next工程教育理念在卓越工程師培養中的應用

梁洪衛， 陳雪松， 高丙坤， 王秀芳， 闞玲玲

(東北石油大學 電氣信息工程學院，黑龍江 大慶 163318)

0 引 言

科學和工業的發展離不開出色的工程人才，而出色工程人才的培養離不開良好的工程教育。隨著現代社會的進步，科學技術日新月異，對工程技術人才提出了更高的要求。因此，工程教育，特別是能培養適應現代化工程發展的工程技術人員的教育，對我國、乃至世界工業的發展具有重大的意義。2010年6月，教育部在天津發布了“卓越工程師教育培養計劃”，旨在在未來10年內培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才，為國家走新型工業化發展道路、建設創新型國家和人才強國戰略服務[1-4]。

當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的教師“教”和學生“學”的單邊教學活動，這是不利于學生工程實踐能力和創新能力的培養的。為了更好的培養中國未來的工程師，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從教學、實驗與創新環節的全面效果提升，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工程教育，讓學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卓越工程師培養著手，將next工程教育理念應用于本專業卓越工程師培養過程當中，提出了嶄新的課堂教學方法、教學模式改進方法、學生創新能力培養方法、校企協作計劃。

1 基于next工程教育理念的課堂教學方法

課堂教學的根本目的就是要讓學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或者板書的形式來進行教授，這種方式不利于學生透徹理解知識點，且不生動，引不起學生的興趣和求學欲望。本文通過通信工程專業卓越工程師培養實際案例分析，從直觀、交互、生動三個方面著手，提出了嶄新的課堂教學方法。[5]

1.1 直觀化教學內容

“直觀”指的是有效的數據表達方式，比如把單純的數字結果用波形圖的方式表達出來，相對于傳統的黑板或者PPT而言，學生可以更直接地感受到信號處理的結果。

數字信號處理課程教學中有一個關鍵的知識點——FFT(快速傅立葉變換)，傳統的教學方法就是在黑板上進行一系列的推導，然后手繪畫出頻譜曲線，這是一個必要的教學過程，只有這樣才能讓學生了解到FFT的實現步驟。大部分課堂教學僅停留在此階段，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，讓學生更直觀地看到各種信號處理所得到的結果；另一方面可以方便地改變各種參數，讓學生即時地了解到參數的變化對信號處理結果的影響。通信工程專業課堂教學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，從而讓讓學生真正的理解。

1.2 互動式教學過程

當前高校絕大多數的理論教學仍然采用傳統的以“教”為主的教學模式，教師的教學模式、方法陳舊單調，考核形式單一，很多學生產生了厭學情緒，以至于大部分理論性較強的課程教學效果不好，學生理論基礎單薄從而影響創新能力和工程實踐能力的培養[5-6]。

所謂互動，就是學生也可以參與進課堂教學當中，每個演示程序都允許學生改變各種參數，隨之觀察信號處理結果的變化，學生以一種主動參與的姿態更好的接收和理解知識。這種方法是一種協作式教學法，以學習者為中心，鼓勵學生積極參與教學過程，使其能深刻地領會和掌握所學的知識，并能將這種知識運用到實踐中去。互動式教學法要求學生獨立思考，自由擇上課方式、安排學習進度。我校通信工程專業將互動式教學方法應用在“EDA技術及應用”課程中的教學當中，結果表明，在達到培養學生掌握基本理論、基本技能的同時，還使學生掌握了開發項目、團隊合作、陳述報告等各方面的能力。

1.3 教學形式生動化

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

將這種直觀、交互、生動相結合的新穎教學方法應用到教學課件中，使課件活動起來，讓學生在學習知識點的同時，可以有動態的演示進行配合，這樣就是一種完全不同的學習體驗，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工程教育創新平臺，并在教學過程中不斷地融合各種優秀演示與課件程序，從而使教學過程更為生動、直觀與交互。

2 理論與實踐課程體系建設

實驗部分是學生通過動手和實踐去體驗與獲取教學中關鍵知識點的常規途徑，同時也是將課堂中所學理論知識在真實的環境中進行驗證的過程，是工程教育中不可或缺的重要環節。目前我校通信工程專業大部分實驗器材較為傳統，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卓越工程師培養實驗平臺建設的主流發展趨勢：平臺化、模塊化，并提出了“模塊+平臺”的課程體系建設思路[7]。

2.1 實驗平臺建設

近年來，類似“基礎實驗室”、“綜合實驗室”、“創新實驗室”成為了各大高校的建設主流，希望建設一個綜合性的工程實驗平臺，在這個統一的平臺上能夠做多門學科的實驗(例如通信原理、信號處理、傳感器技術等)，一方面能夠便于統一管理與協調、提高效率，另一方面也節省了實驗室建設成本[8-10]。

模塊化的理念已經成功地運用在了多個領域，如測試測量、工業控制、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，傳統的實驗箱模式已經完全不能滿足教學要求。針對這個問題，實驗室建設方面提出了模塊化的解決方案。通過各種實驗模塊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，學生還可以按照自己的創意將多個模塊一起放在實驗平臺上搭建自己的實驗系統，在更高層次上做各種綜合實驗。

