基于CDIO的應(yīng)用型高校信息專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究

施達(dá)雅

摘 要：信息產(chǎn)業(yè)在快速發(fā)展的同時(shí)面臨著核心技術(shù)匱乏、人才緊缺等危機(jī)，高校作為人才培養(yǎng)和儲(chǔ)備基地，正在探索如何優(yōu)化人才培養(yǎng)模式以更好適應(yīng)社會(huì)需求。以構(gòu)思（C）—設(shè)計(jì)（D）—實(shí)現(xiàn)（I）—?jiǎng)幼鳎∣）的工程教育理念為核心規(guī)劃四年課程體系;根據(jù)工程師素質(zhì)和能力結(jié)構(gòu)要求，按照基礎(chǔ)、專業(yè)和應(yīng)用三層架構(gòu)執(zhí)行實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，以達(dá)到專業(yè)訓(xùn)練和工程訓(xùn)練目的;在設(shè)計(jì)課程模塊時(shí)，結(jié)合實(shí)際產(chǎn)業(yè)的專業(yè)崗位職責(zé)整合專業(yè)方向課程體系;開(kāi)設(shè)校企合作課程以提高終端課程綜合應(yīng)用效果;課程實(shí)踐環(huán)節(jié)結(jié)合項(xiàng)目進(jìn)行，以提升學(xué)生實(shí)戰(zhàn)水平。該人才培養(yǎng)模式適用于應(yīng)用型本科信息專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)，旨在為提升應(yīng)用型人才基本能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力提供參考。

關(guān)鍵詞：CDIO;人才培養(yǎng)模式;課程整合;工程教育

0 引言

近20年來(lái)，我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)大，重點(diǎn)企業(yè)實(shí)力逐漸加強(qiáng)。特別是電子信息產(chǎn)業(yè)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力提升發(fā)揮了巨大作用。如何加強(qiáng)自主創(chuàng)新，加快核心技術(shù)突破，構(gòu)建現(xiàn)代信息技術(shù)體系，對(duì)于加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，實(shí)現(xiàn)“2025年中國(guó)制造”目標(biāo)具有重要戰(zhàn)略意義。

在應(yīng)用型高校，電子信息專業(yè)培養(yǎng)的是具有從事各類電子設(shè)備和信息系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、應(yīng)用和開(kāi)發(fā)的應(yīng)用工程技術(shù)人才，需要學(xué)生具有一定的創(chuàng)新意識(shí)、先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用能力。本專業(yè)對(duì)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)能力要求較高，而且要使學(xué)生與時(shí)俱進(jìn)地掌握新技術(shù)、新器件。但是傳統(tǒng)教學(xué)模式中，理論與實(shí)踐課程是分離的，實(shí)踐課時(shí)比例也相對(duì)較低，理論課與生產(chǎn)、生活實(shí)踐結(jié)合較少，這些都導(dǎo)致學(xué)生技能掌握不到位。

CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育理念因提供了產(chǎn)教結(jié)合的良好途徑，因而得到了眾多高校關(guān)注。不少學(xué)者就基于CDIO的應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了相關(guān)教學(xué)改革研究。大部分學(xué)者將工程教育理念應(yīng)用于課程建設(shè)，分析如何與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐水平。如李靜等[1]等分析了計(jì)算機(jī)導(dǎo)論課程中存在的問(wèn)題，并提出融合CDIO理念的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)方法等方面的課程建設(shè)措施;王溢琴[2]等提出以項(xiàng)目工程案例為情境，重構(gòu)課程知識(shí)體系，并采用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)和課堂講授相結(jié)合的教學(xué)模式;鄧萬(wàn)友[3]建議采用分層次構(gòu)建課程、分階段設(shè)計(jì)實(shí)踐環(huán)節(jié)等多種考核模式，從而構(gòu)建新型的現(xiàn)代教學(xué)體系。

本文嘗試結(jié)合當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)人才需求標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合CDIO理念規(guī)劃專業(yè)培養(yǎng)路徑，以工程教育理論實(shí)踐為核心設(shè)置四年課程。在課程實(shí)施過(guò)程中，以產(chǎn)業(yè)導(dǎo)向?yàn)榛A(chǔ)整合課程體系，以項(xiàng)目為基礎(chǔ)改革實(shí)踐教學(xué)方案等，以期結(jié)合當(dāng)前產(chǎn)業(yè)需求，探尋新型人才培養(yǎng)模式。

