机械工程专业人才培养方案的对比研究

姜峰 徐西鹏 黄辉 李远 郭桦 言兰

[ 摘 要 ] 通过对麻省理工学院、清华大学和华侨大学机械工程专业的培养方案的深入剖析，建立了多个学年的课程联系图谱，对比分析3个高校课程设置的特点，并对课程设置的合理安排提出建议，对机械工程专业人才培养方案的制定和修订有一定的借鉴意义。

[ 关键词 ] 培养方案；教学计划；机械工程专业；麻省理工学院；清华大学；华侨大学

[ 中图分类号 ] G642 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] 1005-4634（2018）04-0019-08

0 引言

新世纪以来，党和国家深入实施人才强国战略，推动我国由人力资源大国迈进人才强国行列，制造业人才队伍建设取得了显著成绩，有力地支撑了制造业持续快速发展[ 1 ]。在制造业人才培养规模方面，我国位居世界前列，并且在制造业人力资源的结构逐渐优化。但是，目前人才建设还存在一些问题，制造业人才结构性过剩与短缺并存，传统产业人才素质提高和转岗、转业任务艰巨，领军人才和大国工匠紧缺，基础制造、先进制造技术领域人才不足，支撑制造业转型升级能力不强。高校作为制造业人才培养的主要环节，在人才培养上与企业实际需求脱节，产教融合不够深入、工程教育实践环节还比较薄弱，学校和培训机构基础能力建设相对滞后[ 2 ]。为贯彻落实《中国制造2025》，健全人才培养体系，提高制造业人才素质，实现到2020年人才培养与制造业的发展目标，目前我国高校在人才培养，尤其是制造业人才的培养中存在的问题必须要得到解决，要提升制造业人才的培养水平。我国高校机械工程专业人才培养存在的问题集中在以下几點。

1） 学生实践能力弱，和企业需求脱钩。据不完全统计，我国有近350所大专院校开设了机械工程专业。2016年，机械工程专业在校学生数量位居世界第一，但是学生的培养质量和社会认可度不容乐观。《中国工程教育质量报告（2013年度）》从行业的发展和用人单位的需求方面对工程教育的社会需求进行了分析，认为工科毕业生在国际竞争能力、经营管理能力、学科知识交叉融合能力等方面有待进一步提高；用人单位则认为工科毕业生的实际动手能力需要加强，这些都要求工程教育人才培养应适时做出相应的调整和变革[ 3 ]。目前，国家相继出台相关政策，改变工科人才的培养模式。比如，在中考阶段对学生进行分流，一部分学生进入高等职业学校学习，一部分学生进入大学。相对于普通高等教育培养的学术型人才而言，高等职业教育偏重于培养高等技术应用型人才，目标就是实用化，在完全中等教育的基础上培养出一批既有大学知识，又有一定专业技术和技能的人才。研究生教育，分为专业学位硕士和学术型硕士。学术型硕士教育以培养教学和科研人才为主，授予学位的类型主要是学术型学位；专业型硕士是国家为了克服学术型硕士的不足新增的一种新硕士，培养的是市场紧缺的应用型人才。

2） 教学理念较为陈旧，教学大纲创新性不足，教学规划不系统。虽然我国很多一流水平高校的机械工程专业培养方案都能体现出自己的特色，但是国内大部分院校的机械工程专业还在沿用上世纪末的教学大纲、教学方法，甚至教材。学生的专业知识与主流技术严重脱节，使“输在了校门口”。美国麻省理工学院在10多年前就提出并持续发展和倡导了全新的CDIO（conceiving-designing-implementing-operation，即“构思—设计—实现—运行”）工程教育理念和以能力培养为目标的CDIO大纲[ 4 ]。清华大学机械工程专业的培养目标是使毕业生具有广阔的全球视野，并在世界领先的学术机构或企业成为卓越的行业专家、具有国际化视野的引领人才、带动国内外技术与经济及社会创新的创业者，热爱机械工程并具有高度的社会责任感，并能改进制造行业，推动产业的发展[ 5 ]。这些学校的经验可以起到很好的借鉴作用。

