next工程教育理念在卓越工程師培養(yǎng)中的應(yīng)用

梁洪衛(wèi)， 陳雪松， 高丙坤， 王秀芳， 闞玲玲

(東北石油大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

0 引 言

科學(xué)和工業(yè)的發(fā)展離不開出色的工程人才，而出色工程人才的培養(yǎng)離不開良好的工程教育。隨著現(xiàn)代社會的進步，科學(xué)技術(shù)日新月異，對工程技術(shù)人才提出了更高的要求。因此，工程教育，特別是能培養(yǎng)適應(yīng)現(xiàn)代化工程發(fā)展的工程技術(shù)人員的教育，對我國、乃至世界工業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。2010年6月，教育部在天津發(fā)布了“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”，旨在在未來10年內(nèi)培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才，為國家走新型工業(yè)化發(fā)展道路、建設(shè)創(chuàng)新型國家和人才強國戰(zhàn)略服務(wù)[1-4]。

當(dāng)前在中國進行工程教育的本科院校中，大部分仍然采用傳統(tǒng)的教師“教”和學(xué)生“學(xué)”的單邊教學(xué)活動，這是不利于學(xué)生工程實踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)的。為了更好的培養(yǎng)中國未來的工程師，泛華恒興提出next工程教育品牌核心理念就在于助力教師實現(xiàn)從教學(xué)、實驗與創(chuàng)新環(huán)節(jié)的全面效果提升，通過next 的各種平臺，讓全國各高校的理工科教師能夠以最高的效率實現(xiàn)工程教育，讓學(xué)生能夠通過主動的體驗與參與真正地鍛煉動手與綜合能力，從而培養(yǎng)出未來中國所真正需要的卓越工程師[5]。本文從通信工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)著手，將next工程教育理念應(yīng)用于本專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)過程當(dāng)中，提出了嶄新的課堂教學(xué)方法、教學(xué)模式改進方法、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)方法、校企協(xié)作計劃。

1 基于next工程教育理念的課堂教學(xué)方法

課堂教學(xué)的根本目的就是要讓學(xué)生在課堂上掌握各種知識點，目前工程教育中的很多概念和知識還是通過老一套的純公式推導(dǎo)或者板書的形式來進行教授，這種方式不利于學(xué)生透徹理解知識點，且不生動，引不起學(xué)生的興趣和求學(xué)欲望。本文通過通信工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)實際案例分析，從直觀、交互、生動三個方面著手，提出了嶄新的課堂教學(xué)方法。[5]

1.1 直觀化教學(xué)內(nèi)容

“直觀”指的是有效的數(shù)據(jù)表達方式，比如把單純的數(shù)字結(jié)果用波形圖的方式表達出來，相對于傳統(tǒng)的黑板或者PPT而言，學(xué)生可以更直接地感受到信號處理的結(jié)果。

數(shù)字信號處理課程教學(xué)中有一個關(guān)鍵的知識點——FFT(快速傅立葉變換)，傳統(tǒng)的教學(xué)方法就是在黑板上進行一系列的推導(dǎo)，然后手繪畫出頻譜曲線，這是一個必要的教學(xué)過程，只有這樣才能讓學(xué)生了解到FFT的實現(xiàn)步驟。大部分課堂教學(xué)僅停留在此階段，整個過程是一個單向輸入的過程，形式呆板，不直觀，學(xué)生無法透徹的理解知識點。

next工程教育針對此問題做了一個演示軟件，本軟件一方面可以通過波形圖、按鈕等易于理解的形式，讓學(xué)生更直觀地看到各種信號處理所得到的結(jié)果；另一方面可以方便地改變各種參數(shù)，讓學(xué)生即時地了解到參數(shù)的變化對信號處理結(jié)果的影響。通信工程專業(yè)課堂教學(xué)中涉及到很多這樣晦澀難懂的知識點，都可以通過這種方法，在軟件中加不同的功能模塊實現(xiàn)，從而讓讓學(xué)生真正的理解。