1 電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及問(wèn)題

自2000年黨中央確立“以信息化帶動(dòng)工業(yè)化”戰(zhàn)略方針以來(lái)，電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速[4]。在經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下，電子信息相關(guān)企業(yè)已經(jīng)得到了快速發(fā)展，企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大并且形成了較為科學(xué)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[5]，為電子信息產(chǎn)業(yè)繼續(xù)發(fā)展提供了良好基礎(chǔ)。雖然目前電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得了一定成果，但其后續(xù)發(fā)展仍面臨一系列挑戰(zhàn)[6]，如人才緊缺、創(chuàng)造力不足等。

當(dāng)前，電子信息產(chǎn)業(yè)面臨亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題：①技術(shù)開(kāi)發(fā)人才匱乏，產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)的基礎(chǔ)是電子技術(shù)創(chuàng)新，電子信息產(chǎn)業(yè)有其自身的復(fù)雜性，要生產(chǎn)高質(zhì)量的電子產(chǎn)品，就必須擁有創(chuàng)新的技術(shù)[7]，而核心技術(shù)的開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新，又需要優(yōu)秀的技術(shù)開(kāi)發(fā)人員。但是我國(guó)技術(shù)創(chuàng)新型人才相對(duì)稀缺，急需加大人才培養(yǎng)力度;②電子產(chǎn)品創(chuàng)新性仍然很低，電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素是創(chuàng)新，電子產(chǎn)品創(chuàng)新性不足嚴(yán)重阻礙了電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

2 以行業(yè)為導(dǎo)向的CDIO人才培養(yǎng)模式改革

高校工程教育偏重STEM（Science-Technology-Engineering-Mathematics）理論教學(xué)，過(guò)度強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳授而忽視個(gè)人能力培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)個(gè)人學(xué)術(shù)能力而忽視團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。現(xiàn)今制造業(yè)的技術(shù)焦點(diǎn)已經(jīng)轉(zhuǎn)向中國(guó)制造2025年所涉及的相關(guān)領(lǐng)域，這是一場(chǎng)“人機(jī)協(xié)作”，即實(shí)現(xiàn)2025年中國(guó)從制造大國(guó)到制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)型。這一戰(zhàn)略目標(biāo)對(duì)人才提出了新要求：具有工程意識(shí)和一定工程實(shí)踐水平，掌握應(yīng)用技術(shù)能力。因此，應(yīng)用型本科院校應(yīng)該滿足新型的人才需求，改變教學(xué)培養(yǎng)模式，培養(yǎng)電子行業(yè)應(yīng)用型人才[8]。應(yīng)用教育旨在培養(yǎng)人才知識(shí)、能力和質(zhì)量，促進(jìn)人才全面協(xié)調(diào)發(fā)展，使人才具備生產(chǎn)、建設(shè)和管理等綜合能力。CDIO工程教育模式是國(guó)際工程教育改革的最新成果[9]，是一種基于現(xiàn)實(shí)世界理念，將產(chǎn)品和系統(tǒng)的概念（C）—設(shè)計(jì)（D）—實(shí)現(xiàn)（I）-操作（O）過(guò)程作為背景環(huán)境而進(jìn)行的工程教育[10]。在基于CDIO的教育模式下，嘗試在以下環(huán)節(jié)試點(diǎn)改革。

