應用型本科信息類專業CDIO工程教育體系研究與實踐

摘? 要： 為適應當前新形勢下社會對應用型人才的需求，以ZX高校電子信息工程等信息類應用型本科工科專業為例，結合先進的CDIO工程教育理念，展開適合地方本科院校的工程教育體系研究與實踐。第一，創新培養體系，構建并實施知識、能力、素質三位一體的“專業+應用方向”人才培養方案，建立了科學合理的立體化課程體系，形成了多個實踐特色鮮明的模塊化課程集群和適合工程人才培養的教學方法。第二，創新實踐方法，建立了層次化的實驗體系、一體化的CDIO實踐體系及課內外互動的實踐訓練體系。第三，創新評價體系，構建了 “多元智能化立體式”評價體系，使得“目標-措施-評價”形成閉環系統，相互反饋深化教學改革。另外，通過加強校企聯合、制度建設等有力措施，全方位促進CDIO工程教育體系建設。

關鍵詞： 應用型本科;信息類專業;CDIO;實踐;工程教育體系

中圖分類號： G642? ? 文獻標識碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.10.072

本文著錄格式：柴西林. 應用型本科信息類專業CDIO工程教育體系研究與實踐[J]. 軟件，2020，41（10）：277281

【Abstract】： In order to adapt to the needs of society for applied talents under the current new situation， taking the information application undergraduate engineering majors such as electronic information engineering of ZX college as an example，combining the advanced CDIO engineering education concept， the research and practice of engineering education system suitable for local undergraduate colleges is launched. First， the innovation of the training system， the “professional + application direction” talent training program of knowledge， ability and quality has been built and implemented， a scientific and reasonable three-dimensional curriculum system has been established，a number of modular curriculum clusters with distinctive practical characteristics and teaching methods suitable for the cultivation of engineering talents have been formed. Second， the innovation of practice methods has established a hierarchical experiment system， an integrated CDIO practice system and an interactive practice training system in and out of class. Third， innovative evaluation system， constructed a “multi-intelligent three-dimensional” evaluation system， making the “target-measure-evaluation” form a closed-loop system， mutual feedback deepens teaching reform. In addition， the CDIO engineering education system promotes construction in an all-round way through school-enterprise alliances， system construction and other powerful measures.

【Key words】： Applied undergraduate; Information category Specialty; CDIO; Practice; Engineering education system

0? 引言

隨著信息技術與應用飛速發展，信息技術對國民經濟和社會發展起到越來越重要的支撐作用，信息產業已成為當今社會知識、智力密集型產業，應用技術型高校需要培養大批能夠適應和支撐信息產業發展的工程技術人才。在貫徹與落實《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》和《信息產業調整和振興規劃》的基礎上，培養能夠解決工程領域理論層面和實踐層面問題的創新人才，既要讓學生獲得更寬更深的知識，同時獲得足夠的工程素質和能力。因此，以樣本院校應用型本科電子信息工程、物聯網工程等信息類工科專業為例，引進先進的CDIO工程教育模式，即將構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）運用[1]到實踐教學中，采用“做中學、學中做”的方法，培養學生的工程能力、運用專業知識解決問題能力、終生學習能力、團隊協作能力[2]、交流能力和系統調試能力等，構建一體化的CDIO工程教育體系，從而提高大學生的工程素質、實踐動手能力和創新精神，以便適應社會對本專業人才的需求，增強學生的就業能力。

1? 基于CDIO理念創新培養體系

1.1? 建立與市場需求對接的“專業+應用方向”各專業人才培養方案，著重培養學生工程實踐能力

教學計劃和培養目標的調整，需要結合學校定位、專業性質和服務面向以及社會需求。綜合考慮以上因素，樣本院校對電子信息工程、物聯網工程等4個信息類工科專業于2013-2019年分3次修訂了各專業人才培養方案。總體上壓縮了部分專業理論教學課時，同時增加其實踐實訓課時，增加了專業任選課門數。改變傳統的理論教學方式，采用教師指導與學生設計制作相結合的學習方式，減少基礎實驗題目， 增設綜合性實驗題目，將課內基礎實驗與課外實踐創新融為一體， 注重學生實踐應用能力培養， 進一步鞏固提高教育教學質量。

