基于CDIO理念培養網絡工程“卓越工程師”

陳 潤, 琚生根, 李 勤, 師 維

(四川大學 計算機學院, 四川 成都 610065)

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基于CDIO理念培養網絡工程“卓越工程師”

陳 潤, 琚生根, 李 勤, 師 維

(四川大學 計算機學院, 四川 成都 610065)

CDIO培養模式為我國“卓越計劃”的實施提供了很好的框架和理念。針對網絡工程專業的“卓越工程師”培養問題,結合CDIO工程教育理念,建立了以實際工程為背景,以項目為驅動的培養模式,研究和探討了改革課程體系和課程內容、改革教學組織形式和教學方法、建設工科教師隊伍方面的具體實施措施,從而培養學生的系統工程技術能力、溝通組織協調能力和自學創新能力,滿足社會需要,促進行業發展。

CDIO； 卓越工程師計劃； 網絡工程

1 “卓越計劃”和CDIO工程教育模式

“卓越工程師教育培養計劃”(以下簡稱“卓越計劃”)是由教育部發起,旨在為未來各行各業培養創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量工程技術人才的重大舉措。目標是以該計劃為突破口,促進工程教育改革與創新,全面提高我國工程教育人才培養質量,促進我國從工程教育大國走向工程教育強國[1-2]。CDIO工程教育模式是由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等4所大學經過4年的探索研究所建立的先進工程教育理念,是近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO代表構思(conceive)、設計(design)、實現(implement)和運作(operate),它以產品研發到產品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程[3-7]。對比“卓越計劃”的重點任務和CDIO的12條標準可以發現,CDIO 人才培養模式與“卓越計劃”在基本目標、任務、理念與方法及內容上具有高度的相關性和兼容性,可以采用CDIO工程教育改革的理念實現“卓越計劃”的目標[8-10]。

2 網絡工程專業與“卓越計劃”

根據“卓越計劃”的培養目標,網絡工程專業的“卓越工程師”應熟練掌握計算機通信和網絡技術等領域的專業知識,具備從事計算機網絡設備、系統的研究、設計、開發、工程應用和管理維護等方面工作的專業技術能力,具有較好的工程意識、工程素質和較強的工程實踐能力,具有刻苦鉆研的探索精神和勇于挑戰的創新精神。要實現這一目標,引入CDIO理念是十分必要的,通過CDIO強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統的構思-設計-實現-運行(CDIO)[3]過程的背景環境基礎上的工程教育,培養學生的系統工程技術能力、溝通組織協調能力和自學創新能力。

網絡工程專業卓越工程師的培養,可以改變該專業在高等教育中存在的重理論輕實踐、課程內容滯后于不斷發展的專業技術導致的教學與應用脫節、強調個人學術能力而忽視團隊協作精神、重視知識學習而輕視創新精神的培養、畢業生缺乏工程實訓經歷無法滿足用人單位要求等方面的問題。

3 基于CDIO的“卓越工程師”培養

3.1 培養思路

基于CDIO的“卓越工程師”的培養就是要借鑒發達國家在高等工程教育領域的成功經驗,改革工程教育人才培養模式,建立高校與行業企業的密切合作,以實際工程為背景,以項目為驅動,通過“做中學”來提升學生的工程實踐能力和創新能力,從而適應社會需要,促進產業發展,最終構建結構合理、類型多樣、能適應社會發展的具有中國特色的高等工程教育體系。

3.2 工程項目為核心的培養方案

以項目為核心,將網絡工程專業整個課程與項目設計結合起來,改變傳統課程以學科知識為中心的結構,改革課程體系和課程內容,通過項目的形式融合課程內容和相關的學習效果,促進課程之間產生知識性聯系和相互支撐。讓項目作為學生學習的導向和目標,將學生需要學習的知識和技能貫穿在項目的設計和完成中。在低年級時就通過工程實例引導學生入門,使他們了解該專業的實際應用情況、產生對專業課程的學習興趣,并清楚自己的學習目標；在專業課程的學習中安排各個層次的工程項目(方式包括課程實驗、課程設計、企業實習、綜合實訓等),通過貫穿整個學習過程的工程項目使學生在學習專業知識的同時學習系統的設計方法和過程,形成理論知識和實際應用的良性互動,使“學”和“用”交叉進行并彼此促進。

貫穿學習過程的項目按內容和規模可以分為3類:系統項目、綜合項目和課程項目。課程項目是指單門專業課程學習中的項目,表現形式一般為課程實驗和課程設計等，規模較小,主要針對該門課程知識的理解與應用,強調學生專業基礎知識的掌握。綜合項目包含多門核心課程內容,強調學生綜合應用專業知識的能力,規模中等,是單獨課程項目的進階。系統項目則包括網絡工程專業主要核心知識和能力,側重訓練學生從需求分析、設計、實現到運行的系統性能力,掌握工程設計方法[10-12]。總的來說,系統項目是基于CDIO的“卓越工程師”培養方案的主線,綜合項目和課程項目是基礎,三者逐級遞進,缺一不可。培養方案魚骨圖見圖1。

