以產出為導向的電子信息與電氣工程類專業項目驅動教學改革

白恩健 王直杰 張義紅

摘? 要：工程教育專業認證在促進專業建設、提高教學質量方面有重要的作用。以產出為導向的項目驅動教學改革，對面向專業的課程群、核心課程教學和實踐教學體系構建等方面進行研究和實踐。全面落實以學生為中心、以產出為導向的理念，通過持續改進提高課堂教學質量，更好的實現教學目標和畢業要求的達成。

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2019）14-0133-03

Abstract： Engineering education professional certification plays an important role in promoting specialty construction and improving teaching quality. The output-oriented project-driven teaching reform has carried out research and practice on curriculum group， core curriculum teaching and construction of practical teaching system. We had better fully implement the concept of student-centered and output-oriented， improve the quality of classroom teaching through continuous improvement， and better achieve the teaching objectives and graduation requirements.

Keywords： engineering education professional certification; electronic information and electrical engineering; project-driven; curriculum group

工程教育認證主要倡導三個基本理念：一是學生中心理念，強調以學生為中心，圍繞培養目標和全體學生畢業要求的達成進行資源配置和教學安排，并將學生和用人單位滿意度作為專業評價的重要參考依據;二是產出導向理念，強調專業教學設計和教學實施以學生教授教育后所取得的學習成果為導向，并對照畢業生核心能力和要求，評價專業教育的有效性;三是持續改進理念，強調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并勇于推動專業人才培養質量不斷提升[1，2]。

基于項目驅動的教學方法，倡導“以人為本”的原則，以學生為主，教師教學為輔，將理論與實踐充分的融合起來，提高課堂活躍度，使學生主動地接受知識，激發學生的創造力。項目驅動教學的目的是建立理論與實踐的聯系，提高學生的應用能力。由教師設計相關的課程項目，然后將學生分成不同的項目小組，去完成教師布置的項目任務。在整個過程中，以學生為主體，教師起到指導作用，讓學生自己動腦、動手，充分提高學生積極性，激發他們的創造力[2-5]。項目驅動教學是課程教學有效支撐畢業要求達成的重要手段。

東華大學信息科學與技術學院四個專業均屬于電子信息與電氣工程類專業，通過卓越工程師教育培養計劃的實施，推進項目驅動教學改革，設計一級、二級和三級課程項目體系，逐步推進工程教育的改革。以學生為中心、產出為導向、質量持續改進的理念正在逐步深入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。

一、三級課程項目體系構建

面向專業，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群體系，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”的層層深入的大學生創新實踐能力培養模式。建立軟件類課程群、硬件類課程群、電子電路課程群、控制類課程群、通信類課程群、場類課程群和電氣類課程群等核心課程群。將專業方向課程進行再造和優化，通過設立大學分課程助力學生形成專業方向，課程群建設的內涵是在專業核心課程上形成三級課程項目，將教學目標的達成通過教學項目實施完成。

以工程實踐為導向，通過完成一個完整的“項目”工作進行實踐教學活動，將多門課程所涉及的知識和技能通過一個明確的二級項目布置給學生，學生根據任務要求，運用所學的知識和技能，采用團隊方法完成項目任務。二級項目旨在加強學生專業核心能力培養，通過實現課程組內的理論知識融合貫通，學以致用，解決比較復雜的工程問題。以專業綜合實習的建設為突破口，構建復雜工程案例，培養學生具備解決復雜工程問題的能力。

一級項目主要是創新設計及競賽項目和畢業設計項目，學生綜合運用所學知識技能、各種工具手段和任何可能資源，解決生產實際中的復雜工程問題。

以電子信息工程專業為例，通過將專業能力和職業能力的培養分解為五個方面的知識能力，使學生從大一到大四，分別完成軟件系統設計項目、模擬與數字系統項目、微處理器與系統設計項目、信號系統與信息處理項目、電子信息系統綜合設計項目、創新設計及競賽項目、畢業設計項目等七個方面的項目任務，打破傳統的基礎課-專業課-實習實踐課三段式教學模式，對教學計劃進行科學合理安排，多維度、螺旋式不斷提升學生的綜合工程實踐能力。

二、項目驅動教學改革實施

根據專業改革與建設過程中存在的問題，以國際工程教育專業認證標準為基本準則，堅持專業特色，依托學科建設，以提高學生綜合能力的培養質量為核心，通過圍繞“以學生為中心”理念，修訂專業培養目標和畢業要求;堅持“成果產出導向”理念，以核心課程建設為核心，組建課程群。通過建設一級、二級和三級課程項目形成課程體系對畢業要求的有效支撐;健全院級教學督導制度，建立評學機制，形成課程鑒定制度。

（一）課程鑒定機制

組織控制類、通信類、信號類、電氣類、場類、硬件類、軟件類、電子電路類等八個課程群，以核心課程的建設為主體，課程群責任教授作為學院教學督導協調組內課程的梳理、建設，建立和完善課程項目。探索建立面向產出的教學過程監控機制，聚焦“評學”，定期開展面向產出的課程體系和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。

（二）三級課程項目建設

將專業方向課程進行再造和優化，通過設立4學分大學分課程助力學生形成專業方向，在專業核心課程上形成三級課程項目，將教學目標的達成通過教學項目實施完成。近三年來設立40余項教改課題支持教師對課程實施教學改革，提出明確的要求按照OBE的教育理念實施課程建設。

凸顯專業特色，在專業方向課程上對培養方案進行重大調整，自動化專業設立工業物聯網和運動控制課程;電氣自動化專業設立智能電網、新能源發電與控制技術課程;通信工程專業設立寬帶接入與交換技術、無線移動通信技術課程;電子信息工程專業設立數據壓縮與編碼課程。

