電子信息工程專業(yè)《綜合設(shè)計》課程改革探索

余志斌，陳春霞，黃德青

（1.西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都；2.成都工業(yè)學(xué)院 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，四川 成都）

一 引言

《綜合設(shè)計》是我校電子信息工程專業(yè)本科生的一門必修課，是本科生向畢業(yè)論文過渡的一個重要實訓(xùn)環(huán)節(jié)，是在學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力和基本技能培養(yǎng)方面起支撐作用的課程。但是，當(dāng)前課程仍存在以下幾個方面的突出問題。

1.課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容未能充分關(guān)聯(lián)

《綜合設(shè)計》課程前身為《電子信息工程實訓(xùn)》，主要使學(xué)生能夠針對復(fù)雜工程問題提出解決方案，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、提高學(xué)生綜合素質(zhì)、并具有良好的溝通能力。當(dāng)前課程主要采用小組授課形式，每組由2～3 名學(xué)生構(gòu)成，由一名教師指導(dǎo)，共同完成一個項目。但是，小組沒有一個統(tǒng)一的授課模式、各教學(xué)環(huán)節(jié)質(zhì)量難以保證，也難以對每位學(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評估。項目內(nèi)容也由各指導(dǎo)教師指定，項目內(nèi)容的難易程度沒有統(tǒng)一，統(tǒng)一評估是否符合課程目標(biāo)難度大。課程目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容未能充分關(guān)聯(lián)，教學(xué)目標(biāo)未能引領(lǐng)教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容未能充分體現(xiàn)課程目標(biāo)。教學(xué)大綱涉及的課程內(nèi)容比較陳舊，僅強調(diào)基本步驟，沒有具體化，可操作性不強。

2.學(xué)生主體性差，學(xué)習(xí)自我驅(qū)動力不強

現(xiàn)有綜合設(shè)計課程是雖然采用案例與理論結(jié)合的教學(xué)方法，相較于純理論教學(xué)確實有助于知識的運用掌握。然而這種教學(xué)方式，依然擺脫不了教師作為主體的傳統(tǒng)教學(xué)模式，學(xué)生往往參照老師的教授完全性地模仿，這使得學(xué)生主體性差，對該課程缺乏自我探究精神，不符合課程要求，也無法做到“綜合設(shè)計”。

3.學(xué)生創(chuàng)新意識弱，課程內(nèi)容新穎不足

在綜合設(shè)計課程教學(xué)中，老師給出設(shè)計題目，并教授學(xué)生如何完成綜合設(shè)計。但仍是側(cè)重于知識的傳授，教師的主要目的是在有限時間內(nèi)將理論的基本應(yīng)用和實際操作技能傳授給學(xué)生，學(xué)生的主要目的是完成最終報告獲得學(xué)分。作為綜合設(shè)計課題，應(yīng)盡可能地從多個角度進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計；但學(xué)生往往更愿意按照老師給的既定步驟和方案實施，盡可能“符合規(guī)范”、而非“標(biāo)新立異”。因此綜合設(shè)計課程教學(xué)過程中，急需提升學(xué)生的自主性和創(chuàng)新意識。

4.多課程知識交叉，知識難以整合

整合不同的學(xué)科知識、聚合不同領(lǐng)域的工程技能、融合不同形式的思維，進(jìn)而產(chǎn)生倍增效應(yīng)的新工科創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式[1]?！毒C合設(shè)計》為第七學(xué)期大四所開課程。學(xué)生通過前六個學(xué)期的學(xué)習(xí)，已掌握包括基礎(chǔ)、通識和專業(yè)等課程體系內(nèi)大部分課程知識。如何將這些課程知識融合、綜合應(yīng)用，并結(jié)合產(chǎn)業(yè)實際解決某些復(fù)雜工程問題，是該課程的主要目的。而當(dāng)前課程講授中，從項目任務(wù)發(fā)布到實施、到課程結(jié)束時的答辯等，都沒有一個統(tǒng)一的可參考的教學(xué)計劃來指導(dǎo)。如何教會學(xué)生融合各課程知識完成綜合設(shè)計，是一個待解決的關(guān)鍵問題。

因此，通過《綜合設(shè)計》課程改革和建設(shè)，使課程內(nèi)容反映學(xué)科前沿和產(chǎn)業(yè)最新發(fā)展，使學(xué)生能夠真正具備在電子信息工程領(lǐng)域（如軌道交通信息化領(lǐng)域）的工程設(shè)計能力，成為一門具有產(chǎn)教融合鮮明特色的電子信息工程專業(yè)實踐類課程，從而體現(xiàn)“技術(shù)與應(yīng)用，科學(xué)與工程”結(jié)合的課程特色[2]。

