前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的新工科背景項目型課程體系研究，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
摘要：高等教育是我國人才培養的主要方式，近年來，以培養新型人才為目標的新工科建設方興未艾，因此為適應時代的發展，高等教育課程體系重構勢在必行。該文以工業工程專業為例，在新工科建設的大背景下，借助復雜網絡和項目型教學的方法，對某校工業工程專業課程體系進行分析和重構。首先，構建該專業課程網絡模型并繪制加權有向課程網絡圖；其次，對度值、介數中心性等個體屬性和平均聚類系數、密度等整體屬性進行計算分析；最后，依據課程網絡的相關屬性建立3個項目型課程體系。
關鍵詞：新工科；課程體系重構；復雜網絡；項目型課程體系;工業工程專業
近年來，我國提出了“中國制造2025”“創新驅動發展”等一系列國家戰略[1]，為了更好地實施國家戰略，教育部在2017年提出進行“新工科建設”，有關新工科建設的研究及以新工科為背景的教育改革相繼開展，“復旦共識”“天大行動”等的提出促使新工科建設進入深化階段[2]。新工科建設的提出為我國高等教育的發展帶來新的機遇，把握并利用好此機遇，將促進我國高等教育邁入新階段[3]?，F如今，我國高校的人才培養模式以教師授課為主，課程是教師授課的載體[4]，因此課程體系的健全是實現培養目標的保障[5]。受基礎教育的影響，學生學習普遍存在自主性差、積極性不高和機械化記憶嚴重等問題，同時所學知識比較零散瑣碎，教學模式和方法呆板，學生難以將所學知識運用到實際問題當中[6]。近年來，諸多高校逐漸意識到課程體系重構的重要性，通過課程體系重構健全課程體系是培養我國所需的新工科人才最簡便、最容易實現的方式。工業工程專業作為自然科學和社會科學的交叉學科，跨學科特色顯著，為我國培養出眾的兼具專業技術與管理才能的復合型人才，無論是制造業還是其他行業，工業工程人才都發揮著重要作用[7]。在美國等發達國家，工業工程的發展和應用已經十分成熟，但我國工業起步較晚，工業工程的發展還有很長的路要走[8-9]。促進工業工程的發展，工業工程人才的培養模式成為首要問題。工業工程專業知識面廣泛，學生難以對所學知識全面掌握的問題一直困擾著諸多高校和教師。因此，在新工科背景下，融入新工科理念，進行工業工程專業人才培養模式的改革已經迫在眉睫[10]。本文以某高校工業工程專業為研究對象，利用復雜網絡及項目型教學的理論和方法，對工業工程專業課程體系進行深入探討并做出改善。
一工業工程專業課程網絡模型的構建
（一）課程網絡定義及說明
本文建立的課程網絡模型以工業工程專業課程為節點，以課程之間的相互關系為連邊，以課程之間先修后修關系表示連邊的方向。由于課程之間聯系的緊密程度不同，因此設定各連邊具有權重，從而形成一個加權有向課程網絡模型。本文參考某高校工業工程專業培養方案，選用36門專業課程作為節點。根據培養方案確定連邊及方向，采取容易操作、便于量化的問卷調查法對多名相關專業研究生進行問卷調查，確定連邊權重大小，并建立各連邊權重的關系矩陣。
（二）構建課程網絡模型
設定工業工程專業課程加權有向課程網絡。1）集合S表示工業工程專業課程的集合，S={S1，S2，S3，…，Sm}，每一門課程都代表一個節點，表示為Si。2）集合E表示2個課程相關連邊的集合，E={eij|i，j=1，2，3，…，m}，eij表示節點Si和節點Sj連邊的邊權，定義Si為先學課程，Sj為后學課程。3）課程網絡可以表示為一個m×m的矩陣，具體表示如式（1）所示。若eij=0，表示節點Si和節點Sj之間沒有關聯或關聯程度相對較弱可忽略不計；若eij≠0，則表示節點Si和節點Sj相關[11]。4）該課程網絡用矩陣表示可以表示為矩陣A按照定義的課程網絡模型和專業課程的相互關系，構建課程網絡圖。
二課程網絡的基本特性分析
利用Python軟件實現可視化的課程網絡圖，并計算出課程網絡的基本屬性。本文將從2個層次對課程網絡的屬性進行分析：一是課程網絡的個體屬性分析，即出入度、介數中心性等。二是課程網絡的整體屬性分析，即平均聚類系數、密度等。
（一）課程網絡個體屬性分析
