新工科背景下基于模糊層次分析法的機(jī)械類大學(xué)生工程素質(zhì)模型研究

李國(guó)超 周宏根 鐘偉 管小燕 卜赫男

摘? 要：新工科建設(shè)要求高校的人才培養(yǎng)模式更加強(qiáng)調(diào)“復(fù)合交叉”與“協(xié)同創(chuàng)新”，即側(cè)重跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨行業(yè)人才的培養(yǎng)。大學(xué)生工程素質(zhì)模型是推動(dòng)新工科建設(shè)的核心內(nèi)容之一。針對(duì)機(jī)械學(xué)科，研究新工科教育對(duì)機(jī)械類人才的能力需求，分析新工科創(chuàng)新能力培養(yǎng)體系構(gòu)成要素的結(jié)構(gòu)與功能，明確機(jī)械類大學(xué)生工程素質(zhì)的具體內(nèi)涵以及核心能力要素，構(gòu)建機(jī)械類工科大學(xué)生工程素質(zhì)模型，形成素質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

關(guān)鍵詞：新工科;機(jī)械學(xué)科;工程素質(zhì)模型;人才培養(yǎng);能力需求

中圖分類號(hào)：G640? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）23-0016-04

Abstract： The new engineering construction requires that the talent training mode of colleges and universities lay more emphasis on "composite cross" and "collaborative innovation"， that is， focusing on the training of interdisciplinary， cross-field and cross-industry talents. College students' engineering quality model is one of the core contents to promote the new engineering construction. As for machinery， the paper studies the new engineering education of mechanical talent ability demand， analyzes the new engineering innovation ability training system components of the structure and function， defines the specific connotation of mechanical college students' engineering quality and core ability elements， builds mechanical engineering college students engineering quality model， forms the quality evaluation index system.

Keywords： new engineering; mechanical discipline; engineering quality model; talent training; capacity demand

經(jīng)過(guò)多年努力，我國(guó)高等院校已為國(guó)家建設(shè)與發(fā)展輸送了大批機(jī)械類大學(xué)畢業(yè)生，其中不乏大量的“大國(guó)工匠”“型號(hào)總師”等突出人才。然而，不可否認(rèn)的是，當(dāng)前機(jī)械類大學(xué)生的培養(yǎng)模式與新一代科技革命對(duì)人才的要求之間還存在較大差距，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距也很明顯，主要表現(xiàn)為工程實(shí)踐能力弱、創(chuàng)新能力不足等，機(jī)械類大學(xué)生的培養(yǎng)模式仍待提升。

新工科是一種新的工程教育發(fā)展模式，不僅要解決如何培養(yǎng)具備更強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、跨界整合能力的新型工程科技人才的問(wèn)題，更著眼于面向未來(lái)新技術(shù)和新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，著力推動(dòng)學(xué)科交叉融合和跨界整合，并構(gòu)建工程教育的新理念、新結(jié)構(gòu)、新質(zhì)量和新體系[1]。由此，新工科建設(shè)對(duì)人才素質(zhì)結(jié)構(gòu)提出了動(dòng)態(tài)調(diào)整的新要求[2]。

機(jī)械學(xué)科作為新工科的重要組成部分之一，強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)與信息、控制、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等新技術(shù)的緊密結(jié)合，為支撐新一輪產(chǎn)業(yè)革命，如工業(yè)4.0、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、中國(guó)制造2025等，培養(yǎng)適應(yīng)新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)的工程技術(shù)人才[3]。面向工程實(shí)踐培養(yǎng)機(jī)械類大學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力和創(chuàng)造能力，理所當(dāng)然成為了新工科專業(yè)建設(shè)改革中亟待解決的問(wèn)題。

機(jī)械類工科大學(xué)生工程素質(zhì)模型機(jī)械行業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)，注重經(jīng)驗(yàn)技術(shù)積累，工程實(shí)踐是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此，立足于行業(yè)和企業(yè)需求，以人才培養(yǎng)目標(biāo)為切入點(diǎn)，厘清機(jī)械類大學(xué)生工程素質(zhì)的具體內(nèi)涵，從工程基本性素質(zhì)（知識(shí)掌握），工程發(fā)展性素質(zhì)（能力形成），工程集成性素質(zhì)（職業(yè)素養(yǎng)）[4-5]三維度確定工程素質(zhì)的核心能力要素。明析各組成要素的內(nèi)在邏輯及相互關(guān)系，對(duì)組成要素進(jìn)行集結(jié)和篩選，確定關(guān)鍵要素，界定各要素之間的層次關(guān)系，確定工程素質(zhì)模型的各級(jí)指標(biāo)。對(duì)工程素質(zhì)模型各級(jí)指標(biāo)根據(jù)重要程度賦予權(quán)重，建立素質(zhì)塔式評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，綜合運(yùn)用模糊分析法和層次分析法揭示各指標(biāo)要素之間的相對(duì)重要性。

