具有航空航天特色的工程倫理案例探討

劉金琨

[摘 要]為了突出以航空航天特色為中心的工程倫理發(fā)展需要，在教學方面需要加大對相關課程案例建設的研究、改革和實施。我們以突出航空航天特色的工程倫理問題為目標，設計提升專業(yè)特色的案例教學課程體系建設方案；通過對課堂教學的改革，建立與課程內容聯(lián)系緊密的工程倫理案例教學庫，深化學生對工程倫理的理解，并使學生具備一定的工程倫理分析能力。

[關鍵詞]航空航天；案例教學；工程倫理；教學改革；控制系統(tǒng)

[中圖分類號] G64 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）07-0039-03

案例教學，是指在教學過程中，教師根據(jù)教學內容的需要，選擇典型的案例進行教學的方法或模式。在工科教育中，案例教學是推進素質教育，培養(yǎng)應用型人才的重要途徑。迄今，案例教學已成為整個英美法系國家使用的一種重要的教學方法[1][2]。在中國，案例教學剛剛起步，由于受傳統(tǒng)教學方法的影響，案例教學仍需加強實踐。

美國工程師學會對工程倫理的定義為[3][4]：“工程是一項重要且需經學習而得的專業(yè)領域，身為此專業(yè)的成員，工程師們背負著社會的期待，應展現(xiàn)最高標準的誠實與正直。由于工程對大眾的生活質量直接產生重大的影響，工程師必須提供誠實、無私、公正及公平的服務，并應矢志維護民眾的公共衛(wèi)生、安全及福祉。工程師的專業(yè)行為，必須符合最高的倫理原則”。因此，研究工程倫理學的意義為：幫助那些將要對工程決策、工程設計施工和工程項目管理的人們建立社會責任意識、社會價值眼光和對工程綜合效應的道德敏感，以使他們做出符合人類共同利益和可持續(xù)發(fā)展要求的判斷和抉擇，為社會創(chuàng)造優(yōu)質的產品和服務。

工程活動是社會存在、經濟發(fā)展的基礎，經濟全球化背景既賦予工程職業(yè)更重要的社會作用，又給工程行為主體帶來了許多道德困惑。工程倫理的出現(xiàn)是與歷史上的工程災難相關聯(lián)的，正是一系列的工程災難，尤其是那些影響深遠的重大災難，提醒人們不要忘記工程學與倫理學這兩門古老學科之間的重要融合，即工程倫理學。

航空航天領域涉及導彈、飛機、火箭等重要的國防設備，這些設備的設計、開發(fā)和使用關系到國家安全問題，是工程倫理學的重要研究問題。因此，在航空航天特色的課程教學中，將工程倫理問題與工程案例教學相結合，培養(yǎng)學生的工程倫理分析能力具有重要意義。

本文以四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的設計為例，初步探討如何通過案例教學法來建構工程倫理學課程體系。

一、目前的研究現(xiàn)狀

目前，高校研究生尤其是工科研究生的職業(yè)道德教育并未受到足夠重視，導致難以引導學生樹立正確的工程職業(yè)價值觀。縱觀近年來研究生畢業(yè)去向，航空航天類研究院所已經成為熱門單位。因此，在研究生的教育與培養(yǎng)過程中，具有航空航天特色的工程倫理教學及其案例分析十分重要。

在美國，伴隨著工程倫理學興起的是已為世人所熟知的挑戰(zhàn)者號與哥倫比亞號的事故[5][6][7][8][9][10]，除此之外，還有更多具有深刻影響的工程事故，比如福特斑馬車事件與DC.10事件等。而最近幾年來，在中國興起的工程倫理，似乎也是被頻繁發(fā)生的煤礦爆炸事故“炸”出來的，近30年來中國15次巨大空難事件等一系列嚴重影響到人們生活的工程問題的發(fā)生也使得國內學者開始更加關注這一學科領域。

因此，隨著航空航天技術的發(fā)展，結合實際的教學案例，開展具有航空航天特色的工程倫理教學與研究具有重要的應用前景。

工程倫理學是與工程技術相關的職業(yè)倫理或實踐倫理學科。自20世紀70年代起，工程倫理學在美國等一些發(fā)達國家開始興起。經歷了20世紀最后的20年，工程倫理學的教學和研究逐漸走入建制化階段。20世紀80年代以后，美國負責工程教育認證的工程和技術認證委員會一直要求凡欲通過鑒定的工程教育計劃都必須包含倫理教育的內容。

我國工程倫理學研究大致也是在20世紀80年代左右開始[11]。與西方國家有所不同的是，在我國一般是將工程倫理問題在“科技倫理學”的名目下籠統(tǒng)地進行研究，忽視了對工程的屬性尤其是工程的與倫理問題有關的獨特屬性的深入和系統(tǒng)的研究。所以，作為獨立的研究領域，我國工程倫理學的研究還很薄弱，幾乎是一個空白點。

關于工程倫理學的研究存在著理論性、系統(tǒng)性較差，學科體系還不成熟等問題。工程倫理學研究仍舊處于初步發(fā)展階段，且發(fā)展勢頭與其他學科相比顯得較弱。因此，工程倫理學的教學研究具有重要的研究意義。