1度值、出度及入度度值Ki是復雜網絡中最基本、最重要的基本特性，度值Ki表示的是與節點Si相關聯的節點的數量。在有向網絡中，度又可劃分為出度Kiout和入度Kiin2種。其中，出度Kiout表示節點Si指向其他節點的連邊的數量，入度Kiin表示其他節點指向節點Si的連邊的數量[12]。對課程網絡的度值進行統計，對于度值較大的節點相對應的課程，例如基礎工業工程（S15）、生產計劃與控制（S25）、質量管理與可靠性（S24）和人因工程（S16）等應作為工業工程專業課程中的重點課程進行學習；由于課程網絡是有向網絡，因此要考慮節點的出度和入度。出度大的節點多為基礎性、理論性較強的課程，比如計算機基礎（VB）（S8）、系統工程（S6）和互換性與機械制造基礎（S17）等，應將其作為基礎專業課程重點學習；入度較大的課程，比如基礎工業工程（S15）、人因工程（S16）、質量管理與可靠性（S24）和物流工程學（S5）等綜合性、應用型較強的課程，應放在培養方案的中后期進行學習。2介數中心性節點Si的介數中心性（Betweennesscentrality）表示將節點Si的介數歸一化。介數可以被定義為網絡中2個不相鄰的節點（Si、Sj）之間的最短路徑途徑某些節點Sn，最短路徑經過Sn的數量被稱為Sn的介數Bn。如果某個節點Sn被其他許多最短路徑經過，則表示該節點在網絡中很重要[12]。通過計算得出，課程網絡中介數中心性最大值是0.233，最小值是0，基礎工業工程（S15）、質量管理與可靠性（S24）和人因工程（S16）等課程的介數中心性較大，說明其對整個網絡的影響較大，故應作為核心課程進行學習。
（二）課程網絡整體屬性分析
1平均聚類系數聚類系數是指節點Si與相鄰節點之間實際存在的邊數和總的邊數的比值，被稱為節點Si的聚類系數Ci，用以表示節點的聚集情況。而平均聚類系數表示所有節點聚類系數的均值，用以描述整個網絡的緊密程度。經過計算得知，課程網絡的平均聚類系數為0.54，說明該網絡的聚集性較強，各課程之間聯系較為密切。2密度一個網絡的節點及關系數量構成了這個網絡的規模大小，該網絡的復雜程度和緊密程度可以由該網絡的密度來體現[12]。在該課程網絡中，節點數為36，連邊數為200，說明該網絡的規模較小。經過計算得知，該網絡的網絡密度為0.32，即2個節點相關的概率為32%，體現了課程網絡內部聯系較為緊密，各課程之間相互干擾性較強、獨立性較差，如果學生在學習過程中有一門課程學不好很容易對其他課程的學習造成影響。
三項目型課程體系的建立
根據上述對課程網絡屬性的分析發現，該專業課程間聯系緊密，基礎性課程（即出度值較大的節點）較多，核心課程（即入度值較大的節點）突出且較少，因此能夠形成若干個項目型課程體系。此外，在現有的課程教學中還存在理論知識與實踐脫節的現象，有時在學習完理論知識較長時間后才會進行相關實踐課程，此時理論知識已經有所遺忘，導致實踐的效果較差。新工科的提出，不僅對高等新型人才在理論知識的學習上提出新要求，同時也要加強對知識的靈活應用。特別是工業工程這種應用性較強的專業，理論知識與實踐相結合不可或缺。因此，本文利用項目教學法的思想（Project-BasedLearning，PBL），建立了項目型課程體系，其主要內容是指教師的教學圍繞著某個具體的項目進行，學生圍繞著項目開展學習工作，在完成理論知識學習之后有目的性地進行實踐活動，學以致用[6]。項目型課程體系的項目選擇應遵循以下原則。一是要應盡可能地覆蓋多門專業課程。二是要以課程網絡模型的核心課程為項目的基礎。因此，本文將入度值較大的核心課程作為項目選擇的參考，建立了3個項目型課程體系。
（一）生產精益項目課程體系
本項目以基礎工業工程為核心課程，可以分為人因工程、精益生產和生產計劃與控制3個方面，在課程網絡中尋找其先學課程與后學課程，形成課程網絡體系。通過對項目有關課程理論知識的學習，掌握人因工程、精益生產和生產計劃與控制的理論知識，并將這些知識實際應用到生產線上。項目實例應用：以某公司某生產線為研究對象，進行工業工程相關內容分析改善。1）現存問題：照度不合理；零件布置混亂；生產線高度不合理，生產浪費嚴重，生產線生產不平衡。2）研究內容：通過對生產線調研，發現現存不合理的地方，利用人-機-環境系統設計、一個流生產和5S管理等基礎工業工程的知識和方法進行相關改善。3）研究目的：對生產線進行改善，提高產線平衡率和生產效率。4）項目輸出：生產精益項目報告，主要內容包括車間環境照度分布圖、5S管理執行準則和產線平衡方案等。
