“競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)”模式提高學(xué)生解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力

天津理工大學(xué)電氣電子工程學(xué)院 姜道連 呂聯(lián)榮

天津理工大學(xué)圖書(shū)館 袁 碩

“競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)”模式提高學(xué)生解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力

天津理工大學(xué)電氣電子工程學(xué)院 姜道連 呂聯(lián)榮

天津理工大學(xué)圖書(shū)館 袁 碩

本文針對(duì)指導(dǎo)學(xué)生參與大學(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，及時(shí)總結(jié)并進(jìn)行教學(xué)改革和實(shí)踐教學(xué)的加強(qiáng)，通過(guò)這個(gè)模式提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力，用“競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)”模式提高學(xué)生在工程教育中解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力。

競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)；復(fù)雜工程問(wèn)題；工程教育

公共基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程只能達(dá)到學(xué)生了解復(fù)雜工程問(wèn)題的程度，還達(dá)不到分析和解決較高層次復(fù)雜工程問(wèn)題的能力。而支撐這些課程的教學(xué)主要是公共基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)，如電路分析、模擬電子線路、高頻電子線路、數(shù)字電子技術(shù)等。對(duì)于較高層次或包含多種特征的復(fù)雜工程問(wèn)題，則以課程設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)、專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì) 、畢業(yè)設(shè)計(jì)等綜合實(shí)踐環(huán)節(jié)為教學(xué)載體，能夠較全面地培養(yǎng)學(xué)生對(duì)“復(fù)雜工程問(wèn)題”的解決能力[1]。

在這個(gè)背景下，設(shè)計(jì)類(lèi)競(jìng)賽則更凸顯高、精、尖的特點(diǎn)。在賽前培訓(xùn)和準(zhǔn)備階段，學(xué)生從專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程到專(zhuān)業(yè)課程知識(shí)，從實(shí)驗(yàn)測(cè)試到數(shù)據(jù)分析設(shè)計(jì)，再到制作調(diào)試成作品，指導(dǎo)教師、課程組、院校相關(guān)部門(mén)對(duì)競(jìng)賽分析總結(jié)，進(jìn)而對(duì)教學(xué)課程、培養(yǎng)計(jì)劃等進(jìn)行修訂，形成特有的“競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)”模式。

1 工程教育模式

電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃是以培養(yǎng)電子工程師為目標(biāo)的本科教育，應(yīng)當(dāng)將學(xué)生具備解決復(fù)雜工程問(wèn)題的能力作為培養(yǎng)要求，建立基于解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”的理論和實(shí)踐教學(xué)體系，確定涉及“復(fù)雜工程問(wèn)題”的課程和實(shí)踐教學(xué)門(mén)類(lèi)，通過(guò)培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱等獻(xiàn)形式，將支撐“復(fù)雜工程問(wèn)題”的理論體系、教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)要求、教學(xué)評(píng)價(jià)等明確化，指導(dǎo)任課教師在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中堅(jiān)決貫徹執(zhí)行。教育實(shí)施過(guò)程采用反向設(shè)計(jì)方式，類(lèi)似于企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)是從用戶(hù)需求的角度來(lái)設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程。工程教育實(shí)踐上是從社會(huì)和企業(yè)對(duì)大學(xué)教育的需求確定學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)，畢業(yè)要求實(shí)際是由培養(yǎng)目標(biāo)來(lái)決定。在本科教育階段，國(guó)際、國(guó)內(nèi)、省市、高校都會(huì)為學(xué)生提供很多設(shè)計(jì)競(jìng)賽的機(jī)會(huì)，這些設(shè)計(jì)競(jìng)賽都是是面向廣大大學(xué)生的群眾性科技活動(dòng)，設(shè)計(jì)競(jìng)賽目的在于推動(dòng)高校、促進(jìn)信息與電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程體系和內(nèi)容的教學(xué)改革，有助于高校開(kāi)展素質(zhì)教育，培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與基本實(shí)踐能力，小組分工配合的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，體現(xiàn)了理論聯(lián)系實(shí)際和人文精神的學(xué)風(fēng)；有助于學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力的提高和創(chuàng)新實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高學(xué)生實(shí)際復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行設(shè)計(jì)制作的能力；有助于吸引和鼓勵(lì)高校廣大學(xué)生積極踴躍參加課外科技活動(dòng)，為適合企業(yè)需求的優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造有利條件[2]。

2 工程教育畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)[3-4]

