創新型工程人才本科課程體系構建與優化研究

史麗晨 耿素花 王海濤 郭寶良

摘要：文章結合工程教育和創新能力培養，提出創新人才培養大綱，作為培養方案制訂的原則和依據。分析了課程體系框架構建時應考慮的原則，通過培養目標與課程交互分析、課程體系交互分析、課程考核成績相關性分析，給出了相應的量化指標，為創新型工程人才本科課程體系的構建和優化制定了可操作和可衡量的標準，在實踐中取得了良好成效。

關鍵詞：創新型;工程教育;課程體系;人才培養大綱

中圖分類號：G642.0? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）41-0185-03

當今工程教育的改革已經成為一個全球性的時代話題。美國國家工程院院長曾指出，“擁有最優秀工程人才的國家，才能占據經濟競爭和產業優勢的核心地位”。但目前我國工程教育還存在很多問題，嚴重影響了機械類專業工程人才培養質量。隨著高校工程教育改革的深入，一些長期困擾高校工程教育教學工作的問題逐漸暴露，這其中就包括機械類創新型工程人才本科課程體系的構建問題。

一、工程型高等教育本科人才課程體系研究現狀

縱觀近些年我國機械類專業工程教育課程改革研究與實踐，無論是從理論研究還是從實踐探索上都取得了較大的進展。比如，在培養目標與課程理念方面，由培養專才向培養通才轉變，由重知識傳授向強化能力培養轉變，提出素質教育的觀念，提倡知識、能力、素質的協調發展，培養創新人才。在課程內容方面，注重新知識的引入，增加學科前沿新內容，注重培養學生掌握科學的思維方法。

但是目前機械類專業工程教育課程體系構建方面的研究還存在很多不足，主要包括：（1）對工程教育課程體系構建的理論研究還不夠深入，研究成果與實際執行結合不夠緊密。工程教育課程體系構建的研究缺乏較為系統的理論基礎;課程體系構建的研究缺乏與相關專業一線教師的相互溝通交流，使得研究成果脫離實際，而一線教師在多年教學實踐中摸索出的新思想、好方法難以上升到理論層次，影響了實踐經驗的總結、新理論的產生和經驗的推廣。（2）本科課程的編制過程中，普遍比較重視課程的比例是否協調、課時的分配是否合理等微觀的設計與操作問題，而對“我們要培養什么樣的人”、“這些人應該具有什么樣的素質、能力和知識”、“實現的效果怎樣”等重要而基本的“源頭”問題有所忽略。（3）各高校的培養目標和培養方案趨于相同或相近，專業同質化現象嚴重。如何制定適合本校本科研團隊的具有特色的課程體系就顯得尤為重要。因此在工程教育改革全面而深入開展的大背景下，以“培養什么樣的人”、“怎樣培養”和“培養什么特色”為戰略思考，研究機械類創新型工程人才培養本科課程體系的構建具有十分重要的意義。

二、創新型工程人才培養大綱構建

人才培養目標是選擇和編制課程體系的根本依據和基本原則，對人才培養的具體要求，包括需要的知識、技能、素質都是培養目標的具體內容。人才培養大綱從創新型工程人才所需要的基本素質入手，提出培養人才所需要的基本要素，是人才培養目標選擇和確定的基本原則。

工程教育和創新能力培養是當今高等教育培養的主要目標，借鑒國際和國內工程教育專業認證標準，本文將創新型工程人才培養大綱分為三個部分：（1）綜合素質要求：具有正確的人生觀、世界觀和價值觀，具有良好的思想品德、社會公德和職業道德;具備一定的人文、藝術及其他社會科學的基礎素養;具有良好的團隊合作、溝通交流能力;具有自主學習和終身學習的意識，有不斷學習和適應發展的能力。（2）知識要求：以創新型工程人才為培養目標，三方面的知識有特定的含義。①理論基礎知識包括：從事工程工作所需的數學、物理、力學等基礎學科的理論基礎知識。②專業基礎知識包括：本專業領域涉及和涵蓋的專業基礎知識;③專業前沿知識包括：了解并掌握本專業領域學科前沿及發展趨勢。（3）能力要求：通過課程學習以及各種實踐鍛煉，具備專業及相關的分析和解決問題的能力、實踐與創新能力、運用計算機和相關儀器設備的能力、專業管理和協調能力。

