CDIO在地方性高校通信工程專業(yè)教學改革中應用

李玲香梁小芝

(湖南科技學院 計算機與通信工程系，湖南 永州 425100）

0 引 言

以信息技術和計算機技術為代表的高科技迅猛發(fā)展，既推動了經(jīng)濟和社會生活的發(fā)展，也引起了高等教育的巨大變革。通信工程作為理工科院校的一個熱門專業(yè)，旨在培養(yǎng)具備通信技術、通信系統(tǒng)和通信網(wǎng)等方面的知識，能在通信領域中從事研究、設計、制造、運營及在國民經(jīng)濟各部門和國防工業(yè)中從事開發(fā)、應用通信技術與設備的高級工程技術人才以滿足社會對通信工程技術人才的需求。據(jù)有關人才市場交流中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計，最近幾年IT行業(yè)通信工程人才需求量一直呈上升趨勢，但是相當一部分大學畢業(yè)生就業(yè)困難，主要原因有兩個方面：一方面企業(yè)對工科院校培養(yǎng)出來的通信工程人才不甚滿意；而另一方面現(xiàn)在大學生的就業(yè)形勢非常嚴峻。如何解決這一矛盾，地方性院校應根據(jù)社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，加大人才培養(yǎng)模式創(chuàng)新的力度，這樣才能提高學生就業(yè)率，促使學院可持續(xù)發(fā)展。CDIO[1]的工程教育模式是否適合通信工程人才培養(yǎng)，下面將進行介紹與嘗試。

1.DIO的教育理念介紹

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。從2000年起，麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學組成的跨國研究獲得Knut and Alice Wallenberg基金會近2000萬美元巨額資助，經(jīng)過四年的探索研究，創(chuàng)立了 CDIO工程教育理念，并成立了以 CDIO命名的國際合作組織。

CDIO 代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現(xiàn)（Implement）和運作（Operate），它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯(lián)系的方式學習工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統(tǒng)能力四個層面，大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學生在這四個層面達到預定目標[1]。

CDIO 的理念不僅繼承和發(fā)展了歐美20多年來工程教育改革的理念，更重要的是系統(tǒng)地提出了具有可操作性的能力培養(yǎng)、全面實施以及檢驗測評的12條標準[2]。瑞典國家高教署(Swedish National Agency for Higher Education) 2005年采用這12條標準對本國100個工程學位計劃進行評估，結果表明，新標準比原標準適應面更寬，更利于提高質(zhì)量，尤為重要的是新標準為工程教育的系統(tǒng)化發(fā)展提供了基礎。迄今為止，已有幾十所世界著名大學加入了 CDIO組織，其機械系和航空航天系全面采用 CDIO工程教育理念和教學大綱，取得了良好效果，按CDIO模式培養(yǎng)的學生深受社會與企業(yè)歡迎。

3.立基于CDIO的科學課程體系

應用型高校的“知識傳授與能力培養(yǎng)”統(tǒng)合在一體化的教育過程之中，需要改變原來理論知識傳授＋實踐鍛煉（實習實訓）的分割化、條塊化的培養(yǎng)過程。而 CDIO的工程教育模式顯然符合當前高等教育改革的趨勢。CDIO教育理念適合不同的工科專業(yè)工程能力培養(yǎng)，CDIO工程教育模式的三級項目分解路徑[2]：

①一級項目：通過向企業(yè)調(diào)研，制定專業(yè)知識與能力的基本架構；

②二級項目：課程群的支撐，規(guī)劃課程體系；

③三級項目：每門教學科目中的知識（點）的選擇，多方聯(lián)合設計教學大綱與課程計劃，建設課程。

本課程體系根據(jù)上述 CDIO的三級項目分解路徑，以培養(yǎng)個人能力（包括自學能力和創(chuàng)新能力）、協(xié)同工作能力和系統(tǒng)調(diào)控能力為主要目標，以科學的課程（內(nèi)容）設置作為能力培養(yǎng)的載體，以科學的課程安排（進度）促進能力培養(yǎng)，建立科學的課程體系。目的是加強學生工程實踐能力的培養(yǎng)和訓練，提高學生進行工程實踐的能力，并通過課堂、實驗室和實踐基地的有效設置保證培養(yǎng)計劃的實施，實現(xiàn)學校與企業(yè)“零距離”，提高畢業(yè)學生就業(yè)率。同時符合培養(yǎng)應用型人才的定位和本專業(yè)特色。新的課程體系和培養(yǎng)模式如圖 1所示。