一機(jī)械類大學(xué)生工程素質(zhì)模型構(gòu)建

（一）? 指標(biāo)體系設(shè)計(jì)

指標(biāo)體系設(shè)計(jì)是建立工程素質(zhì)模型的重要內(nèi)容之一。通過(guò)分析美國(guó)、德國(guó)、英國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家機(jī)械類大學(xué)生工程實(shí)踐素養(yǎng)培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合我國(guó)機(jī)械類大學(xué)生工程實(shí)踐素養(yǎng)培養(yǎng)的探索，將收集到的工程素質(zhì)培養(yǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)要素進(jìn)行剔除、補(bǔ)充和篩選，建立新工科背景下機(jī)械類大學(xué)生工程素質(zhì)指標(biāo)體系，為工程素質(zhì)模型的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

將機(jī)械類大學(xué)生工程素質(zhì)分為三個(gè)維度六個(gè)要素，即，工程基本素質(zhì)維度（工程知識(shí)素質(zhì)要素、工程實(shí)踐素質(zhì)要素）、工程發(fā)展素質(zhì)維度（工程人文素質(zhì)要素、工程方法論素質(zhì)要素、工程職業(yè)素質(zhì)要素）和工程集成素質(zhì)維度（工程創(chuàng)新素質(zhì)要素）。三個(gè)維度六個(gè)要素之間相互影響、相互促進(jìn)，體現(xiàn)了工程素質(zhì)的層次性和穩(wěn)定性，保障了現(xiàn)代工程人才素質(zhì)的良性發(fā)展。為進(jìn)一步對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行量化和細(xì)化，采用層次分析法，構(gòu)建塔式評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，系統(tǒng)地將新工科背景下機(jī)械類大學(xué)生工程素質(zhì)評(píng)價(jià)問(wèn)題構(gòu)建層次分析結(jié)構(gòu)：第一層，目標(biāo)層;第二層，準(zhǔn)則層;第三層，子準(zhǔn)則層;第四層，要素層。

目標(biāo)層：指標(biāo)體系所涉及的工程素質(zhì)培養(yǎng)效果總目標(biāo)X。

準(zhǔn)則層包括3項(xiàng)內(nèi)容：工程基本素質(zhì)X1、工程發(fā)展素質(zhì)X2、工程集成素質(zhì)X3。

子準(zhǔn)則層包括9項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)理知識(shí)B1、專業(yè)知識(shí)B2、工程知識(shí)B3、自學(xué)能力B4、創(chuàng)新能力B5、組織能力B6、工匠精神B7、創(chuàng)業(yè)能力B8和可持續(xù)發(fā)展B9。

要素層包括27項(xiàng)內(nèi)容：理論建模C1、求解計(jì)算C2、仿真分析C3、機(jī)械設(shè)計(jì)C4、機(jī)械制造C5、機(jī)電控制C6、標(biāo)準(zhǔn)體系C7、產(chǎn)業(yè)政策C8、成本決策C9、文獻(xiàn)檢索C10、儀器操作C11、軟件使用C12、學(xué)科交叉C13、發(fā)明創(chuàng)造C14、技術(shù)前沿C15、團(tuán)隊(duì)協(xié)作C16、項(xiàng)目管理C17、工程管理C18、家國(guó)情懷C19、終身學(xué)習(xí)C20、職業(yè)道德C21、創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ)C22、職業(yè)生涯C23、成本分析C24、法律法規(guī)C25、工程社會(huì)C26和工程環(huán)境C27。

各層級(jí)之間的關(guān)系見(jiàn)表1。

將各層的重要性進(jìn)行等級(jí)劃分，首先，通過(guò)專家調(diào)研、發(fā)放問(wèn)卷評(píng)價(jià)等方式形成各要素重要程度的定性結(jié)果;其次，基于定性結(jié)果構(gòu)造判斷矩陣，通過(guò)確定各層級(jí)因子的權(quán)重，確定各素質(zhì)要素的重要程度量化結(jié)果。考慮到工程素質(zhì)的層次分析法對(duì)于交叉能力分析存在一定的局限性，擬采用模糊綜合評(píng)價(jià)與層次分析法相結(jié)合的方法，對(duì)工程素質(zhì)評(píng)價(jià)進(jìn)行多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，綜合兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，使工程素質(zhì)模型更具科學(xué)性和可操作性。

（二）? 模糊判斷矩陣建立

為了構(gòu)造判斷矩陣，采用兩兩比較的判斷方式構(gòu)建項(xiàng)目判斷矩陣，對(duì)重要性進(jìn)行賦值，該方案對(duì)于重要程度描述定量化，選用1～9標(biāo)度法，其描述見(jiàn)表2。

