基于成果導向的電子信息與電氣工程類專業人才培養模式改革

白恩健，王直杰，張義紅,胡海洋

(東華大學 信息科學與技術學院,上海 201620)

一、 工程教育專業認證

工程教育認證是國際通行的工程教育質量保障制度。2016年6月我國成為《華盛頓協議》的正式成員，標志著我國高等教育對外開放向前邁出了一大步，我國工程教育質量標準實現了國際實質等效，工程教育質量保障體系得到了國際認可，工程教育質量達到了國際標準。

工程教育認證主要倡導“學生中心、成果導向和持續改進”三個基本理念。“學生中心”理念是以學生為中心，圍繞培養目標和全體學生畢業要求的達成進行師資和實驗室等資源配置和教學計劃安排，將學生和用人單位評價作為對專業評價的重要參考依據；“成果導向”理念是以專業教學設計和教學實施后學生所取得的學習成果為導向，對照畢業生核心能力和要求評價專業教育的有效性；“持續改進”理念是專業必須建立有效的質量監控和持續改進機制，能持續跟蹤改進效果，推動專業人才培養質量不斷提升[1-3]。

我校(東華大學)信息科學與技術學院4個專業均屬于電子信息與電氣工程類專業，從2010年即開始進行工程教育專業認證工作，通過“卓越工程師教育培養計劃”的實施，逐步推進工程教育的改革。以學生為中心、成果導向、質量持續改進的理念正在逐步深入學院本科人才培養的各個環節，對人才培養質量的提高起到了非常重要的作用。

二、 基于成果導向的工程教育改革的實踐

1. 構建“三位一體”人才培養體系

現代經濟社會對人才的要求是全方位與多元化，尤其強調創新精神與應用能力。高校人才培養模式從知識技能型向工程應用型和創新型轉變，強化學生創新能力和實踐能力培養是人才培養的必然趨勢。圍繞高素質創新型應用人才培養的目標，以“優基礎、強素養、重品行”為原則，將課堂與實驗室相結合、課內與課外相結合、校內與校外相結合、個別與普遍相結合，建立理論教學、實踐教學、綜合素養培養“三位一體”的工程實踐人才培養體系(如圖1所示)。該體系的內涵是基于對全體本科學生的畢業要求，將知識、能力和素質有機融入理論教學、實踐教學和課外活動的各個方面，共同形成對畢業要求的有效支撐。基于成果導向的教育理念，對相應的課程體系、教學模式和實踐教學體系進行深入研究和改革探索，構建面向專業的課程群，促進人才培養模式創新；將課程目標有機融入課堂教學組織的各個環節，全面提升學生各方面能力；建立虛實結合的實驗體系，使實踐環節的課程目標從學科知識體系轉變為工程實踐能力的培養；積極引導學生創新創業，提升學生的個性化綜合素養。

圖1 “三位一體”的多元化工程實踐人才培養模式

(1) 理論教學體系重視核心課程群建設，貫通不同課程的內在聯系，進行系列課程的優化整合。面向專業建設課程群，對信息類專業課程設置進行梳理，圍繞人才培養目標要求,打破課程與課程之間傳統的單維關系，將具有邏輯聯系的若干課程整合構建成有機的課程系統，形成逐層遞進、整體優化的體系化結構，使課程體系更加符合信息社會對學生知識結構和能力結構的需要。

組織控制類、通信類、信號類、電氣類、場類、硬件類、軟件類、電子電路類等課程群，以核心課程的建設為主體，構建并實施基礎性教學、研究性學習、模擬性實驗和應用性實踐相融合，層層深入的人才培養過程。

以控制類課程為例，將“自動控制原理(1)”“自動控制原理(2)”“可編程控制器原理與應用”“單片機系統設計與實踐”“自動化專業綜合實習”等課程有機整合，建成控制類課程群(圖2)，夯實學生的專業基礎，形成穩固的系統控制學科思維，建立控制理論與工程實踐的結合點，提高對知識的運用和再創造能力[4-6]。以信號類課程群為例，將“信號與系統”“數字信號處理”“DSP原理與應用”“數字圖像處理”等課程有機融合(圖3)。在該課程體系中，“信號與系統”課程突出理論基礎，“數字信號處理”課程以信號處理算法研究為主線，突出研究性學習，“DSP原理與應用”課程突出信號處理算法在工程中的硬件實現，“數字圖像處理”課程突出軟硬件仿真及研究項目驅動。以場類課程群為例，將“電磁場與電磁波”“高頻電子線路”“天線原理”“電磁兼容”“無線移動通信”等課程整合，采用平面式、網狀化模式，將各門課程割裂的知識有機融合，通過項目式教學，使學生對相關課程的關聯及綜合應用課程知識有一個全局的認識，同時學生的綜合應用能力也得到極大的提高。

