虛擬仿真在工程倫理教學中的應用研究與實踐

卞 煜，楊 晨

(重慶大學 動力工程學院，重慶 400030)

工程倫理(Engineering ethics)是應用于工程技術的道德原則系統，是一種應用倫理[1]。在19世紀末期與20世紀初期，發生了一系列重大的結構損壞事件，包括一些驚人的橋梁損壞事件，如阿什塔比拉河鐵路災難(Ashtabula river railroad disaster，1876年)、泰河橋災難(Tay bridge disaster，1879年)、魁北克橋災難(Quebec bridge disaster，1879年)。這些災難給予工程師以深刻的沖擊，迫使整個行業積極面對工程技術所存在的任何缺點，并且嚴格思考倫理標準是否存在瑕疵。20 世紀中后期，工程倫理教育首先出現在美國的高等工程教育之中，隨后，法、德、日、澳、英、加等發達國家的工科院校也紛紛開展了工程倫理學的教育，不僅指定完整的教學大綱和教學計劃，而且在教學模式和方法上積累了豐富的經驗。

同歐美國家相比，我國工程倫理教育在21世紀初才開展，盡管意識到工程倫理在工程設計中的重要性，也在大部分工科學科中開展工程倫理教學，但由于缺乏完善的教學體系，高等教育政策中關于學生倫理責任素質的規定缺乏明確性，國內高校也一直沒有形成統一的教學思維，這就導致我國工程倫理教育的教學大綱、教學內容成為一種無序和可有可無的狀態。

本文在總結國內兄弟院校工程倫理先進教學經驗的同時，提出構建工程倫理仿真器，通過該仿真器，學生既可以系統學習工程倫理的教學規范，也可以在實際場景中利用這些倫理道德規范指導工程設計，這對明確工程倫理教育培養的目標具有非常重要的教學價值。

1 工程倫理的教學內涵及方法

工程倫理的核心概念是“職業責任”[2]。隨著工程實踐社會影響的增大，以及在國際和全球范圍內的延伸，工程倫理的內涵不斷擴大。萊德(John Ladd)指出，工程倫理既要考慮工程師與工程設計的關系，還要考慮工程活動與社會活動之間的關系，并將工程倫理劃分為“宏觀倫理”和“微觀倫理”。在“宏觀倫理”概念下，責任的主體是工程系統，對象是自然、人類整體，考慮的是技術發展和工程發展與人類社會之間的關系。“微觀倫理”旨在界定和把握個體間的行為關系，在工程系統一般指個體工程師的行為。工程倫理既不能看成單獨的工程技術應用，也不能看成一種工程師職業倫理。工程倫理是一種社會實踐活動，它是考察工程師在工程建設中應用科學知識和社會、人文環境等知識的能力，是將社會責任放在首位的一種社會實踐應用[3]。

工程師需要具備的3種倫理素質，包括: 工程倫理意識，它是倫理動機和倫理行為的思想基礎；倫理規范，它是倫理判斷和倫理取向的標準；倫理決策，它是解決工程倫理問題的方法和手段。通過大學期間的學習和訓練，可以讓工科大學生提前具備這3種理性素質，為將來處理工程倫理問題提供素質準備和保障。進入職業崗位通常要求經歷一段較長時間的訓練期，這種訓練具有理智的特性。因此，工程倫理的教學內涵是：明確工程倫理的定義、培養大學生的工程倫理意識、使其掌握工程倫理規范和提高其工程倫理的決策能力[4]。

