以工程教育理念為引領的跨專業教學探索與實踐

張 瑾， 陳林秀， 白海峰

(西南交通大學 信息科學與技術學院;軌道交通信息工程與技術國家級實驗教學示范中心，成都 610000)

0 引 言

大多數工程專業意在培養學生數學、科學、工程科學素養以及解決問題的能力。這是從事工程技術領域工作的必備素質。然而，要成為一個卓越工程人才，系統設計的理解能力、創新思維、團隊合作、較強的溝通能力也是必不可少的[1]?！吨袊叩裙こ探逃芯抠|量報告》(2014年度)[2]指出 ，我國工科畢業生質量總體得到用人單位認可，但是“工程能力”和“創新創造能力”卻相對較低。如何將工程能力和創新創造能力訓練，融入到現有的課程教學體系，特別是針對即將走上工作崗位的大學四年級工科學生，強化工程能力和創新創造能力的培養，是當前工程教育改革的一個重點[3-7]。為此，結合我校信息技術類各專業學生具有較寬厚的學科基礎知識的特點，借鑒國內兄弟院校的做法[8-14]，自2012年起，引入國際高等教育公認的CDIO工程教育理念，對多個專業《綜合課程設計》的教學組織形式進行系統規劃、設計、逐步推行改革試點，同時總結經驗，不斷優化，形成并踐行了“專業交叉+項目制”的新型教學模式。

1 課程設置理念

《綜合課程設計》是我校近幾年人才培養方案制定過程中，根據學生培養需求，采用一體化教學體系設計的重要環節之一。該課程意在改變原來理論知識傳授與實踐鍛煉(實習實訓)的分割化、條塊化的培養過程，形成“知識傳授與能力培養”統為一體的教育模式。一體化教學體系設計思路如圖1所示。

圖1 一體化教學體系設計示意圖

該體系側重將理論教學與實踐教學兩個平臺的關系進一步協調。以導論課程(發現問題)、畢業設計(獨立解決問題)兩個項目設計為主線，貫穿于整個本科教學階段，使學生系統地得到構思、設計、實現、運作的整體訓練；其中《綜合課程設計》在整個體系中起到承上啟下的作用，將整個課程體系有機的、系統的結合起來。同時也為培養創新型人才提供寬厚的理論基礎和嶄新的實驗場所。

2 《綜合課程設計》課程特點及教學現狀

《綜合課程設計》課程的目的是提供學生一次構思、設計并實現的體驗。設計可以是硬件設計、實現，也可以是一個軟件實現，但都應具有一定的工程意義。要求學生必須考慮實現一個工程設計所有的技術、非技術因素，并通過答辯、設計報告來展示設計結果。該課程教學中反映出的問題有[15]：

(1) 開設時間過晚。該課程是在完成大部分專業課程及實踐之后，于本科第7學期開設。臨近畢業，學生的就業、繼續深造等各種事務繁多，導致學生不能全身心投入設計中。

(2) 題目內容較單一。傳統的教學組織方式是教師出題，學生選題，一人一題，獨立完成。由于學生人數較多，在題目的數量和質量上較難保障，學生視野不夠開闊，創新能力得不到很好培養。

(3) 被動完成甚至抄襲現象。這種教學組織方式學生的主動性很難調動，使得學生容易敷衍了事，完成一些簡單功能交差或者抄襲他人的設計項目。

(4) 缺乏平時過程的有效管理。課程設計是一個綜合性很強的教學環節，需要指導教師及學生的相互配合，以及時間、精力的大量付出。往往由于雙方在設計過程中缺乏應有的溝通交流，導致最后不了了之。

3 “專業交叉+項目制”教學模式改革

專業交叉教學模式可以使學生發揮各自專業特長，從系統協調的角度去解決工程實際問題；項目制教學模式主要以問題為導向，鍛煉提高學生的創新、實踐、綜合能力。

3.1 跨專業《綜合課程設計》教學模式構建

結合信息控制技術各類專業，引入國際高等教育公認的CDIO工程教育理念，對全系5個專業《綜合課程設計》教學組織形式進行系統規劃、設計。自2012年9月起，逐步在通信工程、城軌控制工程、鐵道信號3個專業推行改革試點，同時總結經驗，不斷優化，預計到2018年9月，將實現全系通信工程、城軌控制工程、鐵道信號、計算機應用、測控技術及儀器5個專業全覆蓋。

