基于系統工程理論的輪機工程專業實踐教學研究

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(天津理工大學 海運學院，天津 300384)

輪機工程專業涉及電子、船用鍋爐、船舶電站、動力系統、制冷、自動控制、氣壓和液壓技術等多種學科，還涉及社會、經濟、國際海事法律法規環境等多方面的內容。因此輪機工程專業課程體系的建構是一個復雜的系統工程。

系統工程理論的最終目的是使系統運行在最優狀態[1]。用系統工程處理問題有以下幾個基本觀點。

1)整體性觀點：以整體為出發點，以整體為歸宿。系統是由諸多要素按照一定的規律組成的復雜的整體，這個整體有其特殊的性質、規律和功能，不能簡單地將其進行分割，對其進行孤立地分析。要求系統整體最優化。

2)系統的層次性觀點：系統各要素在系統中地位不同，按照一定的組織形式，形成不同的層次。系統的設計與實現步驟必須符合層次性原理。

將系統工程理論用于研究輪機工程專業教學的文獻較少[2-3]，多以宏觀視角審視輪機工程專業的教學體系，以期解決課程體系中的諸多復雜問題。本文重點研究輪機工程專業實踐教學。

1 實踐教學中存在的主要問題

1)實踐課上以教師講授的內容為中心，學生參與討論、提出問題的機會不多，內容較少應用化。很少通過設置具體的工程情境來引導學生獲取知識。教師較少關注學生的差異，基本采取統一的標準來要求學生，沒有做到因材施教。

2)實踐課關注的首要是知識其次是專業技能，對學生學習興趣和學習過程的情感體驗則較少關注。評價仍然以結果為核心，評價方式單一。

3)各層次實踐課程缺乏系統整合。

其它如學生參與實踐活動的時間少，訓練量不足；缺少高素質的‘雙師型’的教師；設備儀器更新慢且臺套數不足等問題依然存在，限于篇幅，不在本文中討論。

2 研究的理論依據和必要性

2.1 理論依據

1)馬克思主義強調人的全面發展。提出每個人的自由發展是一切人自由發展的條件。因此，人的“自由個性”和全面發展是教育的真諦。馬克思主義還提出人類認識的豐富性和深刻性來源于人類認識的實踐性。因此教育要遵循理論聯系實踐的原則，促進學生全面發展。

2)教育應以人的自我完成為目標，實踐課程應當幫助學生實現自我超越。

3)教師是課程的主要設計者，或者可以在執行課程的實踐中根據特定的情境發揮創造性，學生則有權對學習什么和體驗什么是有價值的以及如何完成這種學習和體驗等問題提出懷疑和要求解答[4]。

從課程重構的角度來說，首先要明確每個學生都是獨立的個體，都具有獨立的思考能力。其次，明確教師與學生之間不是教育與被教育的關系，而是教學相長。教育工作者的責任就是在充分尊重學生個性的基礎上，幫助學生完成“知識建構”，從而推動學生在知識建構的過程中完善自我。