作為一種應用倫理，倫理學的方法自然地就被引入了工程倫理學中。功利主義倫理學、康德的尊重人的倫理學和德性論是3種常用的方法。對于同一個工程問題，利用以上3種方法，有時可以得出相同的結論，但更多的時候，應用這3種方法會得出不同的結論。這種狀態是與工程中的倫理問題的性質相關的。與工程中的技術問題相比，工程倫理問題往往具有一種不確定性，即我們往往不能在正確與錯誤、是與非之間進行抉擇。前述3種方法的共同特點是將一般的倫理理論應用到具體的場景或案例之中[5]。哈里斯將這種方法稱為“從上至下”的方法。在20世紀90年代初，學者們就意識到這些方法對于工程學專業學生和工程實踐者是不適用的，至少不適合于面向工程學學生的教學。在20世紀的后10年間，由美國國家人文社會科學基金(NEH)和美國國家科學基金(NSF)資助的項目主要地集中在研究如何或以何種方法將工程倫理引入工程學學科教育體系中。案例法就是其中一種獲得NSF資助并獲得廣泛認可的教學與研究方法。哈里斯稱這種方法為“從下至上”的方法[6]。

借鑒國外先進的教學方法，國內高校目前大多采用3種教學模式：其一，開設獨立的工程倫理教學課程，安排專門的時間，要求全體工科學生將工程倫理作為必修內容；其二，將工程倫理思想整合到專業課程中，具有實踐性，并且不需要增加任何新的課程分量；其三，將工程倫理教育整合在工程院系的人文、社會科學類的非專業性的課程中,其作用在于將工程倫理與非技術課程，特別是與“科學、技術、社會”整合，可以幫助學生充分了解工程、技術發展的社會背景，完整理解工程倫理責任的重要性，同時也可以提高工科學生的興趣[7]。

2 工程倫理教育研究的內容

2.1 工程倫理道德規范和工科實踐教學相結合

工程倫理教育作為一門相對獨立的學科或課程，是從西方引進的，我國工科大學雖逐步認識到進行工程倫理教育的重要性，但還未引起足夠的重視，還缺乏對工程倫理教育模式的系統研究。工程倫理道德標準不一，我國大多數高校教學內容參考ASME(美國機械工程師協會)和NSPE(美國國家職業工程師協會)提出的工程師職業道德規范，相應的工程倫理課程歸屬于馬克思理論課和政治思想教育課“兩課”教育范圍，如在“兩課”的職業道德內容中增加工程倫理內容[8]，但由于學時數有限，工程倫理的基本原則、具體規范和要求未能深入講授，工程倫理的教育功能無法體現。為此必須花相當大的精力研究和制定工程倫理道德規范，明確工程倫理課程的教學意義，將工程倫理道德規范同工科實踐教學有機結合起來，這樣才能對我國工程倫理教學在高校教學課程中的規范性起到積極的推動作用。

2.2 工程案例同專業課程教學實踐相結合

大多數工科大學的工程倫理教育尚處于起步階段，有的高校將工程倫理教育放在大一新生教學階段，是由倫理學專業的思政教師授課；有的高校將工程倫理課程放在大二、三學年進行教學，由對工程倫理感興趣、又具備理工學科知識背景、工程實踐經驗及軟科學知識的教師授課；還有一部分高校將工程倫理教學放在大四學年，由工科教師和哲學教師共同承擔。各高校工程倫理教學模式不盡一致，其教學方式對工程倫理教育的效果產生的影響不同。總的來說對工程倫理問題認識較深、研究較多的教師教學效果較好，受到學生歡迎，而缺乏工程實踐體驗或倫理知識背景的教師，則會相對難于承擔重任。這就要求在工程倫理教學中，需要將工程案例同專業課程有機結合起來，選擇有豐富工程設計經驗，同時又對工程倫理感興趣的教師負責給學生上課，上課時間盡量安排在大三年級。這樣安排的原因，一是大三學生已經具備本專業必要的專業課程知識，能夠較好地領會教師講授的專業課程原理；二是這個年級學生在專業課程中會遇到各種各樣的設計問題，可以更好地激發學生將工程設計同工程倫理相聯系的學習興趣，使教師的上課效果更好[9]。

