基于CDIO模式的多層次工程實踐教學(xué)體系探討

劉志剛

摘要：針對理工科教育“重理論，輕實踐”培養(yǎng)方式，與產(chǎn)業(yè)界用人需求嚴(yán)重脫節(jié)的客觀情況，“以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，回歸工程實踐”成為國內(nèi)外工程教育轉(zhuǎn)型的重要標(biāo)志。以東北大學(xué)秦皇島分校為例，剖析電子信息工程實踐教學(xué)存在的一些問題，提出構(gòu)建基于CDIO模式的電子信息工程實踐教學(xué)體系的一些建議。

Abstract： The training model of science and engineering education must pay attention to theory， but ignore practice， and this doesn't meet with the industry employment needs. Therefore， the reform in domestic and international engineering education is aiming at innovative talent cultivation， and regressing to engineering practice. From the realities in NEUQ， some questions about practical teaching in electronics and information engineering specialty are analyzed， and relative practical teaching system based on the CDIO framework is proposed.

關(guān)鍵詞：工程教育；CDIO模式；實踐教學(xué)體；電子信息工程

Key words： engineering education；CDIO framework；practical teaching system；electronics and information engineering specialty

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）36-0250-02

0 引言

世界范圍的工程教育經(jīng)過從“務(wù)實”到“務(wù)虛”階段，已經(jīng)跨進新一輪“求實學(xué)”、 “重實際”、 “干實事”的階段，正在推動工程教育的范式由“技術(shù)型”、 “科學(xué)型”向以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)的“工程型”轉(zhuǎn)變，因此，當(dāng)前工程教育轉(zhuǎn)型的標(biāo)志為“回歸工程實踐”。美國歐林工學(xué)院是工程教育改革一個典范。它成立于1997年，是一所新興的工科院校，顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，把基于項目的體驗式教學(xué)貫穿大學(xué)四年，重塑并實現(xiàn)了跨學(xué)科、重設(shè)計為特色，工程知識、技能和人品素質(zhì)相結(jié)合的工程教育理想[1-3]。

針對我國工科專業(yè)“重理論，輕實踐”培養(yǎng)方式，以及與產(chǎn)業(yè)界用人需求嚴(yán)重脫節(jié)的客觀情況，2011年1月我國教育部發(fā)布《關(guān)于實施卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的若干意見》，提出了面向工業(yè)界、面向世界、面向未來，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，即卓越工程師計劃。東北大學(xué)作為第二批高校加入我國卓越工程師計劃。

1 東北大學(xué)秦皇島分校電子信息工程實踐教學(xué)體系現(xiàn)狀剖析

電子信息工程專業(yè)是電子與信息方面的寬口徑專業(yè)，是信息理論、電子技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)的交叉學(xué)科，培養(yǎng)能夠掌握電子技術(shù)、信息處理、計算機技術(shù)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互交叉融合的研究型人才和應(yīng)用型人才[4]。電子信息工程理論教育占主導(dǎo)地位，可以依次分為通識教育、專業(yè)基礎(chǔ)教育以及專業(yè)教育三部分，而實踐教育處于從屬地位，由實驗課、課程設(shè)計、生產(chǎn)實習(xí)以及畢業(yè)設(shè)計等構(gòu)成，這也是工科教育中“重理論，輕實踐”本質(zhì)所在。因此工程教育的重點是以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目標(biāo)，加強實踐教育，構(gòu)建多層次協(xié)同的工程實踐體系。

東北大學(xué)秦皇島分校電子信息工程專業(yè)實踐教育是以教學(xué)實踐平臺為載體，教學(xué)實踐平臺有課內(nèi)實踐平臺、課外實踐平臺兩種類型。課內(nèi)實踐平臺一般有實驗課程、課程設(shè)計、校內(nèi)實訓(xùn)、校外實習(xí)、畢業(yè)論文（設(shè)計）等；課外實踐平臺一般有學(xué)校、院系或?qū)I(yè)興趣小組活動及創(chuàng)新實踐社團活動、各類競賽、課外科研開發(fā)項目與學(xué)術(shù)研究活動等多種形式，如表1所示。

