“力学 软件工程”交叉人才能力体系的构建研究.pdf

以新工科建设理念为指导，创新性地提出力学与软件工程跨专业交叉人才培养新模式，培养未来力学软件产业发展需求的专门人才针对这一跨专业交叉融合培养新模式，采用扎根理论，通过两次调研，构建了“力学软件工程”交叉人才的能力体系，包括个一级指标和个二级指标重构的能力体系符合力学软件领域本科生培养和用人需求以能力体系为导向，可完善培养过程和课程体系的重构，为培养满足国家需要和业界需求的交叉专业人才提供有力支撑，也可为相关高等院校的新工科人才培养提供参考关键词：交叉人才；力学软件；扎根理论；能力体系；新工科建设中图分类号：；文献标志码：文章编号：（）：力学是一门兼具基础和技术的科学，对现代工程技术的发展具有支柱作用，力学专业旨在为国家工程技术重大战略培养基础和应用型人才随着新工科建设的日益深入，力学专业的发展面临新的要求与挑战，“问产业需求建专业”的新工科建设理念为力学专业的突破与发展指明了方向软件产业是国家战略性新兴产业，特别是以力学理论为核心算法，支撑重大装备和结构创新设计、智能制造与研发的力学软件长期被国外垄断，因此，发展国产自主可控的力学软件已成为国防、航空航天和先进制造等领域的重大战略需求国家自然科学基金委“力学学科年中长期发展规划及 十四五 发展规划战略研讨会”特别指出国产软件自主开发的重要战略意义，认为其应当在力学学科的发展规划中占有重要地位而解决这一问题需从源头抓起，从人才培养抓起，因此，力学学科必须承担起培养力学软件开发人才的时代使命而传统力学人才培养主要集中在工程应用型和基础研究型两类，个别高校虽通过强化数值方法、计算力学和软件应用类课程的设置，使毕业生具有较强的算法研究和软件应用能力，但在用工程化方法进行大型软件的开发、维护、管理和技术整合等软件工程方面的能力则较为欠缺，无法满足力学软件开发的需求而软件工程专业的毕业生则因缺乏力学基础知识和对力学领域应用和需求的深刻认识，使其在与力学专业人员合作开发软件过程中存在沟通难和发展理念难以统一等矛盾长期实践也充分表明，这一矛盾已成为阻碍力学软件国产化发展的重要因素因此，如果在培养力学专业知识的同时，强化软件工程方面的能力培养，这对提高力学软件研发人才的培养质量，促进我国力学软件的快速发展具有重要意义由此可见，在我国力学软件亟待发展的今天，力学专业联合软件工程专业共同培养“力学软件工程”交叉人才显得尤为重要和迫切然而，对于这种跨专业交叉培养的新模式，学生能力体系是确保人才培养质量的关键环节，其上承培养目标，是培养目标的具体体现，下启培养方案和课程体系，是其制定的重要指导其中，课程体系是专业在教学过程中所涵盖的课程设置和教学内容的组合它包括专业课程、通识教育课程、选修课程等等，这些课程共同构成了学生在特定专业领域内所需学习的知识体系其设计需考虑专业的核心概念、理论、方法以及实践技能，确保学生能够全面系统地掌握该专业领域第期蒋文涛，等：“力学软件工程”交叉人才能力体系的构建研究 的知识而能力体系则是指培养学生在特定专业领域内所需掌握的核心能力和技能这些能力包括知识应用能力、问题解决能力、沟通能力、创新能力、团队协作能力等等能力体系的构建需要考虑社会对于该专业人才的需求以及未来职业发展的趋势，以便使学生具备胜任相关工作岗位的能力二者相辅相成互为支持，课程体系可为能力体系提供知识和理论基础，学生通过课程学习掌握该专业领域内的核心概念、理论和方法，可为培养相关能力奠定基础能力体系则指导课程体系的设计，根据能力要求进行课程的规划，确保学生在完成课程学习的过程中能够逐步培养和提升所需的各种核心能力具体而言，由于“力学软件工程”交叉人才培养目标特定的方向性，其中在传统力学人才培养基础上增加了对软件工程的专业要求，使其与传统力学人才培养要求有所联系却又不尽相同由此，对课程体系的制定提出了新的要求，特别是在有限的学时条件和兼顾个专业要求的前提下，如何合理设置课程、哪些课程的哪些知识点必须保留甚至需要加强、哪些课程可以适当弱化、个专业的哪些教学内容可以进行交叉融合等等，都需要根据行业需求、课程内容和专业特点等进行设计制定这既不是个专业课程的简单叠加，也不是重建一套全新的课程，而是需要进行合理的课程配置和恰当的内容融合而要科学合理地设置课程体系，实现培养目标的要求，则首先