新工科背景下基于模糊層次分析法的機械類大學生工程素質模型研究

李國超 周宏根 鐘偉 管小燕 卜赫男

摘? 要：新工科建設要求高校的人才培養模式更加強調“復合交叉”與“協同創新”，即側重跨學科、跨領域、跨行業人才的培養。大學生工程素質模型是推動新工科建設的核心內容之一。針對機械學科，研究新工科教育對機械類人才的能力需求，分析新工科創新能力培養體系構成要素的結構與功能，明確機械類大學生工程素質的具體內涵以及核心能力要素，構建機械類工科大學生工程素質模型，形成素質評價指標體系。

關鍵詞：新工科;機械學科;工程素質模型;人才培養;能力需求

中圖分類號：G640? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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

經過多年努力，我國高等院校已為國家建設與發展輸送了大批機械類大學畢業生，其中不乏大量的“大國工匠”“型號總師”等突出人才。然而，不可否認的是，當前機械類大學生的培養模式與新一代科技革命對人才的要求之間還存在較大差距，與西方發達國家相比差距也很明顯，主要表現為工程實踐能力弱、創新能力不足等，機械類大學生的培養模式仍待提升。

新工科是一種新的工程教育發展模式，不僅要解決如何培養具備更強創新創業能力、跨界整合能力的新型工程科技人才的問題，更著眼于面向未來新技術和新產業的發展，著力推動學科交叉融合和跨界整合，并構建工程教育的新理念、新結構、新質量和新體系[1]。由此，新工科建設對人才素質結構提出了動態調整的新要求[2]。

機械學科作為新工科的重要組成部分之一，強調傳統工業技術與信息、控制、大數據和云計算等新技術的緊密結合，為支撐新一輪產業革命，如工業4.0、工業互聯網、中國制造2025等，培養適應新技術、新產業的工程技術人才[3]。面向工程實踐培養機械類大學生的知識應用能力和創造能力，理所當然成為了新工科專業建設改革中亟待解決的問題。

機械類工科大學生工程素質模型機械行業實踐性強，注重經驗技術積累，工程實踐是培養創新能力的關鍵環節。為此，立足于行業和企業需求，以人才培養目標為切入點，厘清機械類大學生工程素質的具體內涵，從工程基本性素質（知識掌握），工程發展性素質（能力形成），工程集成性素質（職業素養）[4-5]三維度確定工程素質的核心能力要素。明析各組成要素的內在邏輯及相互關系，對組成要素進行集結和篩選，確定關鍵要素，界定各要素之間的層次關系，確定工程素質模型的各級指標。對工程素質模型各級指標根據重要程度賦予權重，建立素質塔式評價指標體系，綜合運用模糊分析法和層次分析法揭示各指標要素之間的相對重要性。

一機械類大學生工程素質模型構建

（一）? 指標體系設計

指標體系設計是建立工程素質模型的重要內容之一。通過分析美國、德國、英國和日本等發達國家機械類大學生工程實踐素養培養經驗，同時結合我國機械類大學生工程實踐素養培養的探索，將收集到的工程素質培養評價指標要素進行剔除、補充和篩選，建立新工科背景下機械類大學生工程素質指標體系，為工程素質模型的構建奠定基礎。

將機械類大學生工程素質分為三個維度六個要素，即，工程基本素質維度（工程知識素質要素、工程實踐素質要素）、工程發展素質維度（工程人文素質要素、工程方法論素質要素、工程職業素質要素）和工程集成素質維度（工程創新素質要素）。三個維度六個要素之間相互影響、相互促進，體現了工程素質的層次性和穩定性，保障了現代工程人才素質的良性發展。為進一步對指標體系進行量化和細化，采用層次分析法，構建塔式評價指標體系，系統地將新工科背景下機械類大學生工程素質評價問題構建層次分析結構：第一層，目標層;第二層，準則層;第三層，子準則層;第四層，要素層。

目標層：指標體系所涉及的工程素質培養效果總目標X。

準則層包括3項內容：工程基本素質X1、工程發展素質X2、工程集成素質X3。

子準則層包括9項內容：數理知識B1、專業知識B2、工程知識B3、自學能力B4、創新能力B5、組織能力B6、工匠精神B7、創業能力B8和可持續發展B9。

要素層包括27項內容：理論建模C1、求解計算C2、仿真分析C3、機械設計C4、機械制造C5、機電控制C6、標準體系C7、產業政策C8、成本決策C9、文獻檢索C10、儀器操作C11、軟件使用C12、學科交叉C13、發明創造C14、技術前沿C15、團隊協作C16、項目管理C17、工程管理C18、家國情懷C19、終身學習C20、職業道德C21、創業基礎C22、職業生涯C23、成本分析C24、法律法規C25、工程社會C26和工程環境C27。