將收集到的機(jī)械類企業(yè)工程師和企業(yè)管理人員的調(diào)查問(wèn)卷進(jìn)行整理，獲得判斷矩陣，列于表3至表5。其中，表3為準(zhǔn)則層判斷矩陣，表4為子準(zhǔn)則層判斷矩陣，表5為要素層判斷矩陣。各判斷矩陣參數(shù)記為xij（i，j=1，2，3…，n），其中xij為因素i相對(duì)于因素j的重要程度;n為指標(biāo)個(gè)數(shù)，以表3為例，因素X1比因素X3的重要性稍強(qiáng)，取值為x13=3。

（三）? 判斷矩陣一致性檢測(cè)

為確保判斷矩陣參數(shù)科學(xué)合理，需要對(duì)表3至表5中的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)算流程：

1）計(jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積，并求解其1/n值

xi= 。（1）

2）對(duì)所有xi進(jìn)行歸一化處理，即獲得了每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重

wi= 。 （2）

3）求最大特征根

λmax=∑ 。（3）

4）計(jì)算一致性檢驗(yàn)指標(biāo)CI

CI= 。 （4）

為確定不同階數(shù)判斷矩陣的一致性，引入一致性指標(biāo)RI表，見(jiàn)表6。

CI與RI的（同階）比值為CR

CR=。（5）

若CR<0.1，則判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)通過(guò)。

將表3—表5矩陣帶入公式（5），可得判斷矩陣一致性檢驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表7。結(jié)果表明，判斷矩陣CR<0.1，結(jié)果均具有一致性。

二? 評(píng)價(jià)模型計(jì)算

根據(jù)式（3）以及表3至表5，求解獲得各指標(biāo)的權(quán)重，并進(jìn)行排序，結(jié)果見(jiàn)表8。27個(gè)要素層的綜合權(quán)重分布在0.000 8～0.218范圍內(nèi)，要素之間對(duì)應(yīng)的綜合權(quán)重存在較大差異。

由表8可知，對(duì)工程素質(zhì)的影響因素由大到小依次為：理論建模、機(jī)械設(shè)計(jì)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、文獻(xiàn)檢索、學(xué)科交叉、求解計(jì)算、家國(guó)情懷、機(jī)械制造、終身學(xué)習(xí)、仿真分析、儀器操作、項(xiàng)目管理、標(biāo)準(zhǔn)體系、發(fā)明創(chuàng)造、創(chuàng)業(yè)基礎(chǔ)、軟件使用、機(jī)電控制、產(chǎn)業(yè)政策、技術(shù)前沿、工程管理、職業(yè)道德、職業(yè)生涯、法律法規(guī)、成本分析、成本決策、工程社會(huì)、工程環(huán)境。

通過(guò)上述分析可知，在新工科背景下，機(jī)械類學(xué)生工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，積極應(yīng)對(duì)行業(yè)變化，契合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)重大戰(zhàn)略需求，在夯實(shí)數(shù)理知識(shí)、專業(yè)知識(shí)等基礎(chǔ)的前提下，強(qiáng)調(diào)家國(guó)情懷、跨學(xué)科交叉融合、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和自主終身學(xué)習(xí)等核心素養(yǎng)。

三? 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)專家調(diào)研、發(fā)放問(wèn)卷評(píng)價(jià)等方式形成各要素重要程度的定性結(jié)果，采用模糊綜合評(píng)價(jià)與層次分析法相結(jié)合的方法，對(duì)工程素質(zhì)評(píng)價(jià)進(jìn)行多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)，分析了機(jī)械類大學(xué)生工程素質(zhì)的具體內(nèi)涵，明確了工程素質(zhì)的核心能力要素，構(gòu)建了機(jī)械類工科大學(xué)生工程素質(zhì)模型以及素質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

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基金項(xiàng)目：2021年度江蘇省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目“新工科背景下機(jī)械類人才工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力培養(yǎng)路徑研究”（2021JSJG141）;2021年度江蘇省教育科學(xué)研究院現(xiàn)代教育技術(shù)研究所課題“基于微服務(wù)架構(gòu)的智慧校園融合門戶研究”（2021-R-93955）;2021年度江蘇科技大學(xué)本科教育教學(xué)研究重點(diǎn)課題“新工科視野下機(jī)械類大學(xué)生工程教育創(chuàng)新能力培養(yǎng)路徑研究與實(shí)踐”（XJG2021001）

第一作者簡(jiǎn)介：李國(guó)超（1988-），男，漢族，山東棗莊人，工學(xué)博士，副教授，碩士研究生導(dǎo)師。研究方向?yàn)榧庸顟B(tài)智能監(jiān)測(cè)。