融入工程伦理因素的电气照明设计型实训课程教学改革探索与实践

陈东毅， 王 武， 段小华， 薛毓强， 徐玉珍

（福州大学电气工程与自动化学院，福州 350108）

0 引 言

工程伦理教育在我国的高等工程教育中起步较晚，尚未得到全面普及，更未形成完整的教育体系和规范。目前，将工程伦理落实到具体工程实践中的教学案例仍较为鲜见。工程教育专业认证通用标准第2.1.2点关于毕业生能力中就明确提出关于“伦理”的规定：具有较好的人文社会科学素养、较强的社会责任感和良好的工程职业道德等。该条款明确指明了工程伦理在工程教育中的重要地位，工程教育专业认证势必进一步推动国内工程伦理教育的研究和发展［1-2］。

2018年底，我校电气工程专业顺利通过工程教育专业认证，在持续改进的过程中发现将工程伦理教育落地实践面临着不小的挑战，其中主要有两点：①工程伦理教育难以与专业课程教学相结合；②缺少必要的实践，工程伦理教育的成果难以通过实物化的形式进行呈现。

目前我校只在经济与管理学院开设了与工程伦理有关的课程，授课教师工程类的专业背景不足，对工程问题理解的深度与广度不足，无法准确解决工程实际问题。如果简单地将该课程开放给工程类学生选修，势必无法引起学生的重视，容易成为学生眼中的“水课”。为了解决这一问题可以通过课程思政的形式，将工程伦理教育贯穿于工程类的专业课程教学中。

为深入贯彻落实习近平新时代中国特色社会主义思想和全国教育大会精神，贯彻落实教育部《高等学校课程思政建设指导纲要》，全面落实立德树人根本任务，寓价值引领于知识拓展、思维训练和能力建构之中，不断提升教学水平和培养质量，构建具有福州大学特色的课程思政体系［3-6］。我校特此设立了校级的课程思政建设与研究项目，鼓励全校教师积极投入到课程思政的教学活动中，寻求用创新的教学手段解决课程思政教学过程中普遍存在的理论与实践相互割裂的问题。目前我院电气工程专业教师在各级政策的引领下将课程思政逐步地应用到专业课程的教学过程中，要实现工程伦理教育与专业课程教学的有机结合，需要在教学方法、教学形式上进行不断地探索与创新。

工程伦理教育的落地实践就是将原本枯燥乏味的纯理论教学转变为生动灵活的、能够突显出工程本身的社会属性与社会价值的实物化教学。

目前，工程伦理的教学方法主要以课堂讲授为主，普遍存在缺少实践的现象。在工程背景浓厚的专业课程中单纯的讲授纯理论的工程伦理会有种凑课时的嫌疑，势必影响专业课程的教学质量，起到适得其反的教学效果。

为了解决这一问题现有部分专业课程采用了案例教学的方法，但教学效果并不理想［7-9］。如何让学生能切身体会到工程设计规范到底是什么，工程项目该怎么合理地进行设计，在工程实践中需要养成哪些良好的职业道德、行为习惯是工程伦理教育落地实践的关键所在，单纯依靠案例教学，学生并不能亲身感受到工程伦理带来的影响，对案例中所表现出的各种伦理问题与经验取舍缺乏实际的体会与理解。本文以电气照明设计型实训课程为课程思政的有效载体，将工程伦理教育应用到实训课程中，工程伦理教育始终贯穿于理论与实践的各个环节中，尝试以新的教学方式来解决工程伦理落地实践过程中的实际难题。

1 实训课程的教学探索

1.1 实训课程的重新设计

电气照明设计型实训课程是电气工程专业一门具有较强综合性、专业性、应用型的课程，涉及到综合布线、电气照明技术、工程安装预算、信号检测与转换技术、电气控制与PLC、智能建筑通信与网络、嵌入式系统设计等专业知识。以往实训过程中学生的主要工作是解决各类负载灯具、动静态探测器与控制器的选型、软硬件开发工具使用以及线路设计与负荷计算等纯技术性的问题，易使学生陷入到纯理论、纯“纸面化”的学习过程中，几乎省去了实训课程中应有的工程伦理教育环节。学生在实训过程中普遍不考虑社会、经济、环境与其他各方面利益等影响因素，教师在实训教学过程中只起到传授技术的作用，虽然能以严谨的教学态度保证所有学生顺利完成技术性的实训内容，但在学生的工程伦理教育上还有所欠缺［10］。

实训课程的目的不仅仅是向学生灌输专业知识、掌握基本专业技能，还应该培养学生解决复杂工程问题的能力，帮助学生培养更加全面的职业道德素质和社会责任感，教师在实践过程中应多维度的进行工程伦理教育。

