工程教育认证背景下工科专业人才培养体系改革的研究与实践——以大连海事大学交通运输专业为例

赵旭，黄瑞，冯茹梅

(大连海事大学 交通运输工程学院，辽宁 大连 116026)

一、引言

学生是教育的核心，开展人才培养体系改革的最终目标便是学生各方面能力的有效提升。2018年，教育部相继出台了《关于狠抓新时代全国高等教育本科教育工作会议精神落实的通知》和《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，提出要加快振兴本科教育，强调高等学校必须以全面提高人才培养能力为核心，构建高水平人才培养体系，奋力开创高等教育新局面[1-2]。因此，各高校结合实际情况和专业特色，积极探索人才培养体系改革途径，切实提升自身人才培养能力，构建具有针对性和有效性的高水平人才培养体系。

同时，我国自2006年开展工程教育专业认证工作以来，不断修订《工程教育专业认证标准》(以下简称《标准》)，从而为全国高校工程教育认证提供更为客观的评价标准，在最新版的《标准》中，着重强调了学生解决复杂工程问题的能力；2017年2月，教育部高等教育司发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》，“新工科”的具体内涵是“以立德树人为引领，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，培养未来多元化、创新型卓越工程人才”[3]；2018年9月17日，教育部、工业和信息化部、中国工程院发布《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》，强调为适应新一轮科技革命和产业变革的新趋势，要加快建设发展新工科，探索形成中国特色、世界水平的工程教育体系，促进我国从工程教育大国走向工程教育强国[4]。

上文中提到的“复杂工程问题”，英文为Complex Engineering Problems，指的是复杂的工程问题，而不是复杂工程的问题，必须具备下述特征(1)和下述特征(2)—(7)的部分或全部：

(1)必须运用深入的工程原理，经过分析才可能得到解决；

(2)涉及多方面技术、工程和其他因素，并可能相互有一定冲突；

(3)需要通过建立合适的抽象模型才能解决，在建模过程中需要体现出创造性；

(4)不是仅靠常用方法就可以完全解决的；

(5)问题中涉及的因素可能没有完全包含在专业工程实践的标准和规范中；

(6)问题相关各方的利益不完全一致；

(7)具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题。[5]

从工程教育认证到“新工科”建设再到卓越工程师教育培养计划2.0，国家对工科专业毕业生工程实践能力的重视程度不断加强。因此在工科专业人才培养体系改革中，应聚焦学生复杂工程问题解决能力的培养。如何围绕国家战略和区域发展需求，培养出具有复杂工程问题解决能力的优秀工程人才，不仅是工程教育认证的重要要求，也是各个工程类院校和专业关注的重点和难点。

二、工程教育认证背景下工科专业人才培养存在的问题

1.一成不变的课程体系难以满足创新型社会需求

近年来，现代科学与工程技术发展日新月异，新理论、新技术、新方法等不断涌现，而高校相关专业的课程体系却变化不大，课程内容存在知识和方法相对陈旧、相关数据和法律法规等相对滞后的情况，已不适应行业发展的要求，新理念、新理论、新技术、新方法等亟待补充，相关课程内容亟须与机器学习、大数据、人工智能等最新科技成果结合。

2.原有课程目标和毕业要求难以引导学生自主学习

当前的课程目标和毕业要求表述相对较为笼统，缺乏专业特色和针对性，对最终应达到的要求表述不够明确，因此导致部分学生对所学专业的课程目标和毕业要求仍停留在抽象层面，对学习的基本方向缺少明确定位，进而放松自我要求。许多学生仍满足于期末“不挂科”，在日常学习过程中得过且过、散漫松懈，等到考试前再突击背诵理论知识并将考试“及格”作为努力目标。这种死记硬背得来的知识多半在考试后就会忘得一干二净，长此以往导致学生在毕业时缺乏基本的知识储备和工程能力，难以达成课程目标和毕业要求。

