基于CDIO的中外合作通信工程專業人才培養模式研究

朱其剛 毛文杰 楊金梁 任丙忠

摘? 要：文章討論了CDIO工程教育理念，結合山東科技大學中外合作辦學通信工程專業的教學運行狀態，提出了基于CDIO理念的人才培養模式。文章從通信工程專業人才培養模式的現狀入手，介紹了山東科技大學中外合作辦學通信工程專業項目的基本情況，討論了人才培養模式的研究目標，從教師教學能力培養，課程群建設，實踐教學設計等方面提出了改革建議。研究內容對于通信工程專業人才培養模式持續完善具有引領作用。

關鍵詞：CDIO;中外合作;通信工程;人才培養模式;課程群

中圖分類號：C961 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-000X（2021）05-0172-04

Abstract： This paper discusses the concept of CDIO engineering education， and puts forward a talent training model based on the concept of CDIO in combination with the teaching operation status of communication engineering major in Shandong University of Science and Technology. Starting from the current situation of the talent mode of communication engineering professionals， this paper introduces the basic situation of Sino-foreign cooperation in running communication engineering projects in Shandong University of Science and Technology， discusses the research objectives of the training mode， and puts forward reform suggestions from the aspects of teaching ability training， course group construction and practical teaching design. The research content plays a leading role in the continuous improvement of the training mode of communication engineering professionals.

Keywords： CDIO; sino-foreign cooperation; communication engineering; talents training mode; course group

現代科技日新月異，人類社會已經進入智能信息化時代。通信工程專業在新時代備受社會關注，成為眾多考生青睞專業之一。該專業致力于培養適應生產、建設、管理、服務第一線需要的德、智、體等方面全面發展的高等技術應用型專門人才，要求學生畢業時熟練掌握信息傳輸的基本理論和技術，具備實際操作檢測、維護管理通信設備及保障通信系統正常運行的能力。

構思-設計-實現-運作CDIO（Conceive-Design-Implement-Operate）理念是美國MIT及瑞典的3所大學提出的一種新型工程教育模式，近年來國際工程教育改革的最新成果。CDIO教育理念以工程教育思想為指導，以學生為核心，教學過程注重學生實踐創新能力培養，倡導學生積極參與項目管理和過程控制，重視團隊協作能力和自主學習能力培養，以培養專業能力合格的工程技術人才為培養目標。

山東科技大學中外合作辦學通信工程專業，通過與澳大利亞塔斯馬尼亞大學工程學院的合作，引入CDIO工程教育模式，堅持“國際化、開放式”的人才塑造思想，依托“厚基礎、重實踐、強能力”的宗旨，突出“思想、視野、能力”三位一體，將學生的工程教育置于現代工程背景之下，在教學中強調工程項目驅動理念，致力于培養工程應用出色的通信專業本科生。

一、通信工程專業人才培養模式現狀

（一）通信工程專業教學現狀

通信工程專業口徑寬泛，涉及知識面廣，發展歷史相對短暫，培養目標不夠清晰，技術更新周期短，同時受師資和實習實訓設備等的限制，在培養人才過程中存在較多問題，主要表現在：

1. 理論教學作為主要手段，灌輸式填鴨式教學方法仍然存在。授課中，學生更多的是被動的聽和寫，沒有參與教學互動和知識點思考，限制了學生的想象和探索思想，不利于激發新方法新結構新目標的構建。

2. 缺乏系統的工程訓練過程。學生通過課程實驗、實踐教學等掌握了系統的基本運行原理與實驗技術，具備一定的糾錯能力，但沒有進行過系統的工程訓練，信息系統設計與實際開發能力不足。

3. 課程設置集中，實踐環節偏少，對創新能力培養不足。教學中過于強調課程考核，忽略動手能力的培養。

4. 培養體系不能滿足工程教育培養要求，團隊協作能力培養力度低，人才培養改革力度不能適應科學技術的迅猛發展，教學模式與應用型人才培養目標有所脫節，不能實現學以致用。

（二）我校中外合作辦學項目辦學情況

山東科技大學與澳大利亞塔斯馬尼亞大學合作舉辦通信工程專業本科教育項目，是學校認真組織調研合作學校的優勢及山東省對于該專業的培養需求情況，基于“強強合作”原則確定的合作項目。隨著國際化推進，合作辦學進展順利，項目教學日臻完善。

1. 項目嚴格按照《中華人民共和國中外合作辦學條例》的規定，與塔斯馬尼亞大學優質教育資源相互融合，共同協商制定學生培養方案和年度實施計劃，重視全方位教學過程，充分體現了山東科技大學傳統工科教育優勢與塔斯馬尼亞大學大工程培養理念相結合，突出了理論與職業素養的并重，提升了國際影響力。