2.2 專業課程體系構建

本文以我校通信工程專業卓越工程師培養目標為指導，借鑒實驗室平臺建設的主流發展趨勢，構建了“平臺+模塊”的課程新體系。具體的做法包括：打破學科界限，按照培養目標重新設置課程模塊，整合優化課程內容，增加綜合類、設計類課程，加大實踐類課程比重，體現知識的交叉融合；根據就業情況，結合通信工程師資格認證管理辦法規定的七類通信工程師的要求，將專業課整合為學生自主選擇的3個專業方向模塊——通信與信息系統、信號檢測與信息處理、嵌入式系統設計；將課外自主學習納入課程體系，要求學生必須通過參加學科競賽、開放實驗、科研項目或社會實踐活動完成部分學分，培養學生自主學習能力、創新能力、團隊合作精神和溝通能力；增加企業培養階段課程模塊，由校企共同設計企業培養方案及課程，發揮企業優勢，重點培養學生職業素質和工程實踐能力。

3 創新能力培養

目前，各種成功的創新案例已不再是從無到有的發明(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綜合起來實現更高層的創新應用(例如機器人技術融合了電子、機械、人工智能、傳感器、圖像處理、無線通信、嵌入式等技術)，這種綜合創新能力，才是卓越工程師所需要具備的最重要能力。現階段，這種能力的培養，絕大多數都是通過各類競賽來實現的，如全國虛擬儀器大賽等，但這些競賽只針對少數學習和能力位列前茅的尖子學生，剩下的大多數學生如何培養綜合創新能力才是卓越工程師培養過程中的大問題[11-12]。

本文借鑒next工程教育理念提出的教學方法本身也是一種創新，那就是要在教學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)，直接交給學生和老師按照自己的想法進行連接和創新，學生可以按照自己的思維自由地搭建創新的系統，進而培養出綜合創新能力。這種“提供積木”的方式與目前國內外較為流行的一些創新教學方法(例如 CDIO、基于項目的教學訓練等等)相得益彰，能取得很好的教學效果。下文從本專業教學過程中的兩個具體實例進行分析，講解“搭積木式”教學方法在通信工程專業卓越工程師培養過程中對創新能力培養起到的作用。

卓越工程師培養的一個具體目標就是要提高學生實踐能力和創新意識，為實現這一目標，我校通信工程專業開設以實踐為主、與學生科技創新活動緊密結合的課程，提供實驗環境；鼓勵學生申報并完成各級(國家級、省級、校級和院級)“大學生創新性實驗計劃”項目，并根據教師承擔的縱向和橫向課題提煉出適合學生完成的科研訓練項目；支持學生題目自擬、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，使得學生探索知識、分析問題和解決問題能力，自主、創新能力，實踐認知能力和綜合素質能力都得到顯著提高。

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

4 校企合作

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

為實現校企深度合作，我校通信工程專業根據多年的實踐及next教育理念，提出三加一的校企合作模式：大一、大二為培養的基礎期，我們可以利用專業搭建的各種平臺，借助next品牌的產品全面地幫助學生以高效的方式學習理工科的基礎知識與實驗；大三為過渡期，學生可以通過next系列產品培養自己的綜合創新能力，也可以參與到一些微型項目當中；到了大四，是校企合作的關鍵階段，我校通信工程專業通過各種途徑與企業建立了長期合作關系，把培訓大學生創新能力的相關實踐課堂盡量多的建在相關企業中，與企業組建緊密合作型的研發中心，教師帶領學生參與實際項目，鼓勵學生的畢業設計走進企業，在完成畢業設計的同時也讓學生直接體會到企業的工作要求和模式。從而通過4年的時間，與企業進行深入合作，培養具備一定工程能力的卓越工程師。

5 結 論

我校通信工程專業卓越工程師培養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會兩個級別的卓越工程師培養類的實際研究課題。通過與相關企業的緊密合作，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方法；提出了通信工程專業卓越工程師培養實驗平臺建設的主流發展趨勢：平臺化、模塊化，并提出了“模塊+平臺”的課程體系建設思路；針對絕大多數大學生創新能力的培養提出了新的思路；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現本文提出的教改方法，對培養學生的綜合素質、工程意識、創新能力和綜合知識運用能力以及提高學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的培養人才優勢與特色。

[1] 陳向明.在參與中學習與行動——參與式方法培訓指南[M].北京:教育科學出版社,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. 我國創新型工程科技人才培養的問題與對策研究[D]. 蘭州：蘭州大學，2011.

[4] 查建中. 21世紀的工程教育重構[J]. 中國大學教學, 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、實驗、創新．[EB/OL].(2012.12)．http://www.nextu.com.cn/．

[6] 梁洪衛,高丙坤,邸曉宇，等. “EDA技術與應用”實驗與實踐教學改革[J]. 實驗室技術與管理, 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. 大類招生人才培養模式下“核心+方向”課程體系的構建[J]. 職業技術教育, 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. 工程教育創新型學科實驗室的構建[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 核心技術的通信實驗教學[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動教學方法研究[J]. 實驗技術與管理, 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略[M]. 北京:中國理工出版社,2009.

[14] 曾紅元. 淺談大學生創新能力的培養[J].當代教育論壇(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”培養的專業課程體系和教學內容改革[C]//The 3rd International Annual Conference on Teaching Management and Curriculum Construction(第三屆教學管理及課程建設國際會議), 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.