2.1 契合工程教育理念，規(guī)范人才培養(yǎng)路徑

CDIO人才培養(yǎng)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動(dòng)設(shè)計(jì)、團(tuán)隊(duì)合作及溝通能力，促進(jìn)學(xué)以致用。本文嘗試優(yōu)化課程設(shè)置：以工程理論和工程實(shí)踐教育為課程體系核心，重新整合知識(shí)體系結(jié)構(gòu)，構(gòu)建按照基礎(chǔ)、專業(yè)和應(yīng)用3個(gè)層次，由公共基礎(chǔ)、學(xué)科基礎(chǔ)、專業(yè)方向和工程實(shí)踐四大模塊組成的課程體系。在四年培養(yǎng)過(guò)程中，將各課程模塊依次融入專業(yè)培養(yǎng)路徑中，形成如圖1所示的專業(yè)整體培養(yǎng)路徑。首先通過(guò)公共教育課程組提高人文素質(zhì)和基本能力，同時(shí)嘗試從一年級(jí)就開(kāi)始探討研究式學(xué)習(xí)課程，如技術(shù)前沿、項(xiàng)目課程等，從而激發(fā)學(xué)生探究專業(yè)領(lǐng)域的興趣。對(duì)于電類專業(yè)還可以在一年級(jí)增開(kāi)電子設(shè)計(jì)入門課程，如電子電路、單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)、常用儀器儀表應(yīng)用等，使學(xué)生在大一階段就開(kāi)始注重專業(yè)素質(zhì)和工程應(yīng)用能力提升，為后續(xù)競(jìng)賽打下良好基礎(chǔ)。同時(shí)，增加自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)取得專業(yè)證書獲得學(xué)分，加強(qiáng)學(xué)生軟技能培養(yǎng)。在二、三年級(jí)，將繼續(xù)推動(dòng)學(xué)科基礎(chǔ)課程和專業(yè)方向課程教學(xué);更新教學(xué)手段，采用翻轉(zhuǎn)課堂、思維導(dǎo)圖等多種形式進(jìn)行教學(xué)，以確保學(xué)生核心專業(yè)能力培養(yǎng)[11]。最終在四年級(jí)精確設(shè)置兩三門終端課程的專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生形成綜合應(yīng)用能力。在形式上采用讓學(xué)生“走出去”的方式，在企業(yè)完成針對(duì)性較強(qiáng)的工程技術(shù)教育與崗位實(shí)踐教學(xué);同時(shí)采用“請(qǐng)進(jìn)來(lái)”的辦法，在校內(nèi)教學(xué)環(huán)境中，由企業(yè)技術(shù)骨干共同參與指導(dǎo)學(xué)生完成工程技術(shù)項(xiàng)目課程與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。

高等教育是基于行業(yè)導(dǎo)向的基礎(chǔ)教育，因此要持續(xù)關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)成果。在學(xué)生畢業(yè)后要建置專屬職業(yè)歷程檔案及追蹤機(jī)制，以此調(diào)查結(jié)果反饋?zhàn)鳛檎n程持續(xù)改善及職業(yè)生涯課程規(guī)劃的依據(jù)。因時(shí)制宜地進(jìn)行課程規(guī)劃及教學(xué)方法、學(xué)習(xí)資源的規(guī)劃和配置[12]。

2.2 更新專業(yè)課程群，適應(yīng)專業(yè)崗位實(shí)踐需要

由于生產(chǎn)線和作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的許多問(wèn)題往往具有綜合特征，專業(yè)技術(shù)課程內(nèi)容也應(yīng)該是一個(gè)綜合結(jié)構(gòu)。因此會(huì)根據(jù)產(chǎn)業(yè)中專業(yè)崗位組的職責(zé)確定專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力，重新組織課程內(nèi)容作為突破原課程體系的主線。刪除不符合職位要求的課程內(nèi)容，開(kāi)設(shè)校企課程，形成具有行業(yè)特色的課程體系。嘗試將專業(yè)課程整合到電子信息工程培訓(xùn)計(jì)劃中[13-14]：傳統(tǒng)專業(yè)基礎(chǔ)課程整合;傳統(tǒng)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程整合;原專業(yè)課之間的整合;不同學(xué)科之間的課程整合;理論課與實(shí)踐課整合等[15]。如表1、表2所示，在課程組設(shè)置時(shí)將嵌入式系統(tǒng)、射頻與微波電路、電路設(shè)計(jì)與仿真、檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)和可編程邏輯設(shè)計(jì)等組合成微電子技術(shù)應(yīng)用模塊。通過(guò)本模塊學(xué)習(xí)和相應(yīng)的課程實(shí)踐，學(xué)生可以掌握集成電路原理和設(shè)計(jì)工具，從而培養(yǎng)學(xué)生半導(dǎo)體制造實(shí)踐技能;也可以將工業(yè)電子中廣泛使用的PLC技術(shù)、工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)等課程整合成另一個(gè)課程組，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中能對(duì)某個(gè)分支建立更完整的認(rèn)知體系，能更加有準(zhǔn)備地深入學(xué)習(xí)，也會(huì)對(duì)未來(lái)?yè)駱I(yè)獲得更清晰的認(rèn)識(shí)。