4)系統是由諸多要素按照一定的規律組成的整體，不能簡單地將其進行分割，對其進行孤立地分析。也就是說，這些要素必須融于系統之中，成為一個整體，要求系統整體最優化。

現在的教學是按課程單獨安排的，教師都追求其課程完整性，然后將若干任務簡單疊加，這種模式忽略了課程之間的關聯，系統被“人為”地割裂。系統理論認為，組成系統的各部分處于最優狀態，系統未必處于最優狀態。因此有必要按照系統科學方法論對現有的課程進行整合。這種整合應該包括兩層含義：一是要將培養宗旨(讓海洋更清潔，讓航行更安全)融入整個實踐教學系統中，將其既作為意識，又作為內容融于課程之中[5-6]。二是將工程學科專業基礎課和專業課的教學及實驗放到某個具體的、典型的工程對象中，而不是分割教學、分割實踐。這樣通過多門課程同時實踐一個典型工程對象和研究系統，有助于學生理解學科、專業、課程之間的內在聯系，整體和部分之間的關系，讓學生在掌握和理解單門課程知識的同時，掌握系統工程的方法。教育應強調理論與實踐相結合，使學生逐步形成綜合能力。能力與技能不同，后者主要指某種單項操作能力，如車工，鉗工等技術能力。綜合能力是由多項專業能力組合而成的，是在特定活動領域中所需的能力，是在活動中分析和解決實際問題的特殊能力。因此，綜合能力的形成和發展，必須參與特定的活動或模擬的工程情境，通過對已有的知識和技能的類化遷移，使相關的一般能力得到特殊發展和整合，形成較為穩定的綜合能力。由此可以看出，綜合能力的養成，需要在實際崗位上反復實踐，因為專業能力：包括理論技術和經驗技術兩個方面，而“經驗”中包含“實際情境的感受”這一重要因素。學校在現有條件下，創造專業的“實際情境”非常困難，必須依賴企業才能實現。而模擬的工程情境，是可以將經過系統整合的典型工程對象提供給學生。這種“親驗式”教學方式，來源于生產中出現的具體問題與實際情況，學生身臨其境，感同身受，變間接經驗為直接經驗。將知識學活、用活，使理論與實踐有效結合。

5)教育的本質的要求是把學生培養成富有主體精神和創造力的人。教育不僅要傳遞和儲存知識，還應努力去尋求獲得知識的方法，并激勵學生自我學習和培訓自己。我們渴望的是具有系統的思想、國際規則意識、競爭觀念、可持續發展能力、創新能力和開拓精神的外向型復合人才。

21世紀教育委員會提出“四個學會”即學會學習，學會做人，學會做事和學會共處，這實際上是素質教育的核心。

本文之所以將實踐教學作為研究對象，是因為實踐教學是培養學生綜合能力和綜合的素質的最有效平臺。陳先林院士曾指出“工程學科有很強的實踐性，實踐的環境是工程人才成長的土壤。來自實踐的直接感性認識和直覺常常是創意的來源。鑒別力和篩選力在很大程度上依賴于實踐。”因此創造性思維總是基于實踐，始于問題。人的任何一種能力的獲得都不是單靠理論教育而能發揮作用的，必須親歷實踐活動才能習得并養成。輪機工程專業的一些重要能力如：綜合思維和應用能力、合作協調能力、主動學習能力、責任和心理承受能力。現場指揮、處理突發事件的應變能力和心理承受能力。溝通、管理、處理矛盾的能力，語言表達能力等。都可以在實踐教學中養成。

2.2 必要性

目前我國海運人才的現狀是初級船員供大于求，高級船員供不應求，有影響力的創新型人才十分匱乏。據統計，2000～2009年我國在國際海事組織各分委會總的提案只有日本的約1/8，韓國的約2/5，其中與輪機專業關聯度較大的設計與設備分委會(DE)我國是20件，日本104件，韓國26件。我國缺少一支高水平的海運、海事隊伍；我國缺少有影響力的專家，提不出更多有前瞻性的提案[7]。如果說日本是有海洋傳統的海事強國，那么韓國超越了我國，充分說明我國的人才培養有缺陷，必須深刻反思并進行改革。

國際海事的規則主要是由發達國家主導的，要參與必須受其制約，要想規則有利于我們就只有參與其中，并表現出創造力才能有修改規則的發言權。否則只能被動的跟著規則走。

3 具體實施

3.1 “三層次”實習教學

1)基本技能訓練即操作實習。培養初步的工程意識、安全生產的意識和基本的操作技能。

2)輪機認識實習。到海運企業，了解機艙實際狀況，培養輪機工程意識。

3)畢業實習。深入了解機艙設備系統，重點在高新技術的應用上。

在“三層次”實習中始終貫穿教育目標和培養宗旨。使學生的實踐能力由初級到高級逐步提高。每層次實習內容分三個部分：基本理論與基本知識，操作與思考，實習報告。后兩部分由學生完成。實習要求要嚴格。要求學生在現場觀察中，理解思考題，學生也可以根據自己體驗并收集相關資料和信息，加工后完成實習報告。對生產實習和畢業實習給出題目指南，引導學生融合已掌握的知識和體驗，鍛煉學生運用向生產實踐和書本學來的知識解決工程實際問題的能力。題目要有一定的綜合性和復雜性，學生也可以根據自身的體驗進行研究。實習評價要重視過程，要重視實習答辯。

