工程教育專業認證背景下學科競賽驅動模式的教學改革探索

呂植成 張淑玲

摘 要：本文以工程教育專業認證為契機，探索學科競賽驅動下電子信息類專業創新型人才培養模式，搭建學科競賽平臺把競賽的內容、案例、真題以及企業項目融入到“成果導向”的實踐教學過程中，為電子信息類卓越工程師的培養提供一定的參考。

關鍵詞：成果導向; 學科競賽; 創新人才培養

中圖分類號：G642.0? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）12-081-003

一、前言

2016年2月，中國成為國際本科工程學位互認協議《華盛頓協議》的正式會員，工程教育專業認證進入快速發展時期。工程教育專業認證的核心是確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準要求，是一種以培養目標和畢業要求為導向的合格性評價。我國開展工程教育專業認證的目的主要包括：構建工程教育質量監控體系，推進工程教育改革，進一步提高工程教育質量。建立與工程師制度相銜接的工程教育認證體系，促進工程教育與工業界的聯系，增強工程教育人才培養對產業發展的適應性。促進中國工程教育的國際互認，提升我國工程技術人才的國際競爭力。

學科競賽是在緊密結合課堂教學的基礎上，以競賽的方式，激發大學生理論聯系實際，提高自身的實踐和創新能力，培養大學生專業學習興趣、創新意識的活動。從2017年開始，中國高等教育學會《高校競賽評估與管理體系研究》專家工作組每年在北京召開“中國高校創新人才培養暨學科競賽評估結果”新聞發布會，正式發布中國高校創新人才培養暨學科競賽評估結果和《中國高校創新人才暨學科競賽白皮書》充分肯定學科競賽是培養德才兼備有為人才，進行專業高級思維能力訓練、實戰化訓練、誠信培養、合作教育、人生歷練的重要手段和平臺。

因此在當前工程教育專業認證背景下，以競賽為驅動，對工程人才培養模式、課程體系、實踐教學體系、教學內容及教學方法等進行實踐和改革，加深競賽平臺與專業實驗室的建設力度，形成新型的創新創業應用型人才培養模式。

二、基于成果導向教育的人才培養模式改革

工程教育專業認證主要倡導三個基本理念：學生中心理念、成果導向教育理念以及持續改進理念。其中成果導向教育OBE（Outcome Based Education）是一種以學生的學習成果（Learning outcomes）為導向的教育理念，認為教學設計和教學實施的目標是學生通過教育過程最后取得的學習成果。因此OBE理念是工程教育專業認證的核心。

電子信息工程專業的培養目標為培養學生系統地掌握信息系統的軟硬件基本理論、基本知識、基本技能與方法，具有較強地實踐動手能力，能夠解決復雜工程問題的應用型工程技術人才。在明確培養目標和工程教育專業認證通用標準的基礎上，大力加強實踐教學環節，以成果為導向全面修訂培養方案、課程體系結構和課程教學大綱等內容。專業教師在人才培養模式創新方面進行了不斷探索，踐行了以學科專業競賽為契機來推動教學改革的方式，以培養具有實踐創新能力的應用型電子信息類人才為根本目標，構筑了專業核心課建設+學科競賽+科研項目訓練的人才培養模式，如圖1所示：

學科競賽是實現培養目標、使學生達到畢業要求的重要實踐環節。通過人才培養的反向課程體系的建設，將學科競賽中所需要掌握的知識、技能、能力要求作為產出成果，落實到相關課程的實施過程中。同時以學科競賽為抓手，在提高學科競賽成績的基礎上，開展大學生的科研立項、大學生創新創業和社會實踐活動。根據教師和企業的項目需求，使學生導師組成團隊，在實踐過程中，提高教師和學生的實際工程經驗和創新創業能力。

三、學科競賽驅動下的教學方法改革

（一）凝練學科競賽平臺，構建實踐應用能力培養體系

歷年來電子信息專業的學生參加了中國“互聯網+”大學生創新創業大賽、全國大學生電子設計大賽、藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽、全國大學生FPGA創新設計競賽、博創杯大學生嵌入式設計大賽、TI杯物聯網設計大賽、大學生創新創業項目大賽等賽事，通過篩選和凝練，選擇出能夠實現畢業要求的、適合電子信息工程專業、有針對性、有特色的學科競賽比如全國大學生電子設計大賽、藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽和全國大學生集成電路創新創業大賽融入到大學四年的課程實踐教學環節及第二課堂內容，要求每位學生必須修滿創新學分，也就是要求每位學生參加一項學科競賽并榮獲校級以上獎勵或者參加一項學院以上的科研立項并結題。每位教師除了完成納入課程體系的實踐教學內容，每年要指導兩組以上的學生完成科研項目立項并指導結題;除了畢業實習以外至少指導兩組學生完成第二課堂內容，構建了教學相長的實踐應用能力培養體系：

感性認知層（一年級）主要內容包括：焊接技術、連線技術、簡單儀表使用、元件識別、趣味電子產品制作、資料檢索。第二課堂內容：趣味電子產品制作競賽、DIY電子設計大賽。