3.传统教学方法难以满足复杂工程问题解决能力的培养要求

复杂工程问题解决能力的培养包括理论和实践两个方面，除专业基础理论方法的理解和掌握外，更重要的是培养学生将所学的理论知识应用于解决行业实际复杂工程问题中。目前，高等院校大部分课程仍采用“老师讲、学生听”的传统教学方法，学生课堂参与度偏低，自我思考和独立设计问题解决方案能力的培养严重不足。同时，部分课程在理论方法的讲解过程中缺乏与行业实际工程问题结合，导致学生对什么是复杂工程问题、如何应用专业理论知识和方法解决复杂工程问题缺乏充分的认识和理解，难以将其应用到实践过程中。这也是普通高校共同存在的问题。

三、人才培养体系改革的主要思路

大连海事大学交通运输专业(以下简称“交通运输专业”)作为一个集运筹学、管理学、控制论、交通运输组织学等多门学科于一体的工科专业，具有“传统知识和新知识交织的综合性、主要专注于水路运输的特色性、理论和实践相融合的抽象性”等特点。在工程教育认证背景下，专业建设团队针对上述问题基于工程教育认证标准和“新工科”建设要求，以国家级新工科研究与实践项目“面向交通工程创新型人才培养的校企协同育人机制与平台建设”为支撑，以辽宁省普通高等教育本科教学改革研究项目“基于提升复杂工程问题解决能力的交通运输专业工科教育认证创新研究与实践”等为依托，以本专业“交通运输港口运营实践教育基地”“国际多式联运实验教学中心”等为载体，积极开展交通运输专业人才培养体系改革工作，推进培养计划的制订与修订，以及理论课程体系、实验实践环节、评价反馈机制等方面的持续改进，从而提升学生基本科学素养和创新精神，加强学生对毕业要求的认识和理解，着重培养学生复杂工程问题解决能力，保障毕业要求和课程目标的有效达成。

1.构建面向“新工科”建设的人才培养方案

坚持以学生为教学重心，融合新时代人才培养理念，根据“新工科”人才培养规格要求，依托专业教学反馈体系，充分发挥校企联合优势，征求行业企业专家意见，制订符合“新工科”人才培养定位的专业特色培养方案，满足新时代社会经济发展要求，并在符合工程教育认证标准的基础上充分体现浓厚的港航特色。

2.提出基于OBE理念的培养目标和毕业要求

基于OBE(outcome based education，成果导向教育)理念，专业建设团队与行企业专家积极探讨，明确毕业生5年内所能达到的职业高度和专业成就，定期修订专业培养目标，确保培养的人才可满足社会发展需要。同时，结合工程教育认证要求明确并细化毕业要求，培养毕业生在专业技能、人文素养、复杂工程问题解决能力等12个方面的知识和能力，构建课程与毕业要求的对应矩阵，明确每门课程与相关毕业要求指标点的对应关系，保证课程体系对毕业要求形成支撑。

3.明确交通运输领域复杂工程问题的特点和内涵

交通运输专业作为航运特色显著的工科专业，所涉及的复杂工程问题主要包括集装箱航线设计、港口物流仿真、码头作业调度、集装箱堆场布局优化、班轮市场分析和运输网络优化设计等。为加强学生对交通运输领域复杂工程问题的认识和理解，在每门课中积极引入与课程知识相关的实际行业工程问题，引导学生应用所学的基本原理剖析复杂工程问题的特点和内涵，全面考虑非技术因素，独立分析问题、解决问题。

4.建设以提升学生能力为中心的理论课程体系

建立了包含公共基础课、专业基础课及专业方向课在内的理论课程体系。其中：公共基础课以数学、自然科学类课程和通识类课程为主，在学分设置上满足工程教育认证要求，保障学生对基本数学方法和物理知识等的掌握，培养学生人文社会科学素养；专业基础课包括交通运输领域基础理论课程、计算机类课程和人工智能等新兴领域课程，满足国家“新工科”建设和时代发展需要，保障学生对基本理论方法和现代工具的运用和掌握；专业及方向课主要由港口和航运方面的课程构成，从港口和航运的全流程运作角度完善专业课程体系，具有浓厚的海运特色，保障学生掌握交通运输领域基本理论和从事水路交通运输工程和管理工作的专业知识。

5.建立以复合型人才培养为导向的实验实践教学体系

四、人才培养体系改革的主要措施

考虑到学生工程能力在工程教育认证背景和新工科建设需求下的重要性，专业建设团队经过不断探讨和实践，构建了以提升复杂工程问题解决能力为目标，以学生为主体，以培养目标为导向，以毕业要求为基础，以课程体系为途径，以师资队伍、教学资源和实践环节为支撑的工程教育认证背景下交通运输专业人才培养体系，如图1所示。