需要清楚学生毕业时应具备的能力要求（即能力体系），只有这样才能依据能力体系，构建知识体系，进而设置课程体系而这并没有现成的模板可供借鉴，需要重新思考和构建为此，本文以质性研究领域极具影响力的扎根理论为研究方法，构建了“力学软件工程”跨专业交叉人才的能力体系，并指导完善新培养模式下课程体系和培养过程的建设，对最终解决力学人才软件开发核心素养不足、培养过程与产业需求不对称等难题进行研究，是新工科建设理念指导下的一次积极探索研究方案与实施路径扎根理论（，）是以经验资料为基础建立理论的一种定性研究方法，其过程包括二级或三级编码，即开放编码、轴心编码和选择编码在教育教学研究方面常用于学生教育深造意愿、学习行为模式、各类能力指标等的调查分析对比本文运用扎根理论系统开展能力指标体系的构建研究首先，在开放编码阶段，采用专家评议法对能力要素进行初步调研，同时对获得的专家建议进行编码；然后进入轴心编码阶段，结合文献法和因子分析初步得到力学软件人才能力构成的基本范畴；随后是选择编码过程，参考基本范畴中包含的要素开展大规模问卷调查，通过对结果的比重分析确定力学软件人才的核心能力指标；最后，结合次调查结果构建“力学软件工程”交叉人才能力体系，并与传统力学人才能力体系及最新教学质量国家标准进行对比分析，获得影响“力学软件工程”交叉人才培养质量的要点，并指导进一步的人才培养实践过程其具体实施路径如图所示图基于扎根理论的“力学软件工程”交叉人才能力体系构建路径 “”四川师范大学学报（自然科学版）第卷“力学软件工程”交叉人才能力体系构建 从专家建议到能力范畴针对毕业生基本能力素养需求开启专家评议问卷调研，选择力学软件相关的高校教授和行业专家共人作为调研对象，其中，高校专家占比，企业占，研究院所占，最后共获得条具体建议首次调研目的为获得行业需求的能力素养词库，因此，需对专家提出的具体建议进行开放编码（即标签化），同时通过词频分析得到核心词语在此基础上，根据已有的对新工科内涵和教育范式架构、产业发展新要求及我国高等工程教育现状的研究，结合工程力学专业的培养目标和软件工程专业认证能力体系等，初步划定了“力学软件工程”交叉专业学生的类能力范畴，分别为：学术知识与技术能力、个人素养与社会能力、工程思维与工程实践能力、创新思维与创新实践能力最后，对专家给出的条建议进行轴心编码（范畴化），纳入上述类能力范畴，得到表的主要能力范畴及基本指标编码表“力学软件工程”交叉专业人才主要能力范畴及基本指标编码表 能力范畴专家建议基本能力指标及编码工程思维与工程实践能力工程概念认知、工业领域知识背景、数值计算经验、独立完成大作业、工程领域生产实践经验、工业复杂装配体分析流程建模有相关工业和计算领域知识背景，清楚其中原理能够有意识地将工程需求和理论转变为实际工程应用对工程需求有较强认知能力，能够熟练识别工程问题并将其模型化具有相关工程领域生产实践训练经历具有简化工程模型及边界条件的能力能够运用工程实践中必需的技术、技能和现代工程工具有初级数值计算经验，能够独立完成大型仿真计算练习具备网格开源库的调用能力，具备复杂装配体分析流程建模能力创新思维与创新实践能力国际视野、适应变化、不随波逐流、解决问题能力、跨界融合、探索精神、逻辑思维能力具有较强的逻辑分析能力具有创新意识和批判性思维具备学习和应用新知识、新技术的能力具有较强跨界整合能力，具有探索意识和探索精神具有国际视野和大局观，理解工程解决方案在全球、经济、社会、环境等方面的影响具有将创新想法落地实施的能力能够在解决问题过程中进行多层次多角度的尝试面对问题能够提出独特的解决之道，能够分解难题并逐步解决问题学术知识与技术能力 等编程语言、力学学科基础、力学基本概念、数学基础功底、数据库及图形学知识数学基础功底好熟悉有限元等数值计算方法熟悉基本的数据结构和算法知识具备扎实的力学基础，掌握基本概念熟练掌握一门以上编程语言，具备简单的编程能力具备工程结构力学分析和建模能力熟练掌握和使用大型通用有限元软件具备一定的软件开发设计、图形开发处理和软件架构分析能力个人素养与社会能力团队协作精神、快速学习能力、自主学习能力、持续学习能力、认真踏实、沟通协调、合作意识、有定力、静心、服务国家需求热爱软件研发，喜欢编程具有自主学习、终身学习和独立工作能力具备一定的资料检索调研能力和英文文献阅读能力耐心踏实，认真肯干，有毅力，有定力，能坐得住冷板凳理解职业和道德责任有服务国家需求的志向具有与用户交流协调、有效沟通的能力有相关项目管理经验并在其中发挥领导能力具备合作意识和团队精神，能够在多学科团队中发挥作用第期蒋文涛，等：“力学软件工程”交叉人才能力体系的构建研究 