创新型工程人才本科课程体系构建与优化研究
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作者:史丽晨 耿素花 王海涛 郭宝良
摘要：文章结合工程教育和创新能力培养，提出创新人才培养大纲，作为培养方案制订的原则和依据。分析了课程体系框架构建时应考虑的原则，通过培养目标与课程交互分析、课程体系交互分析、课程考核成绩相关性分析，给出了相应的量化指标，为创新型工程人才本科课程体系的构建和优化制定了可操作和可衡量的标准，在实践中取得了良好成效。
关键词：创新型;工程教育;课程体系;人才培养大纲
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）41-0185-03
当今工程教育的改革已经成为一个全球性的时代话题。美国国家工程院院长曾指出，“拥有最优秀工程人才的国家，才能占据经济竞争和产业优势的核心地位”。但目前我国工程教育还存在很多问题，严重影响了机械类专业工程人才培养质量。随着高校工程教育改革的深入，一些长期困扰高校工程教育教学工作的问题逐渐暴露，这其中就包括机械类创新型工程人才本科课程体系的构建问题。
一、工程型高等教育本科人才课程体系研究现状
纵观近些年我国机械类专业工程教育课程改革研究与实践，无论是从理论研究还是从实践探索上都取得了较大的进展。比如，在培养目标与课程理念方面，由培养专才向培养通才转变，由重知识传授向强化能力培养转变，提出素质教育的观念，提倡知识、能力、素质的协调发展，培养创新人才。在课程内容方面，注重新知识的引入，增加学科前沿新内容，注重培养学生掌握科学的思维方法。
但是目前机械类专业工程教育课程体系构建方面的研究还存在很多不足，主要包括：（1）对工程教育课程体系构建的理论研究还不够深入，研究成果与实际执行结合不够紧密。工程教育课程体系构建的研究缺乏较为系统的理论基础;课程体系构建的研究缺乏与相关专业一线教师的相互沟通交流，使得研究成果脱离实际，而一线教师在多年教学实践中摸索出的新思想、好方法难以上升到理论层次，影响了实践经验的总结、新理论的产生和经验的推广。（2）本科课程的编制过程中，普遍比较重视课程的比例是否协调、课时的分配是否合理等微观的设计与操作问题，而对“我们要培养什么样的人”、“这些人应该具有什么样的素质、能力和知识”、“实现的效果怎样”等重要而基本的“源头”问题有所忽略。（3）各高校的培养目标和培养方案趋于相同或相近，专业同质化现象严重。如何制定适合本校本科研团队的具有特色的课程体系就显得尤为重要。因此在工程教育改革全面而深入开展的大背景下，以“培养什么样的人”、“怎样培养”和“培养什么特色”为战略思考，研究机械类创新型工程人才培养本科课程体系的构建具有十分重要的意义。
二、创新型工程人才培养大纲构建
人才培养目标是选择和编制课程体系的根本依据和基本原则，对人才培养的具体要求，包括需要的知识、技能、素质都是培养目标的具体内容。人才培养大纲从创新型工程人才所需要的基本素质入手，提出培养人才所需要的基本要素，是人才培养目标选择和确定的基本原则。
工程教育和创新能力培养是当今高等教育培养的主要目标，借鉴国际和国内工程教育专业认证标准，本文将创新型工程人才培养大纲分为三个部分：（1）综合素质要求：具有正确的人生观、世界观和价值观，具有良好的思想品德、社会公德和职业道德;具备一定的人文、艺术及其他社会科学的基础素养;具有良好的团队合作、沟通交流能力;具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。（2）知识要求：以创新型工程人才为培养目标，三方面的知识有特定的含义。①理论基础知识包括：从事工程工作所需的数学、物理、力学等基础学科的理论基础知识。②专业基础知识包括：本专业领域涉及和涵盖的专业基础知识;③专业前沿知识包括：了解并掌握本专业领域学科前沿及发展趋势。（3）能力要求：通过课程学习以及各种实践锻炼，具备专业及相关的分析和解决问题的能力、实践与创新能力、运用计算机和相关仪器设备的能力、专业管理和协调能力。
依据人才培养大纲，制定合理的人才培养目标，根据培养目标，构建课程体系。课程体系构建的流程及考虑要素如下：（1）课程体系框架结构搭建。主要考虑两方面。第一，课程体系选择原则，包括课程选择的理论指导原则、工程教育课程选择原则。第二，课程组织方式，包括课程的时序、课程组结构和课程组织形式。基于以上汇总为工程创新人才课程体系框架。（2）课程体系评价与优化。主要考虑培养目标与课程体系的交互分析、课程体系交互影响分析、课程考核成绩相关性分析。其中培养目标与课程体系的交互分析、课程体系的交互影响分析组合指导课程优选，课程体系交互影响分析、课程考核成绩相关性分析组合指导课程时序。基于以上內容可以构建完整的工程创新人才课程体系。
三、创新型工程人才培养课程体系框架结构搭建
在课程体系框架搭建时，需要依据人才培养目标选择合适的课程，进行课程组织。
