融入工程倫理因素的電氣照明設計型實訓課程教學改革探索與實踐

陳東毅， 王 武， 段小華， 薛毓強， 徐玉珍

（福州大學電氣工程與自動化學院，福州 350108）

0 引 言

工程倫理教育在我國的高等工程教育中起步較晚，尚未得到全面普及，更未形成完整的教育體系和規范。目前，將工程倫理落實到具體工程實踐中的教學案例仍較為鮮見。工程教育專業認證通用標準第2.1.2點關于畢業生能力中就明確提出關于“倫理”的規定：具有較好的人文社會科學素養、較強的社會責任感和良好的工程職業道德等。該條款明確指明了工程倫理在工程教育中的重要地位，工程教育專業認證勢必進一步推動國內工程倫理教育的研究和發展［1-2］。

2018年底，我校電氣工程專業順利通過工程教育專業認證，在持續改進的過程中發現將工程倫理教育落地實踐面臨著不小的挑戰，其中主要有兩點：①工程倫理教育難以與專業課程教學相結合；②缺少必要的實踐，工程倫理教育的成果難以通過實物化的形式進行呈現。

目前我校只在經濟與管理學院開設了與工程倫理有關的課程，授課教師工程類的專業背景不足，對工程問題理解的深度與廣度不足，無法準確解決工程實際問題。如果簡單地將該課程開放給工程類學生選修，勢必無法引起學生的重視，容易成為學生眼中的“水課”。為了解決這一問題可以通過課程思政的形式，將工程倫理教育貫穿于工程類的專業課程教學中。

為深入貫徹落實習近平新時代中國特色社會主義思想和全國教育大會精神，貫徹落實教育部《高等學校課程思政建設指導綱要》，全面落實立德樹人根本任務，寓價值引領于知識拓展、思維訓練和能力建構之中，不斷提升教學水平和培養質量，構建具有福州大學特色的課程思政體系［3-6］。我校特此設立了校級的課程思政建設與研究項目，鼓勵全校教師積極投入到課程思政的教學活動中，尋求用創新的教學手段解決課程思政教學過程中普遍存在的理論與實踐相互割裂的問題。目前我院電氣工程專業教師在各級政策的引領下將課程思政逐步地應用到專業課程的教學過程中，要實現工程倫理教育與專業課程教學的有機結合，需要在教學方法、教學形式上進行不斷地探索與創新。

工程倫理教育的落地實踐就是將原本枯燥乏味的純理論教學轉變為生動靈活的、能夠突顯出工程本身的社會屬性與社會價值的實物化教學。

目前，工程倫理的教學方法主要以課堂講授為主，普遍存在缺少實踐的現象。在工程背景濃厚的專業課程中單純的講授純理論的工程倫理會有種湊課時的嫌疑，勢必影響專業課程的教學質量，起到適得其反的教學效果。

為了解決這一問題現有部分專業課程采用了案例教學的方法，但教學效果并不理想［7-9］。如何讓學生能切身體會到工程設計規范到底是什么，工程項目該怎么合理地進行設計，在工程實踐中需要養成哪些良好的職業道德、行為習慣是工程倫理教育落地實踐的關鍵所在，單純依靠案例教學，學生并不能親身感受到工程倫理帶來的影響，對案例中所表現出的各種倫理問題與經驗取舍缺乏實際的體會與理解。本文以電氣照明設計型實訓課程為課程思政的有效載體，將工程倫理教育應用到實訓課程中，工程倫理教育始終貫穿于理論與實踐的各個環節中，嘗試以新的教學方式來解決工程倫理落地實踐過程中的實際難題。

1 實訓課程的教學探索

1.1 實訓課程的重新設計

電氣照明設計型實訓課程是電氣工程專業一門具有較強綜合性、專業性、應用型的課程，涉及到綜合布線、電氣照明技術、工程安裝預算、信號檢測與轉換技術、電氣控制與PLC、智能建筑通信與網絡、嵌入式系統設計等專業知識。以往實訓過程中學生的主要工作是解決各類負載燈具、動靜態探測器與控制器的選型、軟硬件開發工具使用以及線路設計與負荷計算等純技術性的問題，易使學生陷入到純理論、純“紙面化”的學習過程中，幾乎省去了實訓課程中應有的工程倫理教育環節。學生在實訓過程中普遍不考慮社會、經濟、環境與其他各方面利益等影響因素，教師在實訓教學過程中只起到傳授技術的作用，雖然能以嚴謹的教學態度保證所有學生順利完成技術性的實訓內容，但在學生的工程倫理教育上還有所欠缺［10］。

實訓課程的目的不僅僅是向學生灌輸專業知識、掌握基本專業技能，還應該培養學生解決復雜工程問題的能力，幫助學生培養更加全面的職業道德素質和社會責任感，教師在實踐過程中應多維度的進行工程倫理教育。