3） 学科专业结构单一，人才培养体系缺乏层次。学校要合理调整学科专业结构，建立多层次多结构人才培养体系，同时打造更先进的制造业人才需要的平台，才能使人才培养的质量与国际接轨[ 6 ]。2017年4月，天津召开的“新工科建设研讨会”着重强调了新工科学科建设和人才培养的紧迫性和重要性[ 7 ]。教育部高等教育司司长张大良指出，建设发展新工科要着眼于高等教育改革发展的全局，把握高校人才培养工作的新形势、新任务。中国工程院院士、天津大学校长钟登华认为，新工科的内涵要以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养多元化、创新型卓越工程人才，为未来提供智力和人才支撑[ 8 ]。清华大学副校长兼教务长杨斌认为，大学怎么开设适应新工科的新专业，要落实“校本管理”，教育部备个案做个统计就好。杨斌呼吁，新工科人才培养，必须要推进“教师+”和“课程+”的建设；改变工科人才培养不接地气的现状，只有靠 “产业高手进入校园课堂，学生走入产业真刀真枪”， “大学也许应该强制性地让学生拿出一到两个学期的时间，完全泡在实践中”[ 9 ]。

造成上述问题的背景复杂，影响因素众多，因此制定合理的人才培养方案显得尤为重要。人才培养方案是学校办学理念和教育思想的集中体现，是实现高等学校人才培养目标和基本规格要求的总体设计蓝图，是学校对教育、教学质量监控与评价的基础性文件。在实施全面素质教育的前提下，高校要重点设计好精练而实用的专业教育课程体系，使学生扎实掌握本专业的基本理论、基本知识和基本技能，同时拓宽其知识面，可设柔性专业方向课程模块（限选）和专业拓展课程（任选）供学生选修[ 10 ]。课程体系实质上是个目标体系，其层次性体现在课程之间的层次性和课程内容的层次性。课程之间有递进关系和平行关系。在人类知识体系中，基础理论知识处于稳定层，专业理论知识处于亚稳定层，技术知识处于不稳定层[ 10 ]。培养方案中，课程的设置是一环扣一环，循序渐进不断提高的过程。

麻省理工学院的机械专业在2015～2016年QS世界大学学科（系）或学科内专业排名第一，清华大学的机械专业在国内排名第一，是作者曾经工作过的地方，华侨大学在非“985”“211”高校中机械专业排名靠前，是作者目前工作的学校，这3个学校分别代表了世界上和国内最优秀的工科学校以及一般工科学校。通过选取麻省理工学院、清华大学和华侨大学作为代表，本文对3个学校机械工程专业的培养方案进行了深入剖析，建立了多个学年的课程联系图谱，对比分析这些高校的课程设置特点，并对课程设置的合理安排提出建议，这对机械工程专业人才培养方案的制定和修订有一定的借鉴意义。

1 麻省理工学院机械工程专业培养方案

麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，以下简称MIT）坐落于美国马萨诸塞州剑桥市，是世界著名私立的研究型大学。麻省理工学院创立于1861年，素以世界顶尖的工程学和计算机科学著称。麻省理工学院的工学在2015～2016年世界大学学术领域及学科排名第一，机械工程专业在2015～2016年QS世界大学学科（系）或学科内的专业排名第一。机械工程专业的学习是4年内完成的，每年分為秋、冬、春3个学期，本科生需要修的总学分约390。其中，春、秋季学期课程总学分387；夏季学期实践环节3～6学分[ 11 ]。MIT的课程由6个部分组成：必修课、信息交流课、专业核心课、专业领域课程、实验和提高类课程、非限制性选修课。必修课（general institute requirements，以下简称GIRs）和信息交流课是所有系的学生都必须上的，主要是自然科学、人文社会科学、技术、实验等方面的基础课程。GIRs规定了每个学科领域学生必须完成的课程门数，共17门。专业核心课、专业领域课程、实验和提高类课程、非限制性选修课则根据不同的系科来确定， 表1所示为麻省理工学院通识教育必修课程及非限制先选修课程数目及需要的选修数。