以“專業+應用方向”改造信息類4個專業，分別是：計算機科學與技術專業下設網絡技術與應用方向、數字動漫和大數據應用方向;電子信息工程專業下設電氣及自動化方向和通信工程方向;信息管理與信息系統專業下設電商工程方向;物聯網工程專業因開辦時間較短暫時未設方向。加了應用方向的人才培養目標，顯然與原專業人才培養目標不同，除了要具備本專業基礎知識、基本理論和技能，具有較強的專業應用能力之外，還要延伸到電氣工程、自動控制、智能系統、通信工程，以及互聯網、數字媒體、經濟與行政管理等應用領域的前沿或熱門方向，這就使原來的專業具有了應用方向的特色，最重要的是便于結合具體工程領域培養學生工程實踐能力。調整后的培養方案，“專業特色明顯、應用優勢突出”，更加突出工程實踐理念，各專業（方向）實現了“扎實理論、增強實踐、熟練技能、突出專長”的教學目標，定位了各專業（方向）本科人才的培養目標，從教學與管理多方面實施較大幅度改革。

1.2? 建立科學合理的立體化課程體系

1.2.1? 構建了由四大模塊、三大系列構成的課程體系

根據專業培養計劃，在各專業課程基礎上加開各應用方向的限選任選課程，為實施應用方向的特色構建了由四大模塊、三個系列構成的課程體系，如圖1所示。四大模塊包括理論課程體系、實驗課程體系、實踐課程體系和考核評價體系，三個系列包括公共基礎類課程、綜合素質類課程、專業類課程，其中專業類課程又包括專業必修課程、專業限選課程（應用方向課）、專業任選課程系列（擴展知識面）。

1.2.2? 調整專業課程結構，合理加大實驗實踐教學比重

依據CDIO工程教育理念，以電子信息領域的產品設計、生產、維護能力培養為核心，以“夯實基礎、拓寬知識、強化能力、提高素質、發展個性、激發潛能”為原則[3]。通過整合現有課程，拓寬基礎課程，強化實踐課程，構建了具有創新性、應用性的專業課程體系，形成CDIO培養計劃[4]。以物聯網工程專業為例，各課程模塊理論教學時數在該專業原有人才培養方案中，占總課時的88.1%，而實驗實踐的教學比重較低，只占了11.9%，遠遠不能滿足“學中做、做中學”的CDIO實驗實踐教學的需求;修訂后，壓縮了一部分理論學時，補充到實驗實踐學時中，同時增開專業實訓課程，理論教學時數占總課時的67.4%，實驗實踐實訓學時達32.6%，高于《教育部等部門關于進一步加強高校實踐育人工作的若干意見》中“理工農醫類本科專業實踐教學學時不少于總學時的25%”的要求。

1.3? 立體化綜合部署，加強學科綜合，構建強調“實踐第一”思想的模塊化課程集群體系

根據地方經濟發展以及社會對信息類專業人才的需求，結合教學對象的特點，動態整合教學內容和課程結構，立體化綜合部署主干課程，構建模塊化課程集群體系，實現教學內容的優化，避免內容的重疊和重復，同時打通課程界限，注重課程之間的銜接和關聯。將集群內的各門課程劃分為若干層次，按課程特點進行分類建設，形成一個多層次、立體化、集群化的信息類專業課程體系[5]。目前，建設形成了強調“實踐第一”思想的幾個比較有特色的課程集群如圖2所示。

其中，電子線路基礎課程集群，包括電子技術基礎—模擬電子技術—數字電子技術—高頻電子線路等系列課程;微機系列課程集群由低到高、由原理到應用，包括微機原理與接口技術—單片機原理與應用—嵌入式系統—DSP技術與應用—EDA等系列課程;軟件設計編程類課程集群，主要包括VB、C/C++、JAVA—數據結構—數據庫—WEB設計與應用—軟件工程等系列課程;各類仿真設計課程集群，主要包括Matlab在電子信息類課程中的應用、Proteus電子系統設計與仿真、Protel電路設計與仿真、Multisim電路設計與仿真、Labview虛擬儀器設計與仿真等系列課程;創新創業類課程集群，包括3D打印技術、機器人設計與編程、綜合電子系統設計、大數據分析與應用、商務平臺與網站建設等課程。