1.2 互動式教學(xué)過程

當(dāng)前高校絕大多數(shù)的理論教學(xué)仍然采用傳統(tǒng)的以“教”為主的教學(xué)模式，教師的教學(xué)模式、方法陳舊單調(diào)，考核形式單一，很多學(xué)生產(chǎn)生了厭學(xué)情緒，以至于大部分理論性較強的課程教學(xué)效果不好，學(xué)生理論基礎(chǔ)單薄從而影響創(chuàng)新能力和工程實踐能力的培養(yǎng)[5-6]。

所謂互動，就是學(xué)生也可以參與進課堂教學(xué)當(dāng)中，每個演示程序都允許學(xué)生改變各種參數(shù)，隨之觀察信號處理結(jié)果的變化，學(xué)生以一種主動參與的姿態(tài)更好的接收和理解知識。這種方法是一種協(xié)作式教學(xué)法，以學(xué)習(xí)者為中心，鼓勵學(xué)生積極參與教學(xué)過程，使其能深刻地領(lǐng)會和掌握所學(xué)的知識，并能將這種知識運用到實踐中去?；邮浇虒W(xué)法要求學(xué)生獨立思考，自由擇上課方式、安排學(xué)習(xí)進度。我校通信工程專業(yè)將互動式教學(xué)方法應(yīng)用在“EDA技術(shù)及應(yīng)用”課程中的教學(xué)當(dāng)中，結(jié)果表明，在達到培養(yǎng)學(xué)生掌握基本理論、基本技能的同時，還使學(xué)生掌握了開發(fā)項目、團隊合作、陳述報告等各方面的能力。

1.3 教學(xué)形式生動化

為了突出教學(xué)效果，課堂教學(xué)過程中還應(yīng)該充分引進next工程教育理念中生動的教學(xué)形式，比如經(jīng)常在課堂上舉一些生動的小例子或者演示，讓學(xué)生接觸到這個知識點在實際中的應(yīng)用，這樣可以起到事半功倍的教學(xué)效果。

將這種直觀、交互、生動相結(jié)合的新穎教學(xué)方法應(yīng)用到教學(xué)課件中，使課件活動起來，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)知識點的同時，可以有動態(tài)的演示進行配合，這樣就是一種完全不同的學(xué)習(xí)體驗，而不再是一個個打開后都是無窮的字、圖和公式的PPT文件。在此，我們可以充分利用nextpad工程教育創(chuàng)新平臺，并在教學(xué)過程中不斷地融合各種優(yōu)秀演示與課件程序，從而使教學(xué)過程更為生動、直觀與交互。

2 理論與實踐課程體系建設(shè)

實驗部分是學(xué)生通過動手和實踐去體驗與獲取教學(xué)中關(guān)鍵知識點的常規(guī)途徑，同時也是將課堂中所學(xué)理論知識在真實的環(huán)境中進行驗證的過程，是工程教育中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。目前我校通信工程專業(yè)大部分實驗器材較為傳統(tǒng)，形式單一，擴展性欠缺。本文借鑒next工程教育理念提出了通信工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)實驗平臺建設(shè)的主流發(fā)展趨勢：平臺化、模塊化，并提出了“模塊+平臺”的課程體系建設(shè)思路[7]。

2.1 實驗平臺建設(shè)

近年來，類似“基礎(chǔ)實驗室”、“綜合實驗室”、“創(chuàng)新實驗室”成為了各大高校的建設(shè)主流，希望建設(shè)一個綜合性的工程實驗平臺，在這個統(tǒng)一的平臺上能夠做多門學(xué)科的實驗(例如通信原理、信號處理、傳感器技術(shù)等)，一方面能夠便于統(tǒng)一管理與協(xié)調(diào)、提高效率，另一方面也節(jié)省了實驗室建設(shè)成本[8-10]。

