新工科背景下基于模糊层次分析法的机械类大学生工程素质模型研究

李国超 周宏根 钟伟 管小燕 卜赫男

摘  要：新工科建设要求高校的人才培养模式更加强调“复合交叉”与“协同创新”，即侧重跨学科、跨领域、跨行业人才的培养。大学生工程素质模型是推动新工科建设的核心内容之一。针对机械学科，研究新工科教育对机械类人才的能力需求，分析新工科创新能力培养体系构成要素的结构与功能，明确机械类大学生工程素质的具体内涵以及核心能力要素，构建机械类工科大学生工程素质模型，形成素质评价指标体系。

关键词：新工科;机械学科;工程素质模型;人才培养;能力需求

中图分类号：G640      文献标志码：A          文章编号：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

經过多年努力，我国高等院校已为国家建设与发展输送了大批机械类大学毕业生，其中不乏大量的“大国工匠”“型号总师”等突出人才。然而，不可否认的是，当前机械类大学生的培养模式与新一代科技革命对人才的要求之间还存在较大差距，与西方发达国家相比差距也很明显，主要表现为工程实践能力弱、创新能力不足等，机械类大学生的培养模式仍待提升。

新工科是一种新的工程教育发展模式，不仅要解决如何培养具备更强创新创业能力、跨界整合能力的新型工程科技人才的问题，更着眼于面向未来新技术和新产业的发展，着力推动学科交叉融合和跨界整合，并构建工程教育的新理念、新结构、新质量和新体系[1]。由此，新工科建设对人才素质结构提出了动态调整的新要求[2]。

机械学科作为新工科的重要组成部分之一，强调传统工业技术与信息、控制、大数据和云计算等新技术的紧密结合，为支撑新一轮产业革命，如工业4.0、工业互联网、中国制造2025等，培养适应新技术、新产业的工程技术人才[3]。面向工程实践培养机械类大学生的知识应用能力和创造能力，理所当然成为了新工科专业建设改革中亟待解决的问题。

机械类工科大学生工程素质模型机械行业实践性强，注重经验技术积累，工程实践是培养创新能力的关键环节。为此，立足于行业和企业需求，以人才培养目标为切入点，厘清机械类大学生工程素质的具体内涵，从工程基本性素质（知识掌握），工程发展性素质（能力形成），工程集成性素质（职业素养）[4-5]三维度确定工程素质的核心能力要素。明析各组成要素的内在逻辑及相互关系，对组成要素进行集结和筛选，确定关键要素，界定各要素之间的层次关系，确定工程素质模型的各级指标。对工程素质模型各级指标根据重要程度赋予权重，建立素质塔式评价指标体系，综合运用模糊分析法和层次分析法揭示各指标要素之间的相对重要性。

一机械类大学生工程素质模型构建

（一）  指标体系设计

指标体系设计是建立工程素质模型的重要内容之一。通过分析美国、德国、英国和日本等发达国家机械类大学生工程实践素养培养经验，同时结合我国机械类大学生工程实践素养培养的探索，将收集到的工程素质培养评价指标要素进行剔除、补充和筛选，建立新工科背景下机械类大学生工程素质指标体系，为工程素质模型的构建奠定基础。

将机械类大学生工程素质分为三个维度六个要素，即，工程基本素质维度（工程知识素质要素、工程实践素质要素）、工程发展素质维度（工程人文素质要素、工程方法论素质要素、工程职业素质要素）和工程集成素质维度（工程创新素质要素）。三个维度六个要素之间相互影响、相互促进，体现了工程素质的层次性和稳定性，保障了现代工程人才素质的良性发展。为进一步对指标体系进行量化和细化，采用层次分析法，构建塔式评价指标体系，系统地将新工科背景下机械类大学生工程素质评价问题构建层次分析结构：第一层，目标层;第二层，准则层;第三层，子准则层;第四层，要素层。

目标层：指标体系所涉及的工程素质培养效果总目标X。

准则层包括3项内容：工程基本素质X1、工程发展素质X2、工程集成素质X3。

子准则层包括9项内容：数理知识B1、专业知识B2、工程知识B3、自学能力B4、创新能力B5、组织能力B6、工匠精神B7、创业能力B8和可持续发展B9。

要素层包括27项内容：理论建模C1、求解计算C2、仿真分析C3、机械设计C4、机械制造C5、机电控制C6、标准体系C7、产业政策C8、成本决策C9、文献检索C10、仪器操作C11、软件使用C12、学科交叉C13、发明创造C14、技术前沿C15、团队协作C16、项目管理C17、工程管理C18、家国情怀C19、终身学习C20、职业道德C21、创业基础C22、职业生涯C23、成本分析C24、法律法规C25、工程社会C26和工程环境C27。

