CDIO模式下的信息工程國家特色專業建設與實踐

摘要：CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果。中國礦業大學信息工程專業基于CDIO模式進行專業建設，2010年被評為國家特色專業建設點，建立和實踐了以CDIO工程教育為核心的人才培養體系，在師資隊伍、教學研究與人才培養、科學研究與學科建設等方面形成了良好的發展態勢和辦學優勢。

關鍵詞：信息工程；CDIO；國家特色專業；建設目標；建設實踐與特色

作者簡介：王艷芬（1962-），女，江蘇徐州人，中國礦業大學信電學院，教授；孫彥景（1977-），男，山東滕州人，中國礦業大學信電學院，教授。（江蘇 徐州 221116）

基金項目：本文系教育部第六批國家特色專業建設項目（項目編號：TS1Z293）、江蘇省高等教育教改研究立項課題（項目編號：2011JSJG273）、中國礦業大學課程建設與教學改革項目（項目編號：201208）的研究成果之一。

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）20-0039-03

針對大學工程教育的特點，20世紀90年代末美國創立CDIO工程教育理念，麻省理工學院、瑞典皇家工學院等多所國際知名大學聯合成立跨國研究合作組織，據此確立了現代工程教育模式。CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate）。它以產品研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間存在有機聯系的方式學習工程。CDIO理念是：充分利用大學學科齊全、學習資源豐富的條件，以盡可能接近工程實際涉及技術、經濟、企業和社會的團隊綜合設計大項目為主要載體，結合專業核心課程的教學，使學生在CDIO的全過程中不斷地在工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個方面得到全面的訓練和提高。[1-2]

中國礦業大學信息工程專業多年來基于CDIO人才培養模式進行專業建設，2010年被評為國家特色專業建設點，形成了專業培養方案完善、師資隊伍結構合理、教學設施與實驗設備先進、教學研究與人才培養成果豐碩、科學研究與學科建設成效顯著的良好發展態勢和辦學優勢。

一、建設目標與思路

1.建設目標

以江蘇省特色專業、國家級“電工電子教學實驗中心”為基礎，堅持從國家需要、科技進步、人才全面發展和學校實際出發，緊跟“通信與信息系統”、“電子科學技術”的學科發展前沿，以一級博士點學科“通信與信息系統”為依托，以育人為根本，以工礦企業信息化理論及實施為特色，以服務國家能源科技進步和地方經濟建設為己任，通過培養方案、教學內容與課程體系、教材、師資隊伍以及專業實驗室和實習基地的建設與改革將本專業建成培養基礎實、知識寬、能力強、素質高、復合型高級人才的重要基地，為同類型高校相關專業建設、改革起到示范和帶動作用。

2.建設思路

（1）完善專業培養方案，融入CDIO工程教育模式理念，形成更具特色的理論教學、實踐教學、科研實踐三位一體的人才培養體系。注重培養學生的系統工程技術能力，尤其是項目的構思、設計、開發和實施能力以及較強的自學能力、組織溝通能力和協調能力，逐步形成以煤礦信息化為特色的工程培養模式。

（2）加強教學內容與課程體系、教材建設，構建以煤礦信息化為特色的創新教育體系。保持和發揚“通信電子電路”國家精品課程優勢，重點建設幾門專業基礎精品課程，出版高質量的自編特色教材，包括立體化教材。

（3）師資隊伍建設。提升教師基本的個人能力和人際能力以及產品、過程和系統構建能力，提高教師在一體化學習經驗、運用主動和經驗學習方法以及學生考核等方面的能力。通過深化改革和制度創新促進教師資源的結構優化、合理配置；以科研項目研究促進教師學術水平提高；堅持以培養學科帶頭人和骨干教師為重點，努力建設一支教學與科學研究兼備的創新研究型師資隊伍。

（4）專業實驗室和實習基地的建設。加強實踐性教學環節的改革以及專業實驗室的建設，完善本專業開放實驗項目，改革實踐環境，使學生有機會在現代工程環境和實驗室內發展其從事產品、過程和系統建構的能力，提高學生綜合性學習經驗的運用能力。同時，加強實習基地建設，優化實習基地的專業方向結構，為學生提供更多的個性化選擇，切實提高本專業實踐課程的教學質量。