圖2 控制類課程群

圖3 信號類課程群

(2) 以豐富實踐教學模式、更新實踐教學內容、整合實踐教學資源和強化實踐教學管理為突破口，優化實踐教學體系。構建虛實結合的實驗體系，按照依托學科交叉優勢、注重教學科研融合、加強校企聯合共建、實現資源開放共享的理念，依托大紡織行業背景構建開放性、多層次實驗教學體系(圖4)。推動實驗教學改革與創新，培養綜合性、高層次、復合型創新人才。引進和開發虛擬實驗資源，把以教師為中心的模式轉變為以學生為主體的模式，學生可以靈活地掌握自己的時間。通過自主選擇實驗，運用虛擬實驗的在線資源，使學生在實驗中學習知識，并從實驗中建立學科知識體系。以大紡織工程應用為背景，建立從核心課程案例、課程模塊案例到學科綜合性案例的多層次、體系化的教學案例，克服目前實驗體系中各個實驗分散，缺乏層次性和體系性的缺點，以及缺乏工程背景的缺陷，引導學生形成本專業課程的一個完整的知識體系和工程概念。

圖4 虛實結合的多層次開放式實驗教學體系

基礎實驗平臺采用完全虛擬的方式，模擬真實實驗中用到的器材和設備，提供與真實實驗相似的實驗環境。綜合實驗平臺包括網絡設備資源共享平臺、場類課程虛擬實驗平臺和過程控制綜合實驗平臺，是包含多門課程知識體系的綜合性虛擬實驗平臺。產研結合實驗平臺以科研項目或工程開發項目為依托，將科技創新成果融入教學過程，提供實際工程案例，提升學生應用知識的能力和研發興趣，培養綜合素質。校企合作實驗平臺由行業知名企業提供實驗設備和師資培訓，參與專業建設和課程建設。借助于企業的研發能力，提升實驗室建設水平。學生不僅可以直接接觸到商用級的實驗裝備，還可依托企業實習實訓基地進入相關企業，了解企業文化，加深對工程應用的理解。

以“過程控制”課程為例，我校過程控制實驗室擁有包括THSA-1型過程控制綜合自動化控制系統實驗平臺在內的一些實驗設備，但由于場地和實驗設備的容量有限，只能供約1/3的學生做實驗，多數學生只能選擇在公司實習以代替實驗。因此將過程控制實驗設備虛擬化，建立過程控制虛擬實驗室，讓學生能夠在虛擬環境中參觀和操作實驗設備、完成實驗。可以采取實地參觀和網上操作相結合的方式，在場地和設備有限的條件下完成對所有學生的綜合實驗教學。同時，利用虛擬現實技術實現大型工業生產過程的演示和簡單互動，將難以實地參觀、也無法搬進實驗室的工業生產過程虛擬化，讓學生在虛擬環境中認識這些工業過程，并對這些工業過程進行簡單的操作。

結合與本專業學生就業密切相關的信息行業和紡織行業，將“工業4.0”和“中國制造2025”的思想和系統概念引入到課程體系的建設中。我們構建了基于虛擬對象的過程控制實踐平臺、以牽伸輥溫度系統為典型案例的虛擬仿真實驗平臺、工業4.0智能制造小型實踐平臺、張力控制系統平臺、定尺飛剪演示平臺、細繩自動卷繞成型機控制系統、基于多臺工業機器人協同的紗錠自動轉運平臺、基于機器視覺的紡織品在線疵點檢測平臺等，為學生提供實訓環境，使學生能結合具體的工程應用背景對總體系統有感性認識。