图1 工程教育认证背景下交通运输专业人才培养体系

1.及时修订培养计划，保障培养计划的合理性和专业性

(1)强调毕业要求与课程间的对应关系，帮助学生和教师深入理解、有效落实

交通运输专业培养计划中包含本专业毕业要求对培养目标各子项的支撑关系矩阵、毕业要求与认证标准12条的对应关系、毕业要求指标点分解、课程体系对毕业要求指标点的支撑关系矩阵等内容，能帮助学生和教师更深入地理解本专业毕业要求的具体内容和含义，促使他们将所学或所教授的课程与毕业要求进一步对应起来。在此基础上，教师在课程教学过程中进一步加强对课程目标及其所对应的毕业要求的协调，将实际专业课程中的各个教学环节和内容与之对应，使学生能具象理解毕业要求的内涵，从而保障人才培养高标准、人才输出高质量。

(2)持续改进，根据社会发展和行业需求定期调整培养计划

1)培养计划的制订

学院成立以教学副院长为负责人的培养方案制订专门委员会，在广泛征求各方面意见基础上，完成本科生培养方案的制订工作。依据国家对本科人才培养目标的要求，在组织广大教师、学生和管理人员进行教育思想观念大讨论的基础上，提出制订培养计划的原则意见和基本框架；学院组织学习上级文件精神及有关规定，理解制订培养计划的原则意见和基本框架，依据人才培养目标以及社会需求，借鉴相关院校同类专业在人才培养方面的有益经验，听取有关专家意见，在充分考虑专业特色的基础上，邀请行业企业工程技术人员和管理人员参与，经过反复论证、修改，制订出新的培养方案草案，经学院审定后上报学校；经学校审议、分管教学副校长签字，下发学院实施，进一步制订与培养方案配套的教学大纲等相关文件。

参照文献[7], 它的耗散另行在ξh=π处设置r=10加以限定. 改进B最终的系数为al= {-0.032 803, 0.225 61, -0.885 98, 0.110 61, 0.720 07, -0.159 24, 0.021 742}, 如图1所示, 该改进关于色散获得相当大的改善并在整个波数范围满足r≤10. 通过以上改进, 可在较短的距离内从主波面中消除原始的7点6阶中心格式的伪波, 见图2.

2)培养计划的修订

培养计划的修订原则上每4年进行一次，在特殊情况下可提前或推迟进行。由教务处拟定培养计划制订(修订)工作计划，并根据教育部相关文件的要求，起草学校修订专业培养计划的原则意见。教务处组织召开由各学院(系)主管教学副院长(主任)参加的培养计划制订(修订)工作会议，布置培养计划制订(修订)工作，讨论落实培养计划“制订输入”的原则意见。修订内容主要包括：学校质量方针；专业领域的发展趋势；社会对人才的知识结构和能力等要求；需满足的国内外法规要求(如STCW公约等)；教育部有关培养本科生的规定；专业的教学、实验和实习条件(资源保证)；以往教学质量统计分析结果；毕业生用人单位意见；理论课与实践课的比例、总学时数及格式的要求等。

2.强化专业基础理论与新兴技术领域的结合，持续推进理论课程体系改革

交通运输专业顺应信息化时代需求，为加强学生解决交通运输领域复杂工程问题能力，基于OBE理念，依照工程教育专业认证标准，从港口和航运的全流程运作角度持续推进理论课程体系改革，同时增加创新类课程、交通运输专业类课程和数学类课程，统筹协调通识教育、专业教育和实践教育的融合，强化课程体系中的非技术类因素，注重知识、能力、素质协调发展，调整与完善港口及航运课程体系。在优化课程设置过程中，专业与行业企业专家积极探讨教学内容和课程体系设置，邀请中远海运有限公司、大连集装箱码头有限公司等行业企业工程技术人员和管理人员参与，结合社会对行业人才的知识结构和能力要求以及毕业生用人单位意见等，保障理论课程体系的合理性和先进性。

