高校工程类专业本科毕业生能力的主成分分析与提升建议——基于《华盛顿协议》标准

王 艳，张安富

(1.武昌理工学院 高教所，湖北 武汉 430223；2.武汉理工大学 教育科学研究院，湖北 武汉 430070)

2016年6月，我国正式加入《华盛顿协议》。近年来，国内很多高校工程类专业本科生能力标准也是依据工程教育专业认证标准来设定。协议中各项标准具有权威性和通用性，依据“核心素养”理论中“核心”的内涵，对《华盛顿协议》中工程类专业本科毕业生能力要素进行降维分析，探寻12个要素的核心成分，提高要素的实效性，为我国工程教育发展和高校工程人才的培养提供借鉴。

1 工程类专业本科毕业生能力要素理论基础分析

前些年，我国高教研究界关于高校本科毕业生能力的研究成果非常丰富，随着我国加入《华盛顿协议》，很多高校在进行本科专业培养计划的修订时，大多采用与《华盛顿协议》等效的工程教育专业认证标准中的“毕业生能力标准”作为毕业要求。

《华盛顿协议》是世界上最具影响力的国际本科工程学位互认协议，毕业生能力标准属于协议中专业目标标准下的三级指标，包括12个要素(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、环境与可持续发展、职业规范、个人和团队、沟通、项目管理和终身学习)。常薇等人认为，“工程教育专业认证对工程教育质量是一种保障，其认证标准是考察毕业生是否达到社会市场需求的合格性和关键性指标”[1]。我国正式加入《华盛顿协议》表明两点，一是我国工程教育已经取得了足够的进步，未来发展空间和前景很大；二是我国必须正视工程教育现存的问题，必须加强国际交流与沟通，以国际标准来衡量和鞭策自己，从而不断提高工程教育的质量。

随着社会变迁速度加快，一方面社会对人们的需求更加复杂化和多元化，另一方面，各国在21世纪初都面临着诸如经济衰退、教育质量低下和社会矛盾激化等各种危机，因此各国开始将“核心素养”放在人们关注研究的视野中。

经济合作与发展组织(OECD)核心素养框架认为素养“除了包括个体的知识和技能以外，还应该包括个体在特定情境下所展现出来的非理性因素，强调知识、技能、思维方式和价值观念的整合”[2]，启动了“素养的界定与遴选：理论和概念基础”项目(即“迪斯科”计划，简称DeSeCo)。欧盟的核心素养框架认为：“核心素养是个体实现自我发展和社会化，发展成一名主动的、积极的社会人所需要的素养”[3]。国内研究者大都受到上述两个代表性观点的影响。贾志国提出，核心素养应“聚焦在新世纪人才的专家型思维与决策能力、未来人才复杂交往的技能与素质、主动学习与自我教育、民主社会公民的社会责任感与行动”[4]。2014年3月，我国首次把“核心素养”确立为课程改革和立德树人的教育目标。2016年，北京师范大学林崇德发布了以三领域六指标为内容的《中国学生发展核心素养》[5]。

从内涵上，核心素养具有基础性、综合性、人文性和社会性；从国内外比较视角上，具有普适性和独特性。但是达成共识的是，核心素养应该是学生共同的、必需的素养，是思维方式和价值观念的揉和，个人取向和社会取向的统一。核心素养的关键词是“核心”，是指所有素养中最为关键，最具代表性的素养。在新时代下，提倡和研究核心素养具有重要意义，一方面帮助人们加深对核心素养内涵的理解，对人们不良的行为和思想进行警示；另一方面增强人们在多元文化价值中辨别核心素养的能力，对人们行为和思想进行指导。依据“核心素养”理论中“核心”的内涵，对《华盛顿协议》中工程类专业本科毕业生能力进行降维分析，探寻毕业生能力要素中的“核心”成分，对高校人才培养提供指导。

2 工程类专业本科毕业生能力要素调查数据分析

数据来源于国内某“211工程”理工高校委托第三方麦可思数据公司对2016届毕业生培养质量评价结果。麦可思公司收集2016届毕业生邮箱总数8 955个，有效邮箱数为8 601个(除去错误邮箱和退订邮箱)，通过向毕业生发送答题邀请函和链接，回收问卷共4 214份。本文数据是排除文科专业和缺失值之后的数据，覆盖15个理工科学院65个专业，有效数据2 002份，理工科答题率为23.2%(答题率=有效问卷数/有效邮箱数×100%)。

