基于系统工程理论的轮机工程专业实践教学研究

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(天津理工大学 海运学院，天津 300384)

轮机工程专业涉及电子、船用锅炉、船舶电站、动力系统、制冷、自动控制、气压和液压技术等多种学科，还涉及社会、经济、国际海事法律法规环境等多方面的内容。因此轮机工程专业课程体系的建构是一个复杂的系统工程。

系统工程理论的最终目的是使系统运行在最优状态[1]。用系统工程处理问题有以下几个基本观点。

1)整体性观点：以整体为出发点，以整体为归宿。系统是由诸多要素按照一定的规律组成的复杂的整体，这个整体有其特殊的性质、规律和功能，不能简单地将其进行分割，对其进行孤立地分析。要求系统整体最优化。

2)系统的层次性观点：系统各要素在系统中地位不同，按照一定的组织形式，形成不同的层次。系统的设计与实现步骤必须符合层次性原理。

将系统工程理论用于研究轮机工程专业教学的文献较少[2-3]，多以宏观视角审视轮机工程专业的教学体系，以期解决课程体系中的诸多复杂问题。本文重点研究轮机工程专业实践教学。

1 实践教学中存在的主要问题

1)实践课上以教师讲授的内容为中心，学生参与讨论、提出问题的机会不多，内容较少应用化。很少通过设置具体的工程情境来引导学生获取知识。教师较少关注学生的差异，基本采取统一的标准来要求学生，没有做到因材施教。

2)实践课关注的首要是知识其次是专业技能，对学生学习兴趣和学习过程的情感体验则较少关注。评价仍然以结果为核心，评价方式单一。

3)各层次实践课程缺乏系统整合。

其它如学生参与实践活动的时间少，训练量不足；缺少高素质的‘双师型’的教师；设备仪器更新慢且台套数不足等问题依然存在，限于篇幅，不在本文中讨论。

2 研究的理论依据和必要性

2.1 理论依据

1)马克思主义强调人的全面发展。提出每个人的自由发展是一切人自由发展的条件。因此，人的“自由个性”和全面发展是教育的真谛。马克思主义还提出人类认识的丰富性和深刻性来源于人类认识的实践性。因此教育要遵循理论联系实践的原则，促进学生全面发展。

2)教育应以人的自我完成为目标，实践课程应当帮助学生实现自我超越。

3)教师是课程的主要设计者，或者可以在执行课程的实践中根据特定的情境发挥创造性，学生则有权对学习什么和体验什么是有价值的以及如何完成这种学习和体验等问题提出怀疑和要求解答[4]。

从课程重构的角度来说，首先要明确每个学生都是独立的个体，都具有独立的思考能力。其次，明确教师与学生之间不是教育与被教育的关系，而是教学相长。教育工作者的责任就是在充分尊重学生个性的基础上，帮助学生完成“知识建构”，从而推动学生在知识建构的过程中完善自我。