針對前述課程存在的問題，課程改革與建設(shè)將從課程目標(biāo)和大綱修訂、教學(xué)模式改革和課程資源建設(shè)等方面深入開展研究和建設(shè)該課程。

1.重新確立課程目標(biāo)、修訂教學(xué)大綱、調(diào)整課程內(nèi)容

課程目標(biāo)應(yīng)該是具體的，可清晰描述的。課程內(nèi)容體現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)目標(biāo)落實課程目標(biāo)。基于產(chǎn)教融合的思想，充分調(diào)研：通過走訪企業(yè)、了解企業(yè)需求、確立課程改革與建設(shè)的方向和目標(biāo)?；诔浞终{(diào)研基礎(chǔ)上，修訂課程的目標(biāo)和教學(xué)大綱，使課程目標(biāo)和課程內(nèi)容保持高度一致。

《綜合設(shè)計》課程要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨立地完成單個項目需要分析、概要設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計等工作，解決與之相關(guān)的問題，熟悉電子信息工程及工程實踐中常用的方法，具有實踐性、綜合性強的顯著特點。在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)、增強工程意識、提升創(chuàng)新能力等方面具有其他教學(xué)環(huán)節(jié)無法代替的重要作用。修訂《綜合設(shè)計》課程目標(biāo)，從培養(yǎng)考生綜合運用所學(xué)知識和技能，分析與解決工程實際問題、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實的工作作風(fēng)等方面入手修正培養(yǎng)目標(biāo)、更新課程內(nèi)容。

2.教學(xué)模式改革

◆以學(xué)生為中心[3]的教學(xué)過程中，采用項目驅(qū)動式教學(xué)模式。課程教學(xué)過程中引入實際工程項目案例，且保證案例新穎，有一定的難度，具有產(chǎn)教融合特色。

◆重新設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，由于綜合設(shè)計課程由多位老師授課，應(yīng)設(shè)計相對穩(wěn)定、相對統(tǒng)一的教學(xué)環(huán)節(jié)，且教學(xué)環(huán)節(jié)要能促使前修各課程知識融合、產(chǎn)教融合。

3.課程資源建設(shè)

◆開展教材建設(shè)，吸收學(xué)科前沿和產(chǎn)業(yè)最新發(fā)展，引入實際工程項目內(nèi)容，編寫綜合設(shè)計課程教材，充分體現(xiàn)電子信息工程專業(yè)知識。

◆基于新建教材，通過科教融合、產(chǎn)教融合，制作適合實踐課程教學(xué)的課件。

◆圍繞課程目標(biāo)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以工程項目為基礎(chǔ)，制作若干課程案例。

二 具體措施

(一) 重新修訂課程培養(yǎng)目標(biāo)和課程大綱

綜合課程設(shè)計要求學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，獨立地完成單個項目需求分析、概要設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計等工作，解決與之相關(guān)的問題，熟悉電子信息工程及工程實踐中常用的方法，具有實踐性、綜合性強的顯著特點。使之對培養(yǎng)考生的綜合素質(zhì)、增強工程意識和創(chuàng)新能力具有其他教學(xué)環(huán)節(jié)無法代替的重要作用。修訂綜合設(shè)計課程目標(biāo)，從培養(yǎng)考生綜合運用所學(xué)知識和技能，分析與解決工程實際問題、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和提高學(xué)生綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實的工作作風(fēng)等方面入手修正課程目標(biāo)、更新課程內(nèi)容。

（二） 規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容、完善教學(xué)環(huán)節(jié)

1.結(jié)合產(chǎn)教融合，規(guī)劃課程內(nèi)容

（1）教師結(jié)合自身科研、產(chǎn)業(yè)需求和專業(yè)最新知識，給出設(shè)計任務(wù)、要求。學(xué)生在教師指導(dǎo)下，獨立完成給定的設(shè)計任務(wù)，學(xué)生在完成任務(wù)后應(yīng)編寫出符合要求的設(shè)計報告，并進(jìn)行答辯。（2）學(xué)生在綜合課程設(shè)計工作中，應(yīng)綜合運用各種學(xué)科的理論知識與技能，分析和解決工程實際問題，課程大綱和內(nèi)容中明確要求學(xué)生在設(shè)計過程中要有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和方法。（3）在設(shè)計實驗項目和案例時，大綱和教學(xué)過程中應(yīng)明確要求學(xué)生應(yīng)學(xué)會依據(jù)綜合課程設(shè)計課題任務(wù)進(jìn)行資料搜集、 調(diào)查研究、 方案論證、 掌握有關(guān)工程設(shè)計程序、 方法和技術(shù)規(guī)范。提高理論分析、言語表達(dá)、撰寫技術(shù)文件以及獨立解決專題問題等能力。

