基于“技術應用創(chuàng)新型人才”培養(yǎng)的課程設計方法研究

吳義民 李春旺 韓國軍

摘要：經典的技術創(chuàng)新理論TRIZ將技術創(chuàng)新劃分為5個層次，其中第一到第三層次屬于技術應用創(chuàng)新，占技術創(chuàng)新工作的95%。在按設計、技術實現(xiàn)、運行的全生命周期劃分的技術崗位領域中，這三個層次的技術應用創(chuàng)新型人才在責任、技術能力和素質上存在一定的梯度，同時又具有共同特質。針對這類人才的共同特質，提出了一種基于“技術應用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”的課程設計方法，主要內容包括核心知識的選擇與組織、貫徹技術推理和系統(tǒng)思維能力、“工程化”的課程支撐環(huán)境設計、主動與經驗學習的教學策略選擇。并以建環(huán)專業(yè)技術應用性本科的《工程流體力學》課程為例說明了其設計實現(xiàn)過程。

關鍵詞：技術應用創(chuàng)新;層次性;課程設計方法;設計案例

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）44-0138-03

經典創(chuàng)新理論TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）的創(chuàng)始人G. S. Altshuller通過對250萬個專利的研究分析，根據(jù)創(chuàng)新程度不同，將技術創(chuàng)新劃分為五個層次。第一層次是用行業(yè)內熟知的常識來解決常規(guī)設計問題;第二層次是用行業(yè)內已知方法來解決問題，給現(xiàn)有系統(tǒng)功能帶來一定的提高;第三層次是用其他領域的知識來解決本行業(yè)的問題，讓系統(tǒng)功能從根本上得到改善。以上三個層次的創(chuàng)新都是采用已有的技術，通過合理應用解決現(xiàn)實問題，這種技術應用的創(chuàng)新大約占了95%的設計工作。第四和第五層次的創(chuàng)新需要重大的技術和理論突破，總量不超過5%[1]。

一、技術應用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的層次性

1.不同層次創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的差異性描述。行業(yè)和企業(yè)需要不同類型、不同層次的技術創(chuàng)新人才。一般情況下，第四和第五個層次的創(chuàng)新型人才主要應由研究型大學培養(yǎng);第三個層次的創(chuàng)新型人才主要應由工程型大學培養(yǎng);第一和第二個層次的創(chuàng)新型人才主要應由技術型大學培養(yǎng)。其中第一到第三層次的技術創(chuàng)新人才只是在應用知識的寬度和深度、能力和效果上存在不同，在實際技術工作中界限相對模糊，可以認為是不同層次的同一種類型。不同層次的技術應用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，在培養(yǎng)目標定位、培養(yǎng)側重、技術崗位執(zhí)業(yè)能力的差異見表1，三個層次的技術應用創(chuàng)新人才在責任、技術能力和素質上存在一定的梯度。因此，其職業(yè)定位和培養(yǎng)的側重點存在不同。

2.不同層次創(chuàng)新型人才共同特質描述。雖然三個層次的技術創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)存在著上述差異，但本質上都是屬于同一種類型，具有如下共同特質：（1）從事工程技術類工作，涉及了設計、技術實現(xiàn)、運行的全過程崗位領域。（2）理解技術基礎知識和經驗，包括技術原理和技術實現(xiàn)過程，特別是在不同特例或環(huán)境下對知識的應用能力，能有步驟的在全生命周期技術領域中解決相關的技術問題。（3）由于大多數(shù)工作是在集體環(huán)境中完成，團隊合作與溝通交流（書面、口頭和聆聽）能力極為重要。（4）具有系統(tǒng)思維、技術推理和實踐的能力，有一定的批判精神。（5）具有較高的職業(yè)道德標準。

二、基于“技術應用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”的課程設計方法

在大學階段，“技術應用創(chuàng)新型人才”是通過有針對性的課程訓練出來的。根據(jù)針對三個層次的創(chuàng)新型人才的共同特質和差異性描述，要達到培養(yǎng)的效果，課程的設計應遵循以下原則。

1.核心知識的選擇與組織。核心知識的選擇應該面向工程技術工作。由于一般情況下，產品、系統(tǒng)或工程技術工作本身就是多種技術的集成，因此知識也相對綜合化。表2為支持技術應用創(chuàng)新的核心知識內容，一般包括理論工具、基礎技術概念和技術實現(xiàn)三個方面。對于上述第一到第三個層次的技術應用創(chuàng)新人才，對核心知識掌握和理解的深度和寬度由低到高，側重不同。在課程中這些核心知識需要按技術邏輯和認知邏輯進行合理的組織，根據(jù)課程目標，區(qū)分知識的優(yōu)先次序，有利于各種知識的融合。

2.貫徹技術推理和系統(tǒng)思維能力。解決問題的關鍵策略包括設計和分析。根據(jù)當前的狀態(tài)，確定性能和制約條件，然后展開目的—實現(xiàn)途徑的關系。這需要在理解核心知識與經驗的基礎上，重點訓練技術推理能力和系統(tǒng)思維模式。其中系統(tǒng)思維包括：整體思維，明確系統(tǒng)的界限和相互作用，確定主次與重點以及解決問題時的妥協(xié)、判斷和平衡等。