（5）人才培養。堅持“夯實基礎，拓寬口徑，增強能力，提高素質”的人才培養思路，將專業素養、創新能力、就業競爭力和社會責任的培養貫穿于整個專業建設中，培養煤礦信息化發展所急需的創新型、復合型人才。CDIO模式下的培養目標是使學生具有較強的項目開發、設計和建造的能力、較強的創新能力、較強的團隊精神和領導能力、較強的溝通能力、較強的英語語言表達能力。

二、專業建設實踐與特色

1.組建擁有教學與科學研究一流的師資隊伍

信息工程專業組建了以教授、博導為學術帶頭人、以專業基礎扎實、工程實踐經驗豐富的中年教師為骨干、以具有博士學歷的青年教師為主體的教師梯隊。目前本專業的專職教師有39人，其中教授12人、副教授19人；具有博士學位的教師27人，占70%，聘請現場兼職人員8人。2008年“電氣信息類基礎教學團隊”被評為國家級教學團隊，2011年獲得江蘇高校優秀科技創新團隊。此外，本專業有國家級教學名師1人、江蘇省教學名師1人、江蘇省高校“333”1人、“青藍工程學術帶頭人”2人、煤炭工業拔尖人才1人、江蘇省高校創新創業先進個人1人。多人榮獲市、校級“青年學術帶頭人”、“優秀青年骨干教師”、“師德模范”等榮譽稱號。

本專業遵循“注重基礎，整體優化，知識、能力、素質協調發展”的原則，以轉變教學觀念為先導，以教學改革為龍頭，以學校實施的“八大工程”（“名師與精品課程工程”、“品牌特色專業建設工程”、“優秀教材建設工程”、“素質教育工程”、“創新教育工程”、“生源質量提升工程”、“學風建設工程”和“教學質量一把手工程”）為契機，在課程建設與改革、立體化教材建設、網絡資源建設、特色專業建設以及隊伍建設等諸多方面開展了多項重大項目的建設與改革，取得豐碩的成果。近年來，承擔完成省級以上教改項目12項、校級教改項目20余項，獲得國家級教學獎14項（其中國家教學成果二等獎2項、國家精品課程1門、國家教學名師1項、全國多媒體課件比賽單項獎10項）、省級教學獎11項（包括省級精品教材3部）、校級教學獎50余項、發表教學論文61篇、出版教材11部（包括實驗教材2部、立體化教材1部）。隊伍成員教學科研密切結合，科研工作成效突出。在完成教學任務的同時，5年以來共承擔完成30余項省部級及國家級項目，獲得省部級以上科技進步獎18項、專利16項，發表科研論文300余篇，其中SCI、EI、ISTP檢索200多篇。

利用多年來專業教學改革和課程建設的成果，依托具備較強科研能力、較高教學水平和較優人員結構的教學師資隊伍，強化基礎課程平臺，突出專業方向學科前沿類課程的地位，著力構建多樣化的創新人才培養體系，滿足社會對信息類復合型創新人才的需要。

2.建立與時俱進的專業培養方案和人才培養體系

根據學校的發展規劃以及信息工程專業特點，找準專業定位，明確指導思想，制訂了具有創新性和科學性的本科教學培養方案，確定了信息工程專業的人才培養目標是：培養適應社會主義現代化經濟建設需要的德、智、體、美全面發展、基礎實、知識寬、能力強、素質高的具有創新意識和一定創新能力、在信息、通信、電子與計算機應用等領域從事工程設計、系統運行、科學研究、技術開發及管理等工作的高素質復合型人才。

以強化基礎、體現特色、注重知識、能力與素質培養為基本原則，融入CDIO工程教育模式的理念，結合學校發展規劃和信息工程專業的培養目標，制訂的本科教學培養方案始終貫徹課程體系與教學內容具有時代特征，特別是專業課程注重知識結構的系統性與反映本專業科學技術的最新發展融合，體現了“寬口徑、強基礎，重實踐、求創新”的主要特色。

