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结构工程师知识结构的更新与拓展

(2007-08-02 21:57:58)
分类: 知识管理
 

结构工程师知识结构的更新与拓展

 

 

[摘要] 本文分析了结构工程师从学校到成熟的各个阶段的知识需求和知识结构,强调了信息时代的结构工程师应该具备的能力和素质,提出运用个人知识管理的理念和手段来不断更新和拓展自身的知识结构,以适应日益变化的社会需求。

[关键词]  结构工程师;知识结构;能力;个人知识管理

 

[Abstract] The knowledge requests and knowledge structure needed by a structural engineer in different stages, starting from a new graduate until to a matured one, are analyzed in this paper, it is emphasized on one’s capacity and qualification necessary for a structural engineer under the information era. It is also suggested that in order to accommodating the changeable social needs, the structural engineer has to explore and renew his/her knowledge structure by using the concept of personal knowledge management.

[Keywords] Structural Engineer, Knowledge Structure, Capacity, Personal Knowledge Management

 

一、          概述

科学是科学家探索自然界的产物,工程技术是工程师改造世界、推动社会经济进步的手段。工程师的使命是改造世界,拓宽人类的生存空间,提高生活的质量。新时代的工程师应该是“精明的制造者,可信的创新者,集成的大师,企业的骨干,尖端技术的推动者和知识的管理者”。[1]

结构工程师(土木工程师)也许是最古老的工程师。从知识结构和专业化程度来划分,自十八世纪末至今,大约可分为五代:从多才多艺到初步专业化,从非常专业化到部分系统化和杂交化。信息社会的结构工程师,面临着技术全球化、边缘和交叉新学科发展、信息传播的革命等问题的冲击。除了传统的基础知识和专业知识,计算机技术、管理科学、经济学、社会学和其他人文科学,一并构成了新一代结构工程师所必备的知识结构[2]。一个学科日益渗透,更趋合作化、全球化工作的世界要求结构工程师的个人竞争力的因素越来越回归到个人的素质和工作能力。

 

二、          结构工程师各个阶段的知识需求和知识结构

《礼记·中庸》有云:“博学之,审问之,慎思之,明辨之,笃行之。”说的是为学的几个层次,用来解说结构工程师成长的几个递进阶段的特点,也是很贴切的。当然各个阶段的特点不是绝对的,在某一阶段内,会同时包含几个层次。

a)         “博学之”

学校的课堂教育,注重培养学生具有坚实的数学和力学基础理论知识,自然科学基础知识和人文社会科学知识,较高的外语水平和计算机应用能力,掌握土木工程专业技术基础理论以及一定的工程实践技能。学生应进行广泛的涉猎,养成世界的眼界和开阔的胸襟,否则就是无根之木、无源之水。学校的内容除了基础课、专业基础课和专业课外,还有经济、管理、人文、社会等各方面的课。本科生和研究生阶段的系统学习和培训奠定了一个工程师基本和必须的知识面和知识结构的构架,知识结构的充实和拓展,是工作和实践中一个漫长的过程。以某大学的土木工程专业课程设置为例,主要包括:

基本技能类:画法几何与工程制图C++语言VB语言计算机绘图程序设计等;

专业基础类:结构力学弹性力学弹性力学中的有限元结构稳定性和极限荷载等;

专业理论类:土木工程概论、房屋建筑学建筑结构选型房屋结构检测与加固改造高级装饰工程施工工程概预算和招投标房屋结构抗火设计混凝土结构基本原理、钢结构基本原理土木施工工程学建筑混凝土结构设计混凝土特种结构建筑结构优化设计原理高层建筑施工塔桅结构组合结构木结构大跨度结构建筑钢结构设计、建筑施工荷载与结构设计原理砌体结构建筑结构抗震建筑结构试验等等。

知识经济时代的特点是知识更新的速度非常之快,美国Marcel Dekker, Inc从上世纪五十年代至今一直在出版了一套“工程师应知”丛书(What Every Engineer Should Know),作为对工程师专业领域以外知识的补充,目前已超过五十余本,主要集中在经济管理、计算机技术、新材料、新理论、社会学等,大致列举如下:

经济管理类:对产品质量的责任(Product Liability)、专利(patents)、人力资源管理(Human Resources Management )、经济决策分析(Economic Decision Analysis )、制造成本估计(Manufacturing Cost Estimating)……;