核心指标确认在人才培养能力范畴初步建立起来之后，针对能力范畴内的具体能力指标开展大规模问卷调研此次调研主要设立了大能力范畴各 个基本能力指标选项（如表），通过专家投票选出从事力学软件研发的本科毕业生最应该具备的能力指标（即选择编码）第二次调研规模大、范围广，参加调研的专家分别来自全国省级行政区的力学、软件及土木、机械、材料、航空等相关领域高校、企业和科研院所，其中，高校占比，企业研究院所占比共获取有效问卷 份，统计分析专家对个核心能力范畴内条能力指标的投票结果，如图所示图 大能力范畴内各指标的专家认可度调查结果分布图 图显示，在“工程思维与工程实践能力”范畴内，、比例较高出近，表明毕业生不需要一定具备丰富的实践经验和特定的分析技能，但对力学软件人才的知识背景和原理、工程认知和意识、模型简化等能力要求较高；在“创新思维和创新实践能力”范畴内，、比例显著高于其它指标，说明专家们一致认为应具备学习和应用新知识、新技术的能力和逻辑分析能力，只有这样才能适应软件行业新理念层出、知识更新快的发展势态；在“学术知识和技术能力”方面，除了看重学生的力学和数学基础是否扎实（和）外，更看重是否熟悉数值计算方法（），这体现了行业对学生知识结构侧重点的要求；在“个人素养和社会能力”领域，约 的专家都关注学生是否具有自主学习、终身学习和独立工作的能力（），这是本次调研中唯一一个超过比例的指标，由此可见，在知识和信息更新迭代速度空前的今天，个体的学习能力，即不断学习、适应发展的技能是不可或缺的，我国现行的工程教育专业认证也将“终身学习”作为一项重要的毕业要求，这应当是专家们对本科生的共同期待，而对“力学软件工程”交叉专业本科生来说，工作中能够独当一面也颇为重要另外相当部分专家（约）对力学软件领域本科生提出了“有毅力有定力，踏实肯干”的要求（），切实反映出力学软件研发的难度，也侧面体现出要解决力学软件发展受限难题需要一批志存高远、心性坚定的专业人才，映射到教学中则要求我们应注重培养学生的理想信念“力学软件工程”交叉人才能力体系的重构通过分析总结次调研结果，查阅新工科能力体系相关文献，总结跨专业人才培养实践经验，最终得到重构的“力学软件工程”跨专业交叉人才能力指标体系，如表所示其中，一级指标个，为四大能力范畴，二级指标共个，为大规模调研时投票结果超过 四川师范大学学报（自然科学版）第卷（即）的具体指标经凝练综合而成表“力学软件工程”跨专业交叉人才的能力指标体系 一级指标二级指标工程思维与工程实践能力具有工业计算领域的背景知识，熟悉其发展脉络和基本原理（能力）能够清晰认知工程需求、熟练识别工程问题，能进行抽象建模（能力）创新思维与创新实践能力能够有效表达实际工程问题，并提出满足实际需求的解决方案（能力）具备较强的逻辑分析能力，能够学习和应用新知识和新技术（能力）学术知识与技术能力熟练掌握有限元等数值计算方法，具备深厚的数学基础功底（能力）具备较系统的力学基础知识，掌握工业软件相关的基本概念（能力）个人素养与社会能力具有自主学习、终身学习的劲头，能够独当一面、胜任工作（能力）热爱软件研发，有毅力和定力，脚踏实地，有责任心肯担当（能力）重新构建的能力体系代表从事力学软件开发的本科毕业生应该具备的基本素养，具有明确的专业特色，其中“学术知识与技术能力”和“个人素养与社会能力”是基础支撑，“工程思维与工程实践能力”是延伸拓展，“创新思维与创新实践能力”是提高升华与传统力学人才培养能力体系（年出版的 高等学校理工科工程力学专业规范中提及毕业生应具备的知识结构和达到的能力）以及教育部年发布的普通高等学校本科专业类教学质量国家标准 