依據人才培養大綱，制定合理的人才培養目標，根據培養目標，構建課程體系。課程體系構建的流程及考慮要素如下：（1）課程體系框架結構搭建。主要考慮兩方面。第一，課程體系選擇原則，包括課程選擇的理論指導原則、工程教育課程選擇原則。第二，課程組織方式，包括課程的時序、課程組結構和課程組織形式?；谝陨蠀R總為工程創新人才課程體系框架。（2）課程體系評價與優化。主要考慮培養目標與課程體系的交互分析、課程體系交互影響分析、課程考核成績相關性分析。其中培養目標與課程體系的交互分析、課程體系的交互影響分析組合指導課程優選，課程體系交互影響分析、課程考核成績相關性分析組合指導課程時序?；谝陨蟽热菘梢詷嫿ㄍ暾墓こ虅撔氯瞬耪n程體系。

三、創新型工程人才培養課程體系框架結構搭建

在課程體系框架搭建時，需要依據人才培養目標選擇合適的課程，進行課程組織。

培養目標是課程選擇的主要依據，目標不同，課程選擇的結果有所區別。比如學術型人才培養目標，側重于基礎科學知識的傳授，致力于將自然科學與社會科學領域的客觀規律轉化為科學原理，研究客觀規律、發現科學原理。工程型人才側重于工程科學的研究與設計，強調科學研究能力的培養。技術型人才側重于綜合應用能力與解決實際問題能力的培養。課程體系選擇確定之后，需要進行有效的組織。泰勒認為，課程組織需遵從連續性、順序性和整合性原則;奧利弗（Oliver）則認為課程組織需遵從銜接性、均衡性與連續性原則。基于此，本文提出課程組織應考慮以下三方面的因素。（1）課程時序性。后續課程建立在先修課程所得經驗的基礎上，同時又是先修課程更深入和廣泛的討論，課程的編排順序要符合教育的規律和人們的知識規律。（2）課程組結構。合理的課程組結構有利于學科間的交流以及新興學科的產生與發展，可以增強學習的效率和效果。（3）課程組形式組織。指課程組織過程應靈活多樣，課程組織的結果具有可塑性。

四、創新型工程人才培養課程體系的評價與優化

1.課程體系影響因素分析

（1）培養目標與課程體系的交互影響分析。培養目標是課程體系的大綱。將培養目標分解為若干個指標點，將課程分別支撐每個指標點進行權重分配，可以得到每門課程對總的培養目標的支撐權重。