基礎實驗層（一年級、二年級）主要內容包括：電子電路（電路、模擬、數字）實驗、電子電路仿真、通用儀器使用、電子測量方法。第二課堂內容：DIY電子設計大賽;全國大學生電子設計大賽、藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽等賽事。

設計應用層（二年級、三年級）主要內容包括：微機原理及接口設計、單片機系統設計、大規模可編程器件應用、電子課程設計、EDA技術、嵌入式系統。第二課堂內容：全國大學生電子設計大賽、藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽和全國大學生FPGA創新設計競賽等賽事。

系統開發層（四年級）主要內容包括：電子技術應用綜合設計、嵌入式系統綜合設計、通信系統綜合設計、中期實習與實訓及畢業設計等專題設計開發。第二課堂內容：畢業實習。

（二）梳理學科競賽基礎知識實例，納入課程實踐教學內容

全國大學生電子設計競賽涉及的項目包括：“理論設計”和“實際制作”，以電子電路（含模擬和數字電路）設計應用為基礎，可以涉及模-數混合電路、單片機、嵌入式系統、DSP、可編程器件、EDA軟件、互聯網、大數據、人工智能、射頻及光電器件等方面技術應用。

藍橋杯全國軟件和信息技術專業人才大賽中，電子類的賽事根據實際情況選擇單片機設計與開發大賽與嵌入式設計與開發大賽。以C程序設計、模擬/數字電子技術、MCS-51單片機以及STM32處理器為基礎，實現MCS-51單片機與STM32處理器的開發應用。

全國大學生FPGA創新設計競賽以FPGA集成電路為基礎進行綜合型應用型項目的開發設計，培養利用先進技術平臺進行創新設計能力、解決復雜工程問題能力的優秀人才。

按照電路與電子技術模塊、信息與信號處理模塊、通信與控制技術模塊、嵌入式系統設計模塊以及計算機輔助設計軟件類模塊五大類設置課程組，對涉及的知識點、基礎設計項目和電子小系統設計項目進行梳理、歸納以及整理，納入課程課后練習、課內實驗項目以及綜合型實驗項目的內容，同時也作為OBE教學理念的課程教學大綱實踐類教學目標點，在教學實施過程中，形成對工程教育認證中畢業要求點的支撐。并對競賽中采用的平臺進行整合，形成計算機輔助設計以及電子設計自動化設計仿真實驗平臺。

其中基礎類項目主要包括掌握鍵盤、顯示、A/D、D/A、有源濾波器、功率放大電路、傳感器如溫濕度傳感器、光熱敏電阻、紅外傳感器、超聲波測距等，MCS-51單片機、STM32處理器以及可編程器件FPGA小系統的應用等項目包括數字系統與自動控制、電子儀器儀表設計相關的基礎類項目。

計算機輔助設計類課程實驗整合到Protel、Proteus和Keil C51的聯合平臺上，將不同課程的內容融為一體并實現在線調試，克服了硬件平臺的瓶頸;電子設計自動化課程實驗采用HDL硬件描述語言編程整合到Quartus II與Modelsim聯合平臺上，實現系統設計、編譯仿真、下載測試等電路設計內容。

（三）以實踐類課程建設為抓手，提升師生的實踐創新能力

為了保證在教學過程中能夠體現對學生創新創業能力的培養，設置專門的實踐類課程。例如電子技術應用綜合設計、嵌入式系統綜合設計、通信系統綜合設計以及中期實訓等綜合設計類課程作為支撐。課程建設內容包括測量類、控制類、高頻類、通信與信息處理類以及人工智能類的競賽真題以及合作企業的基礎項目。

教師在進行企業項目開發時，需開展前期的研究工作，查閱資料，并學習軟、硬件開發平臺，掌握科學的設計方法。同時在進行企業類項目建設時與企業的高級專業人才合作，了解目前企業最新的技術需求，掌握最新的設計技術，提升教師的實踐教學能力。為了保障實踐類課程的教學效果，專業老師與具有創新創業經歷的企業人員共同承擔課程教學任務。每個年度會從企業外聘兩名具有創業經歷的高級專業人才，不僅大大豐富了創新創業師資力量，而且也培養了共同承擔授課的老師的實踐應用能力。比如與武漢友晶科技公司共建實驗室過程中提升了SOPC（片上可編程系統）綜合型的項目的設計開發能力，以RISC-V on T-Core 最新的EDA技術設計平臺為基礎，采用HDL硬件描述語言編程實現RISC-V核，采用C語言編程實現應用類、算法類以及加速類的設計，通過最新的硬件平臺，采用通用C語言編程達到了技術融合。

通過競賽真題和企業類項目的實踐，不僅提升了教師對新技術的設計與應用能力，而且學生的學習內容與應用掛鉤，與未來的工程應用掛鉤，學生在學習時態度發生了很大變化，由被動變為主動。以教師講授為主，轉變為以學生主動學習為主、教師引導為輔的新型學習模式，不僅鍛煉了學生的創新實踐能力，也為學生進一步深造或工作打下了堅實的基礎。