电气照明设计型实训课程为学生提供了4个照明功能需求不同的场景（大厅、会议室、办公室、卧室等），每两个学生组队并需在1周内完成以下基本工作：①通过查阅并收集整理相关的电气照明设计标准与规范，结合现有的软硬件资源对该项目的技术性与非技术性因素进行综合设计；②选择合适的照明控制器并给出选型的理由，根据实验台的实际尺寸设计出完整的照明控制线路图；③设计具有手动、自动控制等功能的控制方案且人机交互功能友好；④计算照明负荷并指出所设计方案的优势及特色；⑤在实验台上设计并呈现出照明控制线路，完成实训报告并制作汇报稿，最后按组进行现场答辩。

1.2 实训课程的基本实施流程

在教学过程中应首先要求学生重点关注照明线路的社会属性及其社会价值，其次对其他的技术性、非技术性因素进行合理的规划与考量。实训课程的基本实施流程如图1所示。

图1 实训课程的基本实施流程图

该实训项目可分为3个阶段进行。

（1）线上学习。通过线上教学资源学习相关的专业知识，教师将实验室现有的材料清单与软件设计资源共享给学生，让学生充分利用课余时间进行资料的收集与整理。教师在这个过程中应提出明确的工程伦理要求，鼓励学生尽可能多的参考各类标准与设计规范，在线上为学生答疑解惑，特别是要时刻提醒学生在完成技术性参数指标时应更关注社会、经济、环境及其他非技术性参数指标。

（2）线下实践。由于疫情原因无法将学生的设计方案应用到实际的建筑工程场景中，但可以通过合理的场景微缩将设计方案带到实验室中以利用实验台搭建照明线路模型的方式进行实物化的呈现。虽然实验台与实际的建筑场景之间仍有差距，但基本的设计理念与线路控制方式仍能得到充分体现。教师在这个过程中应注意培养学生的职业道德意识与道德评判能力，通过照明控制线路的整体布局、接线工艺与控制方式的选择等有关工程伦理考量点的实际考察进一步引导学生树立科学的工程设计理念，加强学生的社会责任感，让学生充分并主动地建构工程伦理问题，开拓思路、勇于创新地解决在实际搭建线路过程中遇到的各类实际操作问题，锻炼学生解决复杂工程问题的能力并提升学生的综合素质和职业道德。

（3）成果评价。学生之间、师生之间根据不同的侧重点、工程伦理的考量点对方案进行充分探讨，最终帮助学生通过工程伦理教育的形式习得独立思考与知识共享的能力，使学生树立批判精神与团队协作意识，同时工程伦理教育也激发教师使其成为工程教育的组织者与工程技术的训练师［11］。

2 实训过程中的伦理考察点

在3个阶段的实训过程中教师应引导和帮助学生在专业实训技能与良好的职业道德素质之间建立密切的联系，将专业知识和工程伦理因素有机结合起来。

2.1 对控制器选型的伦理考量

设计目标是学生可应用所学过的各类控制器实现对照明线路的自动控制。目的是鼓励学生学以致用，能够应用不同的控制方式解决工程实际问题，同时学会权衡不同控制方式的使用所带来的具有社会属性的选型问题，这也迎合了工程伦理教育所一直提倡的工程应用应具有其更广泛的社会价值。

通过第一阶段的线上学习，学生群体主要围绕以下3种控制器进行方案设计：西门子Smart 200可编程逻辑控制器、Lonwork控制器以及基于STM32F103系列的控制器。

西门子Smart 200可编程逻辑控制器加力控上位机的选型依据主要是该方案具有控制系统稳定性好、电磁抗干扰能力强、IO口可扩展以及系统性价比高等突出优势［12］。

Lonwork控制器加力控上位机的选型依据主要是该系统兼容性好，电磁抗干扰能力强但IO口不易扩展，单块控制器的成本高、性价比低［13］；

基于STM32F103系列的控制器加VC＋＋上位机界面的选型依据主要是其系统的功耗低，IO口数量多但其电磁抗干扰能力弱，在工程现场使用需要另外加装屏蔽模块与电压、电流输出转换模块，方案的性价比不够突出［14］。

教师在方案设计过程中应根据学生的方案提出改进意见与建议，帮助学生解决由于技术性与非技术性参数同时设计时所带来的相互制约的问题并提醒学生应注意设计周期带来的时间限制的问题，不能一味追求控制的难度系数还应兼顾设计开发的周期。

从上述3种方案可以看出学生们均考虑到非技术性因素的影响，每个方案均有其特色的地方。学生在前期专业课的学习中积累了一定的专业技能，克服了技术性因素带来的设计困难，能更多地关注非技术性因素带来的影响，能够从社会、经济、环境等诸多方面对方案进行整体设计，表明良好的职业道德素养与职业习惯已在学生的潜意识中逐步树立起来。