计算机类:人工智能(Artificial Intelligence )、CAD与CAM(Computer-Aided Design and Computer-Aided Manufacturing: The CAD/CAM Revolution)、微机编程设计(Microcomputer Program Design )……;

新材料、新技术:橡胶(Rubber)、材料及构件失效("Material and Component Failure, Failure Analysis and Litigation")、螺栓连接(Threaded Fasteners)……;

其他:工程试验(Test Engineering)、有限元分析(Finite Element Analysis)……;

 

 

 

 

图1 . What Every Engineer Should Know 丛书

图2 NSF报告

    这套书的书目和内容,从一个侧面说明了工程师的知识结构需要与时俱进,唯有不断学习方是向上之车轮。

    中国工程院院长徐匡迪在2004年世界工程师大会期间指出:培养优秀的工程师必须加强新一代工程师的知识基础,知识基础要更加广阔,要给工程师培养可持续的发展理念,要把人文学科与工程发展结合起来[5]

    美国工程院(NAE) 与美国自然科学基金委员会(NSF) 共同组织发起了“2020 工程师”计划。 2004 年底,该计划发表了第一个正式报告:《2020的工程师:新世纪工程的愿景》。2005 年夏,该计划发表了第二个正式报告:《培养2020 的工程师: 为新世纪变革工程教育》。两个报告在详细分析2020 年工程实践的技术、社会、国际与专业等大背景的基础上,描述了对未来工程师的期望与其关键特征,为工程师、教师、雇主与学生建立了未来工程与工程师的共同愿景,进而为工程教育的改革发展作出了一项战略设计,提供了顺应未来需求的变革途径和具体措施[7]

b)        “审问之”

    刚出校门走上工作岗位,新工程师们感觉是茫然,实践知识和经验太少了,意见很少可被采纳,精心准备的东西被证明漏洞百出,理解东西顾此失彼。这都是正常现象,因为学习的第二个阶段才刚刚开始。新工程师们最重要的事情是联系实际,将自己的理论概念实际化,具体化,解读大量的工程实例,在实践中寻找感觉,理解工作的流程,有所不明就要追问到底,要对所学加以怀疑,接受老工程师的指导,尝试解决实际问题。不知旧物无法言新,体会和感受已有的技术,是最有效的起步。工程师只有能够寻根究底,才能具有独立的判断力,能够有见识。

这个时期的年轻工程师很容易步入一个误区,“相信计算机能够代替他们对工程做出正确的判断,……,将掌握了一些结构分析的使用方法等价于掌握结构设计方法。完全没有认识到高质量的工程设计只能是工程理论、大量的实践经验和复杂脑力劳动的产物。”[9]

“近年来结构静力和动力已经到了很高的自动化程度,……,除非你完全掌握程序所采用的理论和近似方法,否则绝不采用任何一个结构分析程序,……,在没有清楚地定义荷载、材料属性和边界条件之前,不要创建计算机模型。”加州大学教授,ETABS创始人爱德华.威尔逊如是说。[10]

c)        “慎思之、明辩之”

    经过一段时间的工作,新工程师开始有感觉了,可以通过自己的思想活动来仔细考察、分析,对某些局部的细小的问题的掌握逐渐熟练起来了,能够理解工作流程中的各个步骤的目的和作用,并且把实践中碰到的问题再去联系理论。

在系统地完成了几个工程以后,工程师应该思考的问题是理论的适用性,模型的准确性,各工种配合间的效率,投入的成本和产出的关系。这个时候的工程师已经用全面和系统的观点来思考自己的工作。知晓管理技术会让工程师的工作更有效。

d)        “笃行之”

等到工程师能够熟悉地掌握各种工序,解决各类技术难题的时候,他已经是一个技术能手了,学有所得,就要努力践履所学,使所学最终有所落实,做到“知行合一”。他需要把工作放到更广阔的背景中去考虑。他所理解的S≤R 已不仅仅是荷载与抗力的关系了,它们已经极大地广义化了,他需要考虑局部和整体的感受,考虑顾客的实际需求,考虑工程的社会效益,要进行流程的再造和优化,要追求技术的创新,他同时会感受到经济学,人文学,社会学指导作用,他会是一个整体中很协调的一部分,他需要去考虑长期效益和可持续发展,忠贞不渝,踏踏实实,一心一意,坚持不懈,追求工程师的真正使命。