麻省理工学院培养方案中的一个重要特点是：文理相通，即通识教育与专业教育相结合。麻省理工学院虽然是一所著名的理工学院，但它并不忽视人文学科的教育[ 12 ]。麻省理工学院在建校之初的宗旨就是提供一般的教育，使其在数学、物理、自然科学、英语和其它现代语言以及心理学和政治学的基础上，为学生在毕业后能适应任何领域的工作做好准备。进入大学第一年，学生主要学习人文、艺术和社会科学方面的必修课，在这个课程结束后才开始科学必修课。

麻省理工学院机械工程系为本科生提供了3套学习机械工程课程计划，第一套计划主要是为今后从事机械工程专业相关领域的职业做好准备，同时也为进入相关专业研究生的学习打下坚实的基础。第二套计划是为机械海洋工程方向的学生提供课程计划。第三套计划是为学有余力的学生提供强化课程计划，除了机械工程的相关课程外，还涉及到生物、能源、管理及控制等相关专业[ 13 ]。

图1为麻省理工学院机械工程专业第一套课程计划典型课程流程图。学校在一年级主要开设通识教育的课程，也就是人文、艺术和社会科学方面的必修课，但在图中没有显示出来；从二年级开始设置科学必修课程、科学与技术限制选修课程以及实验必修课程的学习。数学作为基础学科，是其他学科的基础，因此安排在在第二学年秋季学期。力学与材料以及物理学是机械工程专业的基础，应该尽可能地早修（通常在第一学年的第二学期）。机械工程数值计算安排在力学与材料以及物理学之后。机械工程工具被要求必须安排在自由活动月，也就是第二学年的冬季学期。独立活动期计划（independent activities period，以下简称IAP）中，每年的1月4日到1月29日是麻省理工学院专门为学生设立的独立活动期[ 9 ]。在这4个星期里，学生们可自由安排自己的学习日程。机械工程工具课程让学生自主地学习，使其更充分和灵活地认识机械工程所用到的工具，这比在课堂上传授的效果要好。春季学习专业课主要为设计与制造I，动力与控制等专业课以及物理等专业基础课，这些课程是机械工程专业后续学习的基础。到第三学年，学生学习测量和仪器仪表，热流工程，力学与材料，化学以及热流工程。测量和仪器仪表需要以力学、材料学、数值计算，微积分等作为基础知识。第四学年学生进行本科毕业设计，与国内学校课程设置不一样的是，毕业设计安排在第一学期，在第二学期还要进行设计与制造II和相应的实验课程。

对于专业课程设计与麻省理工学院CDIO大纲要求实现的理论层面的知识体系相对应，每个学科都需要一些通识教育获得的知识作为基础，也就是基础科学。有了基础科学的知识作为基础，学生学习机械工程专业要求的核心工程基础，跟进一步的高级工程基础知识体系。工程教育要解决工程问题，这需要未来的工程师具备发现问题，推理解决问题，系统的辩证思维的能力，理论与实践联系的能力[ 14 ]。这与课程设置中的实验课、科学与技术限制性选修课相对应。麻省理工学院的课程设置基于大工程观。大工程观不只考虑科学和技术问题，还把经济、文化、社会和环境等因素考虑进去。课程的设置要重视工程的系统性和其实践特征，麻省理工学院学生的培养目标是要把学生培训成未来的科技领袖，发展最前沿的工程知识以及工程实践。这样不仅需要学生有扎实的理论基础，还要有与人合作、发现问题解决问题的能力，以服务于国家和世界。

麻省理工学院不仅在创新领域引领了世界的潮流，在自主创业方面也有优势，通用汽车、惠普、英特尔、德州仪器、吉列剃须刀等著名公司都由麻省理工学院校友创办的。麻省理工学院创业发展最重要的基础和本钱就是“知识”。这些知识来源于麻省理工学院自身的研究，这就是麻省理工学院独特的创新创业模式。麻省理工学院开创了以高校为主导的大学、政府、产业联合的创新创业模式，即麻省理工学院与产业界、政府（包括地方政府、联邦政府）建立了新型交叉的互补关系，三者间存在着一种共生性。麻省理工学院创业成功的关键因素有以下3个：（1）面向麻省理工学院所有师生；（2）整合创业理论和实践的双轨教育；（3）立足现实问题，鼓励学科交叉[ 12 ]。