2.1 数据信度分析

通过SPSS20.0对《2016届毕业生培养质量评价数据》中《本科毕业生能力要素调查数据》进行分析，得出：所有数据标准差均小于0.25，Cronbach's Alpha值为0.964，说明数据具有客观性和可信度。同时，问卷数据具有主观性。问卷调查对象为2016届应届毕业生，仅从学生的视角评估市场岗位的“工作要求水平”和“毕业时掌握水平”，在一定程度上并不能完全代表客观的“工作要求水平”和“毕业时掌握水平”。能力要素问卷中的“最高水平为1”和“最低水平为0”中的“1”和“0”，因个体自身认知度不同，理解也会产生差异，因此问卷数据具有主观性。

过去大多是从教师和市场雇佣者角度对学生能力进行评价，忽视学生的权利和想法，但根据美国的评价专家古巴和林肯的第四代评价理念，认为评价需坚持“价值多元性”的信念，评价者与被评价者应该是处于平等地位的协商者和合作者，被评价者信息应该是评价问题的重要来源。本文数据的特色之处就在于从毕业生的视角评估市场的“工作要求水平”和“毕业时掌握水平”，收集整理毕业生关于能力的反馈信息，了解学生的需求和想法，为高校人才培养提供建议。

2.2 工程类专业本科毕业生能力要素的主成分分析及模型构建

高校工程毕业生能力的12个要素构成了工程人才结构模型，为了进一步厘清各要素之间逻辑关系和对能力结构模型的贡献率，采用SPSS20.0对《2016届工程毕业生能力要素调查数据》中“工作要求水平”数据进行深入分析。检测结果显示：KMO值为0.960，Bartlett 的球形度检验P值为0.000，卡方值为24537.907。因子分析是主成分分析的一种推广，倾向于使用旋转技术来寻找潜在的因子并对其进行解释，将变量表示成各因子的线性组合。主成分分析更倾向于将现有变量降维成少数新的变量，将主成分表示成各变量的线性组合，因此本文适合做主成分分析。通过主成分分析，可知前四个主成分的贡献率为86.101%，解释了全部方差的86.101%，也就说明这四个主成分足以代表原来12个要素的信息，主成分累积贡献率大于85%的基础上，基于核心素养理论，主成分数量越少越好，探寻核心主成分(见表1)。

设定四个主成分分别为Y1、Y2、Y3和Y4来表示。首先通过SPSS20.0将原数据进行标准化处理，然后对其进行主成分分析得到主成分矩阵。根据表2可以得出关于4个主成分的线性组合，分别为：