畢業(yè)要求是培養(yǎng)目標(biāo)決定的，是圍繞著工程教育提出的“能力為導(dǎo)向、學(xué)生為中心、持續(xù)改進(jìn)”的教學(xué)理念，對(duì)學(xué)生是否達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求、達(dá)成社會(huì)需求人才培養(yǎng)目標(biāo)的程度而開(kāi)展的評(píng)價(jià)。實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)是大學(xué)本科教學(xué)體系的重要組成部分，對(duì)支撐畢業(yè)要求有著十分重要的作用。一般工科專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系由理論課程的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、工程實(shí)踐和實(shí)訓(xùn)教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等綜合設(shè)計(jì)教學(xué)等三個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)組成，對(duì)指標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)有力的支撐。

（1）工程知識(shí)：具備數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，能夠運(yùn)用其理論和方法解決電子信息領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題。

（2）問(wèn)題分析：運(yùn)用所學(xué)的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，能夠理解和描述復(fù)雜工程問(wèn)題，且進(jìn)一步識(shí)別功能、評(píng)價(jià)指標(biāo)，并通過(guò)文獻(xiàn)研究等手段分析復(fù)雜工程問(wèn)題，以獲得有效結(jié)論。

（3）設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)解決方案：能夠針對(duì)電子系統(tǒng)、信號(hào)處理和信息傳輸?shù)葟?fù)雜工程問(wèn)題設(shè)計(jì)解決方案，并設(shè)計(jì)滿(mǎn)足功能要求的模塊或系統(tǒng)，并在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中體現(xiàn)出學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，并要求學(xué)生考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

（4）研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對(duì)電子信息領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題進(jìn)行研究，能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，采集、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和解釋?zhuān)@取合理有效的結(jié)論。

（5）使用現(xiàn)代工具：能夠針對(duì)電子信息及相關(guān)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題，開(kāi)發(fā)、選擇與使用儀器設(shè)備和信息技術(shù)工具對(duì)電子信息相關(guān)工程問(wèn)題進(jìn)行預(yù)測(cè)與模擬，并能夠理解其局限性。

（6）工程與社會(huì)：了解與相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、產(chǎn)業(yè)政策和法律法規(guī)，能夠分析和評(píng)價(jià)電子信息領(lǐng)域的工程實(shí)踐對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任。

（7）環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展：了解國(guó)家的環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及相關(guān)的政策、法津、法規(guī)，能夠理解和評(píng)價(jià)電子信息領(lǐng)域復(fù)雜工程問(wèn)題的實(shí)踐對(duì)環(huán)境、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的影響。

（8）職業(yè)規(guī)范：樹(shù)立正確的人生觀和價(jià)值觀，了解國(guó)情，具有社會(huì)責(zé)任感、健康的體質(zhì)和心理素質(zhì)，能夠在工程實(shí)踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責(zé)任。

（9）個(gè)人和團(tuán)隊(duì)：能夠在多學(xué)科和專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)負(fù)責(zé)人、團(tuán)隊(duì)成員以及個(gè)體的角色。

（10）溝通：能夠就電子信息領(lǐng)域的復(fù)雜工程問(wèn)題與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通，掌握一門(mén)外語(yǔ)，具有基本的聽(tīng)說(shuō)讀寫(xiě)能力和一定的國(guó)際視野，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。

（11）項(xiàng)目管理：具有一定的管理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用。

（12）終身學(xué)習(xí)：培養(yǎng)學(xué)生具有終身學(xué)習(xí)和自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，并且有不斷學(xué)習(xí)和適應(yīng)發(fā)展的能力。

3 競(jìng)賽模式中體現(xiàn)復(fù)雜工程問(wèn)題的特征體現(xiàn)

對(duì)應(yīng)復(fù)雜工程問(wèn)題體現(xiàn)的形式見(jiàn)表1。

表1 競(jìng)賽模式對(duì)應(yīng)復(fù)雜工程問(wèn)題的形式

4 對(duì)學(xué)生能力的促進(jìn)