3.2 CDIO項目制《綜合課程設計》教學組織架構

CDIO項目制《綜合課程設計》的核心目標是從解決實際工程問題出發，通過“系統構思—方案設計—具體實施—項目驗收(答辯)”等環節的實施，使不同專業的學生在完成對應課程設計的同時，管理與執行能力、團隊合作能力以及創新實踐的能力得到鍛煉。要達到這一目標，保障有力的教學組織架構至關重要。如圖2所示，由“課程負責教師+指導教師”組成教學團隊；“項目經理+項目成員”組成學生項目小組；教學團隊成員分工合作開展課程的各項教學活動。其中課程負責教師負責課程的總體進度規劃、專題討論的召集與授課以及協調技術指導教師和指導教師的工作；技術指導教師是為所有項目小組服務，主要負責提供軟、硬件技術支持及管理耗材；指導教師具體負責項目小組的課題指導。

圖2 《綜合課程設計》教學組織總體架構

3.3 教學組織

課程負責教師根據項目進展，定期召開專題討論(講座)，課堂會議安排如圖3所示。設置開題培訓、團隊組建、總體協調會、小組協調會、設計任務下達、初步設計、詳細設計、系統開發、聯合測試、小組答辯、小組自評等多個教學訓練活動環節，以引導學生解決項目實施中的共性問題，形成以學生為主，教師為輔的新型授課模式。

圖3 《綜合課程設計》課堂會議安排

3.4 過程管理模式

(1) 題目設計。以科研項目、現場實際問題為載體，充分考慮各專業學生知識結構及技術優勢，以項目制方式構思、設計課程，從而形成項目選題指南。題目來源主要包括：① 教師科研項目由各位指導教師結合自己的科研項目，先行設計課題方向，提前下發給學生；② 現場實際問題根據學生在現場單位暑期實習過程中遇到的問題、畢業校友工作中反饋的需要解決的技術問題等；③ 學生科創及感興趣的題目由部分學生在科技創新園的一些項目或學生過程中感興趣的問題，與指導教師協商確認后形成相應的題目。

(2) 選題流程。① 學生須根據選題指南組成不多于5人的項目小組，鼓勵多個專業的同學合作完成項目，實現不同專業背景下的互相學習和提高，要求項目小組成員中必須由多個專業的學生構成；② 每個小組選出一位項目經理，負責項目各項事務的管理以及與教師的溝通。小組須主動聯系一名老師作為項目指導教師；③ 各組在確定具體題目時應明確項目屬性。項目屬性必須至少符合以下一種：實用、創新、已有方案改進；④ 一個課題方向可以允許多個小組選擇，選題的最終確定由選題報告會的評委意見決定；⑤ 當選題確定后，項目經理須將寫有設計題目、指導教師姓名和簽名的表格提交給課程負責老師。

(3) 過程管理。通過引入嚴格的企業項目管理制度，促使學生學會通過合作完成難度較大的任務，增強職業責任感，有效的解決了畢業年級學生無心學習、對課程敷衍了事的問題。具體做法有：① 課程第一次會議明確課程設計要完成的任務，規定設計不同階段所需提交的資料及提交時間。特別要說明的是，所有要求提交的文件資料均須按時一次性提交，后續補交遺漏文件將不被接受。課程實施過程中各類文件及發布時間見表1。② 項目小組每次提交文檔資料時，須請資料接收人簽收“文檔提交跟蹤記錄表”；③ 針對課程設計任務實施的不同階段，須填寫2次組員評價表，評價在會議現場完成。

表1 《綜合課程設計》文件一覽表

3.5 課程評價指標

根據該課程設置的目標，對課程的考核采用了較為細致的考核辦法，著重體現學生在整個過程的參與程度與表現。如圖4所示。

圖4 《綜合課程設計》課程評分指標

4 主要特色

改革改變了傳統教學模式中以“單一專業、學生個體”為單位展開小型系統(程序)設計的實踐教學模式，轉而采取以“跨專業、學生小組”為單位聯合開發具有中等規模和復雜度的軟、硬件系統的訓練模式，較好解決了團隊能力訓練與專業能力訓練的銜接統一。