4)系统是由诸多要素按照一定的规律组成的整体，不能简单地将其进行分割，对其进行孤立地分析。也就是说，这些要素必须融于系统之中，成为一个整体，要求系统整体最优化。

现在的教学是按课程单独安排的，教师都追求其课程完整性，然后将若干任务简单叠加，这种模式忽略了课程之间的关联，系统被“人为”地割裂。系统理论认为，组成系统的各部分处于最优状态，系统未必处于最优状态。因此有必要按照系统科学方法论对现有的课程进行整合。这种整合应该包括两层含义：一是要将培养宗旨(让海洋更清洁，让航行更安全)融入整个实践教学系统中，将其既作为意识，又作为内容融于课程之中[5-6]。二是将工程学科专业基础课和专业课的教学及实验放到某个具体的、典型的工程对象中，而不是分割教学、分割实践。这样通过多门课程同时实践一个典型工程对象和研究系统，有助于学生理解学科、专业、课程之间的内在联系，整体和部分之间的关系，让学生在掌握和理解单门课程知识的同时，掌握系统工程的方法。教育应强调理论与实践相结合，使学生逐步形成综合能力。能力与技能不同，后者主要指某种单项操作能力，如车工，钳工等技术能力。综合能力是由多项专业能力组合而成的，是在特定活动领域中所需的能力，是在活动中分析和解决实际问题的特殊能力。因此，综合能力的形成和发展，必须参与特定的活动或模拟的工程情境，通过对已有的知识和技能的类化迁移，使相关的一般能力得到特殊发展和整合，形成较为稳定的综合能力。由此可以看出，综合能力的养成，需要在实际岗位上反复实践，因为专业能力：包括理论技术和经验技术两个方面，而“经验”中包含“实际情境的感受”这一重要因素。学校在现有条件下，创造专业的“实际情境”非常困难，必须依赖企业才能实现。而模拟的工程情境，是可以将经过系统整合的典型工程对象提供给学生。这种“亲验式”教学方式，来源于生产中出现的具体问题与实际情况，学生身临其境，感同身受，变间接经验为直接经验。将知识学活、用活，使理论与实践有效结合。

5)教育的本质的要求是把学生培养成富有主体精神和创造力的人。教育不仅要传递和储存知识，还应努力去寻求获得知识的方法，并激励学生自我学习和培训自己。我们渴望的是具有系统的思想、国际规则意识、竞争观念、可持续发展能力、创新能力和开拓精神的外向型复合人才。

21世纪教育委员会提出“四个学会”即学会学习，学会做人，学会做事和学会共处，这实际上是素质教育的核心。

本文之所以将实践教学作为研究对象，是因为实践教学是培养学生综合能力和综合的素质的最有效平台。陈先林院士曾指出“工程学科有很强的实践性，实践的环境是工程人才成长的土壤。来自实践的直接感性认识和直觉常常是创意的来源。鉴别力和筛选力在很大程度上依赖于实践。”因此创造性思维总是基于实践，始于问题。人的任何一种能力的获得都不是单靠理论教育而能发挥作用的，必须亲历实践活动才能习得并养成。轮机工程专业的一些重要能力如：综合思维和应用能力、合作协调能力、主动学习能力、责任和心理承受能力。现场指挥、处理突发事件的应变能力和心理承受能力。沟通、管理、处理矛盾的能力，语言表达能力等。都可以在实践教学中养成。

2.2 必要性

目前我国海运人才的现状是初级船员供大于求，高级船员供不应求，有影响力的创新型人才十分匮乏。据统计，2000～2009年我国在国际海事组织各分委会总的提案只有日本的约1/8，韩国的约2/5，其中与轮机专业关联度较大的设计与设备分委会(DE)我国是20件，日本104件，韩国26件。我国缺少一支高水平的海运、海事队伍；我国缺少有影响力的专家，提不出更多有前瞻性的提案[7]。如果说日本是有海洋传统的海事强国，那么韩国超越了我国，充分说明我国的人才培养有缺陷，必须深刻反思并进行改革。

国际海事的规则主要是由发达国家主导的，要参与必须受其制约，要想规则有利于我们就只有参与其中，并表现出创造力才能有修改规则的发言权。否则只能被动的跟着规则走。

3 具体实施

3.1 “三层次”实习教学

1)基本技能训练即操作实习。培养初步的工程意识、安全生产的意识和基本的操作技能。

2)轮机认识实习。到海运企业，了解机舱实际状况，培养轮机工程意识。

3)毕业实习。深入了解机舱设备系统，重点在高新技术的应用上。

在“三层次”实习中始终贯穿教育目标和培养宗旨。使学生的实践能力由初级到高级逐步提高。每层次实习内容分三个部分：基本理论与基本知识，操作与思考，实习报告。后两部分由学生完成。实习要求要严格。要求学生在现场观察中，理解思考题，学生也可以根据自己体验并收集相关资料和信息，加工后完成实习报告。对生产实习和毕业实习给出题目指南，引导学生融合已掌握的知识和体验，锻炼学生运用向生产实践和书本学来的知识解决工程实际问题的能力。题目要有一定的综合性和复杂性，学生也可以根据自身的体验进行研究。实习评价要重视过程，要重视实习答辩。