模塊化的理念已經(jīng)成功地運用在了多個領(lǐng)域，如測試測量、工業(yè)控制、軟件工程等，它的最大特點就是靈活可配與可擴展性。近年來學(xué)校對于各類實驗室的靈活性及可擴展性的要求日益激增，傳統(tǒng)的實驗箱模式已經(jīng)完全不能滿足教學(xué)要求。針對這個問題，實驗室建設(shè)方面提出了模塊化的解決方案。通過各種實驗?zāi)K和功能模塊的靈活配置，老師們可以按照自己課程的需要自行選擇和搭配自己的實驗室；其次，隨著每年模塊種類的不斷增添，實驗平臺就具備了長期可擴展性；另外，由于具備模塊化的特點，學(xué)生還可以按照自己的創(chuàng)意將多個模塊一起放在實驗平臺上搭建自己的實驗系統(tǒng)，在更高層次上做各種綜合實驗。

2.2 專業(yè)課程體系構(gòu)建

本文以我校通信工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)目標(biāo)為指導(dǎo)，借鑒實驗室平臺建設(shè)的主流發(fā)展趨勢，構(gòu)建了“平臺+模塊”的課程新體系。具體的做法包括：打破學(xué)科界限，按照培養(yǎng)目標(biāo)重新設(shè)置課程模塊，整合優(yōu)化課程內(nèi)容，增加綜合類、設(shè)計類課程，加大實踐類課程比重，體現(xiàn)知識的交叉融合；根據(jù)就業(yè)情況，結(jié)合通信工程師資格認證管理辦法規(guī)定的七類通信工程師的要求，將專業(yè)課整合為學(xué)生自主選擇的3個專業(yè)方向模塊——通信與信息系統(tǒng)、信號檢測與信息處理、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計；將課外自主學(xué)習(xí)納入課程體系，要求學(xué)生必須通過參加學(xué)科競賽、開放實驗、科研項目或社會實踐活動完成部分學(xué)分，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力、團隊合作精神和溝通能力；增加企業(yè)培養(yǎng)階段課程模塊，由校企共同設(shè)計企業(yè)培養(yǎng)方案及課程，發(fā)揮企業(yè)優(yōu)勢，重點培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素質(zhì)和工程實踐能力。

3 創(chuàng)新能力培養(yǎng)

目前，各種成功的創(chuàng)新案例已不再是從無到有的發(fā)明(例如愛迪生時代的電燈、電報、電話等)，而是將各種可用的技術(shù)綜合起來實現(xiàn)更高層的創(chuàng)新應(yīng)用(例如機器人技術(shù)融合了電子、機械、人工智能、傳感器、圖像處理、無線通信、嵌入式等技術(shù))，這種綜合創(chuàng)新能力，才是卓越工程師所需要具備的最重要能力?，F(xiàn)階段，這種能力的培養(yǎng)，絕大多數(shù)都是通過各類競賽來實現(xiàn)的，如全國虛擬儀器大賽等，但這些競賽只針對少數(shù)學(xué)習(xí)和能力位列前茅的尖子學(xué)生，剩下的大多數(shù)學(xué)生如何培養(yǎng)綜合創(chuàng)新能力才是卓越工程師培養(yǎng)過程中的大問題[11-12]。

本文借鑒next工程教育理念提出的教學(xué)方法本身也是一種創(chuàng)新，那就是要在教學(xué)過程中像搭積木游戲一樣提供各種具備獨立功能的模塊(各種模塊都可二次開發(fā))，直接交給學(xué)生和老師按照自己的想法進行連接和創(chuàng)新，學(xué)生可以按照自己的思維自由地搭建創(chuàng)新的系統(tǒng)，進而培養(yǎng)出綜合創(chuàng)新能力。這種“提供積木”的方式與目前國內(nèi)外較為流行的一些創(chuàng)新教學(xué)方法(例如 CDIO、基于項目的教學(xué)訓(xùn)練等等)相得益彰，能取得很好的教學(xué)效果。下文從本專業(yè)教學(xué)過程中的兩個具體實例進行分析，講解“搭積木式”教學(xué)方法在通信工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)過程中對創(chuàng)新能力培養(yǎng)起到的作用。

