基于CDIO的應用型高校信息專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究

施達雅

摘 要：信息產業(yè)在快速發(fā)展的同時面臨著核心技術匱乏、人才緊缺等危機，高校作為人才培養(yǎng)和儲備基地，正在探索如何優(yōu)化人才培養(yǎng)模式以更好適應社會需求。以構思（C）—設計（D）—實現（I）—動作（O）的工程教育理念為核心規(guī)劃四年課程體系;根據工程師素質和能力結構要求，按照基礎、專業(yè)和應用三層架構執(zhí)行實踐教學活動，以達到專業(yè)訓練和工程訓練目的;在設計課程模塊時，結合實際產業(yè)的專業(yè)崗位職責整合專業(yè)方向課程體系;開設校企合作課程以提高終端課程綜合應用效果;課程實踐環(huán)節(jié)結合項目進行，以提升學生實戰(zhàn)水平。該人才培養(yǎng)模式適用于應用型本科信息專業(yè)學生培養(yǎng)，旨在為提升應用型人才基本能力、實踐能力和創(chuàng)新能力提供參考。

關鍵詞：CDIO;人才培養(yǎng)模式;課程整合;工程教育

0 引言

近20年來，我國信息產業(yè)實現了快速發(fā)展，產業(yè)規(guī)模穩(wěn)步擴大，重點企業(yè)實力逐漸加強。特別是電子信息產業(yè)對經濟發(fā)展和國家競爭力提升發(fā)揮了巨大作用。如何加強自主創(chuàng)新，加快核心技術突破，構建現代信息技術體系，對于加快產業(yè)轉型升級，實現“2025年中國制造”目標具有重要戰(zhàn)略意義。

在應用型高校，電子信息專業(yè)培養(yǎng)的是具有從事各類電子設備和信息系統分析、設計、應用和開發(fā)的應用工程技術人才，需要學生具有一定的創(chuàng)新意識、先進技術應用能力。本專業(yè)對學生的實際應用開發(fā)能力要求較高，而且要使學生與時俱進地掌握新技術、新器件。但是傳統教學模式中，理論與實踐課程是分離的，實踐課時比例也相對較低，理論課與生產、生活實踐結合較少，這些都導致學生技能掌握不到位。

CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）工程教育理念因提供了產教結合的良好途徑，因而得到了眾多高校關注。不少學者就基于CDIO的應用型人才培養(yǎng)模式進行了相關教學改革研究。大部分學者將工程教育理念應用于課程建設，分析如何與生產實際相結合，培養(yǎng)學生實踐水平。如李靜等[1]等分析了計算機導論課程中存在的問題，并提出融合CDIO理念的教學內容、教學模式和教學方法等方面的課程建設措施;王溢琴[2]等提出以項目工程案例為情境，重構課程知識體系，并采用網絡學習和課堂講授相結合的教學模式;鄧萬友[3]建議采用分層次構建課程、分階段設計實踐環(huán)節(jié)等多種考核模式，從而構建新型的現代教學體系。

本文嘗試結合當前信息產業(yè)人才需求標準，結合CDIO理念規(guī)劃專業(yè)培養(yǎng)路徑，以工程教育理論實踐為核心設置四年課程。在課程實施過程中，以產業(yè)導向為基礎整合課程體系，以項目為基礎改革實踐教學方案等，以期結合當前產業(yè)需求，探尋新型人才培養(yǎng)模式。

1 電子信息產業(yè)發(fā)展現狀及問題

自2000年黨中央確立“以信息化帶動工業(yè)化”戰(zhàn)略方針以來，電子信息產業(yè)發(fā)展迅速[4]。在經濟新常態(tài)下，電子信息相關企業(yè)已經得到了快速發(fā)展，企業(yè)規(guī)模不斷擴大并且形成了較為科學的產業(yè)結構[5]，為電子信息產業(yè)繼續(xù)發(fā)展提供了良好基礎。雖然目前電子產業(yè)發(fā)展取得了一定成果，但其后續(xù)發(fā)展仍面臨一系列挑戰(zhàn)[6]，如人才緊缺、創(chuàng)造力不足等。

當前，電子信息產業(yè)面臨亟待解決的關鍵問題：①技術開發(fā)人才匱乏，產業(yè)優(yōu)化升級的基礎是電子技術創(chuàng)新，電子信息產業(yè)有其自身的復雜性，要生產高質量的電子產品，就必須擁有創(chuàng)新的技術[7]，而核心技術的開發(fā)和創(chuàng)新，又需要優(yōu)秀的技術開發(fā)人員。但是我國技術創(chuàng)新型人才相對稀缺，急需加大人才培養(yǎng)力度;②電子產品創(chuàng)新性仍然很低，電子信息產業(yè)發(fā)展的關鍵因素是創(chuàng)新，電子產品創(chuàng)新性不足嚴重阻礙了電子信息產業(yè)發(fā)展。