2.2 照明线路实物化模型搭建的伦理考量

设计目标是学生充分应用实验室现有的各类照明器具在实验台上搭建照明控制线路，需能实现手动、自动控制等功能，要求线路设计美观、布局合理、布线经济适用以及操作便捷安全。目的是考查学生的动手实践能力、团队协作能力以及主动优化并解决实际工程问题的意识和能力。教师在实训过程中主要考察学生的大局观，让学生明白电气类的工程项目不是通过对器件之间进行简单的串并联操作与随意的布线、走线来完成的，而是在一种严谨求实、高度负责的社会责任感引导下进行设计与实现的。整个动手实践过程要让学生深刻体会到工程项目所具有的特定的社会价值即最大程度地满足社会发展需要，每个工程项目务必追求其精益求精的品质，将项目的社会价值最大化。

教师在实训过程中要把握的伦理考量点是应引导学生充分利用相关的照明工程设计标准与规范对照明线路进行合理的规划与布局，尽量做到层次分明、合理布线、节约成本、走线安全并且能综合考虑方案的经济性。同时，教师还应帮助学生养成良好的实操习惯、熟练使用各类电工工具，树立起良好的工程实践意识。特别是在安装调试环节，应鼓励学生不断地建构问题、解决问题，提高学生解决实际工程问题的能力。

学生的照明线路实物接线对比图如图2所示，其中图2（a）是学生没有接受过工程伦理教育的照明线路接线实物图，图2（b）是接受工程伦理教育后的照明线路接线实物图。

图2 接受工程伦理教育前后的照明线路接线实物对比图

显然，学生经过工程伦理教育后所设计并搭建的照明线路具有线路层次分明、器件布局合理，线路布线规范等特点，不但满足了技术性参数要求，同时兼顾了经济性、安全性等非技术性因素，充分表明了在学生的意识中已具备了超越技术需要的人文以及工程美学的考量，在实践过程中学生已初步体会到工程的社会价值及其特有的社会属性，逐步建立起工程服务社会的意识。教师在工程伦理教育过程中起到催化剂的作用，让学生与工程项目之间发生良好的化学反应，让工程伦理教育扎根在学生的意识中，使工程伦理教育的效益最大化。

2.3 以科学的态度进行评价与考量

学生提交的报告应着重体现照明线路负荷的计算过程、通过查阅相关标准与规范并结合专业课程知识所设计出的照明线路设计方案及其特色之处。学生之间、师生之间应对设计方案进行充分地讨论，以问题作为导向激发学生对工程问题的思考与理解。例如，提出方案3的同学经过前期的调研应能补充他们选型的一大重要依据是该类型控制器的应用前景广阔。由于该控制器自身具有强大的外围扩展功能，通过添加各种好用又不贵的通信模块如无线收发模块、以太网模块、GPS模块等以及嵌入适当的智能算法来实现智能控制，迎合目前社会的发展需要，相比之下方案3才是实现社会价值最大化的有益方案［15-16］。

为了选定出一种更为科学、合理又符合各方面综合效益的方案，同时基于对各方案在实际工程应用情况下的适用性分析，制定了结合技术性、非技术性因素的决策矩阵对设计方案进行评分。表1给出了决策矩阵的具体内容。最终确定的照明设计方案之一如图3所示。

图3 最终确定的照明方案之一（实物图）

表1 最优方案的决策矩阵

由于学生自身工程实践经验的缺乏以及专业知识的不完备导致其在决策矩阵中对影响因素的分类以及技术要求的理解仍不够专业，所以具体的配分占比仍缺乏深入的考量。目前学生现有的实践经验与知识都只局限于指导老师的言传身教与课外自学，学生在整个实训过程中所表现出的努力综合考虑多方面影响因素、求真务实的科学精神以及公正客观的评价意识正是工程伦理教育所要追求的目标，初步体现了工程项目所应具有的社会价值。

3 结 语

由于疫情原因无法让学生所设计的方案在实际的建筑场景中得到充分展示，导致部分专业知识与工程伦理教育之间的衔接不太理想；实训过程中应聘请具有丰富实践经验的工程师进行阶段式的指导，弥补专业课教师的不足之处，“双师化”互补式教学的有效性还需进一步地实践验证；“社会化”效应不够显著，缺乏课堂教学之外的社会环境下的工程伦理教学，在复杂的社会环境下进行工程伦理教育既有现实意义又有挑战性；这是后期实训课程教学中需要注意并逐步改进的方向。

从理念构思到落地实施为期近两年的课程教学改革总结得到一些有益的经验：一是工程伦理因素的融入为实训课程的课程思政做出了积极的探索与实践，该教学方法可以充分发挥专业课教师的作用，设计理念易于被专业课教师理解、掌握并实践；二是学生的接受程度高，不要求学生必须具备完整的专业知识，可以根据不同年级学生的学情数据制定相适应的工程伦理教学方案，重在让学生参与实践，有利于开展“全过程育人”的工科育人教育；三是实训过程中学生们能够洞悉社会发展趋势、把握科技应用热点，将新技术、新方法与实际工程问题相结合，自动建构并解决问题，提出真知灼见，这说明学生通过工程伦理教育已能够用发展的眼光看待问题，工程实践意识与工程设计理念已悄然扎根于学生的心中，初步实现了工程伦理教育所要追求的目标。