新的課程體系具有以下幾個特點：

第一個特點：新的課程體系側重于通信工程與電子工程，計算機網(wǎng)絡技術相結合，涉及通信工程專業(yè)多個研究方向，如信號及信息處理方面的研究、通信系統(tǒng)仿真方面的研究、通信電子電路或微機接口方面的研究、通信方面的軟件開發(fā)和網(wǎng)絡層協(xié)議研究等。加強了電路、電子系統(tǒng)與信號系統(tǒng)的基礎知識，增設電子電路EDA（Electronic Design Automatic，電路設計自動化）技術等課程，突出當前電子技術新器件和新技術的應用。

第二個特點：課程設置符合應用型人才培養(yǎng)和專業(yè)特色，在專業(yè)方向上形成自己的鮮明特色，同時畢業(yè)生能符合IT人才市場的需求要求。

第三個特點：核心課程保證了必需的專業(yè)理論，使學生獲得可持續(xù)學習的基礎，由終結教育演變?yōu)榻K身教育。在終身學習過程中造就新一代勞動者。

圖1.信工程專業(yè)核心課程培養(yǎng)結構示意圖

4.學方法和教學手段改革

以社會需求為目標、以應用能力的培養(yǎng)為主線設計通信技術專業(yè)的培養(yǎng)方案。要以學科發(fā)展為依托，以課程體系和教學改革為核心，以能力培養(yǎng)為主線，教學與科研結合，不斷提高教學質(zhì)量。

4.1.教學過程中重視計算機輔助分析與設計等教學手段

重視EDA軟件、DSP （Digital Signal Processing，數(shù)字信號處理）、MATLAB通信系統(tǒng)的分析和仿真軟件等在實踐教學環(huán)節(jié)中的輔助作用。同時把電路設計中 FPGA（Field－Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列）的應用和嵌入式系統(tǒng)的教學引入到課程體系的改革中來。以應用為中心、以計算機技術為基礎、軟件硬件可裁剪、適應應用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴格要求的專用計算機系統(tǒng)。

4.2.發(fā)學生的學習興趣，引導學生如何主動學習

由以講授為主向以自學為主轉變，改革填鴨式的單向灌輸以及一支粉筆和一塊黑板的傳統(tǒng)教學模式，逐步采用啟發(fā)式教學方法，教師給定學習任務、學習進度，安排自學，要求學生寫自學筆記、完成作業(yè)，在習題中培養(yǎng)學生的創(chuàng)造能力。采用專題講座、答疑輔導、課堂討論等教學形式培養(yǎng)學生的學習興趣和學習能力。培養(yǎng)學生的自學能力是教學方法和教學手段改革的核心，自學能力是創(chuàng)造能力和其他各種能力的基礎。

5.驗實踐教學改革

5.1.驗實踐教學——影響通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)的關鍵因素

在通信技術飛速發(fā)展的今天，要求通信技術人員必須具有良好的理論基礎和實踐經(jīng)驗。因此為了培養(yǎng)合格的通信專業(yè)學生，除了要講授最新的理論知識外，還要通過大量的專業(yè)實驗讓學生理解、驗證理論知識，了解其應用。例如對“信號與系統(tǒng)”的教學，不能僅談理論，必須搭配相對應的實驗來驗證基礎理論，同時引導并培養(yǎng)學生的動手操作能力。

綜觀通信工程專業(yè)實驗、實踐環(huán)節(jié)的教學發(fā)展趨勢，存在三大矛盾：電子信息技術的快速發(fā)展與電子實踐教學落后

的矛盾；創(chuàng)新實踐能力的高要求與傳統(tǒng)實踐教學落后的矛盾；教學多元化要求與實踐教學資源不足的矛盾。理論教學是對知識的傳授，實驗教學是對學生進行技術的傳授，而實習環(huán)節(jié)就是對學生能力的培養(yǎng)，培養(yǎng)學生的工程實踐能力、創(chuàng)新實踐能力和第一職業(yè)能力。

5.2.驗實踐教學改革——建立有鮮明特色的創(chuàng)新實驗、實踐教學體系

通信工程專業(yè)要不斷完善實踐教學體系，深化實驗教學改革，大量開設綜合性、設計性實驗，把工程化教育和學生實踐能力、應用能力的培養(yǎng)落到實處。

5.2.1.新教育觀念

構建“厚基礎、強專業(yè)、重實踐、多目標”人才培養(yǎng)體系和科學合理的實踐能力體系[3]，從整體上策劃每個實踐教學環(huán)節(jié)。在知識、能力、素質(zhì)三方面構建集課內(nèi)、外教學，理論和實踐教學為一體的教學培養(yǎng)模式，突出創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)。