目前，交通运输专业课程体系包括：通识类课程，培养学生人文社会科学素养；数学与自然科学类课程，在学分设置上满足工程教育认证要求，保障学生对基本数学方法和物理知识等的掌握；经管法类课程，满足新时代社会经济发展要求，使学生具有从事交通运输行业工程工作所需的经济管理与政策法规知识，具备恰当运用经济、管理、法律相关的基本原理与科学方法分析复杂工程实践问题的基本能力；工程基础类课程，满足对学生工程能力的培养需求，保障学生对基本理论方法的掌握；计算机类课程，满足国家“新工科”建设和时代发展需要，保障学生对现代工具的运用；专业类课程，由港口和航运方面的课程构成，从港口和航运的全流程运作角度建立完善的专业课程体系，具有浓厚的海运特色。2017年，为适应社会发展需求和“新工科”建设要求，增设“人工智能”“机器学习方法与应用”“数据仓库与数据挖掘”等课程，将课程内容与当下的新技术和实际内容相结合，进一步夯实学生的专业基础知识，提升用现代工具解决复杂工程问题的能力；2018年，为增加课程体系中的社会、环境、伦理等非技术类因素，增设“工程水文学”课程，教育学生在工程实践中自觉遵守工程职业道德，提升环保意识；2019年，依据工程教育认证要求增设“数学建模”课程，增加数学与自然科学类课程比重，同时将“综合运输系统解析”调整为“交通工程学”课程，增强学生对交通运输工程领域基础知识的全面了解，进一步提高工程类课程所占比例，加强学生对基础工程知识的掌握，同时依据工程教育认证理念，增加实验实践环节占比。

在课程内容方面，结合专业课程特点更新教学大纲，将课程内容与当下的新技术和实际内容相结合，如“机器学习方法与应用”课程中以物流配送为例，将传统方法与GPS数据相结合，建立更贴近实际情况的模型；增加专业课程中社会、环境、伦理等非技术类因素内容，如在“港口工程与规划”“船舶经营决策”等课程中，时刻注重对学生职业道德和环境保护意识的培养，将素质教育与复杂工程问题相结合，教育学生在工程实践和方案设计中全面考虑非技术类因素的影响；注重与交通运输领域实际复杂工程问题的结合，如在“租船运输”课程中，专业教师根据远洋运输的实际案例提出问题，引导学生综合考虑各方因素，应用所学知识展开分析，并用MATLAB编程解决问题。

3.多角度开展实验实践改革：改进教学方法，提升学习兴趣，完善教学体系，强化学生工程能力

目前，交通运输行业发展逐步趋于智能化、信息化和网络化，自动化码头的逐步投入运营对学生的创新能力和现代工具应用能力提出了更高的要求。同时，随着国际多式联运的不断发展，相关人才需具有从货物运输的全流程角度展开规划和优化的能力，这就需要学生具备更强的工程能力和更扎实的基础理论知识。因此，为提升学生的复杂工程问题解决能力和现代工具应用能力，培养学生的创新意识，针对本专业的实际情况，学院与来自大连集装箱码头有限公司、大连船舶海工技术产业平台、北京晶众智慧交通科技股份有限公司等行业企业专家，积极探讨实验内容和社会需求，探讨如何帮助学生将所学理论知识与行业实际工程问题相结合，积极开展实验实践改革。为了适应培养“新工科”建设人才的需要，学院以专业课程为基础，通过科教结合、校企合作等途径，发挥专业特色与优势，完善校内外实验实践基地建设，为培养学生复杂工程问题解决能力建立必要的支撑保障条件，用“新工科”理念共同培养“新工科”人才。

在实验实践教学方法方面，首先帮助学生了解现阶段社会需求现状，改变以往单纯的知识传授，增加案例分析、小组讨论等多种方式，增强学生的参与度，从而保障学生对市场、企业等实际状况和工程问题的了解；构建交通运输专业实验平台，采用学生独立设计实验流程的方式，提高学生的方案设计能力，基于行业实际复杂工程问题进行毕业设计选题，采用企业导师与学校导师共同指导的方式，针对具体工程问题引导学生查找资料寻求解决方法，逐步提高实验教学层次，提高专业影响力；通过对国内交通领域不同专业方向相关企业调研，采用集中讨论的方法甄选适合学生工程实训的企业开展实训，注重提高学生动手实践能力，真正将“产教融合”理念融入实验教学改革进程中。