2. 學習領悟“驅動式工程教育”新思想，全面提升學生工程實踐能力和創新能力。基于CDIO工程教育理念，深刻領悟CDIO國際教育內涵思想，堅持“國際化、開放式”的人才培養教育模式。創新制定教育教學新方法新概念新體系。方案兼備雙方教學要求，在保證中方課程學習要求的前提下，又體現國外專業能力培養的開放性;堅持語言學習和實踐技能并進，構建“思想、視野、能力”相互促進的課程架構，借鑒和吸收塔斯馬尼亞大學先進的教學理念、教學方法，突出強化英語教學，提升學生國際競爭力。

3. 建立教學質量監督體系，保證項目正常運行質量。學校為了切實保證并不斷提高中外合作辦學項目的教學質量，建立了從學生入學到學生畢業的全過程教學質量監督保障體系。如圖1所示。

該評價體系主要由教學檢查制度、教學督導制度、學生信息聯絡員制度、管理人員聽課制度，學生評價制度和考核評價體系六部分組成。其中，考核評價制度根據授課主體不同分別使用。引進澳方的課程采用澳方的考核評價體系，試卷由澳方提供，澳方教師按其課程考核評價方法及評價標準對學生成績進行評定，考試評閱結束后存入我校的試卷庫。共同開發課程的試卷和考核評價方法及標準由雙方共同商定。

同時，根據中外合作辦學項目的特點，特別加強了對澳方提供的課程、教材、教師等教育教學資源的審核與監控。另外，每學期澳方都派專員來我校，對澳方教師的教學進行管理和監控，對學生學習的情況進行檢查。通過建立教學質量監督機制，保證了良好的教風學風，保證了人才培養質量的提高。

二、基于CDIO理念的人才培養方式模式探索

（一）人才培養模式的研究目標

1. 制定培養方案的宏觀架構，強調基礎理論的教學。加強過程控制，重基礎、重學習、重方法，實施項目合作化教學平臺，理論知識濃縮于實踐環節，通過學以致用培養學生的動手能力和團隊協作能力。

2. 制定基于CDIO模式的一體化教學計劃，逐步推行CDIO工程人才計劃和課程學習大綱。依托市場需求，合理設置課程門類和學習廣度，保證課程體系完備，并能適應不斷變化的信息技術需求，形成經得起考驗的人才培養計劃。

3. 制定基于CDIO模式不同級別的專業課程群及具體課程結構、教學活動和教學內容。以工程訓練思想為指導，培養工程應用型人才為目標，努力創建工程教育環境和平臺，完善人才培養體系。

4. 構建工程實踐的監控體系，監測模式培養的運行狀態。科學合理的監控體系是工程實踐取得良好效果的保證，同時又能規范工程訓練的教學過程。

（二）人才培養模式的探索

1. 專業教師CDIO教學能力的培養。CDIO工程教育要求教師既能傳授專業知識，又具備工程實踐能力。教師是學生學習的鏡子，教師的言傳身教能夠激發學生培養實踐能力、科技創新能力以及團隊協作能力，幫助學生完成理論與實踐相結合的學習過程。教師工程教育能力的提升可以借助于學校政策，山東科技大學鼓勵教師深入工程實踐一線，參與工程建設，體驗企業文化，培養教師理論與實踐相結合的能力，實現“產”“學”“研”的融合，促進工程實踐教學能力提升。

2. 完善課程群規劃與建設。“課程群”是一個寬泛的概念，通常是指把若干具有關聯性與銜接關系，能夠相互支撐、補充或強化的單門課程組合優化，進而產生課程組或者課程群體。2007年，教育部下發的《關于進一步深化本科教學改革全面提高教學質量的若干意見》（教高〔2007〕2號）中提到，課程體系和教學內容的改革需優化配置，課程的設置必須與經濟社會的發展相輔相成，課程群建設是實現教學內容優化的有效手段之一。

通信工程專業中，信號處理課群是專業中的一個重要分組。具體課程包含有信號與系統、語音傳輸技術、數字信號處理、多媒體通信技術、DSP技術等等，此類課程既有選修課又有必修課，課程之間具有相關性和連續性。其中，信號與系統和數字信號處理可以作為群課程基礎，多媒體和DSP相關課程作為實踐能力培養課程。如圖2所示：

信號處理是通信工程的基本任務，因此信號系統和信號處理是專業核心課程，根據應用方向不同在此基礎上可設置不同的選修課，學生選擇時可以因人而異。信息傳輸是通信另一重要任務，學習過程必須全程兼顧。學習塔斯馬尼亞大學大工科的教育理念，充分考慮后續通信原理類課程要求，在選擇信號處理課程群內容時應全盤兼顧，融會貫通，保證專業課程體系完備，學習過程循序漸進。

3. 基于CDIO構建全新實驗、創新型實踐教學模式

一般來說課程理論學習在先，實驗教學隨后，實驗學習服務于課程理論學習，實驗過程只是理論學習的驗證和補充，不能體現實踐教學的獨立性和功能性。信號處理課程群以仿真信號處理過程為主，大多采用MATLAB仿真軟件，而軟件本身的學習也需要大量時間。軟件也只是模擬了信號處理的全過程，學生得不到創新實踐的火花，綜合實踐能力的培養也成為空話。