    根据对上述几个阶段的描述,一个理想的工程师应该具备以下的知识结构:

        认识科学技术发展的规律,掌握设计科研工作的特点、规律、流程和方法。

        掌握政府关于技术工作的方针、政策、法规和条例。

        系统掌握本专业领域的基础理论和发展趋势,广泛了解相邻专业的一般知识,了解新科学新技术的发展动向。

        系统学习技术管理、生产管理、质量管理、时间管理、运筹学等管理工程知识,掌握基本的工程管理方法。

        了解技术经济的基本概念和经济学的一般原理,掌握技术经济的评价标准、比较原理和计算方法。

        了解计算机的一般工作原理和发展概况,掌握微机操作技术,常用的程序设计、应用软件。

        了解节能技术的基本概念,掌握本专业的节能环保技术。

        信息搜索、科技写作和表达能力的知识必须系统学习,并在工作中熟练运用。

        社会学、法学、美学、心理学等人文科学。

        掌握市场营销方面的基本知识。

        根据本专业的需要,掌握一门外语。

 

三、          获取、更新、重构、拓展知识的技能

结构工程师需要解决的工程技术问题,往往是由多种制约因素构成的综合系统,需要综合运用多种专业知识。工程师不能满足专业知识和经验的纵向积累,而应有意识地将各类知识融会贯通,形成有机的知识网络,在各个阶段都要进行不断地补给,充电,以适应工程系统性的要求。“比竞争对手学习更快、更深、更广可能是惟一的持续竞争优势。” 个人知识管理(Personal Knowledge Management,PKM),是关于个人知识的获取、存储、分享、利用的一个有效技能和方法,它包括三方面的含义:

a)         对个人已经获得的知识进行管理;

作为个人知识管理的起点,结构工程师需要对个人在工作中所需要掌握和应用的专业知识资源进行具体的分析,要明确自己对知识的定位,以确定相关知识的专业分类和每个知识类别下的知识要素类型。结构工程师的特点在于它的个性和综合性,尤其要注重经验和工程实例的积累。

b)        通过各种途径学习新知识, 不断构建自己的知识特色;

结构工程师要熟知自己可以获取知识的公共资源和特定资源,从知识库中提取所需的知识资源,利用系统提供的知识渠道去提取系统以外的知识资源,利用系统提供的知识交流平台与相关的专家进行知识交流,可以大大提高知识获取的效率,降低知识获取的成本。

不少在职工程师重返大学校园攻读更高的学位或进修某些特定课程,政府和企业正通过各种形式,为在职工程师提供进修的机会。

        网络大学:在教育国际化,教育资源共享的趋势下,世界各国纷纷发起了开放式课程计划。麻省理工学院开放式课程(MIT's OpenCourseWare,简称MITOCW)是以网站为架构,将学院内许多教授的教学内容大规模地进行开放分享的计划。其主要目的在于资源共享,希望能提供全世界的自学者免费、搜寻麻省理工学院各课程教材的机会。使用者可以自由观看下载各课程的课程大纲、上课笔记和教学示例,其中还有许多课程包含了影音档案、习题与考题及其解答,另有参考阅读清单等附加部分。

 

 

图3开放式课程网页

        各种工程协会和各种社会力量也都为工程师提供继续教育发挥作用,开设工程师研究专题讲座,向工程界传播工程技术的最新研究成果和发展信息,把工程师带到工程研究的最前沿。

        企业内部进修。企业对本单位所有的工程师进行培训,为自身的生产需要服务。这种办学形式的优点很多,符合需要,费用较少,节省时间,教师好找,还可以购买高校所编制的录像、电视讲座等, 因而日益普遍。 

c)        知识交流是知识管理的环节之一。

个人的知识在交流中得到升华并实现共享,也可以为个人的发展提供条件。个人应该转变观念,不要把个人的知识看作私人财富,主动把自身的知识表达出来共享。个人可以营造个人的知识交流空间,与不同的人对不同的知识进行讨论,在知识交流的过程中,你获得的信息与你原有的知识的结合就是创造的过程。知识交流就是你提出自己的观点,得到反馈,然后修正自己的观点、理论,反复这个过程,新的知识就创造出来了。在一个高手如云的环境中,高手的熏陶会迅速提高个人在某方面、某领域的能力。