中力学类和计算机类专业人才培养基本要求对照发现，“个人素养与社会能力”方面都强调自主学习和终身学习能力，这是工业革命以来工程科学教育的共识；没有强调对外语能力的要求，因为当代学生英语能力普遍较强，且在编程学习和应用过程中能自主强化英语水平；增加了对学生毅力定力和责任心的要求，这一方面与国产自主力学软件研发和推广的难度高有关，另一方面也与当代青年学生的成长环境较为舒适优越相关，对于新一代“力学软件工程”交叉人才来说，应始终培养其使命感和责任担当，以及勇于实践、不怕失败、细心谋划的理性思维在“学术知识与技术能力”方面，都要求扎实系统的力学与数学基础，且对数值计算和有限元方法的掌握要求更高，这是由于大型工程软件的应用与开发集中在软件上，体现出交叉专业的特色；在“工程与创新思维和实践”方面，工程实践能力和创新意识都是必不可少的，对力学软件工程交叉人才而言更强调其工业和计算背景、工程认知和逻辑分析能力基于以上分析，结合个专业的国家标准和专业规范要求，构建了“力学软件工程”交叉专业的课程体系主体框架，如图所示，其主线是力学专业主干课程，辅线是软件工程专业核心课程其中，各课程所支撑的主要能力指标（见表）分别对应虚框中的 与传统力学课程体系比较，强化了工程问题抽象建模能力和实践能力培养，弱化了部分理论性和方向性较强的课程（如连续介质力学、黏性流体力学等）；与传统软件工程比较，则保留了能充分体现软件工程专业知识体系的课程群此外，为促进和提升工程思维与工程实践能力，着力设置了一批体现力学知识与软件工程理论交叉融合的项目制实训课程群（如图?），由简到难递进式培养学生基于复杂力学问题的软件开发能力，实现了力学与软件工程在专业理论与专业技能方面跨学科的贯通融合同时，基于能力体系培养的需要，除课程内容自身对部分能力具有较好的支撑外，如理论力学和材料力学能力，数据结构与算法和计算力学能力等，课程体系还根据课程内容特点针对性强化了对特定能力培养的要求，如新生研讨课和项目制实训课程群能力，通过课程思政和项目实践润物无声地培养学生深厚的家国情怀和攻坚克难的信心，以及致力于力学软件开发应用的信心和决心，强化个人素养与社会能力的培养；理论力学、材料力学、弹性力学、计算力学等力学主干课程增加了对工业软件基本概念的教学要求，如用数值分析方法求解理论问题、基于软件进行复杂力学问题的讲解等，以此强化能力的培养，进一步打通力学与软件工程的专业壁垒第期蒋文涛，等：“力学软件工程”交叉人才能力体系的构建研究 图基于能力体系的课程体系框架 结论“力学软件工程”跨专业交叉培养是一种新的人才培养模式，在培养目标指导下进行能力体系的重构，是提高交叉人才培养质量的重要环节本文在新工科建设理念的引领下，围绕产业需求和人才培养新模式，采用扎根理论，通过次调研确定了“力学软件工程”交叉人才培养的大能力范畴，即工程思维与工程实践能力、创新思维与创新实践能力、学术知识与技术能力、个人素养与社会能力，以及与之对应的个核心能力指标，并在重构的能力体系指导下，进一步开展了“力学软件工程”交叉人才培养过程的革新和课程体系的再升级本文是对新工科人才培养的一次积极探索，文中所提出的研究方案和实施路径也可为其他高校开展类似学科交叉型新工科建设提供有益的参考和指导致谢四川大学新世纪高等教育教学改革项目工程（第九期）研究项目（）对本文给予了资助，谨致谢意参考文献吴岩新工科：高等工程教育的未来：对高等教育未来的战略思考高等工程教育研究，（）：交大新闻网“力学学科年中长期发展规划及十四五发展规划战略研讨会”在西安交大举行 ：陈向明扎根理论在中国教育研究中的运用探索北京大学教育评论，（）：吴刚工作场所中基于项目行动学习的理论模型研究上海：华东师范大学，徐伟琴，岑逾豪“读博”还是“工作”：基于扎根理论的硕士生读博意愿影响机制研究高等教育研究，（）：谢和平对大学教育的几点思考大学教育科学，（）：黄英，李保国，雷菁，等新工科的专业核心能力探索及课程体系构建大学教育，（）：四川师范大学学报（自然科学版）第卷龙奋杰，邵芳新工科人才的新能力及其培养实践高等工程教育研究，（）：周开发，曾玉珍新工科的核心能力与教学模式探索重庆高教研究，（）：马新玲“互联网”背景下新工科多循环镶嵌式“工”型人才的培养模式力学与实践，（）：教育部高等学校力学教学指导委员会力学类专业教学指导分委员会高等学校理工科工程力学专业规范北京：高等教育出版社，教育部高等学校教学指导委员会教育部高等学校本科专业类教学质量国家标准（上）北京：高等教育出版社，陈丽，黄启春，杨小虎特色化、引领式软件工程人才培养体系的构建高等工程教育研究，（）：“”，（，；，；，）：，“”，：；（编辑郑月蓉）