CDIO工程教育模式在通信工程专业中的应用

摘 要：针对我国高校通信工程专业人才培养现状,分析了工程教育存在的不足,在深入领会CDIO工程教育理念的基础上,结合通信工程专业特点,提出了融入CDIO教育理念的人才培养方案、课程体系、实践教学体系及学生评价体系的设想,有助于培养和提升学生的工程实践能力,为CDIO工程教育模式在电子通信类专业的推广提供了参考.

关 键 词：CDIO；工程教育；人才培养；通信工程

作者简介：王晨光（1981-）,男,黑龙江鹤岗人,中北大学信息与通信工程学院,讲师；赵冬娥（1970-）,女,山西侯马人,中北大学信息与通信工程学院,教授.（山西太原030051）

基金项目：本文系2011年山西省研究生教改项目“电子与通信工程全日制专业学位研究生培养模式改革与实践”（项目编号：20112041）、2012年山西省教改项目“通信工程专业人才培养模式改革与实践项目”（项目编号：J2012057）、2012年中北大学教学改革项目“通信工程专业实训实验室建设与改革”的研究成果.

中图分类号：G642.3文献标识码：A文章编号：1007-0079（2013）28-0073-03

通信信息技术的发展,使得高校通信工程专业人才培养面临新的挑战,不仅需要学生通信基础知识过硬,更要求学生具备较强的实践动手能力和工程创新意识.然而,我国现行高校通信工程专业人才培养模式的制定,一直缺乏企业与通信行业的参与.企业界对于通信毕业生的知识水平、能力标准、综合素质要求与现行人才培养方案存在偏差,使得工程教育从培养目标到培养过程乃至培养结果偏离工程教育的本意,导致学生的就业形势依然严峻.[1]

究其原因,我国大部分普通本科院校在学生工程实践能力培养方面存在诸多问题,例如培养模式陈旧（教育学术化、重理论轻实践）、课程体系僵化（专业设置口径窄）、教学手段单一、评价和激励机制不合理、缺乏创新环境等.[2]高校通信工程毕业生普遍基础理论扎实但实践动手能力缺乏,也没有接受产品开发与生产制造的实习锻炼,导致得不到用人单位的认可,学生就业率偏低.可见,如何改革高校通信人才培养模式,解决理论知识学习与实践能力培养之间的矛盾,提高学生就业率已成为高校通信工程专业人才培养的重要研究课题.鉴于此,本文提出以国际先进的CDIO工程教育理念为指导思想,积极探索CDIO工程教育理念在通信工程专业中的应用,提高学生的综合素质和工程实践能力,为学生走入社会奠定良好的基础.

一、CDIO工程教育理念及特点

CDIO工程教育模式是构思、设计、实施、运作（conceive、design、implement、operate）四个单词的缩写,[3]它是由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学组成的跨国研究机构经过四年的探索研究得到的创新研究成果.“C”是指根据客户的需求,考虑技术、企业战略等方面的因素,不断改进概念、技术和商业计划；“D”是指对研究方案进行创新性的思考、论证和优化；“I”是指任务的实现,要把设计转化为成果；“O”是指成果的展示、验证和评估.它是“做中学”（learningbydoing）和“基于项目教育和学习”的抽象概括,它以产品从研发到运作的生命周期为教育背景,以工程实践为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习,充分体现了“以学生为中心”的教学理念.它的培养大纲以构思、设计、实现、运行为主线,综合考虑了专业基础知识、个人技能、团队协作与沟通的人际技能,以及在整个企业和社会环境下进行CDIO的过程.[4-5]这种理念及特点对高校如何改革高校通信人才培养模式,解决理论知识学习与实践能力培养之间的矛盾,提高学生就业率具有很好的启示与借鉴价值.

然而CDIO工程教育理念是一种通用模式,在实际应用中需要结合各高校办学特色加以实施改进,否则必将出现新的人才培养偏差,同时也违背了CDIO真正主旨.因此,本文在深入理解CDIO基础上,根据中北大学通信专业的人才培养目标与办学特色,从人才培养方案、课程体系和实践教学体系建设、学生评价机制建设等方面进行探讨.