電氣照明設計型實訓課程為學生提供了4個照明功能需求不同的場景（大廳、會議室、辦公室、臥室等），每兩個學生組隊并需在1周內完成以下基本工作：①通過查閱并收集整理相關的電氣照明設計標準與規范，結合現有的軟硬件資源對該項目的技術性與非技術性因素進行綜合設計；②選擇合適的照明控制器并給出選型的理由，根據實驗臺的實際尺寸設計出完整的照明控制線路圖；③設計具有手動、自動控制等功能的控制方案且人機交互功能友好；④計算照明負荷并指出所設計方案的優勢及特色；⑤在實驗臺上設計并呈現出照明控制線路，完成實訓報告并制作匯報稿，最后按組進行現場答辯。

1.2 實訓課程的基本實施流程

在教學過程中應首先要求學生重點關注照明線路的社會屬性及其社會價值，其次對其他的技術性、非技術性因素進行合理的規劃與考量。實訓課程的基本實施流程如圖1所示。

圖1 實訓課程的基本實施流程圖

該實訓項目可分為3個階段進行。

（1）線上學習。通過線上教學資源學習相關的專業知識，教師將實驗室現有的材料清單與軟件設計資源共享給學生，讓學生充分利用課余時間進行資料的收集與整理。教師在這個過程中應提出明確的工程倫理要求，鼓勵學生盡可能多的參考各類標準與設計規范，在線上為學生答疑解惑，特別是要時刻提醒學生在完成技術性參數指標時應更關注社會、經濟、環境及其他非技術性參數指標。

（2）線下實踐。由于疫情原因無法將學生的設計方案應用到實際的建筑工程場景中，但可以通過合理的場景微縮將設計方案帶到實驗室中以利用實驗臺搭建照明線路模型的方式進行實物化的呈現。雖然實驗臺與實際的建筑場景之間仍有差距，但基本的設計理念與線路控制方式仍能得到充分體現。教師在這個過程中應注意培養學生的職業道德意識與道德評判能力，通過照明控制線路的整體布局、接線工藝與控制方式的選擇等有關工程倫理考量點的實際考察進一步引導學生樹立科學的工程設計理念，加強學生的社會責任感，讓學生充分并主動地建構工程倫理問題，開拓思路、勇于創新地解決在實際搭建線路過程中遇到的各類實際操作問題，鍛煉學生解決復雜工程問題的能力并提升學生的綜合素質和職業道德。

（3）成果評價。學生之間、師生之間根據不同的側重點、工程倫理的考量點對方案進行充分探討，最終幫助學生通過工程倫理教育的形式習得獨立思考與知識共享的能力，使學生樹立批判精神與團隊協作意識，同時工程倫理教育也激發教師使其成為工程教育的組織者與工程技術的訓練師［11］。

2 實訓過程中的倫理考察點

在3個階段的實訓過程中教師應引導和幫助學生在專業實訓技能與良好的職業道德素質之間建立密切的聯系，將專業知識和工程倫理因素有機結合起來。

2.1 對控制器選型的倫理考量

設計目標是學生可應用所學過的各類控制器實現對照明線路的自動控制。目的是鼓勵學生學以致用，能夠應用不同的控制方式解決工程實際問題，同時學會權衡不同控制方式的使用所帶來的具有社會屬性的選型問題，這也迎合了工程倫理教育所一直提倡的工程應用應具有其更廣泛的社會價值。

通過第一階段的線上學習，學生群體主要圍繞以下3種控制器進行方案設計：西門子Smart 200可編程邏輯控制器、Lonwork控制器以及基于STM32F103系列的控制器。

西門子Smart 200可編程邏輯控制器加力控上位機的選型依據主要是該方案具有控制系統穩定性好、電磁抗干擾能力強、IO口可擴展以及系統性價比高等突出優勢［12］。

Lonwork控制器加力控上位機的選型依據主要是該系統兼容性好，電磁抗干擾能力強但IO口不易擴展，單塊控制器的成本高、性價比低［13］；

基于STM32F103系列的控制器加VC＋＋上位機界面的選型依據主要是其系統的功耗低，IO口數量多但其電磁抗干擾能力弱，在工程現場使用需要另外加裝屏蔽模塊與電壓、電流輸出轉換模塊，方案的性價比不夠突出［14］。

教師在方案設計過程中應根據學生的方案提出改進意見與建議，幫助學生解決由于技術性與非技術性參數同時設計時所帶來的相互制約的問題并提醒學生應注意設計周期帶來的時間限制的問題，不能一味追求控制的難度系數還應兼顧設計開發的周期。

從上述3種方案可以看出學生們均考慮到非技術性因素的影響，每個方案均有其特色的地方。學生在前期專業課的學習中積累了一定的專業技能，克服了技術性因素帶來的設計困難，能更多地關注非技術性因素帶來的影響，能夠從社會、經濟、環境等諸多方面對方案進行整體設計，表明良好的職業道德素養與職業習慣已在學生的潛意識中逐步樹立起來。