3.2 “三层次”实验教学

实验教学也要体现培养宗旨。基础课的实验要加大设计性实验的比例，要体现一定的复杂性、综合性，加大与专业的相关性。

专业基础课和专业课的实验可放到某个具体、典型的工程对象中。可以是专业基础课之间的整合，也可以是专业课之间的整合。

霍尔三维结构体系是美国工程师霍尔在1969年提出的，主要包含时间维、逻辑维和知识维。时间维表示系统工程活动从开始到结束按时间顺序排列的全过程，分为规划、拟定方案、研制、生产、安装、运行、更新七个时间阶段。逻辑维是指时间维的每一个阶段内所要进行的工作内容和应该遵循的思维程序，包括明确问题、确定目标、系统综合、系统分析、优化、决策、实施七个逻辑步骤。知识维列举需要运用包括工程、医学、建筑、商业、法律、管理、社会科学、艺术、等各种知识和技能。见图1。

图1 霍尔三维结构

以轮机工程专业冰机系统实验为例，把霍尔的三维结构进行如下改造。

时间维：信息、资料的收集→任务书→实施→…→答辩。

逻辑维：明确问题→可行性分析→方案设计→…→研究报告。

知识维：制冷技术、电工电器、船舶辅机、轮机自动化、热力学、测试技术、环保……。

老的教学模式下，由于课时少，学生多，教师抓紧讲，学生按一个模式做，提不出问题，很多情况下实验报告流于形式，几个学生作，多数同学拷贝，除了名字不一样，其它内容基本雷同。新模式下，由于学生习惯了传统的满堂灌的方式。开始会不适应，教师编写问题指南加以辅助。比如根据教师曾经排除的一个故障，故障现象是冰机机组在每运转一段时间后，控制电路过电流继电器就动作。复位后系统又可以正常运行，如此反复，但运转过程中运转参数及各库温度都在设计范围内。这个故障可能出现的环节主要是：电路系统；压缩机驱动电动机；压缩机系统。没有标准答案,要求学生判断可能出现的故障点，分析故障产生的原因，如何排除，如何预防。在这里要充分尊重学生的自由选择，让他们根据自己的知识和能力、兴趣来选择研究内容。有些同学对自动控制感兴趣，愿意研究用计算机控制和监测冰机系统；有的同学质对压缩机感兴趣，这都是很好的研究方向。通过模拟工程情景的实践，会使同学的各方面能力和素质得到提高。需要强调的是，在考核评价时，要求突破注重终结性评价而忽视过程性评价的现状，强化评价的激励、发展功能。

教师的教育过程本身就是一个自我发展和完善的过程，是教师追求可持续发展的重要途径。实践中会碰撞出思想的火花，很多时候学生会给老师出难题，学生并不会完全按照老师的思路走，正因为这样，会促使老师不断更新，不断提高，真正体现教学相长。

4 结论

以马克思主义实践认识论为理论指导，以系统工程方法论为工具，整合轮机工程专业的实践教学，有利于提高学生的综合能力和综合素质，进而促进学生的全面发展。实践课程应当帮助学生实现自我超越。

[1] 赵文华.高等教育系统论[M].广西:广西师范大学出版社,2001.

[2] 王永洲.模糊综合评价在轮机工程专业实践教学质量评估中的运用[J].船海工程,2011(4):95-97.

[3] 徐 伟，蔡振雄，廖海峰.基于系统工程理论的轮机工程专业教学改革[J].航海教育研究,2009(4):50-52.

[4] 史学正，徐来群.施瓦布的课程理论述评[J].外国教育研究,2005(1):68-70.

[5] 邓元龙.基于系统工程方法论的专业综合实验教学改革[J].理工高教研究,2008(2):115-117.

[6] 潘克明.用系统科学方法论指导信息技术与课程及学科教学整合[J].中国电化教育,2004(1):9-15.

[7] 李青平.海事强国与成才之路[J].船海工程,2011(4):1-7.