各层级之间的关系见表1。

将各层的重要性进行等级划分，首先，通过专家调研、发放问卷评价等方式形成各要素重要程度的定性结果;其次，基于定性结果构造判断矩阵，通过确定各层级因子的权重，确定各素质要素的重要程度量化结果。考虑到工程素质的层次分析法对于交叉能力分析存在一定的局限性，拟采用模糊综合评价与层次分析法相结合的方法，对工程素质评价进行多指标综合评价，综合两种方法的优点，使工程素质模型更具科学性和可操作性。

（二）  模糊判断矩阵建立

为了构造判断矩阵，采用两两比较的判断方式构建项目判断矩阵，对重要性进行赋值，该方案对于重要程度描述定量化，选用1～9标度法，其描述见表2。

将收集到的机械类企业工程师和企业管理人员的调查问卷进行整理，获得判断矩阵，列于表3至表5。其中，表3为准则层判断矩阵，表4为子准则层判断矩阵，表5为要素层判断矩阵。各判断矩阵参数记为xij（i，j=1，2，3…，n），其中xij为因素i相对于因素j的重要程度;n为指标个数，以表3为例，因素X1比因素X3的重要性稍强，取值为x13=3。

（三）  判断矩阵一致性检测

为确保判断矩阵参数科学合理，需要对表3至表5中的判断矩阵进行一致性检验，计算流程：

1）计算判断矩阵每一行元素的乘积，并求解其1/n值

xi= 。（1）

2）对所有xi进行归一化处理，即获得了每个指标的权重

wi= 。 （2）

3）求最大特征根

λmax=∑ 。（3）

4）计算一致性检验指标CI

CI= 。 （4）

为确定不同阶数判断矩阵的一致性，引入一致性指标RI表，见表6。

CI与RI的（同阶）比值为CR

CR=。（5）

若CR<0.1，则判断矩阵的一致性检验通过。

将表3—表5矩阵带入公式（5），可得判断矩阵一致性检验结果，见表7。结果表明，判断矩阵CR<0.1，结果均具有一致性。

二  評价模型计算

根据式（3）以及表3至表5，求解获得各指标的权重，并进行排序，结果见表8。27个要素层的综合权重分布在0.000 8～0.218范围内，要素之间对应的综合权重存在较大差异。

由表8可知，对工程素质的影响因素由大到小依次为：理论建模、机械设计、团队协作、文献检索、学科交叉、求解计算、家国情怀、机械制造、终身学习、仿真分析、仪器操作、项目管理、标准体系、发明创造、创业基础、软件使用、机电控制、产业政策、技术前沿、工程管理、职业道德、职业生涯、法律法规、成本分析、成本决策、工程社会、工程环境。

通过上述分析可知，在新工科背景下，机械类学生工程创新能力的培养应与时俱进，积极应对行业变化，契合国际标准和我国重大战略需求，在夯实数理知识、专业知识等基础的前提下，强调家国情怀、跨学科交叉融合、团队协作和自主终身学习等核心素养。

三  结束语

通过专家调研、发放问卷评价等方式形成各要素重要程度的定性结果，采用模糊综合评价与层次分析法相结合的方法，对工程素质评价进行多指标综合评价，分析了机械类大学生工程素质的具体内涵，明确了工程素质的核心能力要素，构建了机械类工科大学生工程素质模型以及素质评价指标体系。

参考文献：

[1] 李鹏，苏栋，许文茂.“新工科”视域下生产实习课程建设探析[J].北京科技大学学报（社会科学版），2022，38（1）：1-8.

[2] 姜晓坤，朱泓，李志义.面向新工业革命的新工科人才素质结构及培养[J].中国大学教学，2017（12）：13-17.

[3] 俞勇.基于五维素质模型的高校工程人才培养路径探究——以福建某工科高校为例[J].大众标准化，2021（8）：81-83.

[4] 金子祺，钟博文.面向新工科课程思政的融合贯通教学模式研究——以机械工程专业为例[J].高教学刊，2022，8（3）：70-73.

[5] 郗艳梅，张铁壁，张鹏程.地方新工科机械类专业产教融合模式的探索与实践[J].教育教学论坛，2022（11）：133-136.

基金项目：2021年度江苏省高等教育教学改革项目“新工科背景下机械类人才工程实践与创新能力培养路径研究”（2021JSJG141）;2021年度江苏省教育科学研究院现代教育技术研究所课题“基于微服务架构的智慧校园融合门户研究”（2021-R-93955）;2021年度江苏科技大学本科教育教学研究重点课题“新工科视野下机械类大学生工程教育创新能力培养路径研究与实践”（XJG2021001）

第一作者简介：李国超（1988-），男，汉族，山东枣庄人，工学博士，副教授，硕士研究生导师。研究方向为加工状态智能监测。