2 以行業(yè)為導向的CDIO人才培養(yǎng)模式改革

高校工程教育偏重STEM（Science-Technology-Engineering-Mathematics）理論教學，過度強調知識傳授而忽視個人能力培養(yǎng)，強調個人學術能力而忽視團隊協作精神。現今制造業(yè)的技術焦點已經轉向中國制造2025年所涉及的相關領域，這是一場“人機協作”，即實現2025年中國從制造大國到制造強國的轉型。這一戰(zhàn)略目標對人才提出了新要求：具有工程意識和一定工程實踐水平，掌握應用技術能力。因此，應用型本科院校應該滿足新型的人才需求，改變教學培養(yǎng)模式，培養(yǎng)電子行業(yè)應用型人才[8]。應用教育旨在培養(yǎng)人才知識、能力和質量，促進人才全面協調發(fā)展，使人才具備生產、建設和管理等綜合能力。CDIO工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果[9]，是一種基于現實世界理念，將產品和系統的概念（C）—設計（D）—實現（I）-操作（O）過程作為背景環(huán)境而進行的工程教育[10]。在基于CDIO的教育模式下，嘗試在以下環(huán)節(jié)試點改革。

2.1 契合工程教育理念，規(guī)范人才培養(yǎng)路徑

CDIO人才培養(yǎng)模式強調學生主動設計、團隊合作及溝通能力，促進學以致用。本文嘗試優(yōu)化課程設置：以工程理論和工程實踐教育為課程體系核心，重新整合知識體系結構，構建按照基礎、專業(yè)和應用3個層次，由公共基礎、學科基礎、專業(yè)方向和工程實踐四大模塊組成的課程體系。在四年培養(yǎng)過程中，將各課程模塊依次融入專業(yè)培養(yǎng)路徑中，形成如圖1所示的專業(yè)整體培養(yǎng)路徑。首先通過公共教育課程組提高人文素質和基本能力，同時嘗試從一年級就開始探討研究式學習課程，如技術前沿、項目課程等，從而激發(fā)學生探究專業(yè)領域的興趣。對于電類專業(yè)還可以在一年級增開電子設計入門課程，如電子電路、單片機應用設計、常用儀器儀表應用等，使學生在大一階段就開始注重專業(yè)素質和工程應用能力提升，為后續(xù)競賽打下良好基礎。同時，增加自主學習環(huán)節(jié)，鼓勵學生通過取得專業(yè)證書獲得學分，加強學生軟技能培養(yǎng)。在二、三年級，將繼續(xù)推動學科基礎課程和專業(yè)方向課程教學;更新教學手段，采用翻轉課堂、思維導圖等多種形式進行教學，以確保學生核心專業(yè)能力培養(yǎng)[11]。最終在四年級精確設置兩三門終端課程的專業(yè)實踐環(huán)節(jié)，使學生形成綜合應用能力。在形式上采用讓學生“走出去”的方式，在企業(yè)完成針對性較強的工程技術教育與崗位實踐教學;同時采用“請進來”的辦法，在校內教學環(huán)境中，由企業(yè)技術骨干共同參與指導學生完成工程技術項目課程與實踐教學內容。

高等教育是基于行業(yè)導向的基礎教育，因此要持續(xù)關注學生學習成果。在學生畢業(yè)后要建置專屬職業(yè)歷程檔案及追蹤機制，以此調查結果反饋作為課程持續(xù)改善及職業(yè)生涯課程規(guī)劃的依據。因時制宜地進行課程規(guī)劃及教學方法、學習資源的規(guī)劃和配置[12]。

2.2 更新專業(yè)課程群，適應專業(yè)崗位實踐需要

由于生產線和作業(yè)現場的許多問題往往具有綜合特征，專業(yè)技術課程內容也應該是一個綜合結構。因此會根據產業(yè)中專業(yè)崗位組的職責確定專業(yè)技術應用能力，重新組織課程內容作為突破原課程體系的主線。刪除不符合職位要求的課程內容，開設校企課程，形成具有行業(yè)特色的課程體系。嘗試將專業(yè)課程整合到電子信息工程培訓計劃中[13-14]：傳統專業(yè)基礎課程整合;傳統基礎課程和專業(yè)課程整合;原專業(yè)課之間的整合;不同學科之間的課程整合;理論課與實踐課整合等[15]。如表1、表2所示，在課程組設置時將嵌入式系統、射頻與微波電路、電路設計與仿真、檢測與轉換技術和可編程邏輯設計等組合成微電子技術應用模塊。通過本模塊學習和相應的課程實踐，學生可以掌握集成電路原理和設計工具，從而培養(yǎng)學生半導體制造實踐技能;也可以將工業(yè)電子中廣泛使用的PLC技術、工業(yè)控制網絡等課程整合成另一個課程組，使學生在學習過程中能對某個分支建立更完整的認知體系，能更加有準備地深入學習，也會對未來擇業(yè)獲得更清晰的認識。

此外，開設以團隊為基礎的特殊課程[16]，培養(yǎng)學生的跨學科整合技能。數字顯示技術是專業(yè)方向課中開設的一門校企合作課程，在授課過程中與冠捷企業(yè)工程師團隊共同完成，講授內容包含液晶和等離子顯示電視機技術，專業(yè)性和技術性強。企業(yè)工程技術人員將該行業(yè)產品中的最新技術帶到課堂，與生產實踐情境相結合，為學生帶來直觀體驗，使學生獲益頗多。未來還將在具體實踐中同企業(yè)更加緊密聯系，尋找合適企業(yè)合作共同構建項目課程，提高終端課程質量，配合產學合作;同時與相關企業(yè)保持溝通，完成成果導向課程規(guī)劃。