各層級之間的關系見表1。

將各層的重要性進行等級劃分，首先，通過專家調研、發放問卷評價等方式形成各要素重要程度的定性結果;其次，基于定性結果構造判斷矩陣，通過確定各層級因子的權重，確定各素質要素的重要程度量化結果?？紤]到工程素質的層次分析法對于交叉能力分析存在一定的局限性，擬采用模糊綜合評價與層次分析法相結合的方法，對工程素質評價進行多指標綜合評價，綜合兩種方法的優點，使工程素質模型更具科學性和可操作性。

（二）? 模糊判斷矩陣建立

為了構造判斷矩陣，采用兩兩比較的判斷方式構建項目判斷矩陣，對重要性進行賦值，該方案對于重要程度描述定量化，選用1～9標度法，其描述見表2。

將收集到的機械類企業工程師和企業管理人員的調查問卷進行整理，獲得判斷矩陣，列于表3至表5。其中，表3為準則層判斷矩陣，表4為子準則層判斷矩陣，表5為要素層判斷矩陣。各判斷矩陣參數記為xij（i，j=1，2，3…，n），其中xij為因素i相對于因素j的重要程度;n為指標個數，以表3為例，因素X1比因素X3的重要性稍強，取值為x13=3。

（三）? 判斷矩陣一致性檢測

為確保判斷矩陣參數科學合理，需要對表3至表5中的判斷矩陣進行一致性檢驗，計算流程：

1）計算判斷矩陣每一行元素的乘積，并求解其1/n值

xi= 。（1）

2）對所有xi進行歸一化處理，即獲得了每個指標的權重

wi= 。 （2）

3）求最大特征根

λmax=∑ 。（3）

4）計算一致性檢驗指標CI

CI= 。 （4）

為確定不同階數判斷矩陣的一致性，引入一致性指標RI表，見表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通過。

將表3—表5矩陣帶入公式（5），可得判斷矩陣一致性檢驗結果，見表7。結果表明，判斷矩陣CR<0.1，結果均具有一致性。

二? 評價模型計算

根據式（3）以及表3至表5，求解獲得各指標的權重，并進行排序，結果見表8。27個要素層的綜合權重分布在0.000 8～0.218范圍內，要素之間對應的綜合權重存在較大差異。

由表8可知，對工程素質的影響因素由大到小依次為：理論建模、機械設計、團隊協作、文獻檢索、學科交叉、求解計算、家國情懷、機械制造、終身學習、仿真分析、儀器操作、項目管理、標準體系、發明創造、創業基礎、軟件使用、機電控制、產業政策、技術前沿、工程管理、職業道德、職業生涯、法律法規、成本分析、成本決策、工程社會、工程環境。

通過上述分析可知，在新工科背景下，機械類學生工程創新能力的培養應與時俱進，積極應對行業變化，契合國際標準和我國重大戰略需求，在夯實數理知識、專業知識等基礎的前提下，強調家國情懷、跨學科交叉融合、團隊協作和自主終身學習等核心素養。

三? 結束語

通過專家調研、發放問卷評價等方式形成各要素重要程度的定性結果，采用模糊綜合評價與層次分析法相結合的方法，對工程素質評價進行多指標綜合評價，分析了機械類大學生工程素質的具體內涵，明確了工程素質的核心能力要素，構建了機械類工科大學生工程素質模型以及素質評價指標體系。

參考文獻：

[1] 李鵬，蘇棟，許文茂.“新工科”視域下生產實習課程建設探析[J].北京科技大學學報（社會科學版），2022，38（1）：1-8.

[2] 姜曉坤，朱泓，李志義.面向新工業革命的新工科人才素質結構及培養[J].中國大學教學，2017（12）：13-17.

[3] 俞勇.基于五維素質模型的高校工程人才培養路徑探究——以福建某工科高校為例[J].大眾標準化，2021（8）：81-83.

[4] 金子祺，鐘博文.面向新工科課程思政的融合貫通教學模式研究——以機械工程專業為例[J].高教學刊，2022，8（3）：70-73.

[5] 郗艷梅，張鐵壁，張鵬程.地方新工科機械類專業產教融合模式的探索與實踐[J].教育教學論壇，2022（11）：133-136.

基金項目：2021年度江蘇省高等教育教學改革項目“新工科背景下機械類人才工程實踐與創新能力培養路徑研究”（2021JSJG141）;2021年度江蘇省教育科學研究院現代教育技術研究所課題“基于微服務架構的智慧校園融合門戶研究”（2021-R-93955）;2021年度江蘇科技大學本科教育教學研究重點課題“新工科視野下機械類大學生工程教育創新能力培養路徑研究與實踐”（XJG2021001）

第一作者簡介：李國超（1988-），男，漢族，山東棗莊人，工學博士，副教授，碩士研究生導師。研究方向為加工狀態智能監測。