（1）拓寬專業口徑，構建學科基礎平臺課程。本著“加強基礎，拓寬口徑”的原則，2004版專業教學計劃中學院按大類——電氣信息類招生，實行“4+4”的人才培養模式，通識教育+學院平臺課程，約占總學時的74%，拓寬了專業口徑，構建了合理的課程體系，整體優化了學生的知識結構。在2012版教學計劃中，培養模式繼續實行“4+4”，將電子信息類作為一個大平臺（電氣專業另外設置），進一步優化平臺建設。新的知識結構體系體現了現代高等教育發展的趨勢，體現了社會對人才質量的需求以及強化基礎、淡化專業的原則。學科基礎平臺課程的構建使學生打下了扎實的技術理論基礎。

（2）構建多層次立體化的學生創新能力與現代工程能力的培養體系。經過多年的建設，建立起了本專業一體化培養的理論與實驗教學體系，形成了“演示與驗證實驗、綜合與設計實驗、創新與前沿實驗”三個層次、“理論教學、工程訓練、科研活動”三大模塊相互交叉、融合滲透的運行模式。在2008版及2012版教學計劃中，將“電子技術綜合設計”從一周調整為兩周，將“電子設計與創新”（研討課）及“創新研究型實驗”均列為了專業選修課程。設立的研討型教學進一步加強了創新實踐環節，構建了包括基礎平臺實驗、專業課程實驗、集中實踐環節和創新研究型實驗等方面的實踐教學體系，形成了理論教學、實踐教學、科研實踐三位一體的人才培養特色。特別是設置的理論課內容和實驗課（包括獨立設置的綜合設計實驗課）緊密銜接，從單元—課程—綜合漸進。所有課程理論與實踐教學均圍繞一個整體的電子信息系統、通信系統或計算機網絡系統而構建，加大實踐教學比重，體現CDIO的理念。當完成所有課程模塊后，通過綜合設計實驗環節，將各課程模塊實驗內容加以整合，使每個學生達到可構建一個完整的電子信息、通信或計算機網絡系統的水平。

在堅持人才培養質量統一要求的基礎上，鼓勵學生個性化、多樣化發展，強化學生的創新精神和實踐能力培養，就業和創業競爭力明顯增強。例如，在“網絡編程基礎”課程中采用了CDIO 方法教學，基于項目（Project）的學習取得明顯收效，深受學生的喜愛。2008年，設計的項目是LTI Viewer 負反饋放大器頻率補償設計與分析，基于MATLAB或EWB的混頻器分析。要求學生用Web技術展示分析內容。2009年，項目為建立電子系統網絡實驗室。可用的工具為Web Programming、MATLAB、EWB、Labview等。2010年，項目是“用Web技術設計物聯網技術介紹網站”，要求學生自主學習了解物聯網相關知識，并在理解的基礎上設計出具有交互性的物聯網技術介紹網站。這些做法切實提升了學生的工程實踐能力，使學生的學習積極性和主動性都得到明顯提高。而且學生在老師的指導下，根據所做的項目課題獲得以下成果：王子劍等4位同學撰寫了一篇學術論文，在《通信技術》期刊上發表；[3]2010年周正等5位同學研制的“物聯網宣傳網站”榮獲江蘇省大學生數字媒體競賽三等獎；2012年張娜等4位同學研制的作品“荷塘保衛戰”獲得第四屆普通高校信息技術創新與實踐活動決賽游戲程序開發組一等獎。

目前，本專業已培養22屆本科生，已畢業本科生約3100名以上。畢業生因踏實能干、動手實踐能力強得到用人單位的認可，就業率始終保持在較高水平。

3.依托國家級教學實驗中心，創建多層面階梯式實踐教學模式

本專業的課程實驗均在我院的電工電子教學實驗中心和專業實驗中心完成。該中心在2009年被評為國家級實驗教學示范中心，2012年12月通過驗收。近五年，電工電子實驗教學中心完成了“教育部和財政部修購基金”、“學校建設基金”、世界銀行貸款“高等教育發展”等項目建設，更新了大部分實驗基礎儀器設備，購置了先進的儀器設備，開發、研制了近10種類型實用的實驗儀器與設備，建設了現代化的實驗教學環境。