卓越工程師培養(yǎng)的一個具體目標(biāo)就是要提高學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新意識，為實現(xiàn)這一目標(biāo)，我校通信工程專業(yè)開設(shè)以實踐為主、與學(xué)生科技創(chuàng)新活動緊密結(jié)合的課程，提供實驗環(huán)境；鼓勵學(xué)生申報并完成各級(國家級、省級、校級和院級)“大學(xué)生創(chuàng)新性實驗計劃”項目，并根據(jù)教師承擔(dān)的縱向和橫向課題提煉出適合學(xué)生完成的科研訓(xùn)練項目；支持學(xué)生題目自擬、方案自選的“自主式”實驗項目。通過搭建各種樣式的平臺，提供功能各異的模塊開展DIY(Do It Yourself)活動，使得學(xué)生探索知識、分析問題和解決問題能力，自主、創(chuàng)新能力，實踐認知能力和綜合素質(zhì)能力都得到顯著提高。

為了讓學(xué)生透徹理解“搭積木”教學(xué)方法中各個模塊的具體功能，我校通信工程專業(yè)在教學(xué)過程中采取了微型項目驅(qū)動教學(xué)法，將知識點溶于微型項目，學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識點主動完成各個微型項目，教師起組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進者的作用，全程跟蹤、落實學(xué)生的執(zhí)行情況。

4 校企合作

企業(yè)深度參與培養(yǎng)過程是卓越工程師培養(yǎng)計劃的最大特點，培養(yǎng)未來工程師的最根本目的是要向企業(yè)和單位輸送合格和優(yōu)秀的人才。學(xué)生如果在學(xué)校期間就能有機會到企業(yè)中體驗一些真實的工程項目與技能訓(xùn)練，對于工程能力鍛煉和提升是極為重要的。[13-15]

為實現(xiàn)校企深度合作，我校通信工程專業(yè)根據(jù)多年的實踐及next教育理念，提出三加一的校企合作模式：大一、大二為培養(yǎng)的基礎(chǔ)期，我們可以利用專業(yè)搭建的各種平臺，借助next品牌的產(chǎn)品全面地幫助學(xué)生以高效的方式學(xué)習(xí)理工科的基礎(chǔ)知識與實驗；大三為過渡期，學(xué)生可以通過next系列產(chǎn)品培養(yǎng)自己的綜合創(chuàng)新能力，也可以參與到一些微型項目當(dāng)中；到了大四，是校企合作的關(guān)鍵階段，我校通信工程專業(yè)通過各種途徑與企業(yè)建立了長期合作關(guān)系，把培訓(xùn)大學(xué)生創(chuàng)新能力的相關(guān)實踐課堂盡量多的建在相關(guān)企業(yè)中，與企業(yè)組建緊密合作型的研發(fā)中心，教師帶領(lǐng)學(xué)生參與實際項目，鼓勵學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計走進企業(yè)，在完成畢業(yè)設(shè)計的同時也讓學(xué)生直接體會到企業(yè)的工作要求和模式。從而通過4年的時間，與企業(yè)進行深入合作，培養(yǎng)具備一定工程能力的卓越工程師。

5 結(jié) 論

我校通信工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)試點工作已開展了近兩年，并同時開展了黑龍江省教育廳及黑龍江省高教學(xué)會兩個級別的卓越工程師培養(yǎng)類的實際研究課題。通過與相關(guān)企業(yè)的緊密合作，借助next工程教育理念，課題組從直觀、交互、生動三個方面著手，提出了嶄新的課堂教學(xué)方法；提出了通信工程專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)實驗平臺建設(shè)的主流發(fā)展趨勢：平臺化、模塊化，并提出了“模塊+平臺”的課程體系建設(shè)思路；針對絕大多數(shù)大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提出了新的思路；并提出了三加一的校企合作模式。通過近兩年的實踐可以發(fā)現(xiàn)本文提出的教改方法，對培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、工程意識、創(chuàng)新能力和綜合知識運用能力以及提高學(xué)生實踐動手能力具有重要意義和推廣價值，凸顯了我校通信工程專業(yè)的培養(yǎng)人才優(yōu)勢與特色。

[1] 陳向明.在參與中學(xué)習(xí)與行動——參與式方法培訓(xùn)指南[M].北京:教育科學(xué)出版社,2005.

[2] 陳 敏,李 瑾. 30年來中國工程教育模式改革背景研究-基于多重制度邏輯的分析[J]. 高等工程教育研究,2012(6):59-67.