四、          优秀工程师的能力和素质

 2005 年4 月美国土木工程师学会在纽约召开结构工程年会,由国际桥梁和结构协会组织专设一主题为“未来结构工程教育”的分会场。会议显示了21 世纪之初国际土木工程界对未来工程师综合高度重视,以及对相关问题的一些战略性思考[8]。一般来说,一个优秀的工程师的能力和素质可归纳成以下几点:

a)         技术才能:

优秀的工程师能出色地掌握技术基础知识,懂得相关领域的最新成就,技术高度准确与熟练,处理问题时有良好的判断力和客观性,能进行抽象的系统思维,能选择最有效和最新的技术成就来解决复杂问题,工作效率特别高,肯在工作上花费大量的精力,是企业中最有才能的人员之一,经常从事最重要的工作,反应迅速,完成的工作量突出。

b)        创造性和灵活性:

“人无我有,人有我优,人优我新”,优秀的工程师既不回避墨守成规的工作,也不回避实践中产生的问题,他善于推陈出新,具有高度的创造性,经常能想出巧妙的办法解决问题,能改革现有方法以适应新的要求,能在不影响工程成果价值的前提下变通工作方法和工作程序,以满足进度要求。

c)        独立性和组织管理能力:

优秀的工程师具有独立工作能力,知道什么该做,怎样去做,什么不应该做;善于计划和组织,在着手工作前就了解一个工程项目的确切要求与规范,能在确保质量的前提下迅速完成指定任务,善于接受别人领导也善于领导别人;

d)        表达能力和沟通能力:

“读万卷书,行万里路,著万言书”,优秀的工程师口才文笔出众,在同事或领导面前能卓有成效地提出与自己论点相关的资料和思想并获得支持,能用清晰、准确、精炼的语言,来表达技术见解,进行技术指导。善于对非专业的顾客有效地表达专业的意图。能有效、全面地理解顾客意图并力争超越顾客的期望。

e)         社会责任感和哲学思辨能力

优秀的工程师具有强烈的社会责任感,基于广博的知识,具备良好的道德判断力[6],重视发展中的效率问题,在能源利用、资源的再生循环利用等方面体现效率,使经济发展、国家发展最终实现可持续发展。优秀工程师需要有哲学思辨的能力,综合考虑工程的合理性问题,在更长的时间尺度上,在更大的空间范围,在更复杂的社会系统中进行分析、认识和评价。

f)         工作热情和大局观

优秀的工程师对工作有浓厚的兴趣,工作主动,完全有能力觉察出发动、规划和实施一项工程的需要,有极好的主意,并主动去付诸实现,经常在业余时间里继续完成或思考工作中的问题,愿意在有压力的条件下工作;能顾全大局,克服局部利益,对整体方针和业务抱积极态度。

 

五、          工作的乐趣和理想

工程师工作目的的三个层次是:生活、乐趣、理想。当生活的要求获得保障后,工作的效率会因自己的兴趣而大幅提升。由于现实社会的复杂性,理想的实现是可遇不可求的,是充满美好与痛苦的。而工作的乐趣是操之在手的,一个优秀的工程师要努力发现和挖掘工作中的乐趣。

结构设计是一种创新,眼看建筑按照了自己的设计拔地而起,满足了我们内心创造事物的渴望。我们所设计的高楼大厦,是建设和谐社会的一部分,“安得广厦千万间,大庇天下寒士俱欢颜”。

设计过程中,包含持续学习的乐趣。这种工作具有不重复的特点,而解决问题的人总是可以从中学到些东西:有时是在实际事务方面,有时是在理论方面,或两者都有。一个优秀的工程师应该是富于鉴赏力的人,鉴赏力是基于独出心裁的见解或深刻的理解力。如果一个虚怀若谷的,好问的,好奇的心智始终保持着探索的精神,那么知识的追求就会成为欢乐的事情,而不会变成痛苦的工作。

工程技术发展史映射着人类文明发展史,地质年代史映射着自然发展史,从维特鲁威、鲁班、到达芬奇,詹天佑,工程交织着艺术和人文,工程融合着自然,工程是人类对自然的梳理。

英国哲学家罗素在他的《自传》的前言中总结了他一生的精神生活为三种单纯却又极强的激情所支配,把它借用到结构工程师的工作中,就是:“对自然启示的渴望,对知识技能的追求,和改造世界无可遏制的冲动。”这三种激情是结构工程师的工作动力,交织着这三种激情的生涯,将是一场人生的盛宴。

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