2 清华大学机械工程专业培养方案

清华大学机械工程学院的前身是于1932年成立的清华大学工学院“机械工程学系”。当前，机械工程学院包含机械工程系、精密仪器系、热能工程系、汽车工程系、工业工程系以及基础工业训练中心6个部门[ 15 ]；在读本科生近700人、硕士生近300人、博士生近300人；开设本科生课程70余门/年，研究生课程40余门/年。机械工程系致力于培养研究型、创新型、管理型和国际型的卓越工程人才及引领人才。本科学制4年，按照学分制管理机制，实行弹性学习年限。本科培养总学分为171，其中春、秋季学期课程总学分为137；夏季学期实践环节19学分，综合论文训练为15学分。课程设置分为：公共基础课程，包括思想政治理论课、体育、外语；文化素质课程（理工类）；数学和自然科学基础课程，包括：数学、物理、生物与化学类，信息技术基础课程、机械大类核心课程、专业相关课程、实践环节和综合论文训练。表2为清华大学公共基础课程及文化素质课安排。

大学前两年主要实施通识教育规定的数学与自然科学基础、人文社科基础、信息基础和力学等工程基础公共课。大三专业基础核心课程包括：工程材料、机械设计、机械制造、材料成形、测试与检测、控制工程、管理工程等，并学习热力学、传热学、流体力学等课程。大四主要进行机械工程专业课程的学习。在培养方案中，控制必修课学分，鼓励学生根据个人的兴趣和爱好，选修相关课程。为了培养学生的综合素质与专业技能，在培养方案中，机械工程系十分重视学生综合能力与素质的训练与培养，设置了一系列课程实验、項目训练、科研探究、专业实习、社会实践和综合实践等训练环节，有助于夯实学生的基础知识，提高学生探索学科前沿、解决工程实际问题的兴趣和能力，并使学生在项目设计与规划、组织管理工作能力、动手能力、分析能力和团队协作等方面得到较充分的训练，以更好、更快地适应后续的学习或与工作要求，为学生的个性化发展打下坚实的基础，并提供广阔的发展空间[ 6 ]。图2为机械工程专业学科基础课、专业课和主要实践环节的选修逻辑关系图。

清华大学机械工程专业旨在培养从事机械工程科学研究与应用、带动国家制造业发展的创新型卓越人才及引领人才。毕业生应具有从事机械工程及交叉领域的教学、科研、工程专业技术以及经济管理等方面的工作能力，满足国家对该领域的需求，能成为现代工程科学技术领域的高级人才[ 6 ]。

3 华侨大学机械工程专业培养方案

华侨大学机电及自动化学院的前身为机械工程系，创办于1978年，先后改名为精密机械工程系和机电工程系，于2001年6月成立学院。目前，学院设5系1部——机械制造工程系、机械电子工程系、车辆工程系、测控技术与仪器系、工业设计系、工程图学基础部[ 16 ]。机械工程专业目前的在读本科生将近1 000人、硕士生近250人、博士生近30人，开设本科生课程120余门/年，研究生课程30余门/年。学院推行卓越工程师培养计划，与龙头企业联合进行人才培养、建立大学生教育创新基地、企业研究生工作站等，旨在培养学生的思维创新能力和工程实践能力[ 15 ]。机械工程专业的学习是4年内完成的，每年分为秋、春两个学期，课程设置为通识教育必修课、专业基础课、专业核心课、专业选修课和专业实践课。本科培养总学分为232分，其中通识教育必修课59学分、通识教育选修课24学分、专业基础课67学分、专业核心课15学分、专业实践课23学分、专业选修课44学分。其中，通识教育基础课包括英语、体育、形势与政策、思想政治、职业生涯规划、心理健康等。专业基础课包括机械工程概论、高等数学、大学物理、工程图学、电工电子学、流体力学、材料力学、工程材料、工程热力学和传热学、流体力学等。专业核心课包括机械原理、机械设计、液压与传动、机械制造技术基础、机械工程测试技术、控制工程基础等。专业实践包括金工实习、数控实习、电子实训、生产实习以及与专业核心课相对应的实验课。社会实践包括学术讲座、社会公益服务、学生体质健康标准测试等，表3为华侨大学通识教育及社会实践课程安排安排。