在实验实践课程体系方面，学院在结合“新工科”建设和大连海事大学交通运输专业教学改革实践经验的基础上，不断深化产教融合教学模式，加强校企全面合作。为增强学生对行业实际情况和热点问题的掌握和理解，学院积极联系校内外相关企业，建立合作关系，为学生提供真正有价值、有收获的实践机会，从校企共同制定培养目标与毕业要求、校企共同优化课程体系与教学内容、校企共建实践基地、校企共建教学队伍、校企共同指导学生毕业设计和校企共同评价毕业生工程创新能力六个方面出发，形成了更全面、更深入的“产教融合”教学模式[6]。2016年，在原有基础上增加企业工程实训学分，促使学生多接触实践中的交通运输领域复杂工程问题；2018年，增设港口运营实验和外贸运输实验，采用学生自主设计实验的方式，提高学生的方案设计能力；2019年，为进一步培养学生的实验实践能力，进一步丰富企业工程实训课程，不断增强校企合作，增加学生实践机会。

4.建立有效的评价反馈机制，保障人才培养体系的有效反馈和持续改进

学院按照相关程序文件，对教学质量、毕业生基本情况进行跟踪反馈，对用人单位满意度和学生达成毕业要求的情况进行综合评价，从而形成专业教学质量报告、毕业生就业质量报告等，考量学生是否具备解决复杂工程问题的基本能力，并将结果交由院级教学管理队伍汇总以用于下一步工作有针对性地开展，从而完成人才培养体系的有效反馈和持续改进。

(1)毕业生跟踪反馈机制

1)对毕业生进行跟踪调查

学校就业指导中心通过网络问卷或实地走访的方式以学院为单位建立较完善的毕业生跟踪机制，建立毕业生就业档案库，搜集学生解决复杂工程问题能力地水平、学生对学校人才培养工作的看法、企业对毕业生的评价和企业情况等方面的信息。通过对调查数据的整理和分析，形成专业本科毕业生就业质量跟踪调查报告。就业指导中心将毕业生情况反馈给教学管理队伍，为教育教学改革提供真实可靠的信息。

2)应届毕业生座谈

学院每年选择有代表性的毕业生召开座谈会，以便掌握学生升学、就业、出国等个人发展情况，同时了解学生对人才培养和解决复杂工程问题能力培养的看法和建议。之后，学院将座谈会重要内容反馈到教学管理队伍，以便进行教学工作的持续改进，进而提升教学质量。

(2)社会评价机制

1)从相关企业获取反馈信息

学院基于思想精神、管理沟通和专业能力三个指标对毕业生就业单位满意度进行抽样调查，并对调查结果进行整理，作为专业就业市场调研报告的一部分，总结相关建议并反馈给教学管理队伍，为培养目标的改进提供参考。

2)从高校等相关机构获取反馈信息

对高校、科研院所等录取本专业毕业生的机构建立主要包括机构名称、科研水平、科研成果、导师满意度等的评价指标，并针对评价结果进行整理和数据分析作为专业就业市场调研报告的另一部分，得出毕业生解决复杂工程问题能力水平的具体评价。

(3)毕业设计(论文)评价机制

基于企业实际问题确定毕业设计选题，采用企业导师与学校导师共同指导的方式进行，依据《大连海事大学交通运输专业毕业设计(论文)评分标准》对学生完成质量进行持续评估，并设立包括项目选题、中期考核、实践环节及论文终稿等反馈节点，建立相关评价指标体系对学生毕业设计(论文)完成情况进行评价，要求学生在复杂工程问题研究过程中充分考虑社会、安全、环境等非技术因素，依此建立恰当模型，并使用相应的现代工具进行求解。最后分析汇总存在的问题，将结果反馈给院级教学管理队伍、企业导师和学校导师，持续改进以提高毕业论文质量。

(4)教学质量监控机制

1)构建全方位多层次的教学管理架构

院级教学管理队伍负责各项教学管理工作的实施，形成全方位、多层次的教学管理架构，健全课程考核管理规定、补考管理规定、本科生成绩管理办法等教学管理支持文件，为解决复杂工程问题的人才培养提供更优良的教学管理支持。