應用型創新教學突出啟發性和研究性，注重個體創新。結合CDIO工程教育思想，在課程性質設置，實踐能力培養，課程群組優化等方面，全力改革教學方法，創新實踐能力培養。按照課程群建設的目標和要求，全面理清各門課程的關聯性，設計了如表1所示的工程實踐教學模式，該模式由基礎理論實驗、專業實踐實驗和綜合設計實驗三部分組成。

基礎理論實驗環節中，實驗設置以仿真過程為主，主要使用MATLAB軟件實現過程仿真。信號與系統、數字信號處理課程側重點不同，可以將實驗部分單獨取出，作為信號處理課程群實驗，結合信號與系統課程中的時域頻域分析，實現基礎信號的產生、控制和變換。

在專業實踐實驗部分，以各類仿真信號的實現為基礎，實現數字信號處理課程中多種濾波器的設計，可以采用不同的設計平臺，比如System View、Labview和Simulink等。濾波器是通信專業重要設備，應用非常廣泛，濾波器的設計也是學生工程能力的重要體現。DSP技術以數字芯片的學習為切入點，學習豐富的音頻視頻資源處理方法，并借助于相應的實驗箱，完成實踐教學中音頻信號的變換和圖像信號的處理。通信系統中的噪聲無處不在，影響通信傳輸的質量，通過使用不同的噪聲處理手段，降低噪聲影響，得到符合通信要求的信噪比，從本質上理解信道噪聲。

綜合設計實驗部分是對通信工程專業知識的集中訓練。通信過程離不開調制解調，通過調制技術可以提高信號傳輸的抗干擾能力，可以有效減小通信設備的天線長度。掌握本環節知識要點也是通信專業畢業生的基本要求。頻分復用和軟交換技術也是現代通信的典型代表技術，通過本環節的應用設計提升學生工程技術的理解深度。綜合設計內容可以結合通信技術的發展隨時調整，體現與時俱進。

（三）專業教師CDIO教學能力培養

教師是傳道受業解惑的主體，是教學活動的指揮棒。CDIO的教學思想不是弱化教師的引領作用，而是對教師提出了更高的項目工程完成能力。

1. 加強CDIO教學思想理解，提升自身專業素質。通信技術的發展日新月異，教師必須堅持終身學習理念，在日常教學活動中普及CDIO教育理念，及時解決學生學習過程中的疑惑，促進教學相長。同時定期開展專業技能培訓，加強與專業高校交流溝通，鼓勵教師到企業參與工程實踐，提升專業綜合素質。

2. 學習使用現代化教學手段，增強教師科技創新能力。作為信息時代的核心專業，教師在課程學習過程中要注重當下熱點技術的引領和傳播，更新教學模式，推廣使用現代化教學方法，借鑒MOOC、SPOC、雨課堂及翻轉課堂等平臺的教學優勢，設計中外合作通信工程專業課程新模式。在教學互動中不斷調節與修正，提升使用信息化教學手段的能力。

3. 強調CDIO工程項目過程學習，突出學生中心地位。傳統教學方法中學生的從屬地位急需改變，學生不是教學活動的參與者，而是教學活動的實施主體，教師的作用是引領和服務。通過項目式學習，掌握項目過程中所包含的理論知識，體會學以致用，促進學生學習積極性，增強學生解決問題后的自豪感。選擇優秀的項目學習教學案例，積極推廣，形成良好的項目學習風氣，提高學生動手能力。

4. 與合作院校加強交流學習，提升教師國際化視野。中外合作辦學是新時期的一種教育教學模式，注重開闊國際化視野和全球人才流動。加強與塔斯馬尼亞大學工程學院師生交流，有利于提高教師國際化站位，豐富學生多元化學習能力。塔斯馬尼亞大學教師承擔通信工程專業8門課程的教學任務，每年都安排專業教師來校授課，學生親身經歷國際教育，體驗國外優秀的教學過程，對學生后續就業或國外深造有很好的啟發作用。通過選派教師赴國外參加教學活動，感受中外教育的差異，體驗不同的教學文化，豐富國際化教學思想，更好地促進合作辦學項目的持續進行。

三、結束語

CDIO模式既是一種工程教育思想，又是一種工程實踐教育實施方案。該模式要求密切聯系實踐，注重理論實踐的結合，是一種新型的工程應用型人才培養模式。通信工程專業技術更新迅速，培養模式理應與時俱進，不斷完善。本文給出的通信工程專業人才培養模式改革嘗試能夠在一定程度上提升學生的工程應用能力，提高教師的項目教學能力，實現教與學齊頭并進。當然，改革過程中也有許多問題需要繼續解決，比如如何盡快提升教師的工程實踐能力，如何形成科學化、規范化的教學評價體系等等。

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