(3) 將“第二課堂”、社會實踐、科技創新、職業生涯規劃教育等納入人才培養體系，從知識、能力、素質三個維度構建適合工科人才的綜合素養培養體系。努力營造學術氛圍，以課外科技活動和學科競賽作為培養學生創新意識的切入點和重要途徑，以規模化、系統化、規范化的課外科技活動為依托，積極引導學生創新創業，提升個性化綜合素養，激發學生的能動性與創造性，使他們在科技活動中最大限度地發揮自身愛好、能力和特長，實現個性的充分發展。

依托“第二課堂”，培養學生智商、情商、創商和逆商，鼓勵學生積極參與社會發展與終身學習。對“第二課堂”的課程體系進行改革，分為課堂教學類和實踐類。課堂教學類課程圍繞學生文化藝術、人際交往、實用技能、心理健康、創新創業等綜合素養開設，分為必修和選修兩種課程。必修課程根據人才培養目標及思想政治教育任務，邀請校外導師為學生上課，主講專業前沿知識、應聘技巧、專業講座等內容，把社會和企業的最新需求帶給學生，幫助學生科學合理地及早做好個人規劃。選修課程根據學院的專業講座安排提供一組可供學生選擇的課程菜單，內容涵蓋文化引領、口頭與文字表達能力、人際交往能力、組織管理能力、專業領域動手能力(創新創業)、心理健康等。實踐類課程根據專業特點和學生個性發展設置實踐活動，全部采用選修的形式，學生根據實踐活動菜單選擇參與實踐活動。目前實踐環節以企業參觀訪問、心理團隊輔導、領導力素質拓展、暑期社會實踐等多個實踐類型組成。課程設計采取“4+2+1”模式，學習期間，學生除了修滿2次講座必修課之外，必須選修講座類選修課4次、實踐活動1次。采用必修結合選修的柔性選課制度，學生根據興趣“個性定制”自己的“第二課堂”課程表。“第二課堂”與“第一課堂”相輔相成，為強化學生智商、情商、創商和逆商的培養，全方位提升畢業生競爭力，為他們更好地適應社會打下堅實基礎。

積極探索學生生涯發展和創新創業教育一體化新模式，將大學生創新創業教育系統地納入到“第二課堂”教學中。依托創新創業指導、能力提升、創業實訓、創新實踐等平臺，加大宣傳、組織和引導，進一步激發學生參加各級各類學科競賽和大學生創新性實驗計劃的積極性和主動性。依托學科競賽基地，組建NUEDC創新協會和科創未來智能實驗室等學生創新團隊，引導學生以各類競賽為載體和平臺，全面提升學生的創新意識，培養學生的科技創新和科研能力。通過組織學生參加創新性實驗計劃和創業訓練項目，不斷鍛煉和提升學生的研究創新能力和探索問題能力，加強學生創新性思維的培養，有效改善整體學術氛圍，提升學生的創新能力。

(4) 進行基于成果導向的教學模式改革，將學生工程能力要求分解為具體課程目標，并將相應課程目標有機融入課堂教學組織的各個環節，注重團隊、溝通、責任、創新、專業以及終身學習等多元化能力訓練，全面提升學生綜合素養。基于成果導向的教育理念，改善課堂組織，改進教學手段，從知識傳授型教學方法向能力獲得型教學方法轉變；開展討論式課堂教學，組織學生開展各種形式的項目式研究活動，進行團隊研究學習，運用新信息技術使課程實施方式多樣化；以能力培養為導向，根據不同課程和教學環節特點，采用筆試、答辯、論文、綜合評價等多樣化評價方法。

以場類課程為例，提出7個方面的教學目標：提高學生學習的主動性，提高科研及表達能力，提高團隊協作與綜合應用能力，提高專業軟件工具的使用能力，提高學生的實驗測量與動手能力，提高電路器件設計制作能力，通過遠程實驗平臺幫助學生學習使用高端測量儀器。課程資源開發、學生管理和輔導等活動圍繞教學目標展開，將教學目標的要求融入到具體的教學活動中。如為了提高學生科研及表達能力，設計研究課題，學生自組小組，每組不超過4人，自選一個與課程相關的應用研究課題，分工協作完成課題的研究，最后以PPT的形式提交作業，學生在課堂上展示他們的研究成果。經過這樣的鍛煉，學生基本上能做到不怯場，能在公共場合流暢地表述自己所做的工作，書面表達能力也得到提高。研究課題分成模塊，小組學生每人完成一部分工作。這個過程要求組內每名學生分工協作，發揮自己的特長，極大地提高了學生的自學能力和團隊協作與綜合應用能力。

