基于工程教育认证的轮机工程专业课程体系构建

(大连海事大学 轮机工程学院，辽宁 大连 116026)

一、轮机工程相关概念及其内涵

1.工程

工程(engineering)指的是应用科学(science)将自然资源以最优化的方式转化为人类所用。工程的含义有广义和狭义之分，美国工程技术认证委员会(The Accreditation Board for Engineering and Technology, ABET)将工程定义为一种专业领域，“在该专业领域中，通过学习、经验和实践获得的数学和自然科学知识被应用于判断，以开发出经济地利用自然界的物质和力量造福人类的方法”。ABET的前身美国工程师专业发展委员会(The American Engineers’Council for Professional Development, ECPD)将工程定义为“创造性地应用科学原理来设计或开发结构物、机器、设备或制造过程，或单独或组合使用它们的产品或系统；或在充分了解其设计的情况下建造或运行该产品或系统；或预测其在特定操作条件下的行为。上述所有方面都涉及预期的功能、运行经济性以及生命和财产安全”。[1]因此，所有的工程活动都可以归结为应用数学和自然科学及其衍生的固体力学、流体力学、热力学、传热学、材料科学和计算机科学等工程科学，来解决实际问题。这些问题可能是多种多样的，涉及不同的领域和复杂性，但解决问题的方法是共通的，即创造性地将思想、知识、经验等融合在一起，以创建新的最优解决方案。

2.工程师

工程活动的主要领导者和创造者是工程师(engineer)，同时工程师也是工程教育的主要培养目标。工程师同科学家(scientist)一样，都要接受完整的数学和自然科学知识的教育。但科学家使用这些知识主要是为了去发现(to discover)新的知识，而工程师使用这些知识主要是为了发明(to contrive)和创造(to create)，即设计和开发有用的结构物、过程或设备。通常，一个完整的工程团队(engineering team)应包括工程师、技术专家(technologist)、技术员(technician)和工匠(craftsman)。其中，工程师将数学和自然科学知识运用于有用的结构物、过程或设备的高效设计和建造，典型的活动包括概念设计、研究、项目规划、产品创新、系统开发和工程团队的监督；技术专家聚焦于已经确立的工程原理和过程的直接应用，接受有限的数学和自然科学知识以及基础工程理论，更多的兴趣在硬件和过程，典型的活动包括例行的产品开发、生产监督、技术销售、人力和材料及设备的协调；技术员仅接触一个较窄的技术领域，如制图、机械加工、电子技术等，典型的活动包括制图、预测、现场检查、数据收集等；工匠包括焊工、车工、电工、木工等，往往采用学校—工程实践相结合的培养模式。

根据结构物、过程或设备的产生过程和阶段，工程师的主要职能可分解为[1]：

·研究(research)——使用数学和自然科学概念、实验技术和归纳推理，寻求新的原理和过程。

·开发(development)——将研究结果用于有用的目的，新知识的创造性应用可能会导致新的工作模型、过程或机器的诞生。

·设计(design)——在设计结构物或产品时，选择方法、指定材料并确定形状以满足技术要求和性能规格。

·建造(construction)——负责准备场地，确定可以经济、安全地获得所需质量的程序，指导材料放置，并组织人员和设备。

·生产(production)——负责装置布局和设备选择，选择生产过程和工具，整合材料和组件的流程，并提供测试和检查。

·运行(operation)——操纵和控制提供动力、运输和通讯的机器、装置或组织，确定运行程序，并监督人员以获得复杂设备可靠且经济的运行。

·管理(management)——分析客户需求，推荐设备以满足具体需求，并解决相关问题。

工程教育国际合作组织CDIO倡导基于产品(product)、过程(process)或系统(system)的生命周期为环境来开发和部署工程教育，并认为工程创造物(产品、过程或系统)的生命周期涵盖构思(conceiving)、设计(designing)、实施(implementing)和运行(operating)四个阶段[2]。构思阶段包括定义客户需求，考虑技术、法规和企业战略等约束条件，并开发概念性的、技术和商业上的计划；设计阶段专注于创建设计，即描述实施阶段的计划、图纸和算法；实施阶段是指将设计转换为产品、过程或系统，包括制造、编程、测试和验证；最后的运行阶段则使用已创造出来的产品、过程或系统来实现预期的价值，包括操作、维护、改进和拆解等。这四个阶段的划分也基本明确了工程师的职能领域。