2.2 照明線路實物化模型搭建的倫理考量

設計目標是學生充分應用實驗室現有的各類照明器具在實驗臺上搭建照明控制線路，需能實現手動、自動控制等功能，要求線路設計美觀、布局合理、布線經濟適用以及操作便捷安全。目的是考查學生的動手實踐能力、團隊協作能力以及主動優化并解決實際工程問題的意識和能力。教師在實訓過程中主要考察學生的大局觀，讓學生明白電氣類的工程項目不是通過對器件之間進行簡單的串并聯操作與隨意的布線、走線來完成的，而是在一種嚴謹求實、高度負責的社會責任感引導下進行設計與實現的。整個動手實踐過程要讓學生深刻體會到工程項目所具有的特定的社會價值即最大程度地滿足社會發展需要，每個工程項目務必追求其精益求精的品質，將項目的社會價值最大化。

教師在實訓過程中要把握的倫理考量點是應引導學生充分利用相關的照明工程設計標準與規范對照明線路進行合理的規劃與布局，盡量做到層次分明、合理布線、節約成本、走線安全并且能綜合考慮方案的經濟性。同時，教師還應幫助學生養成良好的實操習慣、熟練使用各類電工工具，樹立起良好的工程實踐意識。特別是在安裝調試環節，應鼓勵學生不斷地建構問題、解決問題，提高學生解決實際工程問題的能力。

學生的照明線路實物接線對比圖如圖2所示，其中圖2（a）是學生沒有接受過工程倫理教育的照明線路接線實物圖，圖2（b）是接受工程倫理教育后的照明線路接線實物圖。

圖2 接受工程倫理教育前后的照明線路接線實物對比圖

顯然，學生經過工程倫理教育后所設計并搭建的照明線路具有線路層次分明、器件布局合理，線路布線規范等特點，不但滿足了技術性參數要求，同時兼顧了經濟性、安全性等非技術性因素，充分表明了在學生的意識中已具備了超越技術需要的人文以及工程美學的考量，在實踐過程中學生已初步體會到工程的社會價值及其特有的社會屬性，逐步建立起工程服務社會的意識。教師在工程倫理教育過程中起到催化劑的作用，讓學生與工程項目之間發生良好的化學反應，讓工程倫理教育扎根在學生的意識中，使工程倫理教育的效益最大化。

2.3 以科學的態度進行評價與考量

學生提交的報告應著重體現照明線路負荷的計算過程、通過查閱相關標準與規范并結合專業課程知識所設計出的照明線路設計方案及其特色之處。學生之間、師生之間應對設計方案進行充分地討論，以問題作為導向激發學生對工程問題的思考與理解。例如，提出方案3的同學經過前期的調研應能補充他們選型的一大重要依據是該類型控制器的應用前景廣闊。由于該控制器自身具有強大的外圍擴展功能，通過添加各種好用又不貴的通信模塊如無線收發模塊、以太網模塊、GPS模塊等以及嵌入適當的智能算法來實現智能控制，迎合目前社會的發展需要，相比之下方案3才是實現社會價值最大化的有益方案［15-16］。

為了選定出一種更為科學、合理又符合各方面綜合效益的方案，同時基于對各方案在實際工程應用情況下的適用性分析，制定了結合技術性、非技術性因素的決策矩陣對設計方案進行評分。表1給出了決策矩陣的具體內容。最終確定的照明設計方案之一如圖3所示。

圖3 最終確定的照明方案之一（實物圖）

表1 最優方案的決策矩陣

由于學生自身工程實踐經驗的缺乏以及專業知識的不完備導致其在決策矩陣中對影響因素的分類以及技術要求的理解仍不夠專業，所以具體的配分占比仍缺乏深入的考量。目前學生現有的實踐經驗與知識都只局限于指導老師的言傳身教與課外自學，學生在整個實訓過程中所表現出的努力綜合考慮多方面影響因素、求真務實的科學精神以及公正客觀的評價意識正是工程倫理教育所要追求的目標，初步體現了工程項目所應具有的社會價值。

3 結 語

由于疫情原因無法讓學生所設計的方案在實際的建筑場景中得到充分展示，導致部分專業知識與工程倫理教育之間的銜接不太理想；實訓過程中應聘請具有豐富實踐經驗的工程師進行階段式的指導，彌補專業課教師的不足之處，“雙師化”互補式教學的有效性還需進一步地實踐驗證；“社會化”效應不夠顯著，缺乏課堂教學之外的社會環境下的工程倫理教學，在復雜的社會環境下進行工程倫理教育既有現實意義又有挑戰性；這是后期實訓課程教學中需要注意并逐步改進的方向。

從理念構思到落地實施為期近兩年的課程教學改革總結得到一些有益的經驗：一是工程倫理因素的融入為實訓課程的課程思政做出了積極的探索與實踐，該教學方法可以充分發揮專業課教師的作用，設計理念易于被專業課教師理解、掌握并實踐；二是學生的接受程度高，不要求學生必須具備完整的專業知識，可以根據不同年級學生的學情數據制定相適應的工程倫理教學方案，重在讓學生參與實踐，有利于開展“全過程育人”的工科育人教育；三是實訓過程中學生們能夠洞悉社會發展趨勢、把握科技應用熱點，將新技術、新方法與實際工程問題相結合，自動建構并解決問題，提出真知灼見，這說明學生通過工程倫理教育已能夠用發展的眼光看待問題，工程實踐意識與工程設計理念已悄然扎根于學生的心中，初步實現了工程倫理教育所要追求的目標。