2)定期开展教学交流与探讨

首先，学院定期开展以教学模式改进为主题的专家座谈会，探讨目前交通运输专业教学模式的不足，学习国内外先进教学经验，专业负责人通过教学研讨会帮助教师发现并解决教学过程中的问题，并形成会议记录；其次，学校每学期组织学生参与学校的评教系统，对教学工作提出意见和建议，反馈给教师，帮助教师发现并解决教学过程中的问题，通过院级教学管理队伍对教学工作进行改进，提升教学质量，优化对解决复杂工程问题人才的培养方式。

五、人才培养体系改革的主要成果

1.制订了专业、合理的人才培养计划，为面向“新工科”建设的人才培养提供实施依据

交通运输专业培养计划经行业企业专家、专业教师等协商制订，具有完善的课程体系和实验实践环节，能有效促进学生和教师对各个教学环节与毕业要求间相互关系的进一步认识，从而保障学生理解各门课程和毕业要求在复杂工程问题解决过程中的重要作用。交通运输专业获评2018年辽宁省普通高等学校首批一流本科教育示范专业。

2.形成具有专业特色的理论课程体系，有效支撑学生复杂工程问题解决能力的提升

经广泛探讨和长期实践，形成了极具特色的理论课程体系。目前，交通运输专业学分设置合理，数学与自然科学类课程占比15%，工程基础类课程和专业基础类课程与专业类课程占比44.5%，人文社会科学类通识教育课程占比19.4%，工程实践与毕业设计(论文)占比20%(卓越工程师方向为24.8%)，课程体系具有鲜明的专业特色，充分满足工程教育认证要求，有助于学生解决复杂工程问题能力的培养。自改革以来，交通运输专业学生积极参加大学生创新创业竞赛、全国大学生交通科技大赛和各类学科竞赛并取得优异成绩，近五年获得省级及以上奖项共计118项，其中国家级以上奖项63项。如由专业学生主持的“车路协同环境下中途放车公交调度优化模型及应用模块开发”项目获得“上海路港杯”第十二届全国大学生交通科技大赛一等奖；“HTA船舶智能配载仪”项目获得中国(小谷围)“互联网+交通运输”创新创业大赛之紫光杯·中国大学交通运输创客大赛国家一等奖等。

3.建立了有针对性的实验实践环节，切实提升学生复杂工程问题解决能力

目前交通运输专业实验实践环节内容丰富，学分设置合理，与企业合作密切，能有效保障对学生解决实际交通运输领域复杂工程问题能力的培养。其中，与大连集装箱码头有限公司共建的“交通运输港口运营实践教育基地”被评为2018年辽宁省大学生校外实践教育基地；依托港口运营、港口规划、港口物流系统仿真、外贸运输、货运业务、运输系统规划等研究方向所建设的“国际多式联运实验教学中心”被评为2018年辽宁省实验教学示范中心，给学生提供了良好的实验实践环境和硬件保证。

4.构建了工程教育认证背景下的长效评价反馈机制，切实反映学生的工程能力以应用于人才培养体系的持续改进

交通运输专业于2012年第一次通过工程教育认证，2015年通过工程教育认证复审，2019年第三次通过工程教育认证专家进校考核，建立的评价反馈机制能有效收集在校生、毕业生以及行业企业专家的反馈意见，反映学生复杂工程问题解决能力，并能应用于专业人才培养体系的持续改进中，得到工程教育认证专家组的一致好评。

六、结语

现今世界范围内新一轮科技革命与产业变革正在不断深化，人工智能、大数据、物联网等新技术迅速发展，世界各国综合国力的竞争也愈发激烈，这对我国高等工程教育的发展以及创新型工程科技人才的培养提出了更高的要求。从上述改革经验和成果可以看出，为提升学生基本科学素养、创新精神和复杂工程问题解决能力，各工科专业应结合工程教育认证标准，面向国家“新工科”建设需求，以学校政策为支撑，以相关教学改革项目为依托，以实验实践平台为载体，积极推进人才培养体系改革。可从培养计划、理论课程体系、实验实践环节、评价反馈机制等多个方面入手，努力培养更多适应未来新技术和新产业发展的创新型工程科技人才。