四、學科競賽驅動下的教學改革成效

學院每學期定期組織開展大學生課外實踐訓練，舉辦電子科技制作、DIY競賽，采取激勵措施鼓勵大學生積極參與電子設計大賽、大學生創新創業項目、大學生科研項目立項等活動。以競賽項目為驅動，通過教學內容、教學方法以及考核方式等多方面的改革，推動學生逐步掌握各個層次的課程學習，逐步深化專業理論水平和專業實踐能力。

在學科競賽的驅動下，大一學生積極參加趣味電子產品制作競賽、DIY電子設計大賽，激發對專業的學習興趣。通過近三年的對比大一的學生的學習狀態和精神面貌發生了很大改觀，很多同學主動到創新實驗室觀摩學習高年級學生做什么項目、如何實現，為大二參加學科競賽與科研立項做準備，不用老師要求，主動形成傳幫帶、高年級學生手把手指導低年級學生的學習氛圍。大二學生已經學習了C語言程序設計、模電、數電、51單片機設計以及仿真設計等課程，具備了大學生科研項目立項的能力，很多學生總結了大一時的課外電子實踐訓練的經驗，找到了自己感興趣的項目立項;同時踴躍報名參加藍橋杯單片機設計與開發大賽，大二的學生都取得了突出的成績;少部分學生自學了STM32處理器、FPGA開發及專業課程，和大三的學生一起報名參加了藍橋杯嵌入式設計與開發大賽、全國大學生FPGA創新設計競賽、全國大學生電子設計競賽和大學生創新創業項目，現在高水平競賽中，學生成績逐年提高，同學們找到了學習自信、專業自信。大四的學生有的把競賽題目與專業技術應用結合，在老師的指導下，作為畢業論文題目進行深入的研究。同時專業實驗室建立良好的競賽平臺，將專業實驗室定位在競賽、設計、創新研究功能上進行規劃建設，形成了“專業實驗室=競賽+設計+創新研究”的新型模式。

近三年，在老師們的不懈努力下，學生參加學科競賽碩果累累，本專業在各類學科競賽中獲得國家級獎項一等獎1項，二等獎8項，三等獎18項;省級一等獎33項，二等獎51項，三等獎72人次。3年內指導學生本科畢業設計榮獲省級優秀論文5人次，這在一定程度上反映了老師們的教學水平和質量，也充分說明了學科競賽對工程專業認證中學生成果達成情況的促進作用。

五、結束語

高校學科競賽從剛開始的全國大學生電子設計競賽（1994年開始）、全國大學生數學建模競賽（1992年開始）2項重要賽事，發展到2020年全國普通高校全國大學生競賽排行榜中的57項賽事，學科競賽作為創新人才培養的重要手段日益得到重視。通過競賽和訓練，不僅使學生接受了一次系統的工程實踐教育，其創新能力也得到了很大的提高。競賽還使理論聯系實際的學風，團隊精神，以學生為中心、成果為導向的教育理念得到進一步的加強。學科競賽為創新教育創造了一個有效的平臺，也為工程教育專業認證提供了一個實踐平臺。

隨著信息技術的飛速發展，消費類電子、廣播、互聯網、車聯網、邊緣計算、金融、醫療、5G以及軍事通訊等對創新型人才的需求會越來越多，“以學生為中心”、“以成果為導向”并持續改進的工程專業教育模式會越來越受到重視并推廣開來，將為我國電子信息類卓越工程師的培養發揮積極的作用。

項目的研究內容，并受項目資助：1.湖北經濟學院教研項目資助（《以成果為導向的電子信息類卓越人才培養模式研究》（項目編號：2019032））;2.湖北經濟學院教研項目資助（《通過競賽驅動適應專業認證的電子類課程體系改革》（項目編號：2018034））;3.湖北省教育廳協同育人計劃項目《電子信息工程專業“荊楚卓越人才”協同育人計劃項目》

參考文獻：

[1]申慧敏.基于“成果導向”教育理念的機器人工程專業人才實踐能力培養模式探索[J]學科探索2019（4）：43—44，79

[2]梁義濤，劉宏月，等.專業認證理念下電子信息工程專業課程的教學實踐[J]河南廣播電視大學學報，2019，32（2）：81-85

[3]張淑玲，呂植成等.基于成果導向的《EDA技術》課程教學改革[J]福建電腦2020，11（36）：19-23

[4]張淑玲.基于OBE的《電子線路設計制作》課堂教學方法[J]湖北經濟學院學報（人文社科版）.2019（11），135-138

[5]吳明暉，李培興.學科競賽在創新人才培養中的作用與實踐探索[J]教育現代化.2019，2（2）：18—19，42

[6]程玉柱.基于深度學習的林業圖像處理“金課”教學研究[J]林業機械與木工設備.2020，48（05）：54-58