2.3 調整授課內容，以項目推進實踐環(huán)節(jié)

在專業(yè)課程學習過程中，諸如“信號與系統”、“數字信號處理”和“通信原理”等系列課程相對抽象、計算密集[17-18]，而且實驗條件相對局限，實訓方法相對單一，實驗模式通常是讓學生根據實驗指導書按步完成相應操作即可。根據CDIO教學理念，結合虛擬仿真教學基本原則，可以采用基于模塊化設計的虛擬仿真教學模式，使學生在參與實訓項目的過程中，獲得理論與實踐結合的直觀體驗，提升學生綜合素質。在具體實施過程中包含以下環(huán)節(jié)：

（1）理論講授環(huán)節(jié)。首先展示虛擬仿真平臺環(huán)境，通過已有虛擬仿真平臺，進行基礎知識演示，并展示項目結果，使學生獲得對開發(fā)環(huán)境的整體認知;接著進行模塊任務布置，難度設置兼顧學生學習水平和能力基礎，讓學生明確相關理論基礎及預期目標。學生通過分組方式進行合作訓練，組內合理分配任務。

（2）項目模塊任務執(zhí)行環(huán)節(jié)。根據目標任務，指導組內學生通過自主學習、討論進行模塊任務分析，明確分步驟設計需求;然后，根據需求分析逐步完成設計，在該過程中教師會給出界面設計流程，適當提供程序流程參考圖，小組內可以根據自己的理解，各抒己見，團結合作完成設計。這種模式旨在讓學生通過自主模塊設計，將理論知識與實際效果相結合，并且能體驗某些因素在信號處理過程中產生的誤差與影響，最終改進知識系統并形成與工作相匹配的應用程序功能。在設計探究環(huán)節(jié)，可以充分發(fā)揮學生的主觀能動性，加強團隊合作能力[19]，通力合作獲得更優(yōu)方案。

（3）成果驗收環(huán)節(jié)。在完成模塊設計后讓學生展示仿真成果，項目匯報環(huán)節(jié)是設計者思路的一個體現，對設計者而言是對整個設計過程的梳理和深度理解，而旁聽者會接收到設計理念，發(fā)現設計亮點。因此，該環(huán)節(jié)在促進項目交流的同時也能讓學生互相吸收借鑒經驗，而且教師能根據實際效果對教學方案作適當修改。

這種改革方法的主要目的是使學生能夠有針對性地完成每個訓練目標，理論與實踐相結合，從而提高學生興趣，增強實踐動手自信心;同時，提高理論與實踐結合度，縮短學用時差，更快適應工作崗位需要。

2.4 以工程應用能力培養(yǎng)為核心，強化實踐教學

在實踐教學方面堅持“四年不斷線”，加大綜合性、設計性實驗開設力度，加強畢業(yè)論文（設計）管理，切實促進學生創(chuàng)新精神、實踐能力和創(chuàng)新能力提升。

根據工程師素質和能力結構要求，將實踐教學體系劃為基礎、專業(yè)和應用3個層次架構，如圖2所示。一年級主要完成基礎層實踐，通過實習、基礎實驗培養(yǎng)學生專業(yè)基本技能;二三年級則完成專業(yè)層實踐訓練，通過各專業(yè)課的課程設計、生產實習等培養(yǎng)學生單項技能;三四年級通過工程項目訓練、畢業(yè)設計和到企業(yè)頂崗訓練等達到應用目的。基礎工程能力培養(yǎng)主要通過課程基礎實驗、課程設計和畢業(yè)設計實現;行業(yè)工程能力則通過綜合設計性題目、開放性實驗、工程項目訓練和科技創(chuàng)新活動等進行訓練。

3 結語

在信息產業(yè)快速發(fā)展背景下，為了適應市場需求，本文嘗試應用CDIO工程教育理念進行應用型人才教育模式改革。通過規(guī)劃培養(yǎng)路徑，使工程教育理念滲透于四年的課程學習過程中;通過更新課程群，使學生掌握行業(yè)具體方向的整體概念和技術工具;通過項目驅動實踐環(huán)節(jié)，使理論與實踐結合更加緊密，提高實戰(zhàn)水平;通過工程項目實踐，使學生在四年里不間斷地獲取工程實踐經驗。經過多層面的改革策略實施，促使學生提高基本能力、核心能力和軟能力，并提升溝通能力、問題解決能力和團隊合作能力。實踐表明，此類改革措施對于提升學生綜合工程素質起到了一定作用，縮短了學校到工作崗位的學用時間差。未來還要繼續(xù)以學生崗位實踐效果為依據，探討如何優(yōu)化更有針對性的改革模式，培養(yǎng)更加適應行業(yè)需求的應用型人才。

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（責任編輯：孫 娟）