原型（如模擬界面、概念模型）。邀請目標用戶（市民代表、駕駛員）和關鍵利益相關者進行體驗和評估，收集反饋。第四階段：共識形成與初步?jīng)Q策。根據(jù)反饋，對方案進行迭代優(yōu)化，組織核心協(xié)調小組和關鍵利益相關者進行最終討論，就核心功能和實施路徑達成共識，形成初步的系統(tǒng)規(guī)格和行動計劃建議，提交政府決策層。*解析思路：第一部分，說明如何組織參與者：提出核心協(xié)調小組的構成；說明按需設立專項小組；強調溝通機制的重要性。第二部分，設計流程框架：采用階段式方法（需求識別->概念構思->方案深化->共識形成）。對每個階段的目標、主要活動、參與方、產(chǎn)出成果進行簡要描述。強調在每個階段都包含溝通、協(xié)作、反饋和迭代優(yōu)化的環(huán)節(jié)。流程框架應清晰、邏輯性強，體現(xiàn)協(xié)同設計的參與性和迭代性特點。3.選擇一個你熟悉的復雜產(chǎn)品（如智能手機、汽車、或一個在線服務平臺），分析其設計與開發(fā)過程中可能存在的協(xié)同設計機會點，并說明如果應用協(xié)同設計可能帶來的好處。*答案：選擇復雜產(chǎn)品：以現(xiàn)代智能手機為例。分析設計與開發(fā)過程中可能存在的協(xié)同設計機會點：1）硬件與軟件的協(xié)同設計：硬件工程師（攝像頭、處理器、傳感器）需要與軟件工程師（操作系統(tǒng)、應用程序接口）緊密合作，確保軟硬件性能匹配、功能協(xié)同（如AI拍照算法需要硬件支持，系統(tǒng)流暢度依賴硬件與軟件優(yōu)化）。2）用戶需求與設計的協(xié)同：需要設計師、用戶體驗研究員與早期用戶代表、目標用戶群體共同參與需求調研、原型測試