二、工程倫理案例教學設計

（一）課程建設目標

1.課程與理論基礎、工程實踐及職業(yè)倫理密切關聯(lián)。

2.培養(yǎng)學生的工程倫理觀念、社會人文素質、責任感和道德素養(yǎng)，為從事科研工作打下良好的基礎。

3.探討航空航天特色課程的工程倫理問題，通過該案例倫理問題的表現(xiàn)形式，培養(yǎng)學生分析倫理問題和解決倫理問題的能力。

（二）案例教學的設計

在案例的設計中，采用如下具體步驟：

1.創(chuàng)設情境，導入新課：出示工程倫理實例演示。

2.提問：通過演示，你發(fā)現(xiàn)了什么？（提出問題）

3.導入問題并圍繞問題展開工程倫理分析，設計幾個小的工程倫理討論問題。（認識問題）

4.課堂討論，提出解決工程倫理問題的思路。（分析問題）

5.分析思路的可行性及缺陷，選取最佳解決方案。（解決問題）

6.工程倫理問題的總結和升華。

（三）倫理分析的設計思路

航空航天特色的控制關系到公眾安全、工程風險、與環(huán)境協(xié)調關系、與人的和諧關系等多個工程倫理問題，從以下幾個方面討論工程倫理問題：

1.涉及的倫理問題：科技倫理、安全倫理、生態(tài)倫理。

2.涉及的倫理原則：以人為本的原則、可持續(xù)發(fā)展原則、生態(tài)原則、公正原則。

在上述工程倫理分析的基礎上，針對航空航天特色的控制問題，進行工程風險倫理評估。

工程倫理問題與工程技術問題一樣，都遵循“提出問題—認識問題—分析問題—解決問題”這樣的一條邏輯程序。

本案例工程倫理問題的基本思路見圖1，倫理教學的授課過程中以圖1的形式展開講授。

三、設計實例

在航空航天特色的課程教學中，結合工程案例教學，針對從事相關研究人員的工程倫理的培養(yǎng)具有重要意義。

四旋翼無人機具有機動性強、可垂直起降等優(yōu)點，近年來在監(jiān)控、航拍、救援等領域得到了廣泛的應用，四旋翼無人機模型的基本結構如圖2所示。

相比于單個無人機獨自執(zhí)行任務，多無人機編隊飛行可以完成更高質量的任務，因而具有更廣闊的應用前景。在理論分析方面，由于四旋翼無人機系統(tǒng)模型所具有的非線性、強耦合、欠驅動等特性，使得控制器的設計與分析變得復雜。

四旋翼飛行器編隊的協(xié)同偵察、作戰(zhàn)模式可以在一定程度上提高單機單次作戰(zhàn)任務的成功概率，因而引起各國對多機編隊飛行的研究熱潮。編隊飛行控制中存在幾個相關的關鍵技術問題，主要包括編隊隊形設計、隊形的動態(tài)調整、航跡規(guī)劃、信息互換以及編隊飛行控制策略等問題。一些設備的設計、開發(fā)和使用關系到國家安全問題，是工程倫理學的重要研究問題。飛行器編隊飛行的動態(tài)演示如圖3所示。

下面以四旋翼飛行器編隊控制為例，將工程倫理與案例教學相結合進行案例的設計。

（一）案例正文

按以下步驟組織案例正文：

1.案例背景及目的。

2.四旋翼飛行器編隊控制的背景、發(fā)展歷史及研究意義。

3.針對四旋翼飛行器編隊控制進行分析，采用PPT講授、Matlab數(shù)值仿真、Adams機械系統(tǒng)動力學半物理仿真、編隊控制虛擬現(xiàn)實動態(tài)演示相結合的形式來進行。

4.具有飛行器編隊控制的實例分析，從動力學模型的建立、控制算法的設計、仿真方法的設計進行分析。

（二）案例分析

在案例分析中，首先給出四旋翼飛行器編隊控制的案例背景，然后提出一些問題，如“飛行器編隊控制系統(tǒng)對周圍環(huán)境的影響”、“飛行器編隊控制系統(tǒng)對人身安全的影響”和“飛行器編隊控制系統(tǒng)對周圍工業(yè)生產和農業(yè)生產的影響”等，在問題中要求學生分析給定的背景資料，依據(jù)一定的理論知識，或做出決策，或做出評價，或提出具體的解決問題的方法或意見等。通過案例分析，考察學生理解、運用知識的能力，以及對問題的綜合、分析、評價方面的能力。

1.研究問題：控制系統(tǒng)設計的難點、關鍵問題、創(chuàng)新思路；

2.分析問題難點，提出解決思路，分析思路的可行性及缺陷。

（三）工程倫理分析

倫理責任要求科研行為應不損害人類的生存環(huán)境條件和生命健康，保障人類的切身利益，促進人類社會的可持續(xù)發(fā)展。四旋翼飛行器編隊控制問題關系到公眾安全、工程風險、與環(huán)境協(xié)調關系、與人的和諧關系等多個工程倫理問題，涉及的倫理問題為科技倫理、安全倫理、生態(tài)倫理。

四旋翼飛行器編隊控制研究作為一門新技術，其飛行過程關系到空中安全和人身安全問題，在控制系統(tǒng)設計過程中要著重考慮如何通過技術的設計和開發(fā)來保證人身安全、交通安全和財產安全，并保證不對生態(tài)環(huán)境造成破壞，避免由于使用的不當而給人身和社會帶來負面影響。

四、結論

以四旋翼飛行器編隊控制為例，從課程建設目標、案例教學的設計、倫理分析的設計思路等方面，將航空航天特色的工程倫理問題納入各個教學環(huán)節(jié)，將學生的工程倫理思考能力和分析能力的培養(yǎng)融入課堂與實踐教學環(huán)節(jié)中，不斷增強學生對工程倫理知識的理解掌握和提升學生對航空航天控制系統(tǒng)工程倫理分析水平。

[ 參 考 文 獻 ]

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[責任編輯：鐘 嵐]