4.1 跨專業合作

首先在2個專業中合作試點，隨后逐步推廣到其他信息技術類專業。比如：利用通信工程專業學生具備良好的通信信息處理、軟硬件編程能力，尤其是開發移動終端設備應用程序能力；城軌控制工程專業同學的軌道交通行業背景，對軌道交通控制領域待解決工程問題的深度理解。將2個專業學生優勢相結合，通過團隊合作，完成難度較大、實用價值高的項目。

4.2 創新能力與技術管理相結合

在課程設計過程中，鼓勵學生大膽創新，結合已有知識，對課題進行構思、設計及實現，比如：LEGO軌道檢測與維修機器人設計，主要是學生根據自己的專業背景(鐵道信號)，結合機器人設計，來完成相應的課程設計，可滿足現場的實際需求，從中體現學生的積極創新思路。在整個設計階段，需要由項目經理來管理，包括與項目組成員及與指導教師的溝通，項目進展的推進等，使學生在完成技術任務的同時鍛煉了一定的團隊管理能力。

4.3 創新考核機制

改革課程考核機制。加大過程考核的比重，注重隨堂測試、課題討論、團隊作業等學習過程評價；加強課程實踐中溝通交流、團隊合作與領導能力等綜合能力評價；創新考試形式，采用項目報告、答辯、海報宣傳等新形式，切實考察學生掌握知識、運用知識的綜合能力。

5 成 效

2012年～2017年，連續運行6屆，從最初的一個專業試點，到后來的2個專業交叉，再推廣到目前的3個專業融合，受益面不斷擴大，學生積極性普遍較高。

5.1 學生對課程滿意度較高

從學生課程滿意度評價中收集到的主觀評語，由表2可以看出，“專業交叉+項目制”的教學模式對學生運用所學專業知識解決綜合性、實際問題起到了積極的作用，收到了學生較高的認可度。

表2 學生對課程滿意度評價主觀評語舉例

5.2 學生通過項目自我評價較好

《綜合課程設計》設計了2次學生對項目貢獻度的自我評價，分別在第7周項目方案答辯和第14周設計成果答辯會議上完成。評價分為客觀評價和主觀評價兩部分，其中客觀評價中每位成員的貢獻度比例(%)由項目小組成員商議后確定；主觀評價要求小組成員每人從項目總體完成情況、個人收獲、下一階段計劃等方面進行評價。令人可喜的是，我們從各項目小組的項目貢獻度自我評價中看到最多的是“收獲大、解決了、學會了、提高了”，諸如此類的詞。

5.3 畢業設計指導教師反饋學生積極主動

自2012年在2009級通信工程專業中推行“CDIO”項目制課程設計以來，收到越來越多的來自畢業設計指導教師的積極反饋。普遍感受是：學生通過這樣的訓練，對“畢業設計工作流程應該是怎樣的”“遇到問題應該如何解決”這樣的問題有了更加清晰的認識，工作更加積極主動、目標明確。

6 結 語

“專業交叉+項目制”這種新型的《綜合課程設計》教學組織形式極大激發了學生的學習興趣。通過嚴格的過程管理保障了項目的進度和質量，為學生創造了合作完成任務的良好工作環境，最大程度提供了學生鍛煉、展現個人能力的舞臺，發掘了學生的創造性和積極性。

經過6年的實踐，在高等工程教育理念的踐行和項目制設計模式的推廣方面積累了經驗：① 改變了傳統教學模式中以學生個體為單位展開小型系統(程序)設計的實踐教學模式，轉而采取以學生小組為單位聯合開發具有中等規模和復雜度的軟、硬件系統的訓練模式，較好解決了團隊能力訓練與專業能力訓練的銜接統一；②構建跨專業《綜合課程設計》教學形式并付諸實施，使得先進的工程教育理念得以實踐；③設計CDIO項目制《綜合課程設計》教學組織架構，開發出課程實施過程中各類文件以及課程評價指標，為“專業交叉+項目制”教學模式的推廣提供基礎。

深深體會到，學生、課程負責教師、指導教師須進一步統一思想。尤其是課程負責教師需要和眾多指導教師在教學組織、題目設計、學生過程管理等方面達成更多的共識。同時，還需對指導教師進行培訓引導，使他們逐漸理解、認同這種模式的價值，并在指導學生過程中執行、配合到位。