此外，開(kāi)設(shè)以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)的特殊課程[16]，培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科整合技能。數(shù)字顯示技術(shù)是專業(yè)方向課中開(kāi)設(shè)的一門校企合作課程，在授課過(guò)程中與冠捷企業(yè)工程師團(tuán)隊(duì)共同完成，講授內(nèi)容包含液晶和等離子顯示電視機(jī)技術(shù)，專業(yè)性和技術(shù)性強(qiáng)。企業(yè)工程技術(shù)人員將該行業(yè)產(chǎn)品中的最新技術(shù)帶到課堂，與生產(chǎn)實(shí)踐情境相結(jié)合，為學(xué)生帶來(lái)直觀體驗(yàn)，使學(xué)生獲益頗多。未來(lái)還將在具體實(shí)踐中同企業(yè)更加緊密聯(lián)系，尋找合適企業(yè)合作共同構(gòu)建項(xiàng)目課程，提高終端課程質(zhì)量，配合產(chǎn)學(xué)合作;同時(shí)與相關(guān)企業(yè)保持溝通，完成成果導(dǎo)向課程規(guī)劃。

2.3 調(diào)整授課內(nèi)容，以項(xiàng)目推進(jìn)實(shí)踐環(huán)節(jié)

在專業(yè)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中，諸如“信號(hào)與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號(hào)處理”和“通信原理”等系列課程相對(duì)抽象、計(jì)算密集[17-18]，而且實(shí)驗(yàn)條件相對(duì)局限，實(shí)訓(xùn)方法相對(duì)單一，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ酵ǔＪ亲寣W(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書按步完成相應(yīng)操作即可。根據(jù)CDIO教學(xué)理念，結(jié)合虛擬仿真教學(xué)基本原則，可以采用基于模塊化設(shè)計(jì)的虛擬仿真教學(xué)模式，使學(xué)生在參與實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的過(guò)程中，獲得理論與實(shí)踐結(jié)合的直觀體驗(yàn)，提升學(xué)生綜合素質(zhì)。在具體實(shí)施過(guò)程中包含以下環(huán)節(jié)：

（1）理論講授環(huán)節(jié)。首先展示虛擬仿真平臺(tái)環(huán)境，通過(guò)已有虛擬仿真平臺(tái)，進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)演示，并展示項(xiàng)目結(jié)果，使學(xué)生獲得對(duì)開(kāi)發(fā)環(huán)境的整體認(rèn)知;接著進(jìn)行模塊任務(wù)布置，難度設(shè)置兼顧學(xué)生學(xué)習(xí)水平和能力基礎(chǔ)，讓學(xué)生明確相關(guān)理論基礎(chǔ)及預(yù)期目標(biāo)。學(xué)生通過(guò)分組方式進(jìn)行合作訓(xùn)練，組內(nèi)合理分配任務(wù)。

（2）項(xiàng)目模塊任務(wù)執(zhí)行環(huán)節(jié)。根據(jù)目標(biāo)任務(wù)，指導(dǎo)組內(nèi)學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)、討論進(jìn)行模塊任務(wù)分析，明確分步驟設(shè)計(jì)需求;然后，根據(jù)需求分析逐步完成設(shè)計(jì)，在該過(guò)程中教師會(huì)給出界面設(shè)計(jì)流程，適當(dāng)提供程序流程參考圖，小組內(nèi)可以根據(jù)自己的理解，各抒己見(jiàn)，團(tuán)結(jié)合作完成設(shè)計(jì)。這種模式旨在讓學(xué)生通過(guò)自主模塊設(shè)計(jì)，將理論知識(shí)與實(shí)際效果相結(jié)合，并且能體驗(yàn)?zāi)承┮蛩卦谛盘?hào)處理過(guò)程中產(chǎn)生的誤差與影響，最終改進(jìn)知識(shí)系統(tǒng)并形成與工作相匹配的應(yīng)用程序功能。在設(shè)計(jì)探究環(huán)節(jié)，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作能力[19]，通力合作獲得更優(yōu)方案。