图3为华侨大学机械工程专业的典型课程流程图。从图3中可以看出，华侨大学机械工程专业在第一学年开设了机械专业的基础课程。机械工程概论是以系统工程的方法将知识与素质教育联系在一起的一门课程，通过这门课程的学习可以让学生快速地对机械工程这门专业有个大体的认识，同时对该领域内的最新成果进行阐述，并对未来的发展现状进行展望。第一学年开设的课程还包括大学物理、高等数学等基础课程，这两门课程是后面专业课的基础。学校在第一学年的暑假设置金工实习，是为了让学生更加直观地了解机械工程领域最基础的内容，同时发现问题，寻找自己的兴趣点为后续专业基础课的学习和以后二级学科的选择奠定基础。第二学年学生主要进行专业基础课程的学习，课程之间的知识体系相对独立。有些课程为了加深对知识的理解以及提高学生的动手能力配置了相应的试验课。第三学年学生主要进行专业核心课程的学习，这些课程的学习是建立在学科基础的知识体系之上的。第三学年的课程设置欠合理，主要由于同时开设的课程之间存在专业知识的支撑关系，比如互换性与测量技术是机械制造技术基础课程的基础，两门课同时开设就会影响到其中一门课的上课效果。这个课程设置层次关系不清晰的问题在很多高校的专业课设置中都存在。第四学年主要进行专业选修课授课，最后结合前面学习的专业知识进行专业实践。

4 对比分析

4.1 课程总数及其学分方面

表4为麻省理工学院、清华大学和华侨大学的培养方案对比。从学分上看，机械工程专业的学生在麻省理工学院毕业要修387个学分，在清华大学需要修171分，在华侨大学需要修174分才能达到毕业的要求。麻省理工学院机械工程专业，学生要修的学分远多于清华大学和华侨大学。这与国内外课程学分的设置有关系，清华大学和华侨大学的学分要求基本一样。从课程数量上来讲，麻省理工学院的学生至少要修65门课，清华大学的学生要修58门课程，华侨大学的学生需修82门课。这个可能跟学生的学习能力有一定的相关性，麻省理工学院作为世界顶级的理工科学校，学生的学习能力和学习水平都是出众的，具有极大的自主选择权。麻省理工学院统一的必修课开设较多，学生有很大的自主性，例如科学必修课，包括数学、物理、化学、生物等，可以从10门数学课中选2门，从8门物理课中选2门，从3门化学课中选1门。对于人文、艺术和社会科学方面的必修课更是开列了百余门供学生选择其中的8门即可。学校重视体育课，学生需要选修4门体育课，并通过游泳考试。清华大学作为国内排名第一的高校，其机械工程专业的培养目标也是向世界看齐的，学生选课的自主性也很高。清华大学为学生文化素质教育的核心课程也设置了130多门供选。同时，清华大学也重新将游泳加入到学生的毕业考核中，如果游泳考试通不过则无法毕业。相比于麻省理工学院和清华大学，华侨大学的文化素质教育课供选的课程就少了很多。华侨大学通识教育的有些必修课程，只是清华大学的一个选修课。这类课程设置数量少，直接限制了学生由于文化素质的水平。学生刚进入大学，学习自主性还没有养成，这时候规定学生必须修哪些课程显得有些死板，限制了学生的发展。同时，华侨大学课程的安排过于具体，几乎没有留给学生选择空间。但是，华侨大学很重视学生的体育课程，选修课很丰富，并且有许多高水平运动队作为支持。