定義本門課程總支撐度AXi，本門課程標準總支撐度AXSi。計算方式如公式（1）（2）。

AX=a（1） AXS=（2）

AY=b（3） AYS=（4）

BX=b（5） BXS=（6）

BY=b（7） BYS=（8）

AX表示本門課程對所有課程總的支撐度。為了便于與其他指標進行比較，將該權值進行標準化，得到本門課程標準總支撐度AXS。

定義本培養目標指標點被支撐度AY，本培養目標指標點標準被支撐度AXS。計算方式如公式（3）（4）。

AY表示本培養目標指標點被支撐度。為了便于與其他指標進行比較，將該權值進行標準化，得到本培養目標指標點標準被支撐度AYS。

以上各計算公式中a表示第i門課程對第j個指標點的支撐度。

AXS表明本門課程對培養目標總的支撐度，值越大，表明其對培養目標支撐度越大。AYS表明本培養目標指標點被支撐度，值越小，表明本指標點未被很好地支撐。

（2）課程體系的交互分析

將課程體系中的課程分為行和列，對課程與課程之間的支撐度進行權重分配。每門課程對自身的支撐權重最大。

定義本門課程對其他課程總支撐度BX，本門課程對其他課程標準總支撐度BXS。計算方式如公式（5）（6）。

BX表示本門課程對其他課程的總支撐度。為了便于與其他指標進行比較，將該權值進行標準化，得到本門課程對其他課程的標準總支撐度BXS。

定義其他課程對本門課程總支撐度BY，其他課程對本門課程標準總支撐度BYS。計算方式如公式（7）（8）。

BY表示其他課程對本門課程總支撐度。為了便于與其他指標進行比較，將該權值進行標準化，得到其他課程對本門課程標準總支撐度BYS。

以上各式中b表示第i門課程對第j門課程的支撐度。

BXS表明了本門課程對其他課程的總支撐度，值越大，說明本門課程在課程體系中起到了越大的支撐作用。BYS表明其他課程對本課程總支撐度，值越小，說明本門課程越少被其他課程支撐。

（3）課程考核成績相關性分析

學習者通常在相關性較大的課程學習時，具有相同的學習能力。即若學習者擅長某一類課程，則此類課程考核成績均偏高;如果不擅長此類課程時，此類課程考核成績均偏低。因此，以分析某位同學的課程考核成績進行分析，對不同課程之間的相關性也有一定的借鑒作用。

在分析時可按如下兩個公式進行計算：

c=（9） c=c （10）

其中：s為第k位同學的第i門課程成績，s為第k位同學的第j門課程成績，c為第k位同學的第i和第j門課程相關系數。c為課程體系中第i和第j門課程相關系數，c越大，說明這兩門課程相關性越大。

2.課程體系評價指標和評價方式

將各評價因素進行組合，對課程的選擇和課程的編排的順序進行指導。

（1）課程體系設置的合理性。以本培養目標指標點標準被支撐度AYSi為衡量標準，若該指標值過小，說明本培養目標不能完全達成，需要對課程體系進行總體調整。

（2）課程選擇指導。設計優選指數Li，對課程選擇進行指導。課程優選指數Li計算如下：

L=AXS+BXS （11）

其中AXS計算方式見公式（1）;BXS計算方式見公式（6）。二者相加得到課程優選指數L，其值越大，說明本門課程對培養目標和課程體系起到的支撐作用越大。

（3）課程編排順序指導。按照全局指標和局部指標兩級指標體系對課程編排進行指導。全局指標為課程體系交互分析中其他課程對本門課程標準總支撐度BYS，計算方式見公式（8）。局部指標體系為課程相關系數c，計算方式見公式（9）和（10）。

全局指標體系中，將BYS按照其值由小到大排列，即為課程開設年級的由低到高。因為值越小，表明該門課程受到的其他課程支撐越小，說明本門課程越基礎。當BYS值相差不大時，按照局部指標體系的課程相關系數c對課程進行編排，c越大，說明了該兩門課程的相關性越大，編排時間靠得越近，授課效果越好。

五、實施效果

在創新型工程人才本科課程體系構建的指導思想下，我校機械類專業積極進行教學改革，進行了課程體系的構建和優化，取得了良好的成效，學生知識結構明顯改善，創新活動興趣明顯增強，工程能力明顯提升。近四年來，我校機械類學生獲準各類科研能力和創新訓練計劃項目增長了188.9%，競賽獲獎數目增長了124%，本科生專利和論文成果數量增長了733.3%，就業率連續四年保持在98%以上。

本研究結合創新人才培養和工程人才培養目標，提出了創新型工程人才本科課程體系的構建方法，以及創新型工程人才培養的課程體系的評價和優化方法，可操作性強，為高等教育的工程教育改革提供了一個可以借鑒和參考的依據。

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