3.“工程化”的課程支撐環(huán)境設計。構思—設計—實施—運行是全生命周期的四個階段，以此作為課程實施的背景環(huán)境，可以將理論與實踐一體化，有助于對技術基礎知識的深層次理解，有助于學生自主構建知識和經驗，有助于學生建立職業(yè)意識和培養(yǎng)職業(yè)道德。構思階段主要是概念的設計，包括明確客戶需求、考慮技術、企業(yè)戰(zhàn)略，并不斷的進行概念、技術和商業(yè)方面的改進;設計的重點是創(chuàng)建一個設計，給出將要實現(xiàn)的產品、過程和系統(tǒng)所需要的各種計劃、圖紙和算法;實施是把設計轉變?yōu)楫a品的過程，包括硬件制造、軟件編程、測試、檢查和驗證;運行是把已實現(xiàn)的產品、過程和系統(tǒng)的價值表現(xiàn)出來，包括系統(tǒng)的維護、優(yōu)化和淘汰[2]。

當課程針對不同層次的技術應用創(chuàng)新人才的時候，在上述四個階段中對知識的深度和寬度要求不同，對能力要求的側重點有所差異。當課程針對某一類技術崗位領域的時候，將重點放在相應的階段上即可。例如運行工程師、制造工程師就以實施和運行環(huán)節(jié)為主。因此，理想的課程支撐環(huán)境不是為學習環(huán)境提供嚴格的方案，而是基于設計—實施—運行的高度工程化的背景環(huán)境，包括：傳統(tǒng)工作環(huán)境、團隊項目環(huán)境、輔助設計環(huán)境、課外科技活動環(huán)境等。

4.主動與經驗學習的教學策略選擇。如何能更好的保證學生得到充分的訓練，學到知識和技術應用創(chuàng)新的能力？其最重要的教學策略是主動學習和經驗學習。主動學習方法是學生直接參與思考和解決問題的活動，強調學生參與操作、應用、分析和評價其想法。經驗學習是讓學生能在一個模擬了工程技術人員的角色和工程實踐的環(huán)境中進行教學活動。表3中列出了幾種典型的教學方法。

上述典型的教學方法不是孤立存在的，在一門課程中可以根據(jù)條件把多種主動性學習和經驗性學習的方法結合起來，關鍵在于上述方法使用的合理性。同時受到課程目標、支撐環(huán)境、時間安排和課程資源的限制，教學方法要通過學生學習效果的評估而不斷調整和改進。

三、《工程流體力學》課程設計案例

1.《工程流體力學》課程知識結構體系[3，4]。《工程流體力學》是經典的技術基礎課程，具有學科性強、知識體系完整的特點。針對不同技術領域，其內容的深度和廣度差異很大。本課程面向建環(huán)專業(yè)的技術應用性本科，主要針對第一和第二層次的技術應用型創(chuàng)新人才。因此，從面向工程技術的應用的角度，選擇了圖1所示的核心知識和組織結構。

2.課程實施的支撐環(huán)境構建。課程實施的支撐環(huán)境并不一定是新的，我們把傳統(tǒng)屬于單一學科的工程流體力學實驗室、屬于專業(yè)的暖通空調實驗室和用于科研的計算流體力學實驗室，根據(jù)課程要求和現(xiàn)有資源進行重新規(guī)劃，使其能夠按構思—設計—實施—運行的工程化環(huán)境支持教育目標，并發(fā)揮其效益。（1）工程流體力學實驗室。在此環(huán)境中能夠完成各種核心技術理論的驗證與實驗技能訓練。（2）仿真環(huán)境。學生可以根據(jù)實際工程要求，構造一些典型系統(tǒng)，使用流體力學仿真軟件進行仿真模擬。（3）暖通空調實驗室。這是一個完全真實的工程化環(huán)境，學生可以在這個環(huán)境中進行綜合的測試和分析，解決實際問題。

3.教學策略設計。（1）在技術原理和概念的講授中，采用授課疑點卡和概念問題的方式。例如：在實際的管道系統(tǒng)中，當流量一定時，要使流體流動經濟性最好，應考慮采取哪些可行的措施。①降低流速;②加大管徑;③采用粗糙度小的管材;④管道成本;⑤綜合考慮上述措施，做折中選擇;⑥不知道。（2）課程實驗。實驗內容包括靜水力學實驗、伯努里實驗、文透利實驗、雷諾實驗、動量定律實驗、局部阻力損失實驗、泵特性曲線實驗、虹吸原理實驗、畢托管測速實驗等。教學方法采用項目驅動方式，即提出實驗任務—構思實驗方案—流體仿真驗證—實驗過程—數(shù)據(jù)分析—總結。整個過程以小組形式進行，要求提交實驗方案書（包括原理、操作方法）、匯報研討、實驗數(shù)據(jù)分析報告。（3）自選講題與案例教學。例如：各種管網(wǎng)壓力分布圖繪制與分析、泵與管網(wǎng)的匹配分析、水泵性能分析（結構、變頻）、各種管網(wǎng)優(yōu)化分析等。（4）系統(tǒng)運行綜合分析。在完全真實的暖通空調系統(tǒng)中，實際測試系統(tǒng)的水循環(huán)系統(tǒng)和空氣循環(huán)系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)分析，對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行定量判斷，解決運行中出現(xiàn)的各種問題。

四、結語

文章以工程流體力學課程為例，對技術應用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標的課程設計方法進行了探討研究，對課程開發(fā)具有借鑒意義。

參考文獻：

[1]楊清亮.發(fā)明是這樣誕生的：TRIZ理論全接觸[M].機械工業(yè)出版社，2006.

[2]顧佩華，沈民奮，陸小華，譯.重新認識工程教育：國際CDIO培養(yǎng)模式與方法[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]伍悅濱，朱蒙生.工程流體力學泵與風機[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[4]韓國軍，吳義民，王浩宇.工程流體力學課程教學改革探討與實踐[J].黑龍江科技信息，2009，（18）：194.