電子設(shè)計(jì)類(lèi)競(jìng)賽具有較高的綜合性，包含多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的子問(wèn)題，不是靠單個(gè)或者少數(shù)課程或?qū)W科就可以解決的，并可能有一定的沖突，使學(xué)生從工程師的角度和立場(chǎng)，利用深入的工程原理，通過(guò)建立合適的模型，不能僅僅依靠常規(guī)的課程學(xué)到的知識(shí)，綜合考慮多方面的因素和利益，完成電子設(shè)計(jì)類(lèi)競(jìng)賽工作，達(dá)到培養(yǎng)高素質(zhì)電子信息領(lǐng)域工程師的培養(yǎng)目標(biāo)。在電子設(shè)計(jì)類(lèi)競(jìng)賽過(guò)程中，注意引導(dǎo)學(xué)生對(duì)不同設(shè)計(jì)方案、模塊或電路選型、程序算法等進(jìn)行橫向?qū)Ρ龋瑥膹?fù)雜度、成本、材料采購(gòu)、調(diào)試與測(cè)試便利程度、生產(chǎn)條件復(fù)雜度、生產(chǎn)效率等諸多方面進(jìn)行對(duì)比。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行集體討論和分析，就數(shù)據(jù)完整度、有效性、準(zhǔn)確性等進(jìn)行評(píng)估，并在評(píng)估基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)方案提出優(yōu)化和改進(jìn)意見(jiàn)，要求改進(jìn)方案必須切實(shí)可行，使學(xué)生建立完整系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的全局意識(shí)。同時(shí)，考慮了與設(shè)計(jì)相關(guān)的人文、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、倫理等因素對(duì)設(shè)計(jì)的影響[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

電子設(shè)計(jì)類(lèi)競(jìng)賽要求撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告、開(kāi)展測(cè)試評(píng)比，并綜合給出成績(jī)。在競(jìng)賽過(guò)程中，隨著技術(shù)問(wèn)題的提出，也提出一些與技術(shù)有關(guān)的經(jīng)濟(jì)與管理因素對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響問(wèn)題，并讓學(xué)生進(jìn)行思考，并在設(shè)計(jì)報(bào)告中作出解釋。這就要求學(xué)生在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，需要熟讀器件或模塊手冊(cè)，了解所選器件、模塊對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本影響，綜合考慮設(shè)計(jì)指標(biāo)、系統(tǒng)性能和經(jīng)濟(jì)因素等問(wèn)題的同時(shí)考慮系統(tǒng)設(shè)計(jì)在操作、管理方面的問(wèn)題，最終綜合所有因素提出合理的設(shè)計(jì)方案及實(shí)施方案。學(xué)生通過(guò)競(jìng)賽，了解了一般電子信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)不斷的解決問(wèn)題，享受到自主學(xué)習(xí)的快樂(lè)，使學(xué)生專(zhuān)業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用能力及創(chuàng)新實(shí)踐能力得到不斷的提高，進(jìn)而具備解決“復(fù)雜工程問(wèn)題”的能力[6-8]。

[1]鄧嶸.高校教師素質(zhì)培養(yǎng):基于高等教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2017(07):224-225.

[2]全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽章程[EB/OL].http://www.nuedc. com.cn/news.asp?bid=1.2007-08-13.

[3]任紅衛(wèi),劉美.工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證背景下培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求的制定——以廣東石油化工學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)為例[J].教書(shū)育人(高教論壇),2016(15):20-21.

[4]高相勝,昝濤,王民.工程教育認(rèn)證畢業(yè)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)方法和步驟[J].教育教學(xué)論壇,2016(51):206-208.

[5]夏伏洋.基于項(xiàng)目化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2015,14(3)．

[6]鄭愛(ài)彬.以競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)信息設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)[J].計(jì)算機(jī)教育,2015(01).

[7]劉繼宗,宋世軍.整合實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽模式,促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù),2011,9(4).

[8]夏巍.以電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)電子信息類(lèi)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索[J].中國(guó)電力教育,2009(02).

"Competition Driven"Model Improves Students'Ability to Solve Complex Engineering Problems

JIANG Daolian1LV Lianrong1YUAN Shuo2
（1.School of Electrical and Electronic Engineering，Tianjin University of Technology；2.Tianjin University of Technology Library Tianjin 300384.China）

This paper found that guiding students to participate in student design competition problems，timely summarize and carry out teaching reform and strengthen the practice of teaching，improve students'practical ability，innovation ability and practical ability through this mode，with"competition driven"mode to improve students in engineering education to solve complex engineering problems"ability.

Competition Driven；Complex Engineering Problems；Engineering Education

天津理工大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：YB14-07）。

姜道連（1972—），男，碩士，助理研究員，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。

袁碩（1989—），男，碩士，助理館員，研究方向：信息管理。