3.轮机工程

根据专注领域的不同，工程学科有不同的分支，轮机工程便为其中之一。轮机工程是将工程科学应用于船舶动力装置的开发、设计、制造、运行和维护的学科。这里所说的船舶动力装置包括但不限于水面船舶、水下潜航器以及海洋结构物的推进装置、辅助机械和系统、自动化和控制系统等。轮机工程隶属于船舶与海洋工程一级学科，虽不单独作为一个学科类别，但其研究方向体现了船舶与海洋工程、交通运输工程、动力工程及工程热物理、环境科学与工程、安全科学与工程、电气工程、控制科学与工程、机械工程、材料科学与工程等工程学科的交叉与融合。相应的，由这些学科共同提供课程所组成的集合，也就形成了轮机工程专业。

二、轮机工程专业的再认识

在《普通高等学校本科专业目录》中，轮机工程专业属于工学学科门类的交通运输类专业，主要面向船舶运输领域培养船舶动力装置的操作管理人才，侧重于船舶动力装置的管、用、养、修。人才培养的重要参考标准是国际海事组织《1978年海员培训、发证和值班标准国际公约》(STCW公约)，并需要通过国家海事局组织的专业培训合格证书和适任证书考试从而获得职业资格。虽然STCW公约设定了国际通行的质量标准，然而就现状看，一定程度上它也制约了轮机工程专业人才的培养[3]。除传统的培养海上运输人才的航海类院校外，部分工科优势高校依托原有的优势专业如能源与动力工程专业或船舶与海洋工程专业也开办了轮机工程专业方向，前者如哈尔滨工程大学和江苏科技大学，后者如上海交通大学、华中科技大学和哈尔滨工业大学(威海)。能源与动力工程专业和船舶与海洋工程专业衍生的轮机工程专业方向主要面向陆上就业，针对船舶设计和建造阶段培养人才，侧重于轮机系统设计以及船舶动力装置的设计和制造。随着传统的轮机工程专业毕业生海上就业意愿的不断下降，谋求在陆上相关领域就业是其主要选择，然而现有的人才培养方案和课程体系却没有让他们做好相应的准备。因此，交通运输类下的轮机工程专业应考虑适当向能源动力类和海洋工程类专业方向转型，谋求面向船舶动力装置的开发、设计、制造、运行和维护全生命周期开展人才培养。

长期以来，我国传统的开设轮机工程专业的海事院校一直按轮机工程(海上)和轮机工程(陆上)两个专业招生，前者按本科提前批招生，后者按本科普通批招生。教育部2012版本科专业目录发布后，这样的专业划分方法和叫法被禁止了。但按照招生传统，轮机工程专业还是按海上方向和陆上方向分别从本科提前批和本科普通批招生。“宽口径、厚基础”的人才培养是当前本科教育改革的主要目标之一，轮机工程专业的人才培养也应该回归到工程人才培养的基本框架之下。因此，传统的轮机工程(海上)和轮机工程(陆上)不足以成为专业之分，而仅仅是轮机工程专业下的方向之分。也就是说，轮机工程(海上)和轮机工程(陆上)应遵循大致相同的学科逻辑和课程体系，而在就业导向之下也仅仅只是在局部的课程模块上存在方向之分。这其中，轮机工程(海上)因为STCW公约证书的要求，笔者认为开设相应的STCW证书课程模块将有效避免轮机工程专业在本科教育和职业教育之间的纠缠不休。

