具有航空航天特色的工程伦理案例探讨

刘金琨

[摘 要]为了突出以航空航天特色为中心的工程伦理发展需要，在教学方面需要加大对相关课程案例建设的研究、改革和实施。我们以突出航空航天特色的工程伦理问题为目标，设计提升专业特色的案例教学课程体系建设方案；通过对课堂教学的改革，建立与课程内容联系紧密的工程伦理案例教学库，深化学生对工程伦理的理解，并使学生具备一定的工程伦理分析能力。

[关键词]航空航天；案例教学；工程伦理；教学改革；控制系统

[中图分类号] G64 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2018）07-0039-03

案例教学，是指在教学过程中，教师根据教学内容的需要，选择典型的案例进行教学的方法或模式。在工科教育中，案例教学是推进素质教育，培养应用型人才的重要途径。迄今，案例教学已成为整个英美法系国家使用的一种重要的教学方法[1][2]。在中国，案例教学刚刚起步，由于受传统教学方法的影响，案例教学仍需加强实践。

美国工程师学会对工程伦理的定义为[3][4]：“工程是一项重要且需经学习而得的专业领域，身为此专业的成员，工程师们背负着社会的期待，应展现最高标准的诚实与正直。由于工程对大众的生活质量直接产生重大的影响，工程师必须提供诚实、无私、公正及公平的服务，并应矢志维护民众的公共卫生、安全及福祉。工程师的专业行为，必须符合最高的伦理原则”。因此，研究工程伦理学的意义为：帮助那些将要对工程决策、工程设计施工和工程项目管理的人们建立社会责任意识、社会价值眼光和对工程综合效应的道德敏感，以使他们做出符合人类共同利益和可持续发展要求的判断和抉择，为社会创造优质的产品和服务。

工程活动是社会存在、经济发展的基础，经济全球化背景既赋予工程职业更重要的社会作用，又给工程行为主体带来了许多道德困惑。工程伦理的出现是与历史上的工程灾难相关联的，正是一系列的工程灾难，尤其是那些影响深远的重大灾难，提醒人们不要忘记工程学与伦理学这两门古老学科之间的重要融合，即工程伦理学。

航空航天领域涉及导弹、飞机、火箭等重要的国防设备，这些设备的设计、开发和使用关系到国家安全问题，是工程伦理学的重要研究问题。因此，在航空航天特色的课程教学中，将工程伦理问题与工程案例教学相结合，培养学生的工程伦理分析能力具有重要意义。

本文以四旋翼飞行器控制系统的设计为例，初步探讨如何通过案例教学法来建构工程伦理学课程体系。

一、目前的研究现状

目前，高校研究生尤其是工科研究生的职业道德教育并未受到足够重视，导致难以引导学生树立正确的工程职业价值观。纵观近年来研究生毕业去向，航空航天类研究院所已经成为热门单位。因此，在研究生的教育与培养过程中，具有航空航天特色的工程伦理教学及其案例分析十分重要。

在美国，伴随着工程伦理学兴起的是已为世人所熟知的挑战者号与哥伦比亚号的事故[5][6][7][8][9][10]，除此之外，还有更多具有深刻影响的工程事故，比如福特斑马车事件与DC.10事件等。而最近几年来，在中国兴起的工程伦理，似乎也是被频繁发生的煤矿爆炸事故“炸”出来的，近30年来中国15次巨大空难事件等一系列严重影响到人们生活的工程问题的发生也使得国内学者开始更加关注这一学科领域。

因此，随着航空航天技术的发展，结合实际的教学案例，开展具有航空航天特色的工程伦理教学与研究具有重要的应用前景。

工程伦理学是与工程技术相关的职业伦理或实践伦理学科。自20世纪70年代起，工程伦理学在美国等一些发达国家开始兴起。经历了20世纪最后的20年，工程伦理学的教学和研究逐渐走入建制化阶段。20世纪80年代以后，美国负责工程教育认证的工程和技术认证委员会一直要求凡欲通过鉴定的工程教育计划都必须包含伦理教育的内容。

我国工程伦理学研究大致也是在20世纪80年代左右开始[11]。与西方国家有所不同的是，在我国一般是将工程伦理问题在“科技伦理学”的名目下笼统地进行研究，忽视了对工程的属性尤其是工程的与伦理问题有关的独特属性的深入和系统的研究。所以，作为独立的研究领域，我国工程伦理学的研究还很薄弱，几乎是一个空白点。

关于工程伦理学的研究存在着理论性、系统性较差，学科体系还不成熟等问题。工程伦理学研究仍旧处于初步发展阶段，且发展势头与其他学科相比显得较弱。因此，工程伦理学的教学研究具有重要的研究意义。