（3）成果驗(yàn)收環(huán)節(jié)。在完成模塊設(shè)計(jì)后讓學(xué)生展示仿真成果，項(xiàng)目匯報(bào)環(huán)節(jié)是設(shè)計(jì)者思路的一個(gè)體現(xiàn)，對(duì)設(shè)計(jì)者而言是對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的梳理和深度理解，而旁聽(tīng)者會(huì)接收到設(shè)計(jì)理念，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)。因此，該環(huán)節(jié)在促進(jìn)項(xiàng)目交流的同時(shí)也能讓學(xué)生互相吸收借鑒經(jīng)驗(yàn)，而且教師能根據(jù)實(shí)際效果對(duì)教學(xué)方案作適當(dāng)修改。

這種改革方法的主要目的是使學(xué)生能夠有針對(duì)性地完成每個(gè)訓(xùn)練目標(biāo)，理論與實(shí)踐相結(jié)合，從而提高學(xué)生興趣，增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手自信心;同時(shí)，提高理論與實(shí)踐結(jié)合度，縮短學(xué)用時(shí)差，更快適應(yīng)工作崗位需要。

2.4 以工程應(yīng)用能力培養(yǎng)為核心，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)

在實(shí)踐教學(xué)方面堅(jiān)持“四年不斷線”，加大綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)力度，加強(qiáng)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）管理，切實(shí)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力提升。

根據(jù)工程師素質(zhì)和能力結(jié)構(gòu)要求，將實(shí)踐教學(xué)體系劃為基礎(chǔ)、專業(yè)和應(yīng)用3個(gè)層次架構(gòu)，如圖2所示。一年級(jí)主要完成基礎(chǔ)層實(shí)踐，通過(guò)實(shí)習(xí)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)基本技能;二三年級(jí)則完成專業(yè)層實(shí)踐訓(xùn)練，通過(guò)各專業(yè)課的課程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)等培養(yǎng)學(xué)生單項(xiàng)技能;三四年級(jí)通過(guò)工程項(xiàng)目訓(xùn)練、畢業(yè)設(shè)計(jì)和到企業(yè)頂崗訓(xùn)練等達(dá)到應(yīng)用目的?；A(chǔ)工程能力培養(yǎng)主要通過(guò)課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn);行業(yè)工程能力則通過(guò)綜合設(shè)計(jì)性題目、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)、工程項(xiàng)目訓(xùn)練和科技創(chuàng)新活動(dòng)等進(jìn)行訓(xùn)練。

3 結(jié)語(yǔ)

在信息產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展背景下，為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，本文嘗試應(yīng)用CDIO工程教育理念進(jìn)行應(yīng)用型人才教育模式改革。通過(guò)規(guī)劃培養(yǎng)路徑，使工程教育理念滲透于四年的課程學(xué)習(xí)過(guò)程中;通過(guò)更新課程群，使學(xué)生掌握行業(yè)具體方向的整體概念和技術(shù)工具;通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，使理論與實(shí)踐結(jié)合更加緊密，提高實(shí)戰(zhàn)水平;通過(guò)工程項(xiàng)目實(shí)踐，使學(xué)生在四年里不間斷地獲取工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過(guò)多層面的改革策略實(shí)施，促使學(xué)生提高基本能力、核心能力和軟能力，并提升溝通能力、問(wèn)題解決能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。實(shí)踐表明，此類改革措施對(duì)于提升學(xué)生綜合工程素質(zhì)起到了一定作用，縮短了學(xué)校到工作崗位的學(xué)用時(shí)間差。未來(lái)還要繼續(xù)以學(xué)生崗位實(shí)踐效果為依據(jù)，探討如何優(yōu)化更有針對(duì)性的改革模式，培養(yǎng)更加適應(yīng)行業(yè)需求的應(yīng)用型人才。

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（責(zé)任編輯：孫 娟）