培养目标是课程选择的主要依据，目标不同，课程选择的结果有所区别。比如学术型人才培养目标，侧重于基础科学知识的传授，致力于将自然科学与社会科学领域的客观规律转化为科学原理，研究客观规律、发现科学原理。工程型人才侧重于工程科学的研究与设计，强调科学研究能力的培养。技术型人才侧重于综合应用能力与解决实际问题能力的培养。课程体系选择确定之后，需要进行有效的组织。泰勒认为，课程组织需遵从连续性、顺序性和整合性原则;奥利弗（Oliver）则认为课程组织需遵从衔接性、均衡性与连续性原则。基于此，本文提出课程组织应考虑以下三方面的因素。（1）课程时序性。后续课程建立在先修课程所得经验的基础上，同时又是先修课程更深入和广泛的讨论，课程的编排顺序要符合教育的规律和人们的知识规律。（2）课程组结构。合理的课程组结构有利于学科间的交流以及新兴学科的产生与发展，可以增强学习的效率和效果。（3）课程组形式组织。指课程组织过程应灵活多样，课程组织的结果具有可塑性。 四、创新型工程人才培养课程体系的评价与优化
1.课程体系影响因素分析
（1）培养目标与课程体系的交互影响分析。培养目标是课程体系的大纲。将培养目标分解为若干个指标点，将课程分别支撑每个指标点进行权重分配，可以得到每门课程对总的培养目标的支撑权重。
定义本门课程总支撑度AXi，本门课程标准总支撑度AXSi。计算方式如公式（1）（2）。
AX=a（1） AXS=（2）
AY=b（3） AYS=（4）
BX=b（5） BXS=（6）
BY=b（7） BYS=（8）
AX表示本门课程对所有课程总的支撑度。为了便于与其他指标进行比较，将该权值进行标准化，得到本门课程标准总支撑度AXS。
定义本培养目标指标点被支撑度AY，本培养目标指标點标准被支撑度AXS。计算方式如公式（3）（4）。
AY表示本培养目标指标点被支撑度。为了便于与其他指标进行比较，将该权值进行标准化，得到本培养目标指标点标准被支撑度AYS。
以上各计算公式中a表示第i门课程对第j个指标点的支撑度。
AXS表明本门课程对培养目标总的支撑度，值越大，表明其对培养目标支撑度越大。AYS表明本培养目标指标点被支撑度，值越小，表明本指标点未被很好地支撑。
（2）课程体系的交互分析
将课程体系中的课程分为行和列，对课程与课程之间的支撑度进行权重分配。每门课程对自身的支撑权重最大。
定义本门课程对其他课程总支撑度BX，本门课程对其他课程标准总支撑度BXS。计算方式如公式（5）（6）。
BX表示本门课程对其他课程的总支撑度。为了便于与其他指标进行比较，将该权值进行标准化，得到本门课程对其他课程的标准总支撑度BXS。
定义其他课程对本门课程总支撑度BY，其他课程对本门课程标准总支撑度BYS。计算方式如公式（7）（8）。
BY表示其他课程对本门课程总支撑度。为了便于与其他指标进行比较，将该权值进行标准化，得到其他课程对本门课程标准总支撑度BYS。
以上各式中b表示第i门课程对第j门课程的支撑度。
BXS表明了本门课程对其他课程的总支撑度，值越大，说明本门课程在课程体系中起到了越大的支撑作用。BYS表明其他课程对本课程总支撑度，值越小，说明本门课程越少被其他课程支撑。
（3）课程考核成绩相关性分析
学习者通常在相关性较大的课程学习时，具有相同的学习能力。即若学习者擅长某一类课程，则此类课程考核成绩均偏高;如果不擅长此类课程时，此类课程考核成绩均偏低。因此，以分析某位同学的课程考核成绩进行分析，对不同课程之间的相关性也有一定的借鉴作用。
在分析时可按如下两个公式进行计算：
c=（9） c=c （10）
其中：s为第k位同学的第i门课程成绩，s为第k位同学的第j门课程成绩，c为第k位同学的第i和第j门课程相关系数。c为课程体系中第i和第j门课程相关系数，c越大，说明这两门课程相关性越大。
2.课程体系评价指标和评价方式
将各评价因素进行组合，对课程的选择和课程的编排的顺序进行指导。
（1）课程体系设置的合理性。以本培养目标指标点标准被支撑度AYSi为衡量标准，若该指标值过小，说明本培养目标不能完全达成，需要对课程体系进行总体调整。
（2）课程选择指导。设计优选指数Li，对课程选择进行指导。课程优选指数Li计算如下：
L=AXS+BXS （11）
其中AXS计算方式见公式（1）;BXS计算方式见公式（6）。二者相加得到课程优选指数L，其值越大，说明本门课程对培养目标和课程体系起到的支撑作用越大。
（3）课程编排顺序指导。按照全局指标和局部指标两级指标体系对课程编排进行指导。全局指标为课程体系交互分析中其他课程对本门课程标准总支撑度BYS，计算方式见公式（8）。局部指标体系为课程相关系数c，计算方式见公式（9）和（10）。
全局指标体系中，将BYS按照其值由小到大排列，即为课程开设年级的由低到高。因为值越小，表明该门课程受到的其他课程支撑越小，说明本门课程越基础。当BYS值相差不大时，按照局部指标体系的课程相关系数c对课程进行编排，c越大，说明了该两门课程的相关性越大，编排时间靠得越近，授课效果越好。
五、实施效果
在创新型工程人才本科课程体系构建的指导思想下，我校机械类专业积极进行教学改革，进行了课程体系的构建和优化，取得了良好的成效，学生知识结构明显改善，创新活动兴趣明显增强，工程能力明显提升。近四年来，我校机械类学生获准各类科研能力和创新训练计划项目增长了188.9%，竞赛获奖数目增长了124%，本科生专利和论文成果数量增长了733.3%，就业率连续四年保持在98%以上。
本研究结合创新人才培养和工程人才培养目标，提出了创新型工程人才本科课程体系的构建方法，以及创新型工程人才培养的课程体系的评价和优化方法，可操作性强，为高等教育的工程教育改革提供了一个可以借鉴和参考的依据。
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