1.4? 依托省級教學改革項目，形成了項目教學法等適合工程人才培養的教學方法

教改期間，本專業教師獲批教育部高等教育司產學研協同育人項目2項、省級教育科學規劃項目3項，省級教學質量工程項目7項，省級創新創業訓練項目4項，校級重點課程建設、教學研究課題等3項;參與編寫應用型本科信息大類專業“十二五”、“十三五”規劃系列教材10多部。依托以上教改項目，成功將案例教學法、項目教學法、任務驅動教學法及模擬教學法等適合工程人才培養的教學方法引入專業課程教學中，極大地激發了學生的學習興趣和積極性，培養和鍛煉了學生的創新能力，提高了教學質量。

2? 基于CDIO理念創新實踐方法

2.1? 構建以項目為主導的知識、技術和能力培養一體化的CDIO實踐體系

實踐課程體系是實施CDIO模式的重要載體。建設一個集知識、技術和能力培訓于一體的面向項目的CDIO實踐系統，就是將構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運行（Operate）應用于實踐教學。在注重實驗教學的同時，還要特別注重專業能力的培養、創新訓練和整個系統的設計能力。我們采用分級的項目設計和實施任務。一級項目為工程的初級引導。在公共基礎課和專業基礎課的基礎上，培養學生的工程意識和基礎工程分析與實現能力。二級項目是基礎理論、技術和基礎工程應用的訓練，培養學生分析、設計、應用基礎專業技術和工程的能力及其團隊合作能力。三級項目是專業理論、知識與技術的綜合應用訓練，培養學生的專業理論、知識與技術的綜合應用能力和創新能力，以及團隊精神。

以電子信息工程專業為例，在專業基礎課程“C語言程序設計”、“模擬電路”等的基礎上，構建“電路設計與仿真”、“單片機原理與應用”、“綜合電子設計與制作”以及“機器人設計與編程”等一體化實踐系統，其中實踐環節均按CDIO的理念設計如表1所示。

2.2? 構建層次化實驗教學體系，建設高質量實驗（實訓）教學中心

實驗課程是學生開展CDIO實踐教學活動的基礎，是為加深對理論教學基本概念、基本原理、基本方法的理解和認識所開設的配套實驗內容。根據專業培養目標和教學計劃形成層次化實驗教學體系：包括基礎型、應用型、綜合型、設計型及創新型實驗，如圖3所示。根據實驗內容，課程實驗又分為演示性實驗、驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗四種不同深度的實驗類型。為了提高學生解決實際問題和綜合問題能力，在實驗教學計劃修訂中，適當減少了演示性和驗證性實驗，增加綜合性、設計性的實驗項目[6]，從而提高學生分析、設計和解決綜合實際問題的能力。近年來，根據不同方向的新教學內容體系，整合硬件和軟件資源，搭建更科學的教學實驗平臺。先后建成了多個專業教學實驗室。從而以工程化培養理念為指導，以實驗室平臺為工具，組建了與社會需求同步的工程化綜合實驗教學環境。

2.3? 建立課內外互動的實踐訓練體系

充分調動各項資源，依托學科專業競賽、班級科技小組、專業工作室、社團以及本科畢業設計、實習等活動，同時開展校企合作、項目外包等活動，加強工程實踐與社會接軌度，建立課內外互動的實踐訓練體系，形成“課程-實踐—實訓-競賽-創新”循環促進的可持續發展教學體系，并在學生中發揮“傳、幫、帶”的作用，組建多學科交叉的學生創新團隊，除了完成規定的學習內容外，學生還可以獨立學習新的知識和技能，探索未知領域，完善知識體系和結構，極大地提高了自身的工程素質。同時，更多的讓企業參與到人才培養的過程中，為CDIO工程實踐及認證創造實訓和實戰基地。

3? 基于CDIO理念創新評價體系及其它措施

3.1? 構建“多元智能化立體式”評價體系， 形成相互反饋的“目標-措施-評價”的閉環體系

在信息化社會中，對人才的要求不再是單一能力的體現，特別是CDIO體系，是從工程能力、職業道德、運用專業知識解決問題能力、終生學習能力、團隊協作能力、交流能力和系統調試能力等多個方面對學生進行考查。這也是學生進入社會所必備的職業素養。構建“多元智能化立體式”評價體系，改革教育評價觀念，形成“目標-措施-評價”的閉環體系，相互反饋深化教學改革。