二、CDIO工程教育理念在通信工程专业的具体应用

1.修订人才培养方案

人才培养方案是培养学生的指挥棒,必须深入理解CDIO工程教育理念,根据课程教学大纲与能力培养的关系,结合通信工程专业方向特点和培养条件的实际情况实施人才培养方案的修订,优化制定满足专业知识、实践能力和人文素质的培养目标.[6]因此,我们根据专业培养的特色,基于CDIO的人才培养目标主要突出在三个方面：系统地掌握电子及通信领域内的基本理论和知识；培养学生具备初步设计、调试、应用通信系统和通信网的基本能力；锻炼学生参与团队协作与沟通的人际技能.

2011年,本专业基于CDIO工程教育理念修订了培养方案,并于2012年2月获教育部批准成为卓越工程师教育培养计划高校学科专业.多年来,我们通过走访调研,邀请行业专家教授和用人部门共同对本专业知识、能力和素质结构进行优化研究,认真听取专业教师以及校外合作企业的意见,分析通信专业原有方案的不足,与时俱进,理顺通识教育课程与专业技术课程、理论教学与实践教学之间的关系,合理规划培养计划中的学习年限、课程组合和时间安排等内容,精心设置体现CDIO工程教育理念的实训项目,为学生提供自主选择的空间,适应学生个性化发展的需求,全方位、多角度优化人才培养方案.

2.建立基于CDIO的课程体系[7]

CDIO工程教育理念的实质在于加强工程教育,改变原有理论知识传授与实践能力培养相脱离、在实施过程中联系不够紧密的培养模式.本专业根据培养目标,尝试借鉴CDIO理念来优化完善课程体系和教学目标要求.新的课程体系以工程技术实践为主线,以培养学生工程意识、工程素质（包括工程实践能力和探索创新能力）、团结协作精神为主要目标,以社会和行业需求为导向,科学合理进行课程安排,促进学生综合素质全面提升.新的课程体系按CDIO工程教育理念进行设置,体系以通信工程专业导论为起点,6大专业能力拓展提高锻炼项目为支撑,毕业实习、毕业设计为综合运用,全面提升学生综合素质,此为第一层次.专业导论通过入学专业认知教育、通识基础教育、专业基础教育等相关课程的学习,为学生奠定扎实的人文社科与专业基础知识.通信信号处理、电子线路与系统设计、通信电子仿真与设计、软件设计实践、通信综合设计、创新设计等项目为第二层次,通过对应主干课程和专业方向课程的学习锻炼,支撑学生多专业方向的能力培养.

通信工程新的课程体系如图1所示.

（1）第一层次的项目要求贯穿于整个本科培养阶段始终,使学生从构思、设计、实施、运作等方面得到系统的综合训练,可以分为初级和高级两个阶段.

初级阶段在大一至大三学年完成.主要任务是：课程教学融入CIO-CDIO理念,以产品开发案例为原型,了解其工作原理及相关核心技术,使学生对课程所传授的理论知识增加感性认识,理解本专业课程与产品开发所使用技术的内在联系,从而以未来职业规划为目标,从入学就一直目标明确地学习；同时深入剖析产品研发的过程,使学生体会创新思维在产品形成过程中的体现,以便深入体会本专业培养方案的整体性与科学性.

具体时间安排：在大一学年第一学期进行1╱4（专业认知导论）,大二学年完成1╱2（产品案例分析讲解）,并分别安排在两个学期进行,大三学年完成最后1╱4（学生具有一定知识背景下的综合设计应用）.整个实施过程都伴有2周的实践教学环节,并由本专业具有丰富工程实践经验的资深教授团队授课,同时产品开发案例的剖析及实践训练环节安排在学校工程训练中心进行,并聘请校外合作企业的高级工程师配合指导完成.

高级阶段在大四学年的毕业设计和毕业实习环节完成.主要任务是：学生经历三年的专业课程学习与相关实训项目锻炼后,已经具备一定的专业基础与工程素质,就可以以产品设计为目标,从产品设计需求开始经历构思、方案设计、具体实现、运行测试等方面,系统地完成一次工程实践过程,使学生从解决实际工程问题的角度综合运用专业知识,体验并掌握工程中的科学思维与团队协作意识,积累学习兴趣.

（2）第二层次项目以专业核心课程群和与培养特色为基础,通过项目驱动的方式进行教学实践,项目一般由多名学生合作完成,通过这种方式培养学生综合应用相关知识的能力,培养团队合作意识与沟通交流能力,锻炼创新思维与独立解决工程技术问题的能力.