4.2 课程设置方面

在第一学年，麻省理工学院机械工程专业主要进行通识教育课程没有安排专业课程，主要安排人文、艺术和社会科学方面的必修课。清华大学和华侨大学则安排了专业基础课程，在教学的早期阶段，让学生接触机械工程专业同时加入金工实习，使得学生更好地认识该专业。华侨大学机械工程专业安排的机械工程概论，使对机械专业没有认识的学生能够尽快地了解这一专业以后是做什么的，需要学习哪些专业知识，以后能够解决什么样的工程问题，同时还介绍了该專业的现状和发展趋势。这样能够很好地激发学生对机械工程专业学习的兴趣和热情。在专业课程的设置上，麻省理工学院和清华大学具有很好的逻辑性，针对学生的工程素质全面发展，学生有很好的视野。华侨大学虽然在专业必修课中，也设置了许多提高学生专业水平的课程，但是没有后续的选修课程作为很好的支撑，专业选修课数量严重不足，不能很好地将专业选修课对人才多样化培养的优势利用起来用。机械工程专业学生的培养、课程的设置、培养计划的改革既要有麻省理工学院提出的大工程观，还要考虑学生的实际情况、学习能力等，毕竟世界顶级学院的学生与一般高校的学生素质还是有差异的，不能一开始就提出过高的要求，而且学校要在这四年的培养过程中逐渐提高学生的能力，相应的培养方法也要与之相匹配才能达到更好的培养效果。

4.3 教学理念方面

国外顶尖高校对于课程上的设置与国内高校的差异，源于两者的教育观念不一样。就培养目标而言，麻省理工学院要把学生培养成工程师，清华大学则是培养动笔计算的“科学家”[ 17 ]。在理论知识方面，清华大学讲授的内容要多于麻省理工学院，而华侨大学讲授的内容要比清华大学还要多，这一点从课表上就可以体现出来。在课程安排上，国内高校一般将理论课和试验课分成两门课，有的不在一个学期。国内课程安排的顺序是先数学后物理等基础课，然后是专业基础课，最后讲应用。加州大学伯克利分校机械工程专业的课程安排是讲授这门课的应用，并动手做出来，学生若有兴趣可再去继续学习基础课。在教科书方面，国内的教材可以说是微言大义，国外的教材则可以用详实来说明，每个定理都会配合足够的实例和插图，这样的教材理解起来效率更高，自学就可以很好地理解相关知识[ 17 ]。

5 结束语

机械工程专业人才培养方案的制定对人才培养的质量具有重要的作用，很多一流高校的经验值得借鉴。本文通过对比研究，认为在制定与修订机械工程专业人才培养方案时可以考虑以下建议。

1） 不同的学校在制定培养方案时，要进行总体规划，根据学校的办学水平、办学条件、自身优势和特色以及自己的生源水平、学生的学力先明确培养目标。比如，清华大学机械学科的培养目标是要把学生培养成能够解决工程问题中科学问题的动笔计算的科学家，华侨大学是要将学生培养成能够解决实际的工程技术问题的工程师。然后，根据培养目标提出有特色的培养理念、培养方式，进而反映到课程体系设置中。课程的要求要根据学生的学力进行不同的调整。

2） 不同的专业课程在学习之前，需要以其他课程作为基础。课程设置要注意知识体系的连贯性和课程设置的逻辑性，要让学生知道学习这门课程的目的，培养的是什么方面的能力，从而对课程的先后顺序进行合理的安排。这样才能帮助学生建立完整的专业知识体系和提高学生学习的积极性。

3） 根据学校的办学能力和特色尽可能地增加通识教育课程的数量，将自主权留给学生。学生可以根据自己的兴趣选择课程，控制专业必修课的数量，提升专业必修课知识的广度和授课质量，增加专业选修课的数量，加大学生的选择空间，提升学生培养的多样化水平。

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Abstract In this article， the mechanical engineering training programs of Massachusetts Institute of Technology， Tsinghua University and Huaqiao University are analyzed. Multi-year course linkage map has been established. The characteristics of curriculum setting in the three universities are compared and analyzed， and suggestions for the reasonable arrangement of the curriculum are put forward， which can be used for reference in the formulation and revision of the training program for the talents of mechanical engineering.

Keywords training program； teaching plan； mechanical engineering； Massachusetts Institute of Technology； Tsinghua University； Huaqiao University