（二）質量工程項目課程體系
該項目以質量管理與可靠性為核心課程，建立課程體系，如圖1所示。質量工程是工業工程專業的核心知識之一，以此為基礎建立項目課程體系，目標是學生在完成有關基礎課程的基礎上，掌握質量工程的思想和方法，能夠分析和解決企業生產過程中出現的質量問題。圖1質量管理項目課程體項目實例應用：以某生產線為例，進行質量工程方面的分析和改善。1）現存問題：零部件瑕疵率較高；工作人員操作不規范。2）研究內容：對生產線的各工位進行觀察分析，并利用因果圖法、檢查表法等質量管理的相關工具，發現生產線的質量問題并加以改善。3）研究目的：優化生產線，提高產品質量。4）項目輸出：質量工程項目報告，其內容主要包括有關質量問題的因果圖、魚骨圖，產品抽樣檢驗報告，產品質量檢查表等。
（三）物流工程項目課程體系
該項目以物流工程學為核心課程，建立物流工程項目課程體系，如圖2所示。其主要目標是使學生掌握物流工程的基本理論和方法，并能將物流設施選址、物流設施布置等物流工程的知識運用到實際當中。項目實例應用：以某車間物料區為例，對物料區物料配送進行分析改善。1）現存問題：布局不合理；電梯口擁堵；搬運效率低。2）研究內容：發現物料區的問題所在并分析原因，利用物流工程中的設施布置、物料搬運系統和EIQ分析等知識對物料區進行改善。3）研究目的：降低配送時間，提高配送效率。4）項目輸出：物流工程項目報告，內容主要包括物料布局規劃設計方案、物料搬運設計方案等。
四結束語
本文以某高校工業工程專業培養方案為依據，建立加權有向課程網絡模型，構建出工業工程專業的課程網絡體系，并對課程網絡的相關屬性進行分析，依據課程網絡的相關屬性建立了3個項目型課程體系，有效提高學生對專業課程內容的掌握程度，提高了實踐的效果，同時為教師教學提供借鑒作用。此外，對于工業工程人才的培養依然存在諸多問題，在未來研究中，課程學習的時間安排、各項目之間的關聯等方向都值得深入探索。
參考文獻：
[1]吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科主動適應和引領新經濟[J].高等工程教育研究，2017（1）：1-9.
[2]胡永生.新工科背景下校企合作人才培養模式改革研究[J].西南師范大學學報（自然科學版），2019，44（9）：143-148.
[3]劉吉臻，翟亞軍，荀振芳.新工科和新工科建設的內涵解析———兼論行業特色型大學的新工科建設[J].高等工程教育研究，2019（3）：21-28.
[4]林健.新工科專業課程體系改革和課程建設[J].高等工程教育研究，2020（1）：1-13，24.
[5]張琳，胡一川，盧詩潔，等.基于復雜網絡的本科課程網絡分析[J].科學通報，2017，62（Z2）：3277-3284.
[6]李瑞寧，王怡.學分制轉型期下的高校本科課程供給改革：問題分析與對策研究[J].西南師范大學學報（自然科學版），2019，44（8）：127-133.
[7]易樹平，郭伏.基礎工業工程[M].北京：機械工業出版社，2013：19-27.
[8]黃毅敏，齊二石，劉洪偉，等.面向中國制造業的工業工程應用與挑戰[J].工業工程與管理，2015，20（5）：157-165.
[9]江志斌.論新時期工業工程學科發展[J].工業工程與管理，2015，20（1）：1-7.
[10]路勇，鄭洪濤，譚曉京，等.“新工科”背景下能源動力類人才培養模式探索與實踐———以哈爾濱工程大學船舶動力創新人才培養實驗班建設實踐為例[J].高等工程教育研究，2019（S1）：14-16.
[11]閻高偉，張夢蓓，程永強，等.基于復雜網絡的自動化專業知識體系分析[J].電氣電子教學學報，2016，38（4）：1-5.
[12]孫璽菁，司守奎.復雜網絡算法與應用[M].北京：國防工業出版社，2015：22-40.
作者：顏偉 孫佳旭 李美燕 單位：山東科技大學能源與礦業工程學院 礦業工程國家級實驗教學示范中心