我院針對課外實踐平臺建立學(xué)生創(chuàng)新與電子實習(xí)實驗室，以此創(chuàng)新實驗室為基礎(chǔ)，鼓勵學(xué)生參與科技創(chuàng)新項目，如全國大學(xué)生科技競賽、學(xué)校資助科創(chuàng)項目以及自選項目等，學(xué)生在校期間多次獲得國家級、省級獎項，申請專利多項，發(fā)表論文多篇，這是實踐教學(xué)的亮點，但也存在不足，如實驗課多為驗證性的，學(xué)生缺乏興趣；課程設(shè)計時間短，學(xué)生無法按時完成，即使完成也是拷貝往屆設(shè)計方案，由于缺乏必要的設(shè)計環(huán)節(jié)，出了問題也不知道是何原因。畢業(yè)設(shè)計目標(biāo)不明確，參與的積極性比較低。科技創(chuàng)新項目雖然很好，但是惠及的學(xué)生較少。

2 基于CDIO模式的電子信息工程實踐教學(xué)體系優(yōu)化策略

2.1 CDIO工程教育模式

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果[5-7]。CDIO代表構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到運行的生命周期為載體，目標(biāo)是讓學(xué)生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，并以綜合培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)。

2.2 電子信息工程實踐教學(xué)體系優(yōu)化策略

根據(jù)CDIO工程教育規(guī)律，針對東北大學(xué)秦皇島分校電子信息工程專業(yè)工程教育存在的問題，提出以下應(yīng)對建議：

①針對學(xué)生反映實驗課多為驗證性的，對此缺乏學(xué)習(xí)興趣的問題，學(xué)院其實已經(jīng)要求院屬實驗室提供一些開放性、體驗性實驗題目，但是學(xué)生并不了解，建議學(xué)院在網(wǎng)上或者通過別的途徑告知學(xué)生，并告訴學(xué)生申請的流程，使學(xué)生能夠選擇自己感興趣的開放性實驗。

②由于課程設(shè)計時間短，許多學(xué)生無法按時完成，即使完成也是拷貝往屆設(shè)計方案，當(dāng)電路出現(xiàn)問題不會分析。而根據(jù)CDIO教育規(guī)律，課程設(shè)計由于缺乏必要的構(gòu)思、設(shè)計環(huán)節(jié)，其工程訓(xùn)練的效果就不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，因此建議適當(dāng)延長課程設(shè)計時間，或者提前要求學(xué)生對課程設(shè)計的題目進行構(gòu)思與設(shè)計。

③針對科技創(chuàng)新項目惠及面過窄的情況，學(xué)院其實已經(jīng)要求專業(yè)老師在畢業(yè)設(shè)計同時提供兩個科創(chuàng)題目，但是仍然不能滿足要求。因此建議學(xué)生積極主動和專業(yè)老師聯(lián)系，申請加入老師研究團隊，不要總是等學(xué)院安排。

④針對畢業(yè)生大量參與東軟培訓(xùn)的情況，反映許多畢業(yè)生希望接受必要的工程訓(xùn)練，建議學(xué)院在院屬實驗室的基礎(chǔ)上，籌建工程實訓(xùn)實驗室，如可以將單片機、DSP、FPGA等實驗室合并建成嵌入式實訓(xùn)實驗室，將物聯(lián)網(wǎng)實驗室建成物聯(lián)網(wǎng)工程實訓(xùn)實驗室。而在校外可以海灣公司、康泰公司共建校外實訓(xùn)基地，為畢業(yè)生提供大量的實訓(xùn)機會。

⑤畢業(yè)設(shè)計是工程教育的最后環(huán)節(jié)，集中反映了CDIO工程培養(yǎng)模式思路：學(xué)生首先根據(jù)自己興趣選擇畢業(yè)設(shè)計題目填寫選題表；其次根據(jù)課題任務(wù)要求，收集資料，給出可行的解決方案，填寫開題報告；接著，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計，軟件編寫，PCB的制作以及焊接等，撰寫論文初稿；最后，進行軟硬件系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，根據(jù)聯(lián)調(diào)中出現(xiàn)的問題，完善系統(tǒng)方案，形成論文終稿。

3 結(jié)論

本文分析了國內(nèi)外工程教育現(xiàn)狀與趨勢，結(jié)合東北大學(xué)秦皇島分校實際情況，以培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，剖析電子信息工程專業(yè)實踐教學(xué)的優(yōu)勢與不足，并針對驗證性實驗過多，課程設(shè)計過短以及畢業(yè)設(shè)計積極性比較低等問題，按照CDIO工程教育規(guī)律，逐一地給出相關(guān)應(yīng)對措施，以期完善電子信息工程實踐教學(xué)體系。

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