“新工科”背景下軍民兩用的無人車智能環境感知實驗教學CDIO-OBE改革

張振海 王州博 郭曉棟

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在當前工業向智能化轉型升級要求下，新工科建設為我國高等工程教育改革指引了新方向。軍民兩用的無人車智能環境感知實驗教學改革，不僅支持了國家倡導的軍民融合，也符合高等教育改革趨勢。在總結國際先進工程教育理念之后，探索出以OBE學習成果產出為目標，以CDIO為驅動的CDIO-OBE教育新模式。基于CDIO-OBE模式，首先制定出預期學習成果產出目標，建立實驗課程與學習成果產出目標匹配矩陣，改進現有實驗課程體系，然后逆向設計教學內容，最后以CDIO為指導，建立實驗課程教學方案。這種模式以團隊項目建設為載體，培養學生的綜合能力，促進了智能環境感知人才的培養。

[關? ? 鍵? ?詞]? 新工科;軍民融合;智能感知教學;CDIO;OBE

[中圖分類號]? G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2020）18-0034-04

一、引言

工業是一個國家的經濟基礎，是國家經濟的命脈，早前實體經濟下滑嚴重，互聯網經濟泡沫初現，面對如此困境，為了重振制造行業、提高實體經濟占比、爭奪未來國際行業話語權，世界上許多國家正在如火如荼地進行著第四次工業革命，將工業產業升級作為國家未來發展的重要戰略目標。其中德國在2011年就提出了“工業4.0”戰略，是第四次工業革命的先行者，并在2013年，由德國電氣電子和信息技術協會發布了首個“工業4.0”標準化路線圖;美國緊隨其后，提出了工業互聯網措施，成立了“工業互聯網聯盟”，該聯盟由通用電氣、思科、英特爾、國際商用機器和電話電報公司主導，美國、德國和日本等100個公司先后加入其中;日本在2015年提出了“機器人戰略”;同年，中國也提出了“中國制造2025”發展戰略模式，至此，這場工業革命便在全球中掀起一股浪潮。

高等工程教育一直在不斷地為工業人才輸送新鮮血液，是工業向前發展的動力源泉。從發達國家的歷史經驗來看，在制定國家工業發展措施的同時，也制定了相應的工程人才培養計劃，積極地推動高等工程教育的改革。在新一輪科技革命面前，為了推動“一帶一路”“中國制造2025”“互聯網+”等一系列重大戰略，我國教育部于2017年提出“新工科建設”概念[1]，隨后很快又形成“復旦共識”[2]、“天大行動”[3]和“北京指南”[4]等共識，并發布了具體相關實踐措施的文件通知，由此可見，中國正全力支持并推動高等工程教育改革，探索符合中國國情的高等工程教育模式。與“老工科”相比，“新工科”更強調學科的實用性、交叉性與綜合性，尤其注重信息通訊、電子控制、軟件設計等新技術與傳統工業技術的緊密結合;“新工科”人才擁有工程實踐能力強、富有創新能力、具備國際一流人才競爭力等特點[5]。此外，在2015年的十九大報告上，習近平總書記還提出了“軍民融合發展戰略”的要求，“深化國防科技工業改革，形成軍民融合深度發展格局，構建一體化的國家戰略體系和能力”[6]。站在歷史新起點上，我國高等工程教育迎來了機遇和挑戰。為了支持“新工科”建設項目，推動軍民融合發展戰略實施，培養世界一流工程人才，智能環境感知實驗室建設入選2018年第二批產學合作協同育人項目，將與百度企業展開深度合作，對智能環境感知實驗教學進行改革，分別引入了國際工程教育研究的先進理念CDIO[7]和美國工程教育通用模式OBE[8]，并將其深入結合，實施CDIO-OBE教學改革[9]。

二、CDIO和OBE教育理念

CDIO源于美國麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學于2004年所創立的工程教育理念，它是一種包含構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）的教育模式，符合現代工程科技人才的成長規律和特點，能夠為“新工科”建設提供具體的方向指導。CDIO包含三個核心文件：一個愿景、兩個大綱和12條標準。它的愿景是為學生提供一種強調工程基礎的、建立在真實世界的產品和系統的構思—設計—實現—運行（CDIO）過程的背景環境基礎上的工程教育。它的大綱分為四個層面：（1）技術知識和推理能力;（2）個人能力、職業能力和態度;（3）人際交往能力、團隊工作和交流;（4）在企業和社會環境下構思—設計—實現—運行（CDIO）系統方面的能力。覆蓋了一個現代工程師應具有的科學和技術知識、能力和素質，并且將整個CDIO全過程能力逐條分列出來，有一份多達40多頁的具體指導文件，使工程教育改革具有更加明確的方向性、系統性。它的12條標準對整個模式的實施和檢驗進行了系統的、全面的指引，使得工程教育改革具體化、可操作、可測量，并對學生和教師都具有重要指導意義。

OBE（Outcome-Based Education）是基于學習產出的教育模式，在1997年成為美國工程教育認證標準，在此后的發展中形成了完整的理論體系，被認為是追求卓越工程教育的正確方向，并在2003年得到《華盛頓協議》成員的一致認可，作為其框架要求，現已成為美國、英國、加拿大等國家教育改革的主流理念。OBE關注五個核心問題：

（a）“我們想讓學生取得的學習成果是什么？”

（b）“為什么要讓學生取得這樣的學習成果？”

（c）“如何有效地幫助學生取得這些學習成果？”

（d）“如何知道學生已經取得了這些學習成果？”