基于“技术应用创新型人才”培养的课程设计方法研究

吴义民 李春旺 韩国军

摘要：经典的技术创新理论TRIZ将技术创新划分为5个层次，其中第一到第三层次属于技术应用创新，占技术创新工作的95%。在按设计、技术实现、运行的全生命周期划分的技术岗位领域中，这三个层次的技术应用创新型人才在责任、技术能力和素质上存在一定的梯度，同时又具有共同特质。针对这类人才的共同特质，提出了一种基于“技术应用创新型人才培养”的课程设计方法，主要内容包括核心知识的选择与组织、贯彻技术推理和系统思维能力、“工程化”的课程支撑环境设计、主动与经验学习的教学策略选择。并以建环专业技术应用性本科的《工程流体力学》课程为例说明了其设计实现过程。

关键词：技术应用创新;层次性;课程设计方法;设计案例

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）44-0138-03

经典创新理论TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）的创始人G. S. Altshuller通过对250万个专利的研究分析，根据创新程度不同，将技术创新划分为五个层次。第一层次是用行业内熟知的常识来解决常规设计问题;第二层次是用行业内已知方法来解决问题，给现有系统功能带来一定的提高;第三层次是用其他领域的知识来解决本行业的问题，让系统功能从根本上得到改善。以上三个层次的创新都是采用已有的技术，通过合理应用解决现实问题，这种技术应用的创新大约占了95%的设计工作。第四和第五层次的创新需要重大的技术和理论突破，总量不超过5%[1]。

一、技术应用创新型人才培养的层次性

1.不同层次创新型人才培养的差异性描述。行业和企业需要不同类型、不同层次的技术创新人才。一般情况下，第四和第五个层次的创新型人才主要应由研究型大学培养;第三个层次的创新型人才主要应由工程型大学培养;第一和第二个层次的创新型人才主要应由技术型大学培养。其中第一到第三层次的技术创新人才只是在应用知识的宽度和深度、能力和效果上存在不同，在实际技术工作中界限相对模糊，可以认为是不同层次的同一种类型。不同层次的技术应用创新型人才培养，在培养目标定位、培养侧重、技术岗位执业能力的差异见表1，三个层次的技术应用创新人才在责任、技术能力和素质上存在一定的梯度。因此，其职业定位和培养的侧重点存在不同。

2.不同层次创新型人才共同特质描述。虽然三个层次的技术创新型人才的培养存在着上述差异，但本质上都是属于同一种类型，具有如下共同特质：（1）从事工程技术类工作，涉及了设计、技术实现、运行的全过程岗位领域。（2）理解技术基础知识和经验，包括技术原理和技术实现过程，特别是在不同特例或环境下对知识的应用能力，能有步骤的在全生命周期技术领域中解决相关的技术问题。（3）由于大多数工作是在集体环境中完成，团队合作与沟通交流（书面、口头和聆听）能力极为重要。（4）具有系统思维、技术推理和实践的能力，有一定的批判精神。（5）具有较高的职业道德标准。

二、基于“技术应用创新型人才培养”的课程设计方法

在大学阶段，“技术应用创新型人才”是通过有针对性的课程训练出来的。根据针对三个层次的创新型人才的共同特质和差异性描述，要达到培养的效果，课程的设计应遵循以下原则。

1.核心知识的选择与组织。核心知识的选择应该面向工程技术工作。由于一般情况下，产品、系统或工程技术工作本身就是多种技术的集成，因此知识也相对综合化。表2为支持技术应用创新的核心知识内容，一般包括理论工具、基础技术概念和技术实现三个方面。对于上述第一到第三个层次的技术应用创新人才，对核心知识掌握和理解的深度和宽度由低到高，侧重不同。在课程中这些核心知识需要按技术逻辑和认知逻辑进行合理的组织，根据课程目标，区分知识的优先次序，有利于各种知识的融合。

2.贯彻技术推理和系统思维能力。解决问题的关键策略包括设计和分析。根据当前的状态，确定性能和制约条件，然后展开目的—实现途径的关系。这需要在理解核心知识与经验的基础上，重点训练技术推理能力和系统思维模式。其中系统思维包括：整体思维，明确系统的界限和相互作用，确定主次与重点以及解决问题时的妥协、判断和平衡等。

3.“工程化”的课程支撑环境设计。构思—设计—实施—运行是全生命周期的四个阶段，以此作为课程实施的背景环境，可以将理论与实践一体化，有助于对技术基础知识的深层次理解，有助于学生自主构建知识和经验，有助于学生建立职业意识和培养职业道德。构思阶段主要是概念的设计，包括明确客户需求、考虑技术、企业战略，并不断的进行概念、技术和商业方面的改进;设计的重点是创建一个设计，给出将要实现的产品、过程和系统所需要的各种计划、图纸和算法;实施是把设计转变为产品的过程，包括硬件制造、软件编程、测试、检查和验证;运行是把已实现的产品、过程和系统的价值表现出来，包括系统的维护、优化和淘汰[2]。