圖1 網絡工程專業基于CDIO的“卓越工程師”培養方案魚骨圖

4 “卓越工程師”培養方案的實施

以項目為核心的培養方案有別于傳統的教學方式,為了保障方案的順利實施并達到預期的效果,需要從以下幾個方面展開工作。

4.1 課程體系和教學內容改革

在網絡工程專業的課程設置上充分體現“工程”特色,與企業共同探討網絡工程專業的人才培養模式,根據行業標準來重新界定該專業的核心能力,依據相關行業的從業資格和工作崗位標準要求來設置課程和課程內容。

提高實踐課時在課程體系中的比例,在保證基礎知識不減少的原則上,適當壓縮課堂學時,增加研討性課程、項目型課程和設計型課程的比例。保證工程項目設計4年不斷線：一年級即到企業進行行業認知實習,并剖析講解來源于真實應用的系統項目；二年級強化綜合布線和組網工程實訓,在專業實驗室或實訓基地開展課程項目和部分綜合項目；三年級側重綜合項目,并依托國家、學校、院系資助各級科研項目和各級學科競賽活動,完成企事業網絡構建、網絡安全設計與部署、接入網設計、Web網站的構建、基于Web的信息系統開發、無線傳感網開發、網絡設備研制與開發等綜合項目,選取的項目要緊密聯系工程實際,以工程項目或產品設計生產全過程為載體；四年級進行企業實習和畢業設計,完成完整的系統項目設計,要求項目的題目必須來源于生產實踐或以教師的縱向科研課題和來自企業的橫向課題為依托。

網絡工程專業本來就是計算機技術、通信技術和工程技術相結合的交叉學科,因此在課程設置上應發揮多學科優勢,設置跨學科的交叉課程群并組建跨學科的交叉團隊,從而拓寬網絡工程專業學生的知識面和視野,并為他們將來的發展提供更多選擇。

課程體系中的每門課程、每個教學模塊都是相互關聯和影響的構成要素,牽一發而動全身,在制定教學體系和教學內容時,應從整體和系統的角度分析量化其在卓越工程師培養目標上的功能和作用,進行全局一體化的重組和整合。同時,對于試行后的課程體系,應廣泛聽取反饋意見,并采取科學的評價方式對課程效果進行客觀評價,以此來進一步調整和完善。

4.2 教學組織形式和教學方法改革

進行課程設置和教學內容改革的同時也必須改革相應的教學組織形式和教學方法,只有合理的、與之配套的教學組織形式和教學方法才能保證課程教學目標的實現。“卓越計劃”對參與高校的教學方法的改革也提出了明確的要求,要求參與的高校著力推動研究性學習方法。基于CDIO的“卓越計劃”教學應建立以工程項目為載體的教學模式,主要包括以下幾個方面。

首先，從工程實踐和企業實際應用中挑選和設計項目,選擇的項目要能便于教師開展和完成主要課程內容的教學,在內容上要由易到難,由單一到綜合,以利于學生水平的逐步培養和提高。

其次,教師要轉變自身角色,將以教師為中心的教學模式轉變為以學生為中心,將學生的被動學習轉變為在教師引導下的主動學習[11]。教師以問題或者項目作為課程內容的導向,在課前需要進行充分的課前準備,熟悉教學大綱和本專業、本課程的內容,熟悉學生的能力情況,從而提前規劃好學習的重點、難點,制定有針對性的討論提綱、計劃教學進度。在課堂上,教師以啟發性教育為主,減少講述法的教學,要求學生自主學習或小組合作學習。在這種方式下,教師要有良好的組織管理能力,善于調動學生的積極性和主動性,控制課堂節奏,應對處理意外的教學場面；而學生要完成項目,則需要主動去查閱文獻資料,積極與同學交流溝通,從而鍛煉發現問題、解決問題和團隊協作的工程能力,養成主動學習的習慣。

最后,在考核方式上要改變過去“一考定成績”的做法,實施課程過程考核,加大平時成績比例,增加課堂表現、階段性測試等考核環節,加入口頭答辯、實際操作、專題討論、小組研究和綜合設計等多種考核方式,實現學生成績評價的多元化,對學生所學知識、個人能力和素質進行全面考核。

4.3 工科教師隊伍建設

課程和教學的改革需要工科教師隊伍的支持,“卓越計劃”也明確提出要建設高水平的工程教育師資隊伍。目前,大部分高校的工科教師隊伍建設面臨的主要問題就是教師工程實踐經歷普遍不足,要解決這一問題,可以從以下幾方面著手。