2.3 工程倫理與學生教學考核評估相結合

若只注重工程倫理知識的系統性、理論性教學，或者只給學生講授具體的工程案例，即僅僅讓學生明白工程倫理是工程設計的一部分，缺乏在參與具體工程項目中進行對工程倫理應用的體驗，就容易使工程倫理教育的理論與實際相脫節。學生沒有親身實踐的體驗，沒有切身體會，既提不起學習興趣，也不會對工程倫理問題引起足夠的重視。所以在工程倫理教學中，必須注重工程倫理同學生教學考核評估相結合，既讓學生明確必要工程倫理道德規范，也要通過一系列的課程教學和情景、訓練和評估模擬等來考核學生在實際工程設計中應用工程倫理的能力，從而得出該學生工程倫理道德素質的評估報告，以便在今后的教學中有針對性地對學生工程倫理教學做補充。

3 工程倫理仿真器的研究

隨著科學技術的迅猛發展，現代工程活動對社會發展起到的重大作用和影響越來越明顯，工程建設項目也越來越趨于大型化、復雜化和高科技化，同時工程建設對自然環境、人文環境，社會發展的影響也越來越大。工程技術自身的復雜性及其與自然、社會的密切關系等都對傳統的工程教育提出了嚴峻的挑戰。工程教育必須與時俱進，進一步明確培養目標，適時調整課程結構，增加工程倫理教育的內容，同時改進教學手段，才能適應現代工程發展的需要[10]。

3.1 開發工程倫理仿真器進行虛擬仿真教學

本文根據能源動力類專業的特點，采用將工程倫理同專業課程相結合的教學模式，通過開發工程倫理仿真器對工程倫理課進行虛擬仿真教學，以激發學生對相關工程問題的道德敏感性，使其在職業操守、社會責任和可持續發展、認識自己對社會、職業和環境的責任等方面有效提升自身素養。近年來在逐步實踐的與專業教育融合的工程倫理教育的基礎之上，開發了一個基于互聯網的交互式工程倫理仿真器，以提供新的工程倫理教育方式[11]。

圖1為工程倫理仿真器的流程圖。仿真器能夠以4種不同的模式運行，分別為教學模式、訓練模式、情景模式和評估模式，每種模式對應不同的訓練方式。通過這些模式訓練后，能夠對學生的工程設計思想有個判斷，指導學生在今后的工業設計中需要注意哪些倫理道德問題，讓學生在學習的過程中就能夠形成一種工程倫理意識，明白工程設計不能完全等同于工業理論設計，需要注意倫理道德在工程設計中的作用，從而設計出最優的工程作品來。

圖1 工程倫理仿真器教學流程圖

圖1中各部分模式功能如下。

(1) 教學模式。在這種模式下，學生將瀏覽有關工程職業道德、實踐準則和專業義務的基本信息。

(2) 培訓模式。在培訓模式中，將給出具體的方案，包括在教學模式中存在的工程倫理問題的識別和響應。學生必須對形勢進行評估并從給出的幾個可行路線中選擇一個。仿真器會告知學生回答的正確與否，也會給出一個例子說明涉及行為道德準則時怎樣才是正確的。如果學生在方案部分回答錯誤，那么詳細的道德準則將會出現在合理的方案部分的列表上，在培訓模式中加以陳述。學生必須從方案模式模塊中獲得足夠的知識，才能成功地完成培訓模式。

(3) 情景模式。在情景模式中，仿真器將用戶以第一人稱視角置身于多種可能的工程倫理環境中，該場景是以實際工程倫理環境中的真實數據為基礎的。用戶要應用之前從教學模式和培訓模式獲得的知識，并且要在情景模式中獨立地收集數據、評估形勢并做出決定。比如說在情景模式的第一步中，用戶可以選擇等待更多的信息、收集更多的數據或者直接采取一個行為方案。而用戶做出一個決定后，又將需要進一步的信息并做更多的決定。比如如果用戶決定收集更多的數據，他們可以查閱額外的文檔或者詢問相關人士。在某些情況下他們要決定誰才是最合適的聯系人。情景是隨著用戶之前所作的決定而發展的，在每一個情景結束之后，用戶的決定都將與其他幾種路線做個比較，這樣用戶就不只是學到了該做什么，而是培養了他們識別和應對道德情況的個人能力。