借助國家級教學實驗示范中心優良的實踐條件，以培養學生探究創新能力為目標，構建多層面階梯式實踐教學模式，[4]并融入CDIO工程教育模式的理念，以實驗教學體系、實驗室建設、實驗教學方法為改革主線，進行驗證性—設計性—綜合研究性實驗的多層面結合，實現單門課程實驗—課程群系統綜合設計—課外參與科研課題的階梯式推進，建立包括基礎平臺實驗、課程群系統綜合實驗和創新研究型實驗等方面的實踐教學體系，高質量地完成了“電路理論”、“模擬電子技術”、“數字電子技術”、“通信電子電路”、“數字信號處理”、“通信原理”等專業基礎課程的實驗。除了為理論教學服務的常規實驗外，結合學科優勢，引入工程應用實例、科研項目成果、學科前沿理論，增加新的實驗內容。實驗教學中心已成為大學生實驗、實習等實踐教學、大學生科技訓練計劃、學生第二課堂科技活動、大學生電子設計競賽、機器人大賽和“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽等創新活動重要的實踐基地和創新平臺，建立了電子創新設計實驗室、機器人創新實驗室等，為創新性人才培養方面作出了突出貢獻。

同時，與兗礦集團、徐州中礦大華洋通信設備有限公司、徐州博林科技有限公司等廠礦企業建立的長期實習基地有力保障了本專業學生的實驗、實習條件，進一步滿足了本專業的學習需要。

4.以突出的科學研究創新能力帶動專業發展

本專業具有“通信與信息系統”一級博士學位授權點和“信息與通信工程”博士后流動站。“通信與信息系統”為學校重點學科，同時也是“煤炭資源與安全開采國家重點實驗室”的一個分室。本學科擁有的以全國教學名師、煤炭工業拔尖人才、江蘇省“333”、“青藍工程”學術帶頭人為骨干的教師隊伍，成為本專業創新人才培養的堅實后盾。科學研究特色鮮明，優勢突出，形成面向煤礦的“礦井通信與監控”、“礦用寬帶網絡及多媒體技術”、“礦山安全生產信息融合與處理”、“復雜環境下的無線寬帶接入技術與應用”四個穩定的研究方向。建立完善了寬帶網絡、礦山通信、信息傳輸與監控、圖像壓縮與處理、礦山信息處理等專業實驗室，建立了工業以太網研究實驗測試平臺和工業監控與現場總線研究測試系統等。這些學科專業實驗室面向大學生開放，實現與實驗教學共享。教師在指導學生參與學科建設、科研項目的同時及時總結經驗和提煉成果，與學生一起共同將科研項目中展現出的亮點和關鍵內容轉化為相關課程的實驗項目，使得更多的學生受益。

本專業依靠學科優勢開展了有學術帶頭人指導的科技創新活動。采取學生自主報名，由科研能力強、研究項目新的教師進行培養的做法，并比照課題組的方式組建興趣小組，拓寬了大學生的知識面，增強了其實際操作能力，同時也培養了創新意識和創新能力。通過這樣的活動，師生相互理解，營造出平等而自由的學術氛圍。教師與學生通過雙方積極主動的參與、教學相長，形成一種全新的教與學的關系。近年來本專業教師指導的學生獲得國家級科研訓練計劃7項、省級5項，獲得電子設計大賽全國一等獎6項、二等獎9項，省級二等獎以上近30項，全國機器人大賽一等獎3項、二等獎6項。

三、結束語

專業建設是一個長期的工作，中國礦業大學的信息工程專業2003年被評為江蘇省特色建設專業，2005年通過江蘇省教育廳驗收，2010年被評為國家特色建設專業，2012年被評為江蘇省重點專業建設。信息工程專業全體教師將以此為動力，進一步按照國家和地方經濟建設人才培養的需要，適應市場需求，為培養大批基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高的高級專門人才作出自己的貢獻。

參考文獻：

[1]吳鳴，熊光晶.以工程能力培養為導向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，2010，29（3）：54-59.

[2]張廣明.基于CDIO模式的測控專業建設構建與探索[J].中國電力教育，2013，（7）：56-58.

[3]王子劍，徐衛東，魏崇訓，等.基于LTIViewer 的放大器頻率補償分析[J].通信技術，2009，42（9）：187-189.

[4]王艷芬，張劍英，張曉光，等.電子信息類專業信號處理課程群教學實驗體系的構建[J].實驗室研究與探索，2013，32（4）：132-134.

（責任編輯：王祝萍）