(1) 建立工程類專業教師聘任考核機制[11]。優先聘任具有工程經歷的教師,要求專業課教師必須具備在企業工程實踐累計一年以上的經歷。新進工程類教師上崗前,應經過至少一年的工程方面崗前培訓。在考核上強化企業工程實踐經歷要求,將教師在工程項目設計開發、知識產權和發明專利、產學研合作和技術服務等方面取得的成果與理論研究和發表論文的成果同等對待。

(2) 加強教師工程能力的培養。通過合作、交流等方式安排部分教師到企事業單位進行頂崗工作或實習鍛煉,充實教師的工程背景,提高教師的專業技能和實踐能力；不定期組織全體專業教師到企業參觀學習,了解企業的新技術、新設備；鼓勵教師不斷提高自身的工程實踐能力,對于教師參與工程實踐時給予經費的資助,在企業實踐期間享有與在校相同的待遇,在企業的實踐工作量計入年度考核工作量。

(3) 從企業引進專職教師,建立工程教育專職和兼職隊伍。引進企業界有真才實學的人士成為學校的正式教師,強化教師的工程實踐背景。同時,積極聘請相關企業具有高級職稱以上的技術人員和管理人員到學校擔任兼職教師,參與教學工作、指導學生工程實踐、共同制訂和實施企業培養方案。

5 結語

CDIO培養模式為我國“卓越計劃”的實施提供了很好的框架和理念,本文針對網絡工程專業的“卓越工程師”培養問題,研究和探討了如何結合CDIO工程教育理念,改革課程體系和課程內容、改革教學組織形式和教學方法、建設工科教師隊伍,建立以實際工程為背景、以項目為驅動的培養模式,通過“做中學”來培養學生的系統工程技術能力、溝通組織協調能力和自學創新能力。希望本文的研究對其他專業的“卓越工程師”培養有一定的參考和借鑒意義。

References)

[1] 教育部.關于實施卓越工程師教育培養計劃的若干意見:教高[2011]1號[Z].2011.

[2] 林健.“卓越工程師教育培養計劃”專業培養方案研究[J].清華大學教育研究,2011,32(2):47-55.

[3] 陳曉龍,彭志平,李啟瑞,等.網絡工程專業“卓越計劃”的企業培養方案[J].計算機教育,2012(14):107-110.

[4] 汪泓.更新人才培養觀念,創新人才培養模式:卓越工程師教育培養的理論與實踐創新[J].上海工程技術大學教育研究,2010(3):1-5.

[5] 單家凌.基于CDIO理念的網絡工程專業教學改革[J].計算機教育,2012 (7):45-49.

[6] 陳琳.基于CDIO模式的網絡工程專業“工程能力”培養[J].實驗室研究與探索,2016,35(2):211-216.

[7] 鄭仲橋,黃文生.基于CDIO的電子信息工程專業卓越工程師培養的探討[J].常州工學院學報,2014,27(3):82-84.

[8] 胡中棟,涂燕瓊.網絡工程專業卓越工程師人才培養探索[J].中國電力教育,2012(31):17-18.

[9] 吳許俊.基于CDIO理念的網絡工程教學改革研究[J].計算機教育,2011(22):40-42.

[10] 顧佩華,沈民奮,李升平,等. 從CDIO到EIP-CDIO:汕頭大學工程教育與人才培養模式探索[J].高等工程教育研究,2008(1):12-20.

[11] 林健.高校“卓越工程師教育培養計劃”實施進展評析(2010—2012)(上)[J].高等工程教育研究,2013(4):1-12.

[12] 顧學庸.聯接理論與實踐的CDIO：清華大學創新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究,2009(1):11-23.

Cultivating excellent engineers of network engineering based on CDIO

Chen Run, Ju Shenggen, Li Qin, Shi Wei

(School of Computer Science, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

CDIO training mode provides a good framework and philosophy for “Excellence Engineer Plan” of China. For cultivating excellent engineers of Network Engineering major, a project-driven training mode under the background of actual engineering was built which was based on CDIO. Definite steps were proposed including how to reform the curriculum structure and course content, reform the teaching organization and teaching methods, construct the engineering faculty. As a result, the students’ engineering and technology skills, communication skills and innovative abilities are promoted which could meet the social requirement and promote the industrial development.

CDIO; excellence engineer plan; network engineering

10.16791/j.cnki.sjg.2016.11.048

2016-06-21

四川大學實驗技術立項資助項目(2015-108)；四川大學計算機學院實驗技術立項資助項目

陳潤(1980—),女,四川成都,博士,講師,研究方向為智能系統、信息安全

E-mail：cr_run@scu.edu.cn

琚生根(1970—),男,四川成都,博士,教授,研究方向為智能信息處理、高校實驗室建設及實驗教學研究.

E-mail：jsg@scu.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2016)11-0189-04