CHEN Min, LI Jin. On the reform background of China’s engineering education mode in the past 30 sears[J] . Research in Higher Education of Engineering, 2012(6):59-67.

[3] 畢忠宜. 我國創(chuàng)新型工程科技人才培養(yǎng)的問題與對策研究[D]. 蘭州：蘭州大學(xué)，2011.

[4] 查建中. 21世紀的工程教育重構(gòu)[J]. 中國大學(xué)教學(xué), 2008(12):84-86.

CHA Jian-zhong. Engineering education reconstruction in twenty-first century[J]. China University Teaching, 2008(12):84-86.

[5] next品牌：教學(xué)、實驗、創(chuàng)新．[EB/OL].(2012.12)．http://www.nextu.com.cn/．

[6] 梁洪衛(wèi),高丙坤,邸曉宇，等. “EDA技術(shù)與應(yīng)用”實驗與實踐教學(xué)改革[J]. 實驗室技術(shù)與管理, 2011(1):147-149.

LIANG Hong-wei, GAO Bing-kun, DI Xiao-yu,etal. Study on reform of experiment teaching and practical teaching for EDA technology and application[J]. Experimental Technology and Management, 2011(1):147-149.

[7] 丁佩芬，陶劍文. 大類招生人才培養(yǎng)模式下“核心+方向”課程體系的構(gòu)建[J]. 職業(yè)技術(shù)教育, 2012，33(696):41-44.

DING Pei-fen, TAO Jian-wen. Construction of the “core+direction” curriculum system under the talents training model of large class specialties enrollment[J]. Vocational and Technical Education, 2012, 33(696):41-44.

[8] 陳慶奎. 面向卓越工程教育的實驗室開放實施機制[J]. 實驗室研究與探索,2013，32(1):80-84.

CHEN Qing-kui. Laboratory opening mechanism for the cultivation of excellent engineers [J]. Research and Exploration in Laboratory, 2013，32(1):80-84.

[9] 謝 春. 工程教育創(chuàng)新型學(xué)科實驗室的構(gòu)建[J]. 實驗室研究與探索,2012，31(3):189-192.

XIE Chun. Construction of innovation-oriented subject laboratory for engineering education [J]. Research and Exploration in Laboratory, 2012，31(3):189-192.

[10] 倪 林，唐天成，朱爾煒，等. 基于 NGN 核心技術(shù)的通信實驗教學(xué)[J]. 實驗室研究與探索,2013，32(3):83-86.

NI Lin, TANG Tian-cheng, ZHU Er-wei,etal. Communication experiments based on the key technology of the next generation network [J]. Research and Exploration in Laboratory, 2013，32(3):83-86.

[11] 什么是DIY？[EB/ OL].(2009- 05). http：/ / baike.baidu.com/ view/ 93.htm.

[12] 朱向慶,胡均萬,曾 輝，等. CDIO工程教育模式的微項目驅(qū)動教學(xué)方法研究[J]. 實驗技術(shù)與管理, 2012(11):160-162.

ZHU Xiang-qing, HU Jun-wan, ZEN Hui. Reaearch on micro-project driven teaching method with CDIO engineering educational pattern [J]. Experimental Technology and Management, 2012(11):160-162.

[13] 査建中, 何永汕. 中國工程教育改革三大戰(zhàn)略[M]. 北京:中國理工出版社,2009.

[14] 曾紅元. 淺談大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].當(dāng)代教育論壇(綜合研究), 2011(6):33-35.

ZENG Hong-yuan. Talking on college students’ innovative ability [J]. Forum on Contemporary Education, 2011(6):33-35.

[15] 楊武軍,郭 娟. 面向“卓越工程師”培養(yǎng)的專業(yè)課程體系和教學(xué)內(nèi)容改革[C]//The 3rd International Annual Conference on Teaching Management and Curriculum Construction(第三屆教學(xué)管理及課程建設(shè)國際會議), 2012:58-61.

YANG Wu-jun, GUO Juan. Reformation of professional curriculum system and teaching contents for training outstanding engineers [C]//The 3rd International Annual Conference on Teaching Management and Curriculum Construction, 2012:58-61.