以生產實習和企業實習為例，基于成果導向的教學設計理念，將設計/開發解決方案、工程與社會、職業規范、個人與團隊、溝通、項目管理等要求融入實習模塊，學生的企業實習不再是簡單的參觀了解，而是通過校企聯合設置實習項目，并以學生的做為主、教師指導為輔。將畢業要求規定的畢業生能力分解到實習過程中，形成對畢業要求的達成支撐。實習內容通常由行業綜合、技術理論及項目模擬三部分組成，包含行業企業文化、就業指導、工程質量檢查、工程倫理、工程模擬訓練項目等內容。學生根據自身的特長、興趣和擇業方向選擇工程模擬訓練項目，通過分工模擬不同的職業角色協作完成實踐內容，以此訓練學生的分析及解決問題、建模仿真、創新和項目團隊管理等能力。

2. 建立持續改進機制

(1) 建立院級教學督導，以課程群建設為目標，每個課程群的負責人作為教學督導組成員，形成課程群知識梳理與構建，驗證性實驗—設計性實驗—研究性實驗相結合的課程群系統綜合項目設計，群內課程對畢業要求形成有效支撐的評價制度，進而實現課程的持續改進。

制定信息科學與技術學院教學督導員工作職責，明確除日常教學檢查外，課程組負責人要協調組內課程的梳理、建設，建立和完善課程項目。探索建立成果導向的教學過程監控機制，聚焦“評學”，定期開展成果導向的課程體系合理性評價和課程質量評價。

針對課程支撐畢業要求的教學設計，制定《課程評價合理性確認表》，由課程組對每門課程支撐畢業要求的課程設計進行審核。制定《課程考核報告模板》，每門課程認真分析對畢業要求是否構成有效支撐，進而分析存在的問題，以便后續教學能夠持續改進。通過以上措施形成對課程持續改進的內循環機制。

(2) 畢業生的跟蹤評價制度從無到有，制定《在校生調查問卷》《畢業生調查問卷》《用人單位調查問卷》，對畢業要求和培養目標的達成情況進行問卷調查和數據分析。每年5月份對應屆畢業生進行問卷調查，每四年一次對往屆畢業生進行問卷調查，根據調查結果改進畢業要求、培養目標和教學計劃。

3. 建立多層次創新創業教育體系

依托學院大學生科技創新基地，以創新、創意、創業(“三創”)教育活動理念為指導，以培養和提高學生的科研、創新、實踐能力為目的，以培養大學生人文素養、科學素養為核心，全面推動學生科技創新活動的開展，提高大學生的科技創新能力。通過東華大學同祺大學生創新創業基金和東華大學-華為集團“華創生”培養計劃項目，積極引導學生參與學科競賽和創新創業訓練項目，組建數學建模、電子設計、嵌入式設計、智能汽車等學生創新團隊(興趣小組)，由專業教師、實驗教師和在各項科創活動中取得好成績的研究生及高年級本科生共同指導低年級學生開展創新創造活動，引導學生以各類競賽為載體和平臺，全面提升學生創新意識和實踐動手能力。開展大范圍的校內選拔賽，擴大學生受益面。把競賽作品作為檢驗研究生科研成果的載體，將競賽要求融入到教師科研工作中，提升競賽獲獎的質量。

三、 結語

在推進工程教育專業認證的過程中逐步實施教學改革，圍繞基于成果導向的教育理念，在培養體系、持續改進機制和創新創業教育等方面轉變觀念，形成對基于成果導向教育理念的根本認同。教師積極開展基于成果導向的教學改革， 促進優質課程資源建設。近三年我院獲得各級教改項目40余項；學生的工程實踐和創新能力逐步提高，在電子設計、智能汽車、大學生數學建模、美國大學生數學建模等競賽中成績突出，自2015年以來，學院有1 000余名學生參加各項課外科技活動，共獲得省級以上獎項150余項，實施大學生創新性實驗計劃項目100余項。自動化專業已經在2017年下半年通過了工程教育專業認證，取得了階段性成果。