三、基于工程教育认证的轮机工程专业课程体系构建

1.工程教育认证标准

中国工程教育专业认证协会“工程教育认证标准”或其他国际实质等效的专业认证标准通常均规定了学生、专业培养目标、毕业要求、课程体系、师资队伍、支持条件和持续改进等方面的认证要求。专业培养目标是设置课程体系、准备支持条件和持续质量改进的根本依据。周期性的调研利益相关方，并根据内外部需求适时调整专业培养目标是工程教育认证的基本要求。工程教育认证定义专业培养目标为“对该专业毕业生在毕业后5年左右能够达到的职业和专业成就的总体描述”[4]。根据当前的国家战略需求、行业发展现状以及学生个体诉求来看，面向船舶动力装置的开发、设计、制造、运行和维护全生命周期开展人才培养已经成为轮机工程专业转型发展的必然要求。轮机工程专业从传统的培养操作技能人才转向面向船舶动力装置全生命周期培养工程技术人才，相应的毕业要求也要满足工程教育认证标准的设定。中国工程教育专业认证协会“工程教育认证标准”设定了工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理以及终身学习等12条毕业要求[4]。毕业要求支撑专业培养目标的达成，而课程体系是实现毕业要求的主要载体。从结构和内容上改革课程体系，是轮机工程专业转型发展的当务之急。

2.成果导向的轮机工程专业课程体系设置要求

成果导向教育(outcome-based education, OBE)是近年来工程教育改革的主流理念，它以学生最后所取得的学习成果作为教学设计和教学实施的目标，人才培养目标和市场需求是根本出发点[5]。通过对英国、新加坡等传统国际海事中心海事职业领域的梳理以及近年来我国航海类专业毕业生就业去向的分析[6]，轮机工程专业主要的就业领域为海上轮机操作、陆上航运管理和服务以及船舶动力装置和系统的设计、制造、维修、检验等，热能、动力和机械制造等部门也是重要的就业领域。因此，轮机工程专业的毕业要求和就业需求决定了其专业基础类课程和专业类课程主要应涵盖“机、热、电、控”四个领域[3]。在面向未来的智能船舶和数字社会发展趋势下，专业的数字化和信息化转型尤其重要[7]，来自相应学科的电气、计算机、信息和控制类课程应适当加强。此外，工程专业所要求的数学和自然科学以及工程科学的基础类课程，以及考虑经济、环境、法律、伦理等约束条件下解决复杂工程问题和人的发展所要求的通识教育课程，也构成了轮机工程专业课程体系的有机组成部分。

3.轮机工程专业课程体系构建

根据工程教育认证要求，同时兼顾教育部对立德树人根本任务的明确指示，以及国家海事局基于STCW公约对航海类专业人才的培养要求，建议构建如图1所示的轮机工程(海上)课程体系。

图1 轮机工程(海上)课程体系设计

结合国际主流的航海类人才培养模式[8]，并考虑我国海事院校的现实约束条件，轮机工程(海上)可考虑实施差异化的人才培养模式，相应培养计划的编排和课程体系的设计将有不同的表现形式。基于大连海事大学轮机工程(海上)目前的方向设置，可构建如图2所示的轮机工程(海上)创新班型的模块课程。普通班、卓越A、卓越C完全涵盖STCW公约要求，毕业生参加STCW证书考试是强制要求。而面向海洋工程领域培养操作管理人才的海工班，毕业生参加STCW证书考试同样是强制要求，但部分专业课程的设置强调了面向海洋工程装备及系统的针对性。实验班面向海洋强国建设和未来海事行业发展培养拔尖创新人才，毕业生不强制要求参加STCW证书考试，且课程修学达到设定的绩点要求可获得推荐免试攻读研究生的资格。

作为对比，建议的轮机工程(陆上)课程体系设计如图3所示。为适应今后的大类培养改革，第1～4学期的课程设置与轮机工程(海上)保持了完全一致，第5～8学期的专业基础类和专业类课程也着重强调了船舶动力装置的设计、制造和维修，以及强化了工程设计、建模、分析和计算等方面的知识传授和能力培养。

四、轮机工程专业课程体系的特征

1.课程结构

基于工程教育认证标准对课程体系设置的基本要求，本文所构建的轮机工程专业课程体系主要包括通识教育、数学和自然科学、工程学科三大类。针对不同的专业方向和班型，各大类课程及其课程模块的学分统计数据见表1。