考核評價體系主要是為了檢驗學習效果，它負責教學全過程的督導和評估，并對培養方案的制定、執行、反饋與改進提供建設性意見和建議。評價體系改革了以往的傳統的以書面考試為主的成績評定方法，加大平時考核力度，將一次考核改為全程考核。通過不同標準、采用不同的方法衡量學生的專業知識、個人自身能力、團隊協作能力[7-8]。在實際應用中，項目方案論證分數占25%，項目設計占35%，項目制作、實驗等占30%，項目優化、總結占10%。這樣要求學生只能全部完成項目才能獲得較高的分數，且也可以鍛煉學生今后承擔工程項目的能力。鼓勵多學科綜合應用，并注重創造性和創業精神培養，讓學生通過自我評價和相互評價改變對學習和生活的態度，逐步形成相應的工作技能。教改期內，《多元智能立體化評價體系在工科專業應用型人才培養中的實踐和研究》獲得了校級及甘肅省教育廳級教學成果獎勵。

3.2? 其它措施

第一，調整教學思路，加強實踐觀念，加快專業師資隊伍建設，鑄就一批理論水平高、實踐能力強的雙師型師資隊伍，提高教研與科研能力，反哺教學，形成了一批理論和實踐的研究成果，夯實人才培養目標實現的根基。

第二，為了有效推進教學改革，實現人才培養的新目標，在前期進行廣泛調研和討論的基礎上，制定了畢業論文（設計）工作實施細則、本科生實習實施細則、實驗室管理規定等系列化近20項教學管理制度，涉及教學計劃、師資隊伍建設、畢業設計、實習、實驗室管理、課堂管理等多方面內容，為深化CDIO體系建設保駕護航。

4? 應用實施效果

CDIO工程教育體系已在樣本院校實施多年，對培養應用型本科工科專業學生的工程實踐能力和創新能力起到了積極作用。在省級、國家級各類專業學科競賽中成績喜人，并有效改善了學生就業情況。近年來樣本院校電子信息工程等3個信息類專業學生在“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽、全國大學生電子設計競賽、中國大學生計算機設計競賽、全國信息技術應用水平大賽、全國“互聯網 + ”大學生創新創業大賽、“博創杯”全國大學生嵌入式設計大賽、“賽百特杯”全國大學生智能互聯創新應用設計大賽等參各類學科專業競賽中，已有345名學生在161項競賽項目中分別獲得國家級二等獎7項、國家級三等獎3項、省級特等獎7項、省級一等獎26項、省級二等獎53項及三等獎65項。學生團隊獲批省級大學生創新創業項目2項，并參與教師科研項目、專利多項。教學相長，形成了一批理論和實踐的研究成果，部分成果如教材、論文、課件等被其他學校借鑒。電子信息工程專業被評為甘肅省本科特色專業;多元智能化立體式評價體系獲得了校級及教育廳級教學成果獎勵。這一切充分肯定了本成果的應用效果。

5? 結論

首先，CDIO工程教育體系以工程為導向，引進了先進的CDIO工程教育理念，準確認識工程教育的目標和模式，結合實際對信息類專業的培養目標、培養計劃、實驗實踐體系、教學方法等進行了全方位的創新構思與設計，構建并實施知識、能力、素質三位一體的“專業+應用方向”人才培養方案，實現了培養體系上的創新。

其次，通過層次化的實驗體系，培養學生的工程實踐基本技能。通過集群化的系列實踐課程，培養學生的團隊精神、協調能力、職業道德及社會責任感。通過課內外互動的工程訓練，培養學生分析和解決實際工程問題的初步能力。三者融合，使學生在掌握基本技能的基礎上，具有一定的獨立學習能力、設計與創新能力、初步的研發能力，能適應當前新形勢下社會對人才的需求，實現了實踐方法上的創新。

最后，通過多元智能的評價體系，從而準確地評價學生的動手能力和工程素質，使學校的學生評價體系與社會接軌，與企業考評體系有機結合，實現了評價體系上的創新。

參考文獻

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