Y1=0.798X1+0.858X2+0.868X3+0.887X4+0.898X5+0.871X6+0.864X7+0.815X8+0.836X9+0.840X10+0.757X11+0.855X12

Y2=-0.345X1-0.303X2-0.266X3-0.220X4-0.200X5-0.125X6-0.045X7+0.268X8+0.329X9+0.348X10+0.407X11+0.227X12

Y3=0.267X1+0.184X2-0.024X3+0.060X4+0.018X5-0.293X6-0.332X7-0.208X8+0.027X9+0.094X10+0.342X11-0.080X12

Y4=0.109X1+0.011X2-0.083X3+0.007X4-0.060X5+0.019X6+0.060X7+0.376X8-0.096X9-0.204X10+0.203X11-0.295X12

由表1和表2，通过主成分分析，可知4个主成分可以涵盖12个要素的86.101%的信息量。第一个主成分中，0.8以下的有X1(工程知识能力)和X11(终身学习能力)，0.8～0.86有X2、X8、X9、X10和X12，0.86～0.88有X3(设计/开发解决方案能力)、X6(工程与社会能力)和X7(环境和可持续发展能力)，0.88～0.9有X4(研究能力)和X5(使用现代工具能力)，依据这四类要素的后两类要素内涵相关性，将第一主成分界定为工程专业能力，所占信息总量为71.641%。第二个主成分中，0以下的有X1-X7，0.2～0.3有X8(职业规范能力)和X12(项目管理能力)，0.3～0.35有X9(个人和团队能力)和X10(沟通能力)，0.4以上有X11(终身学习能力)，依据这四类要素的后三类要素内涵相关性，将第二主成分界定为工程人才的工程素质，所占信息总量为7.552%。第三个主成分中，0以下的有X3、X6-X8和X12五个要素，0～0.2有X2、X4、X5、X9和X10五个要素，0.25～0.4有X11(终身学习能力)和X1(工程知识能力)，依据这三类要素中第三类要素内涵相关性，将第三主成分界定为工程人才的知识学习能力，所占信息总量为4.018%。第四个主成分中，0以下的有X3、X5、X9、X10和X12五个要素，0～0.2的有X1、X2、X4、X6和X7五个要素，0.2～0.4有X8(职业规范能力)和X11(终身学习能力)，依据这三类要素中第三类要素将第四主成分界定为职业发展能力，所占信息总量为2.890%。

因此，可以从工程专业能力(Engineering Professional Ability，简称P)、工程素质(Engineering Quality，简称Q)、知识学习能力(Knowledge Learning Ability，简称K)和职业发展能力(Career Development Ability，简称C)四个要素解释说明毕业生能力的内涵。对于四个要素来说，它们之间关系错综复杂，两两联系，构成了12组互动关系群。具体分析如下：

第一，知识学习能力(K)是促进工程专业能力(P)发展的基础，工程专业能力(P)的需求可以激发知识学习能力(K)的提高，工程专业能力(P)的发展与工程素质(Q)的提高是成就工程人才的两翼，工程素质(Q)促进工程专业能力(P)的发展，知识学习能力(K)发展有利于工程素质(Q)的升华，工程素质(Q)引导知识学习能力(K)的发展，正如图1中三条白色双向箭头所示。

第二，P、Q和K三要素在职场上与C联系更为紧密，P、Q和K三者与C侧重点不同。前者强调的是工作的专业能力，强调专业性和独特性，是职业能力发展的基石；后者更偏重职场上一般性、普遍性的能力，是前者进一步提高的辅助性能力，四要素彼此间是补充和互融的关系，如图1中黑色双向箭头所示。P、Q、K和C都是新时代下复合型工程人才必不可少的要素，两两相连地在同一个圆上做无限动态运动，建构复合型工程人才新模型。

第三，P、Q、K和C四要素中，Q处于核心地位，P处于关键地位。依据上述四要素之间的逻辑关系，构建了P-Q-K-C四维动态结构模型。四要素间相互促进与融合，构成了复合型工程人才新内涵。新时代下，人才培养更加强调以人为本的教育理念，将促进学生发展作为教育实践活动的内在价值，目的是促进学生整体可持续的发展。专业能力、知识学习能力和职业发展能力在工程实践活动中都是具体化的，但素质是多种能力整合呈现出来的一种状态，工程素质是一种长期性、复合型、交叉性和潜在性的内在价值，对工程人才其他能力具有决定性影响。工程专业能力所占信息总量为71.641%，是工程毕业生能力的关键性要素，这是显而易见的。高校工程人才培养方案中，在坚持P、Q、K和C要素协调发展的同时，需将工程素质和专业能力培养放在首要位置，贯穿到教育理念、学科设置和课程设计等中。

图1 P-Q-K-C四维动态结构模型

3 工程类专业本科毕业生能力发展的分析与建议

通过对工程类专业本科毕业生能力“实有”和“应有”两个层面的能力现状分析，同时基于P-Q-K-C四维动态模型，对我国工程类专业人才培养提供建议。

3.1 工程类专业本科毕业生能力发展的现状分析

通过SPSS20.0对“工作要求水平”和“毕业时掌握水平”两个层面的工程类专业本科毕业生能力各要素的数值进行均值分析(表3)，得出两点结论。

第一，对于“工程毕业生能力”各要素来说，“工作要求水平”的均值都高于“毕业时掌握水平”的均值，不同要素差距不同，说明该校工程人才培养与工作要求仍有一定的差距，需继续采取措施提高人才培养质量。

