吳義民 李春旺 韓國軍

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、技術(shù)實現(xiàn)、運行的全生命周期劃分的技術(shù)崗位領(lǐng)域中，這三個層次的技術(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，同時又具有共同特質(zhì)。針對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)計方法，主要內(nèi)容包括核心知識的選擇與組織、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、主動與經(jīng)驗學(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)》課程為例說明了其設(shè)計實現(xiàn)過程。

關(guān)鍵詞：技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新;層次性;課程設(shè)計方法;設(shè)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(jīng)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(shù)創(chuàng)新劃分為五個層次。第一層次是用行業(yè)內(nèi)熟知的常識來解決常規(guī)設(shè)計問題;第二層次是用行業(yè)內(nèi)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(lǐng)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(shù)，通過合理應(yīng)用解決現(xiàn)實問題，這種技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新大約占了95%的設(shè)計工作。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)用知識的寬度和深度、能力和效果上存在不同，在實際技術(shù)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(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，在培養(yǎng)目標定位、培養(yǎng)側(cè)重、技術(shù)崗位執(zhí)業(yè)能力的差異見表1，三個層次的技術(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、技術(shù)實現(xiàn)、運行的全過程崗位領(lǐng)域。（2）理解技術(shù)基礎(chǔ)知識和經(jīng)驗，包括技術(shù)原理和技術(shù)實現(xiàn)過程，特別是在不同特例或環(huán)境下對知識的應(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(shù)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(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)”的課程設(shè)計方法

在大學(xué)階段，“技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才”是通過有針對性的課程訓(xùn)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(zhì)和差異性描述，要達到培養(yǎng)的效果，課程的設(shè)計應(yīng)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(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，因此知識也相對綜合化。表2為支持技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新的核心知識內(nèi)容，一般包括理論工具、基礎(chǔ)技術(shù)概念和技術(shù)實現(xiàn)三個方面。對于上述第一到第三個層次的技術(shù)應(yīng)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(cè)重不同。在課程中這些核心知識需要按技術(shù)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(shù)推理和系統(tǒng)思維能力。解決問題的關(guān)鍵策略包括設(shè)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(guān)系。這需要在理解核心知識與經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，重點訓(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(shè)計。構(gòu)思—設(shè)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(shù)基礎(chǔ)知識的深層次理解，有助于學(xué)生自主構(gòu)建知識和經(jīng)驗，有助于學(xué)生建立職業(yè)意識和培養(yǎng)職業(yè)道德。構(gòu)思階段主要是概念的設(shè)計，包括明確客戶需求、考慮技術(shù)、企業(yè)戰(zhàn)略，并不斷的進行概念、技術(shù)和商業(yè)方面的改進;設(shè)計的重點是創(chuàng)建一個設(shè)計，給出將要實現(xiàn)的產(chǎn)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(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)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(chǎn)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(shù)應(yīng)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(cè)重點有所差異。當課程針對某一類技術(shù)崗位領(lǐng)域的時候，將重點放在相應(yīng)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(xué)習(xí)環(huán)境提供嚴格的方案，而是基于設(shè)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(shè)計環(huán)境、課外科技活動環(huán)境等。

4.主動與經(jīng)驗學(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)策略是主動學(xué)習(xí)和經(jīng)驗學(xué)習(xí)。主動學(xué)習(xí)方法是學(xué)生直接參與思考和解決問題的活動，強調(diào)學(xué)生參與操作、應(yīng)用、分析和評價其想法。經(jīng)驗學(xué)習(xí)是讓學(xué)生能在一個模擬了工程技術(shù)人員的角色和工程實踐的環(huán)境中進行教學(xué)活動。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)條件把多種主動性學(xué)習(xí)和經(jīng)驗性學(xué)習(xí)的方法結(jié)合起來，關(guān)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(xué)方法要通過學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評估而不斷調(diào)整和改進。

三、《工程流體力學(xué)》課程設(shè)計案例

1.《工程流體力學(xué)》課程知識結(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、知識體系完整的特點。針對不同技術(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所示的核心知識和組織結(jié)構(gòu)。

2.課程實施的支撐環(huán)境構(gòu)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(xué)科的工程流體力學(xué)實驗室、屬于專業(yè)的暖通空調(diào)實驗室和用于科研的計算流體力學(xué)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(gòu)思—設(shè)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(xué)實驗室。在此環(huán)境中能夠完成各種核心技術(shù)理論的驗證與實驗技能訓(xùn)練。（2）仿真環(huán)境。學(xué)生可以根據(jù)實際工程要求，構(gòu)造一些典型系統(tǒng)，使用流體力學(xué)仿真軟件進行仿真模擬。（3）暖通空調(diào)實驗室。這是一個完全真實的工程化環(huán)境，學(xué)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(xué)策略設(shè)計。（1）在技術(shù)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(jīng)濟性最好，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）課程實驗。實驗內(nèi)容包括靜水力學(xué)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(xué)方法采用項目驅(qū)動方式，即提出實驗任務(wù)—構(gòu)思實驗方案—流體仿真驗證—實驗過程—數(shù)據(jù)分析—總結(jié)。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(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)運行綜合分析。在完全真實的暖通空調(diào)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(jié)語

文章以工程流體力學(xué)課程為例，對技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標的課程設(shè)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(xué)泵與風(fēng)機[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

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