5.2.2.驗課程體系整合與優(yōu)化 以課群為單位建立課組基于CDIO教育理念，可以將單一課程實驗整合為按課群劃分為不同門類的專業(yè)實驗(含多門課程的綜合課程設計)，增加了實驗課學時。在實驗內(nèi)容上壓縮驗證性實驗，增加綜合性、設計性實驗教學內(nèi)容，使實驗教學內(nèi)容體系整體優(yōu)化，從而使重組的實驗教學內(nèi)容體系成為相對獨立的教學體系，有獨立的教材、獨立的學分、獨立的實驗教師，鼓勵學生提出更優(yōu)良的實驗解決方案有利于培養(yǎng)學生主動分析解決問題的能力、實踐動手能力、主動研究的探索精神。整合后減少了必做實驗項目，增加選做實驗項目有利于貫徹因材施教的原則，有利于創(chuàng)新能力和實踐能力培養(yǎng)、鼓勵個性發(fā)展，有利于實現(xiàn)培養(yǎng)實踐型人才的目標。同時加強專業(yè)主干實驗課實踐創(chuàng)新教育功能，分層次分步驟開設創(chuàng)新實驗項目，擴展學生思維空間，增強創(chuàng)新能力。

5.2.3.施基于CDIO工程模式的科研項目為載體的實踐教學模式

抓住學生實踐能力結構的中心地位和“解決問題”的能力培養(yǎng)。選拔部分優(yōu)秀并有余力的學生參與實驗室建設和教師科研工作，既提高學生自主學習和獨立研究的能力，又解決了教師精力不足等問題。

5.2.4.青年教師專業(yè)實踐技能訓練與學生實踐創(chuàng)新能力培養(yǎng)相結合

為提高青年教師的專業(yè)知識、專業(yè)技能，促進青年教師實踐能力提高及專業(yè)化發(fā)展，也為學院、學生的可持續(xù)發(fā)展提供堅實的保證。結合大學生“挑戰(zhàn)杯”，ACM程序設計各種設計大賽，每名教師可帶1～3名學生進行實踐項目訓練，項目完成形式可以為軟件、硬件、軟硬件相結合的方式，并組織成果競賽來促進積極性。

5.2.5.施開放性多元化實踐教學模式[5]

① 組織學生積極參加各類競賽，在選題、申報、實現(xiàn)、總結等環(huán)節(jié)上適度引導，培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力。

② 建立固定的校外專業(yè)實習、培訓基地，為學生提供實踐鍛煉的平臺，挖掘學校與市場的“零距離特征”。湖南科技學院計算機與通信工程系已與北京渥瑞達科技發(fā)展有限公司、北京奧爾斯電子科技有限公司，上海捷普科技有限工公司、廣州達內(nèi)、湖南永州電信分公司建立校企合作實習（實訓）基礎。這不僅為師生提供了實踐鍛煉的機會，而且為培養(yǎng)通信工程專業(yè)學生綜合實踐能力和創(chuàng)新能力提供了良好學習條件。

③ 建立寬口徑的實驗平臺，加大開放實驗室力度，實現(xiàn)在時間、空間上的全方位開放，培養(yǎng)學生基本的實驗技能和利用所學知識進行綜合設計的能力。

6. 論

本文對通信工程專業(yè)學生通信系統(tǒng)工程能力培養(yǎng)模式進行了探討，提出在通信工程專業(yè)采用CDIO 教育理念課程體系設置改革和方案設計，建立科學的課程體系。把傳統(tǒng)的理論知識傳授＋實踐鍛煉（實習實訓）的分割化、條塊化的培養(yǎng)模式逐步向“知識傳授與能力培養(yǎng)”統(tǒng)合在一體化的教育模式轉換，確立新的教育理念。新的課程體系設置和計劃過程中，重視課程內(nèi)容改革和教學過程的優(yōu)化，在改革中突出能力，特別是對于應用型工科學生，培養(yǎng)其系統(tǒng)工程能力技能是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的基礎，而創(chuàng)新能力是使學生獲得可持續(xù)學習的基礎，由終結教育演變?yōu)榻K身教育。同時加強實驗教學改革，只有教學與科研相結合，才能建立一套科學的教學管理制度，這是地方性院校辦學質(zhì)量的重要途徑之一。

[1]王碩旺等.CDIO:美國麻省理工學院工程教育的經(jīng)典模式——基于對CDIO課程大綱的解讀[J].高等工程教育研究,2009, 28(4):116-119.

[2]http://www.chinacdio.cn/

[3]顧佩華等.從CDIO到EIP-CDIO——汕頭大學工程教育與人才培養(yǎng)模式探索[J].高等工程教育研究,2008, (1):12-20.[4]趙韓強等.創(chuàng)新型人才培養(yǎng)體系的探索與實踐[J].理工高教研究,2008,27（2）：68-70.