当课程针对不同层次的技术应用创新人才的时候，在上述四个阶段中对知识的深度和宽度要求不同，对能力要求的侧重点有所差异。当课程针对某一类技术岗位领域的时候，将重点放在相应的阶段上即可。例如运行工程师、制造工程师就以实施和运行环节为主。因此，理想的课程支撑环境不是为学习环境提供严格的方案，而是基于设计—实施—运行的高度工程化的背景环境，包括：传统工作环境、团队项目环境、辅助设计环境、课外科技活动环境等。

4.主动与经验学习的教学策略选择。如何能更好的保证学生得到充分的训练，学到知识和技术应用创新的能力？其最重要的教学策略是主动学习和经验学习。主动学习方法是学生直接参与思考和解决问题的活动，强调学生参与操作、应用、分析和评价其想法。经验学习是让学生能在一个模拟了工程技术人员的角色和工程实践的环境中进行教学活动。表3中列出了几种典型的教学方法。

上述典型的教学方法不是孤立存在的，在一门课程中可以根据条件把多种主动性学习和经验性学习的方法结合起来，关键在于上述方法使用的合理性。同时受到课程目标、支撑环境、时间安排和课程资源的限制，教学方法要通过学生学习效果的评估而不断调整和改进。

三、《工程流体力学》课程设计案例

1.《工程流体力学》课程知识结构体系[3，4]。《工程流体力学》是经典的技术基础课程，具有学科性强、知识体系完整的特点。针对不同技术领域，其内容的深度和广度差异很大。本课程面向建环专业的技术应用性本科，主要针对第一和第二层次的技术应用型创新人才。因此，从面向工程技术的应用的角度，选择了图1所示的核心知识和组织结构。

2.课程实施的支撑环境构建。课程实施的支撑环境并不一定是新的，我们把传统属于单一学科的工程流体力学实验室、属于专业的暖通空调实验室和用于科研的计算流体力学实验室，根据课程要求和现有资源进行重新规划，使其能够按构思—设计—实施—运行的工程化环境支持教育目标，并发挥其效益。（1）工程流体力学实验室。在此环境中能够完成各种核心技术理论的验证与实验技能训练。（2）仿真环境。学生可以根据实际工程要求，构造一些典型系统，使用流体力学仿真软件进行仿真模拟。（3）暖通空调实验室。这是一个完全真实的工程化环境，学生可以在这个环境中进行综合的测试和分析，解决实际问题。

3.教学策略设计。（1）在技术原理和概念的讲授中，采用授课疑点卡和概念问题的方式。例如：在实际的管道系统中，当流量一定时，要使流体流动经济性最好，应考虑采取哪些可行的措施。①降低流速;②加大管径;③采用粗糙度小的管材;④管道成本;⑤综合考虑上述措施，做折中选择;⑥不知道。（2）课程实验。实验内容包括静水力学实验、伯努里实验、文透利实验、雷诺实验、动量定律实验、局部阻力损失实验、泵特性曲线实验、虹吸原理实验、毕托管测速实验等。教学方法采用项目驱动方式，即提出实验任务—构思实验方案—流体仿真验证—实验过程—数据分析—总结。整个过程以小组形式进行，要求提交实验方案书（包括原理、操作方法）、汇报研讨、实验数据分析报告。（3）自选讲题与案例教学。例如：各种管网压力分布图绘制与分析、泵与管网的匹配分析、水泵性能分析（结构、变频）、各种管网优化分析等。（4）系统运行综合分析。在完全真实的暖通空调系统中，实际测试系统的水循环系统和空气循环系统的运行数据，并进行数据分析，对系统运行状态进行定量判断，解决运行中出现的各种问题。

四、结语

文章以工程流体力学课程为例，对技术应用创新型人才培养为目标的课程设计方法进行了探讨研究，对课程开发具有借鉴意义。

参考文献：

[1]杨清亮.发明是这样诞生的：TRIZ理论全接触[M].机械工业出版社，2006.

[2]顾佩华，沈民奋，陆小华，译.重新认识工程教育：国际CDIO培养模式与方法[M].北京：高等教育出版社，2009.

[3]伍悦滨，朱蒙生.工程流体力学泵与风机[M].北京：化学工业出版社，2006.

[4]韩国军，吴义民，王浩宇.工程流体力学课程教学改革探讨与实践[J].黑龙江科技信息，2009，（18）：194.