2.發(fā)掘各課程共性，巧設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)

綜合設(shè)計可以說是各課程的交叉融合。過該課程學(xué)習(xí)，可以讓學(xué)生更全面地思考問題，讓學(xué)生在看見樹木的同時，也能關(guān)注整個森林。課程教學(xué)活動應(yīng)積極促進(jìn)本專業(yè)各課程間的相互滲透和聯(lián)系，使學(xué)生的思維和想象力、協(xié)作和創(chuàng)新精神等綜合素質(zhì)得到發(fā)展。教學(xué)過程中應(yīng)發(fā)掘各課程共性，巧設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)，努力挖掘每一項活動與其他課程相互滲透的可能性，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能結(jié)合各課程要素，促進(jìn)整體素質(zhì)全面發(fā)展，從而最大限度發(fā)揮綜合設(shè)計教學(xué)的多維效能。

考慮學(xué)生來源于“機(jī)器人系統(tǒng)”“人工智能技術(shù)”和“軌道交通信息與控制”三個方向，結(jié)合產(chǎn)業(yè)前景，擬規(guī)劃和設(shè)計的具體教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)如下表1所示。

表1 教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)、學(xué)生預(yù)期學(xué)習(xí)成果

（三） 教材編寫

《綜合設(shè)計》課程目前沒有統(tǒng)一的教材，基于產(chǎn)教融合思想、學(xué)科前沿、以及電子信息工程專業(yè)實踐類課程的特點，編寫指導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行綜合設(shè)計的教材。

（四） 采用“一體化”項目教學(xué)模式

探索將課程作業(yè)、課程設(shè)計和后續(xù)畢業(yè)設(shè)計有機(jī)結(jié)合在一起，采用項目化教學(xué)[4]?！耙惑w化”教學(xué)體現(xiàn)在課程作業(yè)、課程設(shè)計與畢業(yè)設(shè)計這三個實踐教學(xué)環(huán)節(jié)形成相互支撐、互為依托、由易到難，實現(xiàn)循序漸進(jìn)的實踐課程體系[5]。

（五） 工程項目案例

采用項目驅(qū)動的方式開展課程教學(xué)，全面培養(yǎng)學(xué)生知識查找、綜合設(shè)計和研究創(chuàng)新能力[6]。綜合設(shè)計課程是以項目形式驅(qū)動進(jìn)行教學(xué)，原有課程名稱為電子信息工程實訓(xùn)，沒有統(tǒng)一的案例，實際上可以認(rèn)為是一門新開課程，結(jié)合產(chǎn)業(yè)需求引入實際工程項目案例。具體案例依據(jù)目前培養(yǎng)方案“機(jī)器人系統(tǒng)”“人工智能技術(shù)”“軌道交通信息與控制”三個專業(yè)方向進(jìn)行歸劃。

1.機(jī)器人系統(tǒng)

◆智能移動抓取機(jī)器人

◆四輪開源智能小車系統(tǒng)

2.人工智能技術(shù)

◆高速公路風(fēng)險智能識別系統(tǒng)

◆雷達(dá)輻射源智能感知系統(tǒng)

3.軌道交通信息與控制

◆動車組車廂編號識別系統(tǒng)

◆鐵路線缺陷檢測系統(tǒng)

三 綜合設(shè)計實施路線和教學(xué)策略

（一） 綜合設(shè)計課程建設(shè)實施路線

實施路線如圖1 所示。

圖1 課程建設(shè)實施路線圖

首先重新修訂課程培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)大綱，考慮學(xué)生個體差異，研究并更新個性化課程內(nèi)容，并配備相應(yīng)的教學(xué)條件。最后，在實施過程中根據(jù)電子信息工程專業(yè)優(yōu)質(zhì)設(shè)計課程的內(nèi)涵與標(biāo)準(zhǔn)，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，評價標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行教學(xué)反思，持續(xù)改進(jìn)課程。