图2 轮机工程(海上)创新班型的模块课程设计

图3 轮机工程(陆上)课程体系设计

表1 课程类型和模块的学分统计学分

(1)通识教育

通识教育简单归结为三个模块：思政课程、外语教育和生涯发展。生涯发展课程模块也许还可以进一步细分出其他的主题模块，但始终要重点关注学生可迁移的职业技能和可持续的职业发展。此外，学生还可以结合自身兴趣和未来发展自主选修人文艺术类和社会科学类各2学分的课程。依据不同的专业方向和班型，通识教育课程占毕业总学分的24%～29%，高于工程教育认证标准要求的15%。这主要是为了结合中国实际情况，坚持立德树人，强调思政教育，同时外语教育也不可或缺，因此也不可能完全照搬国际上的认证指标要求。

(2)数学和自然科学

数学课程主要包括高等数学、线性代数、概率论和数理统计等；物理学课程主要包括大学物理和大学物理实验；此外，学生还可以结合自身兴趣和未来发展自主选修2学分的自然科学类课程。依据不同的专业方向和班型，数学和自然科学课程占毕业总学分的11%～14%，略低于工程教育认证标准要求的15%。在强调“宽口径、厚基础”的大背景下，整体的课程体系设计还需考虑如何适当提升数理基础所占比重。

(3)工程学科

工程学科也包含三个模块：工程科学、工程设计与综合和工程实践。依据不同的专业方向和班型，工程学科课程占毕业总学分的57%～65%。其中，工程实践共28～49学分，占毕业总学分的16%～29%。剔除掉工程实践课程，工程科学和工程设计与综合课程占毕业总学分的36%～44%，高于工程教育认证标准要求的30%。整体而言，专业课程学分占比还是过高，还有必要进一步推动改革，减少专业课程比重，增加数理基础和工程基础类课程比重。此外，除卓越A班型，轮机工程(海上)其他班型的工程实践学分占比均略低于工程教育认证标准要求的20%。但实际的培养计划中，除了独立设置的工程实践课程，大部分工程设计与综合类课程均设置有实践(实验)课时，因此这不是主要的障碍。但轮机工程(陆上)专业方向独立设置的工程实践课程学分占比仅16%，因此应考虑增设课程(项目)设计环节、船上认识实践环节或增加企业实习时间来提升工程实践学分占比，确保工程设计与实践能力的培养。

2.课程内容

(1)通识教育课程

对于海事院校的工程教育而言，“海的味道、蓝的底色”是区别于其他院校工程教育的根本特征和独有特色。而这一特色如何体现，关键就在于其通识教育类课程要重点突出那一片“海”和那一抹“蓝”，相信这也是海事院校“金课”建设的天然优势。具体来说，譬如“军事理论”课程，其课程内容在维护国家安全和提升个人军政素质的总体框架下，如何更多地从海权、海军、海洋安全保障等视角切入，从而突出涉海特色；人文艺术类课程，如何更多地凸显海上权力史、航海历史、航海文化、海洋文学等特征；类似的表现方式同样适用于自然科学和社会科学类通识选修课程。在这方面，大连海事大学对于航海类专业的外语教育较早就开始采用行业自编的富有海事特色的基础英语教程，将英语教育和海事教育相结合，不失为一个有益的尝试。

(2)数学、自然科学和工程科学课程

轮机工程专业要求的数学和自然科学知识领域主要包括微积分、常微分方程、线性代数、解析几何、概率与数理统计等数学基本知识，以及力学、振动、波动、光学、电磁学等物理学基本知识。而轮机工程专业要求的工程科学知识领域主要包括理论力学、材料力学、流体力学、工程热力学与传热学、材料科学、电路与电子、计算机科学、控制科学等“机、热、电、控”领域对数学和自然科学知识的运用而产生的新原理和新知识。然而，传统的由学科提供课程、课程形成专业的教学设计导致的显著问题是学时不够用，来自某一学科领域的教师往往有很大的激情和冲动传授给学生毕生所学，帮助学生构建学科知识大厦，完成学科思维的完整训练，而学生却没有足够的时间和精力较全面地了解和学习一个学科的知识。并且实际情况是，学生面向未来的职业领域和工程实践，往往只需要从多个学科各摄取一点知识，来组装自己的知识大厦和能力结构，从而完成复杂工程问题的解决。因此，成果导向教育模式强调以市场需求确定学生学习成果，并以此来反向设计课程体系和课程内容[5]。面对工程人才培养，任何一门课程都保有界限感尤为重要。只针对某一专业及其未来职场提供有针对性、直接相关的知识，而不是课程有什么就要教什么。这一原则也同样适用于面向工程专业开设的社会科学类课程。譬如，就学生的经济或法律素养的培养而言，相关课程的提供方就不得不考虑面向工程的大背景，而不在于经济学或法学固有的知识体系。然而，这样也可能导致的问题是学生知识的碎片化和思维能力的残缺。如何在这一悖论之间取得精妙的平衡，就需要广大轮机工程从业者和课程提供者开动智慧、群策群力了。