(4) 評估模式。在評估模式下，仿真器將啟用評估模塊。這個模式的目的是提供一個檢測用戶知識水平的客觀方法。該模式也可用于之前或之后的模式中來檢測用戶學習的進步。當評估模式開始時，先出現向導，接著考試開始。考試將設計若干題目，這些題目也是根據美國全國職業工程師協會的測試而設計。用戶每次運行這個模式，題目的順序都是隨機的，這樣可避免用戶按順序記住答案。

3.2 工程倫理仿真器的作用與優勢

結合實際情況，仿真中心將工程倫理與專業課程整合，構設一套完成工程倫理仿真器學習模塊，對培養學生的工程倫理素質發揮了重要作用。

在一年級學生必修的“專業導論”和部分新生研討課中納入倫理模塊，在高年級學生選修的部分專業課中向學生展示社會因素對設計過程的影響，該課程的整個教學都貫穿對工程倫理問題的分析。而相應的課程設計的主題則包括設計安全性、職業倫理、對公眾的職業責任、倫理與規則等，通過學習使學生了解工程設計所涉及的對他人、對社會的責任，具體實現方法見表1。

表1 工程倫理仿真器教學方法

與傳統教學模式相比，本工程倫理仿真器具有以下優勢。

(1) 減少工程倫理教育中對實踐基地硬件設施的要求。只需要有通信網絡的機房，學生就可以通過在線模擬測試完成一整套工程倫理課程教學，節約教學成本，并且可滿足多人同時上機實踐。同時，仿真器自身具有很強的擴展性，可以根據教學需要增加新的仿真內容，維護簡單、升級方便[12]。

(2) 仿真器可以靈活模擬各種工程設計環境。例如可以模擬火電廠過程控制環境，可以讓學生根據預定設想進行操作。由于仿真器不依賴硬件系統，不必擔心學生因為誤操作對設備造成損壞，對提高實踐教學的安全性有著重要作用。學生也可以根據自己的情況自主學習，也方便學生在各種情景模式下進行協作、合作，對提高學生學習積極性和學習效果具有重要的促進作用[13]。

(3) 仿真器教學資源豐富。利用一些專業軟件，例如matlab、flowmaster、fluent等專業軟件，構建各種工程設計環境。新增的設計環境不會帶來太大硬件投入，既節約了設備購置成本，又能根據工程設計標準變化不斷更新教學內容，也可以增加不同工科專業的工程環境，對提高工程倫理仿真器的適應性和適時性都有著十分重要的意義。

(4) 仿真器可以提高教學效率，節約教學時間。使用仿真器教學，可以在很短的時間內讓學生明確工程倫理的重要性，通過各種實物圖片、工程環境讓學生更直觀感受工程設計中工程倫理的作用及意義，而且可以顯示未考慮這些因素帶來的不利影響，讓學生簡便快捷地獲得直觀的結果，對提高工程倫理在工程設計中的重要性和工科學生的社會責任意識都有著積極的意義。

4 結束語

工程倫理是培養工程技術人員工程素養的重要教學內容。工程倫理仿真器可以實現對工程倫理課程的仿真實驗教學，不僅適用于能動專業，也適用土木建筑、機械設計等專業的工程倫理教學，具有廣泛的適用背景和推廣價值。本文提出的工程倫理仿真器是在綜合國內外工程倫理教育專家所進行的實踐基礎上提煉而成的，重在強調學生通過工程倫理仿真器訓練，樹立工程倫理意識，明確個人在工程設計中所承擔的社會責任，是對現行工程倫理教育的一個有益補充。

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