（二） 教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)策略

加強課程思政，支持教學(xué)目標(biāo)達(dá)成，為學(xué)生建立深層次學(xué)習(xí)環(huán)境。

1. 課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)與教學(xué)目標(biāo)相對應(yīng)，注重課程思政的建設(shè)，深度廣度適當(dāng)，能夠反應(yīng)學(xué)科領(lǐng)域最新發(fā)展。教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，如表1 所示。

2. 課程知識點要清楚，且各知識點之間具有清晰的邏輯結(jié)構(gòu)。

課程知識點應(yīng)緊密圍繞綜合設(shè)計過程及其特點，討論從設(shè)計開題→中期→答辯的全過程中如何合理運用各項技術(shù)、工具解決電子信息工程課程設(shè)計的問題。

同時，應(yīng)建立與其他專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)核心課之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生在電子信息工程領(lǐng)域形成系統(tǒng)的知識體系。

3. 教學(xué)過程中要能夠不斷激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不斷激勵學(xué)生，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)潛力，從認(rèn)知、技能、情意三個層面引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入深層次學(xué)習(xí)，有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。三個層面的內(nèi)容應(yīng)與《本科教學(xué)質(zhì)量保障工作手冊》中的本科課程教學(xué)目標(biāo)分類相對應(yīng)。

四 考核與成績評定方式

考核是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)效果和教學(xué)質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)，成績的評定應(yīng)當(dāng)能夠正確反映學(xué)生學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性和積極探索精神，本課程教改對學(xué)生成績的考核方式和成績評定辦法也進(jìn)行了改革。

考核方式為考查。采用小組授課方式，每組1 ～3名學(xué)生組成，由一名具有實際工程項目背景的教師授課，組內(nèi)學(xué)生合作完成一個綜合設(shè)計題目，授課教師結(jié)合工程項目及學(xué)生實際情況給出具體設(shè)計題目和設(shè)計任務(wù)書，指導(dǎo)學(xué)生圍繞題目展開設(shè)計實踐環(huán)節(jié)，要求學(xué)生完成任務(wù)書規(guī)定的綜合設(shè)計任務(wù)。

考查采用 “設(shè)計環(huán)節(jié)+ 設(shè)計答辯+ 報告”的考核方式。成績占比如圖2 所示。

圖2 綜合設(shè)計成績占比圖

依據(jù)要實現(xiàn)的課程目標(biāo)，設(shè)計專門的答辯評價標(biāo)準(zhǔn)。分別從5 個方面的能力要求對答辯情況進(jìn)行考察，成績對應(yīng)：優(yōu)、良、中、及格、差等級別。綜合設(shè)計報告（占50 %）內(nèi)容含方案比較、設(shè)計與論證、理論分析與計算、硬件總體框圖、軟件流程框圖，以及思政、工程倫理和工程經(jīng)濟(jì)等方面的體現(xiàn)。設(shè)計環(huán)節(jié)（占25%）主要包括平時設(shè)計出勤、討論、創(chuàng)新要點的提出以及認(rèn)真程度。設(shè)計答辯（占25%）主要包括設(shè)計答辯過程中的問題表達(dá)、技術(shù)細(xì)節(jié)講解、問題回答情況以及PPT 制作情況等。

五 結(jié)語

通過教學(xué)改革，刪除了不合理的教學(xué)內(nèi)容，新教學(xué)內(nèi)容以軟件和硬件綜合設(shè)計為兩條主線，增加了工程倫理和工程經(jīng)濟(jì)的內(nèi)容、并在綜合設(shè)計過程中引入思政元素，使教學(xué)內(nèi)容在跟蹤電子信息工程專業(yè)領(lǐng)域理論和技術(shù)發(fā)展方面有大幅推進(jìn)。通過增加研討式教學(xué)模式、引入工程倫理和工程經(jīng)濟(jì)、課程設(shè)計以創(chuàng)新性綜合設(shè)計為主、輔以思政教育的改革，激發(fā)了學(xué)生對該課程學(xué)習(xí)的興趣和主動性，在普遍提高學(xué)生的動手實踐和創(chuàng)新能力的同時，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。教學(xué)改革成果獲得了學(xué)生、企業(yè)專家和高校同行的認(rèn)可，取得了良好的效果。然而，在改革過程中也遇到了一些問題：如在綜合設(shè)計過程中，如何更好地引入思政教學(xué)、如何恰當(dāng)?shù)卦u價思政教學(xué)的效果、以及工程倫理和工程經(jīng)濟(jì)內(nèi)容的融入等。在今后教學(xué)改革和教學(xué)實踐中，還需要進(jìn)一步深入探討，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。