(3)工程设计与综合及工程实践课程

现阶段的课程体系，除了通识教育、数学、自然科学和工程科学课程面向具体专业的针对性不强之外，轮机工程专业类课程陈旧的内容、臃肿的结构尤其显著制约人才培养的质量提升，这既有历史传统的问题，也与轮机工程教育从业者缺乏改革创新的活力和勇气有关。适当删减、整合专业类课程的门数和学分，给学生更多的自主学习空间，提升专业类课程的“高阶性、创新性、挑战度”，增强学生工程设计能力、工程实践技能以及面向未来的数字化信息化素养的培养，都是需要业内同行深入思考的问题。

五、结语

(1)本文构建的课程体系针对轮机工程专业，对于当前存在的专业方向和班型之分，主要是通过课程模块予以实现，即无论是海上方向还是陆上方向，第1～4学期设置了完全一致的培养计划，这将明显有利于人才大类培养方案的实施，既可以在轮机工程专业内部实施大类培养，也可以拓展至航海类专业，甚至可以进一步拓展至工科专业开展大类培养。遵循渐进式改革原则，本文方案现阶段仅限于讨论轮机工程专业内部的大类培养。同时遵循本科提前批和本科普通批分开招生的现实，本文也无意于破除轮机工程海上方向和陆上方向之间的壁垒。现有的方案之下，基于前4个学期的学分绩点和个人意愿开展班型的分流，相比于目前通过入学成绩分班型是更科学合理的。实验班作为拔尖创新人才培养的试验田，既可以小范围的试点取消强制性的职业资格证书考试，也可以对轮机工程陆上方向的学生保持开放，甚至可以进一步向学校其他工科专业学生开放招生，从而在更大范围内选拔最优秀的学生，为未来的船舶与海洋工程领域培养学术科研人才。如果确实人才培养效果较好，适当扩大实验班培养方案的招生规模也不是不行的。

(2)大连海事大学轮机工程专业现阶段的人才培养方案主要是基于就业行业和领域来分班型和设计课程体系的，人才的培养定位还是操作管理人才。本文构建的人才培养方案，力求使培养定位面向船舶动力装置的开发、设计、制造、运行和维护全生命周期，以增加毕业生就业的灵活性、发展的选择性以及职业生涯的宽度，这也是符合工程教育的本质和国内外的主流趋势的。

(3)对于需要参加STCW证书考试的班型而言，工程设计与综合和工程实践模块课程还单独列出了STCW证书课程模块。这样的设计一方面便于依据课程、课时、班数核定航海类师资数量，强化“双师型”教师队伍的培养和配备；另一方面也有针对国家海事局组织的专业培训合格证书和适任证书考试进行培训和备考的考量，为毕业生顺利获得职业资格提供便利；再一方面，独立的STCW证书课程模块也为其他院校、其他专业的工科毕业生寻求海上就业的职业资格进行培训和考试提供便利；最后，将STCW证书课程单独列出，也便于国家海事局开展课程认证和确认，为部分教学质量过硬的院校申请毕业生STCW证书考试豁免提供便利。

(4)课程具体的名称可结合本校历史传统和未来发展拟定，开设学期也需要结合本校师资配备、班型设置、设施条件等统筹考虑。然而最为关键的，还是得以建设“金课”为目标，持之以恒地打磨课程内容、创新教学方法。在这方面，提供通识教育、数学、自然科学、社会科学等基础课程的学科或院系同样也应发挥主体作用，保持与学生所在院系和行业的沟通协调，提供有专业针对性的课程。