基于“技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才”培養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)方法研究

吳義民 李春旺 韓國(guó)軍

摘要：經(jīng)典的技術(shù)創(chuàng)新理論TRIZ將技術(shù)創(chuàng)新劃分為5個(gè)層次，其中第一到第三層次屬于技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新，占技術(shù)創(chuàng)新工作的95%。在按設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行的全生命周期劃分的技術(shù)崗位領(lǐng)域中，這三個(gè)層次的技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才在責(zé)任、技術(shù)能力和素質(zhì)上存在一定的梯度，同時(shí)又具有共同特質(zhì)。針對(duì)這類人才的共同特質(zhì)，提出了一種基于“技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”的課程設(shè)計(jì)方法，主要內(nèi)容包括核心知識(shí)的選擇與組織、貫徹技術(shù)推理和系統(tǒng)思維能力、“工程化”的課程支撐環(huán)境設(shè)計(jì)、主動(dòng)與經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的教學(xué)策略選擇。并以建環(huán)專業(yè)技術(shù)應(yīng)用性本科的《工程流體力學(xué)》課程為例說(shuō)明了其設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

關(guān)鍵詞：技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新;層次性;課程設(shè)計(jì)方法;設(shè)計(jì)案例

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

經(jīng)典創(chuàng)新理論TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）的創(chuàng)始人G. S. Altshuller通過(guò)對(duì)250萬(wàn)個(gè)專利的研究分析，根據(jù)創(chuàng)新程度不同，將技術(shù)創(chuàng)新劃分為五個(gè)層次。第一層次是用行業(yè)內(nèi)熟知的常識(shí)來(lái)解決常規(guī)設(shè)計(jì)問(wèn)題;第二層次是用行業(yè)內(nèi)已知方法來(lái)解決問(wèn)題，給現(xiàn)有系統(tǒng)功能帶來(lái)一定的提高;第三層次是用其他領(lǐng)域的知識(shí)來(lái)解決本行業(yè)的問(wèn)題，讓系統(tǒng)功能從根本上得到改善。以上三個(gè)層次的創(chuàng)新都是采用已有的技術(shù)，通過(guò)合理應(yīng)用解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，這種技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新大約占了95%的設(shè)計(jì)工作。第四和第五層次的創(chuàng)新需要重大的技術(shù)和理論突破，總量不超過(guò)5%[1]。

一、技術(shù)應(yīng)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(shù)創(chuàng)新人才。一般情況下，第四和第五個(gè)層次的創(chuàng)新型人才主要應(yīng)由研究型大學(xué)培養(yǎng);第三個(gè)層次的創(chuàng)新型人才主要應(yīng)由工程型大學(xué)培養(yǎng);第一和第二個(gè)層次的創(chuàng)新型人才主要應(yīng)由技術(shù)型大學(xué)培養(yǎng)。其中第一到第三層次的技術(shù)創(chuàng)新人才只是在應(yīng)用知識(shí)的寬度和深度、能力和效果上存在不同，在實(shí)際技術(shù)工作中界限相對(duì)模糊，可以認(rèn)為是不同層次的同一種類型。不同層次的技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，在培養(yǎng)目標(biāo)定位、培養(yǎng)側(cè)重、技術(shù)崗位執(zhí)業(yè)能力的差異見(jiàn)表1，三個(gè)層次的技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新人才在責(zé)任、技術(shù)能力和素質(zhì)上存在一定的梯度。因此，其職業(yè)定位和培養(yǎng)的側(cè)重點(diǎn)存在不同。

2.不同層次創(chuàng)新型人才共同特質(zhì)描述。雖然三個(gè)層次的技術(shù)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)存在著上述差異，但本質(zhì)上都是屬于同一種類型，具有如下共同特質(zhì)：（1）從事工程技術(shù)類工作，涉及了設(shè)計(jì)、技術(shù)實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行的全過(guò)程崗位領(lǐng)域。（2）理解技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，包括技術(shù)原理和技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，特別是在不同特例或環(huán)境下對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，能有步驟的在全生命周期技術(shù)領(lǐng)域中解決相關(guān)的技術(shù)問(wèn)題。（3）由于大多數(shù)工作是在集體環(huán)境中完成，團(tuán)隊(duì)合作與溝通交流（書面、口頭和聆聽(tīng)）能力極為重要。（4）具有系統(tǒng)思維、技術(shù)推理和實(shí)踐的能力，有一定的批判精神。（5）具有較高的職業(yè)道德標(biāo)準(zhǔn)。