（3）第三层次项目为独立的具体课程,课程中也可以根据CDIO教育理念设置一些充分体现本课程的实践项目,通过基础课程与实践环节的学习锻炼,加深学生对本课程内容的理解与应用.这种把工程问题和课堂教学相结合的模式,可以充分调动学生的积极性及主动性,培养学生的创新意识.

总之,这种基于CDIO的课程体系以第一层次项目为主线,第二层次项目为支撑,第三层次项目与专业课程为基础,将专业认知与课程传授紧密结合,项目训练与学生个性培养相结合,全面培养学生的工程意识、工程素质、团队协作能力与自学能力,使学生更加主动地、有针对性地进行学习,教学质量将得到大幅提高.

3.改革实践教学体系,更加体现CDIO的工程教育理念

本专业通过引入CDIO理念,改革和完善原有实践教学体系.本体系遵循从基本到复杂的认知能力及工程型人才的培养规律,从知识结构、实践能力、工程教育等方面出发,突破实验教学依附于理论教学的传统观念,对实验课程进行了全面整合与重建.在保持实验教学与理论教学有机结合的基础上,根据学生在不同学习阶段知识面的掌握程度和通信类专业知识模块,对实验教学体系和内容进行了分模块、分层次、分类别的创新性改革,构建了体现实验技能系统训练与科学研究能力培养相结合的基础型实验—提高型实验—创新型实验三个层次的实验教学新体系.每个层次均从点、面两方面入手,对现有的实验项目和内容做出相应的调整和改革,增加设计型实验和综合创新型实验,切实加强学生动手能力、分析问题、解决问题能力和创新能力培养.

同时,为便于组织实验教学,我们还根据实验课程的类别,结合以项目为主线的模式,重视学生综合素质和实践能力的培养,把CDIO教育理念贯穿于实验教学的全过程,培养与他人合作的团队精神,不断探索工程技术人才培养的新途径.为学生了解和适应现代企业的管理体制,确立优秀的职业道德素养打下了坚实的基础.

此外,本专业建设了实践创新能力培养平台,成为学生工程实践训练的基地和学生课外科技活动的园地,为学生开展大学生训练计划SRT、大学生电子设计竞赛、挑战杯科技竞赛等提供了保障.同时,学校重视产学研相结合,不断投入资金建立校外实习基地,进一步强化学生定岗实习锻炼,更加有效培养社会应用型技术人才.

4.基于CDIO教学理念,形成新的学生评价机制

为了保证CDIO教学理念的实施效果,改革传统以考试为中心、以死记硬背为基础的评价制度势在必行.在CDIO教学理念的实施过程中,合理评价学生学习效果是保障教学效果的重要环节.只有将CDIO人才培养所体现的思维、知识、能力、个性等方面的要素全面纳入评价体系,才能形成一种以项目驱动为引导、充分激发学生潜能,培养学生综合素质的科学评价体系.因此,应采取形式多样的方式来进行考评,例如：传统笔试、项目总结方案报告、产品等级评定、学生互评等.

同时,应更加强化实践教学过程管理,保障实践教学能力的有效提高.例如：“基础性实践教学”采取包含实验预习、实验操作、实验记录审签与器材检查、撰写实验报告、实验考核等环节的“五环过程管理”；“提高性实践教学”采取包含课题布置与要求、方案论证与设计、原理电路仿真与改进、实际电路安装与调试、学生作品验收与研讨、总结报告写作与评阅等环节的“六环过程管理”；“研究创新性实践教学”采取包含毕设布置、课题论证、开题报告、每周交流、中期检查、限期整改、实物验收、论文答辩、成绩评定、毕设评优等环节的“十环过程管理”.

总之,我们将CDIO工程教育理念贯穿整个学生培养环节,融传授知识、培养能力和提高素质为一体,融人文精神、工程素养和创新能力培养为一体,全面提升学生素质.

三、结束语

CDIO工程教育模式的推出,有效地解决了传统理论教学与实践教学相脱节的核心问题.本专业探索性将CDIO工程教育理念融入专业人才培养模式改革中,修订完善了基于CDIO工程教育理念下的培养方案、课程体系、实践教学体系及质量评价体系,它有助于通信工程专业学生工程实践能力的培养和提高,也为CDIO在电子信息类专业的推广提供了参考.CDIO工程教育模式必将成为培养创新型工程人才的有效途径.