二、工程伦理案例教学设计

（一）课程建设目标

1.课程与理论基础、工程实践及职业伦理密切关联。

2.培养学生的工程伦理观念、社会人文素质、责任感和道德素养，为从事科研工作打下良好的基础。

3.探讨航空航天特色课程的工程伦理问题，通过该案例伦理问题的表现形式，培养学生分析伦理问题和解决伦理问题的能力。

（二）案例教学的设计

在案例的设计中，采用如下具体步骤：

1.创设情境，导入新课：出示工程伦理实例演示。

2.提问：通过演示，你发现了什么？（提出问题）

3.导入问题并围绕问题展开工程伦理分析，设计几个小的工程伦理讨论问题。（认识问题）

4.课堂讨论，提出解决工程伦理问题的思路。（分析问题）

5.分析思路的可行性及缺陷，选取最佳解决方案。（解决问题）

6.工程倫理问题的总结和升华。

（三）伦理分析的设计思路

航空航天特色的控制关系到公众安全、工程风险、与环境协调关系、与人的和谐关系等多个工程伦理问题，从以下几个方面讨论工程伦理问题：

1.涉及的伦理问题：科技伦理、安全伦理、生态伦理。

2.涉及的伦理原则：以人为本的原则、可持续发展原则、生态原则、公正原则。

在上述工程伦理分析的基础上，针对航空航天特色的控制问题，进行工程风险伦理评估。

工程伦理问题与工程技术问题一样，都遵循“提出问题—认识问题—分析问题—解决问题”这样的一条逻辑程序。

本案例工程伦理问题的基本思路见图1，伦理教学的授课过程中以图1的形式展开讲授。

三、设计实例

在航空航天特色的课程教学中，结合工程案例教学，针对从事相关研究人员的工程伦理的培养具有重要意义。

四旋翼无人机具有机动性强、可垂直起降等优点，近年来在监控、航拍、救援等领域得到了广泛的应用，四旋翼无人机模型的基本结构如图2所示。

相比于单个无人机独自执行任务，多无人机编队飞行可以完成更高质量的任务，因而具有更广阔的应用前景。在理论分析方面，由于四旋翼无人机系统模型所具有的非线性、强耦合、欠驱动等特性，使得控制器的设计与分析变得复杂。

四旋翼飞行器编队的协同侦察、作战模式可以在一定程度上提高单机单次作战任务的成功概率，因而引起各国对多机编队飞行的研究热潮。编队飞行控制中存在几个相关的关键技术问题，主要包括编队队形设计、队形的动态调整、航迹规划、信息互换以及编队飞行控制策略等问题。一些设备的设计、开发和使用关系到国家安全问题，是工程伦理学的重要研究问题。飞行器编队飞行的动态演示如图3所示。

下面以四旋翼飞行器编队控制为例，将工程伦理与案例教学相结合进行案例的设计。

（一）案例正文

按以下步骤组织案例正文：

1.案例背景及目的。

2.四旋翼飞行器编队控制的背景、发展历史及研究意义。

3.针对四旋翼飞行器编队控制进行分析，采用PPT讲授、Matlab数值仿真、Adams机械系统动力学半物理仿真、编队控制虚拟现实动态演示相结合的形式来进行。

4.具有飞行器编队控制的实例分析，从动力学模型的建立、控制算法的设计、仿真方法的设计进行分析。

（二）案例分析

在案例分析中，首先给出四旋翼飞行器编队控制的案例背景，然后提出一些问题，如“飞行器编队控制系统对周围环境的影响”、“飞行器编队控制系统对人身安全的影响”和“飞行器编队控制系统对周围工业生产和农业生产的影响”等，在问题中要求学生分析给定的背景资料，依据一定的理论知识，或做出决策，或做出评价，或提出具体的解决问题的方法或意见等。通过案例分析，考察学生理解、运用知识的能力，以及对问题的综合、分析、评价方面的能力。

1.研究问题：控制系统设计的难点、关键问题、创新思路；

2.分析问题难点，提出解决思路，分析思路的可行性及缺陷。

（三）工程伦理分析

伦理责任要求科研行为应不损害人类的生存环境条件和生命健康，保障人类的切身利益，促进人类社会的可持续发展。四旋翼飞行器编队控制问题关系到公众安全、工程风险、与环境协调关系、与人的和谐关系等多个工程伦理问题，涉及的伦理问题为科技伦理、安全伦理、生态伦理。

四旋翼飞行器编队控制研究作为一门新技术，其飞行过程关系到空中安全和人身安全问题，在控制系统设计过程中要着重考虑如何通过技术的设计和开发来保证人身安全、交通安全和财产安全，并保证不对生态环境造成破坏，避免由于使用的不当而给人身和社会带来负面影响。

四、结论

以四旋翼飞行器编队控制为例，从课程建设目标、案例教学的设计、伦理分析的设计思路等方面，将航空航天特色的工程伦理问题纳入各个教学环节，将学生的工程伦理思考能力和分析能力的培养融入课堂与实践教学环节中，不断增强学生对工程伦理知识的理解掌握和提升学生对航空航天控制系统工程伦理分析水平。

[ 参 考 文 献 ]

[1] R.Gunstone. Technology education and science education：Engineering as a case study of relationships[J]. Research in Science Education，1994（1）：129-136.

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[3] E.S.Raymond. Science and Technology Ethics[M]. London and New York：Routledge，2002.

[4] G.L.Downey，J.C.Lucena，C.Mitcham. Engineering Ethics and Identity：Emerging Initiatives in Comparative Perspective[J]. Science and Engineering Ethics，2007（13）：463 -487.

[5] 董小燕. 美国工程伦理教育兴起的背景及其发展现状[J].高等工程教育研究， 1996 （3） ：74—77.

[6] M.Martin，R.Schinzinger. Ethics in engineering[M]. New York：McGraw-Hill，2004.

[7] D.P.I.Van，P.P.Verbeek. Editorial：Ethics and Engineering Design[J].Science，Technology，& Human Values，2006（3）：223-236.

[8] J.R.Herkert. Future directions in engineering ethics research： Microethics，macroethics and the role of professional societies[J]. Science and Engineering Ethics，2001（3）：403-414.

[9] Whitbeck. Ethics in Engineering Practice and Research[J]. IEE Review，2011（5）：221-221.

[10] B.Newberry，The dilemma of ethics in engineering education[J]. Science and Engineering Ethics，2004（2）：343-351.

[11] 李正風，丛杭青，王前，等. 工程伦理[M]. 北京：清华大学出版社，2016.

[责任编辑：钟 岚]