二、基于“技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”的課程設(shè)計(jì)方法

在大學(xué)階段，“技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才”是通過(guò)有針對(duì)性的課程訓(xùn)練出來(lái)的。根據(jù)針對(duì)三個(gè)層次的創(chuàng)新型人才的共同特質(zhì)和差異性描述，要達(dá)到培養(yǎng)的效果，課程的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則。

1.核心知識(shí)的選擇與組織。核心知識(shí)的選擇應(yīng)該面向工程技術(shù)工作。由于一般情況下，產(chǎn)品、系統(tǒng)或工程技術(shù)工作本身就是多種技術(shù)的集成，因此知識(shí)也相對(duì)綜合化。表2為支持技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新的核心知識(shí)內(nèi)容，一般包括理論工具、基礎(chǔ)技術(shù)概念和技術(shù)實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面。對(duì)于上述第一到第三個(gè)層次的技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新人才，對(duì)核心知識(shí)掌握和理解的深度和寬度由低到高，側(cè)重不同。在課程中這些核心知識(shí)需要按技術(shù)邏輯和認(rèn)知邏輯進(jìn)行合理的組織，根據(jù)課程目標(biāo)，區(qū)分知識(shí)的優(yōu)先次序，有利于各種知識(shí)的融合。

2.貫徹技術(shù)推理和系統(tǒng)思維能力。解決問(wèn)題的關(guān)鍵策略包括設(shè)計(jì)和分析。根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)，確定性能和制約條件，然后展開(kāi)目的—實(shí)現(xiàn)途徑的關(guān)系。這需要在理解核心知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)訓(xùn)練技術(shù)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(diǎn)以及解決問(wèn)題時(shí)的妥協(xié)、判斷和平衡等。

3.“工程化”的課程支撐環(huán)境設(shè)計(jì)。構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行是全生命周期的四個(gè)階段，以此作為課程實(shí)施的背景環(huán)境，可以將理論與實(shí)踐一體化，有助于對(duì)技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的深層次理解，有助于學(xué)生自主構(gòu)建知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，有助于學(xué)生建立職業(yè)意識(shí)和培養(yǎng)職業(yè)道德。構(gòu)思階段主要是概念的設(shè)計(jì)，包括明確客戶需求、考慮技術(shù)、企業(yè)戰(zhàn)略，并不斷的進(jìn)行概念、技術(shù)和商業(yè)方面的改進(jìn);設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是創(chuàng)建一個(gè)設(shè)計(jì)，給出將要實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)所需要的各種計(jì)劃、圖紙和算法;實(shí)施是把設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過(guò)程，包括硬件制造、軟件編程、測(cè)試、檢查和驗(yàn)證;運(yùn)行是把已實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品、過(guò)程和系統(tǒng)的價(jià)值表現(xiàn)出來(lái)，包括系統(tǒng)的維護(hù)、優(yōu)化和淘汰[2]。

當(dāng)課程針對(duì)不同層次的技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新人才的時(shí)候，在上述四個(gè)階段中對(duì)知識(shí)的深度和寬度要求不同，對(duì)能力要求的側(cè)重點(diǎn)有所差異。當(dāng)課程針對(duì)某一類技術(shù)崗位領(lǐng)域的時(shí)候，將重點(diǎn)放在相應(yīng)的階段上即可。例如運(yùn)行工程師、制造工程師就以實(shí)施和運(yùn)行環(huán)節(jié)為主。因此，理想的課程支撐環(huán)境不是為學(xué)習(xí)環(huán)境提供嚴(yán)格的方案，而是基于設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行的高度工程化的背景環(huán)境，包括：傳統(tǒng)工作環(huán)境、團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目環(huán)境、輔助設(shè)計(jì)環(huán)境、課外科技活動(dòng)環(huán)境等。

4.主動(dòng)與經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)的教學(xué)策略選擇。如何能更好的保證學(xué)生得到充分的訓(xùn)練，學(xué)到知識(shí)和技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新的能力？其最重要的教學(xué)策略是主動(dòng)學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)。主動(dòng)學(xué)習(xí)方法是學(xué)生直接參與思考和解決問(wèn)題的活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生參與操作、應(yīng)用、分析和評(píng)價(jià)其想法。經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)是讓學(xué)生能在一個(gè)模擬了工程技術(shù)人員的角色和工程實(shí)踐的環(huán)境中進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。表3中列出了幾種典型的教學(xué)方法。