第二，对于“工作要求水平”和“毕业时掌握水平”来说，可以看出12个要素根据现实情况有不同的改进度，根据改进度不同，设定小于0.1的为少量改进，0.1～0.115之间的为一般改进，0.115～1之间的为着重改进，这种分层方法是相对的，而非绝对，仅是为了凸显不同要素的改进度，方便分析数据。

根据表4，可知“使用现代工具能力”、“环境和可持续发展能力”、“沟通能力”、“终身学习能力”和“项目管理能力”这5个要素属于“着重改进”的范畴，根据主成分分析得出的四个维度的内涵，可将这5个要素归为Q维度。“研究能力”、“个人和团队能力”和“问题分析能力”等6个要素属于“一般改进”的范畴，其中以“研究能力”和“个人和团队能力”改进度相对较大，值为0.112，根据主成分分析得出的四个维度的内涵，可将这6个要素归为P和Q维度。将“一般改进”和“着重改进”两个范畴的要素，与四个维度的内涵进行匹配，可知Q的改进度最大。

根据P-Q-K-C四维动态结构模型和工程专业本科毕业生能力发展的现状，可得出结论：高校人才培养中，在坚持四要素协调发展的同时，高校人才培养过程中需给予工程素质(Q)较多关注点。赵婷婷等通过调查发现，“用人单位对相关专业知识水平的满意度最高，但是对相关工程素质的满意度最低”[6]，为本文的研究结论提供了重要的支撑，同时对研究结果的效度给予了肯定。

表3 工程类专业本科毕业生能力不同要素水平均值的对比

注：改进度=工作要求水平-毕业时掌握水平。

表4 毕业生能力要素改进度

3.2 工程类专业本科毕业生能力发展的建议

研究结果表明，高校人才培养中，在坚持P、Q、K和C协同发展的同时，需要更加关注学生工程素质(Q)的提高。工程素质是一种工程人才在处理物与物、人与物、人与人关系过程中，所体现出来的内在的、本质的精神面貌，仅通过学科范式下专业化的学习是不能得到的，针对这种情况，提出如下三点建议：

第一，树立大工程观，坚持以人为本的教育理念，提高学生工程素质。理念是行为的先导，需要改变传统的人才理念，重新审视新型的工程人才内涵，重视学生自身的发展。高校人才培养目标中，应该将学生定位为不仅仅是一个“工科人才”，而是一个高素质工程人才，使学生技术化、人文化和社会化协调发展，为工程知识、能力和职业能力的提高奠定坚实的内在基础。

第二，完善校企合作，健全工程人才培养机制。增强与用人单位的沟通，竭力拉近高校与企业的联系，加强现实的情景化训练，注重提高学生实习质量，为毕业生知识和能力的提高营造良好的环境和平台。另一方面，高校就业指导中心不仅需要把关注点和注意力放在毕业生上面，而是投放在整个高校学生中，渗透到高校各院系人才培养单位中，将市场需求反馈给各院系培养单位和学生，并对其进行长期指导。完善校企合作运行机制，有针对性地提高人才的工程知识、专业能力和职业能力，促进理论实践融为一体，加强P、Q和K三要素间联系，突出实践性和综合性。

第三，培养学生工程素质，关键在于建立现代大学制度，多学科交叉融合。工程素质的培养有赖于学科群建设、通识教育实施和大学文化熏陶等协同作用，这些都需要大学人才培养机制和制度综合改革给予支撑。我国作为“后发外生型”国家，以政府领导的大学制度为特点。张应强教授认为，我国现代大学制度建设的主要集中在政府放权、市场介入、大学自主和学术自由四个方面，通过现代大学制度的建设能为高校营造学术氛围、学科交叉融合、构建文化环境、实施素质教育提供支持和保障[7]。

工程素质的培养是一个长期的过程，大学四年的学习期只是奠基，更需要在实践中慢慢养成提升，因此，提高工科学生的学习能力和培养终身学习的习惯尤为重要。另一方面，高校注重工程素质(Q)的发展，并不意味着不重视工程专业能力(P)、知识学习能力(K)和职业发展能力(C)的提高，应该是四位一体，协同共进，不可分割。