3.2 “三層次”實驗教學

實驗教學也要體現培養宗旨。基礎課的實驗要加大設計性實驗的比例，要體現一定的復雜性、綜合性，加大與專業的相關性。

專業基礎課和專業課的實驗可放到某個具體、典型的工程對象中。可以是專業基礎課之間的整合，也可以是專業課之間的整合。

霍爾三維結構體系是美國工程師霍爾在1969年提出的，主要包含時間維、邏輯維和知識維。時間維表示系統工程活動從開始到結束按時間順序排列的全過程，分為規劃、擬定方案、研制、生產、安裝、運行、更新七個時間階段。邏輯維是指時間維的每一個階段內所要進行的工作內容和應該遵循的思維程序，包括明確問題、確定目標、系統綜合、系統分析、優化、決策、實施七個邏輯步驟。知識維列舉需要運用包括工程、醫學、建筑、商業、法律、管理、社會科學、藝術、等各種知識和技能。見圖1。

圖1 霍爾三維結構

以輪機工程專業冰機系統實驗為例，把霍爾的三維結構進行如下改造。

時間維：信息、資料的收集→任務書→實施→…→答辯。

邏輯維：明確問題→可行性分析→方案設計→…→研究報告。

知識維：制冷技術、電工電器、船舶輔機、輪機自動化、熱力學、測試技術、環保……。

老的教學模式下，由于課時少，學生多，教師抓緊講，學生按一個模式做，提不出問題，很多情況下實驗報告流于形式，幾個學生作，多數同學拷貝，除了名字不一樣，其它內容基本雷同。新模式下，由于學生習慣了傳統的滿堂灌的方式。開始會不適應，教師編寫問題指南加以輔助。比如根據教師曾經排除的一個故障，故障現象是冰機機組在每運轉一段時間后，控制電路過電流繼電器就動作。復位后系統又可以正常運行，如此反復，但運轉過程中運轉參數及各庫溫度都在設計范圍內。這個故障可能出現的環節主要是：電路系統；壓縮機驅動電動機；壓縮機系統。沒有標準答案,要求學生判斷可能出現的故障點，分析故障產生的原因，如何排除，如何預防。在這里要充分尊重學生的自由選擇，讓他們根據自己的知識和能力、興趣來選擇研究內容。有些同學對自動控制感興趣，愿意研究用計算機控制和監測冰機系統；有的同學質對壓縮機感興趣，這都是很好的研究方向。通過模擬工程情景的實踐，會使同學的各方面能力和素質得到提高。需要強調的是，在考核評價時，要求突破注重終結性評價而忽視過程性評價的現狀，強化評價的激勵、發展功能。

教師的教育過程本身就是一個自我發展和完善的過程，是教師追求可持續發展的重要途徑。實踐中會碰撞出思想的火花，很多時候學生會給老師出難題，學生并不會完全按照老師的思路走，正因為這樣，會促使老師不斷更新，不斷提高，真正體現教學相長。

4 結論

以馬克思主義實踐認識論為理論指導，以系統工程方法論為工具，整合輪機工程專業的實踐教學，有利于提高學生的綜合能力和綜合素質，進而促進學生的全面發展。實踐課程應當幫助學生實現自我超越。

[1] 趙文華.高等教育系統論[M].廣西:廣西師范大學出版社,2001.

[2] 王永洲.模糊綜合評價在輪機工程專業實踐教學質量評估中的運用[J].船海工程,2011(4):95-97.

[3] 徐 偉，蔡振雄，廖海峰.基于系統工程理論的輪機工程專業教學改革[J].航海教育研究,2009(4):50-52.

[4] 史學正，徐來群.施瓦布的課程理論述評[J].外國教育研究,2005(1):68-70.

[5] 鄧元龍.基于系統工程方法論的專業綜合實驗教學改革[J].理工高教研究,2008(2):115-117.

[6] 潘克明.用系統科學方法論指導信息技術與課程及學科教學整合[J].中國電化教育,2004(1):9-15.

[7] 李青平.海事強國與成才之路[J].船海工程,2011(4):1-7.