上述典型的教學(xué)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(dòng)性學(xué)習(xí)和經(jīng)驗(yàn)性學(xué)習(xí)的方法結(jié)合起來(lái)，關(guān)鍵在于上述方法使用的合理性。同時(shí)受到課程目標(biāo)、支撐環(huán)境、時(shí)間安排和課程資源的限制，教學(xué)方法要通過(guò)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)估而不斷調(diào)整和改進(jìn)。

三、《工程流體力學(xué)》課程設(shè)計(jì)案例

1.《工程流體力學(xué)》課程知識(shí)結(jié)構(gòu)體系[3，4]?！豆こ塘黧w力學(xué)》是經(jīng)典的技術(shù)基礎(chǔ)課程，具有學(xué)科性強(qiáng)、知識(shí)體系完整的特點(diǎn)。針對(duì)不同技術(shù)領(lǐng)域，其內(nèi)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(shù)應(yīng)用性本科，主要針對(duì)第一和第二層次的技術(shù)應(yīng)用型創(chuàng)新人才。因此，從面向工程技術(shù)的應(yīng)用的角度，選擇了圖1所示的核心知識(shí)和組織結(jié)構(gòu)。

2.課程實(shí)施的支撐環(huán)境構(gòu)建。課程實(shí)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(xué)科的工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、屬于專業(yè)的暖通空調(diào)實(shí)驗(yàn)室和用于科研的計(jì)算流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)課程要求和現(xiàn)有資源進(jìn)行重新規(guī)劃，使其能夠按構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)施—運(yùn)行的工程化環(huán)境支持教育目標(biāo)，并發(fā)揮其效益。（1）工程流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)室。在此環(huán)境中能夠完成各種核心技術(shù)理論的驗(yàn)證與實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。（2）仿真環(huán)境。學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際工程要求，構(gòu)造一些典型系統(tǒng)，使用流體力學(xué)仿真軟件進(jìn)行仿真模擬。（3）暖通空調(diào)實(shí)驗(yàn)室。這是一個(gè)完全真實(shí)的工程化環(huán)境，學(xué)生可以在這個(gè)環(huán)境中進(jìn)行綜合的測(cè)試和分析，解決實(shí)際問(wèn)題。

3.教學(xué)策略設(shè)計(jì)。（1）在技術(shù)原理和概念的講授中，采用授課疑點(diǎn)卡和概念問(wèn)題的方式。例如：在實(shí)際的管道系統(tǒng)中，當(dāng)流量一定時(shí)，要使流體流動(dòng)經(jīng)濟(jì)性最好，應(yīng)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(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括靜水力學(xué)實(shí)驗(yàn)、伯努里實(shí)驗(yàn)、文透利實(shí)驗(yàn)、雷諾實(shí)驗(yàn)、動(dòng)量定律實(shí)驗(yàn)、局部阻力損失實(shí)驗(yàn)、泵特性曲線實(shí)驗(yàn)、虹吸原理實(shí)驗(yàn)、畢托管測(cè)速實(shí)驗(yàn)等。教學(xué)方法采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)方式，即提出實(shí)驗(yàn)任務(wù)—構(gòu)思實(shí)驗(yàn)方案—流體仿真驗(yàn)證—實(shí)驗(yàn)過(guò)程—數(shù)據(jù)分析—總結(jié)。整個(gè)過(guò)程以小組形式進(jìn)行，要求提交實(shí)驗(yàn)方案書（包括原理、操作方法）、匯報(bào)研討、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析報(bào)告。（3）自選講題與案例教學(xué)。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(jié)構(gòu)、變頻）、各種管網(wǎng)優(yōu)化分析等。（4）系統(tǒng)運(yùn)行綜合分析。在完全真實(shí)的暖通空調(diào)系統(tǒng)中，實(shí)際測(cè)試系統(tǒng)的水循環(huán)系統(tǒng)和空氣循環(huán)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行定量判斷，解決運(yùn)行中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。

四、結(jié)語(yǔ)

文章以工程流體力學(xué)課程為例，對(duì)技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的課程設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討研究，對(duì)課程開(kāi)發(fā)具有借鑒意義。

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