以上課程均設立三級課程項目，以數據壓縮與編碼課程為例，通過設立基于DSP的語音壓縮數據通信課程項目，讓學生綜合運用數字信號處理、信號與系統等課程所學內容，了解ADPCM編碼器的基本原理，著重從自適應量化和自適應預測兩個方面來實現G726編碼器和解碼器，結合數據壓縮與編碼課程的內容實現語音壓縮數據通信和數據存儲重放的硬件環境搭建、程序設計實現和結果測試。該課程項目以小組形式合作完成，通過討論、答辯等環節的考核訓練學生的溝通能力、團隊協作能力和知識綜合運用解決復雜工程問題的能力。體現信號類課程群的建設效果，形成該課程對畢業要求的有效支撐。

以無線移動課程為例，設置校園內第二教教學樓和二號學院樓的無線信號測量分析課程項目和“舊手機拆機”課程項目，幫助學生通過感受實際的工程場景，提高對場類課程的理解程度。

以自動檢測課程為例，搭建了基于虛擬儀器和LabVIEW的實驗平臺，包括虛擬儀器、數據采集/控制卡、信號調理、多種工業上常見的傳感器和傳感器的應用對象。設計課程項目，以模塊化對象結合傳感器為實際控制對象，學生自己設計信號測量和處理系統，并結合控制理論和輸出驅動模塊，完成對對象參數的控制。使得多門專業課的各知識點在這個創新實驗過程中，逐步理解、貫通、融合，使學生真正掌握現代測控技術的能力。項目以傳感器在工業應用為主，教師提出要求，學生自主進行實驗方案的設計和數據分析，搭建傳感器及其應用平臺，調整參數，將信號進行采集、分析、處理，并分析所得的結果，達到研究性教學的目的，提高學生的學習主動性。

以嵌入式系統課程為例，是學生在硬件類課程上的學習成效的集中體現，以實驗、應用和案例驅動的教學，選用了新的實驗器材，單片機和嵌入式都選用了口袋式實驗平臺，學生可在課內、課后，隨時隨地進行實驗，實現了理論教學和實驗環節的無縫連接，大大激發了同學們的學習熱情。教學內容與學科競賽的密切結合，如飛思卡爾智能車、Intel嵌入式競賽、電子設計競賽等，有效鍛煉學生動手能力和對知識的應用。結合信息類專業其它課程，如自動控制、信號處理、電機、電路等，設計和實現如下教學項目供學生選擇。1. 一種網絡化全自動發牌機系統;2. 攀巖自動保護系統;3. 基于腦電特征提取的身份識別系統;4. 在未知環境下的地圖構建與自動定位系統;5. 基于Kinect的姿勢會意及表達系統;6. 基于CAN總線的工業數據采集系統，有效鍛煉了學生的動手能力和創新能力。

（三）二級課程項目建設

以專業綜合實習的建設為突破口，以解決復雜工體問題為目的建設二級項目，構建復雜工程案例，培養學生具備解決復雜工程問題的能力。

在自動化專業和電氣自動化專業，在已有的《細繩卷繞成型機控制系統設計》和《啤酒生產線裝卸控制系統設計》項目的基礎上，利用實驗室新購置的設備：智能制造小型實驗平臺、張力控制平臺和過程控制半實物仿真實驗平臺、定尺飛剪實驗系統、工業機器人紗錠柔性裝卸平臺和自動引導運輸車控制系統，建設6個綜合實踐項目：小型智能制造系統設計、牽伸輥——溫度張力控制系統設計和具有紡織特色的過程控制系統設計、定尺飛剪實驗系統設計、基于工業機器人的紗錠柔性裝卸平臺設計和自動引導運輸車控制系統設計。

以小型智能制造系統設計為例，此項目由下單進料、加工、裝配、出庫等四個模塊組成。模擬實際工業生產線的整個流程，符合復雜工程問題的特點。主要培養學生PLC邏輯程序設計的能力、數據采集和處理軟件開發能力、數據分析和處理能力、數據庫設計和系統綜合調試的能力。

各個項目均按照工程項目實施的模式來進行課題研究和項目設計。學生首先調研和查閱文獻進行需求分析，然后根據需求進行設備選型，選型的過程中考慮項目成本、環境和效益因素;再進行系統軟硬件設計、控制算法開發、程序調試、最終將整套方案在實驗設備上進行驗證。

在通信工程和電子信息工程專業，建設如下四個復雜工程項目：

1. 網絡規劃與優化：了解行業技術現狀與未來發展，行業的企業文化、工程師能力與修養、項目管理等。主要由校外企業的技術專家授課，主要的技術內容有：LTE基本原理與關鍵技術;無線網絡規劃與優化流程;無線網絡規劃模擬項目演練;無線網絡優化模擬項目演練;網絡優化模擬項目實戰演練等。

2. 光纖通信網絡實習項目：通過華為新一代SDH光傳輸設備OPTIXMETRO100的搭建，為學生提供實際商用系統級的認知環境;通過系統地學習SDH的基礎理論和MSTP新技術，學習SDH、以太網、ATM、POS等技術的融合方法。通過實際系統網元級的開發和設計，學習SDH網絡的配置方法、各種組網方式以及新業務的創建;通過系統模塊化的開發，實踐網絡融合的創新思想。

應用華為GPON/EPON一體化接入設備MA5680T，構建EPON接入網絡商用系統級的認知環境;通過EPON管理環境的創建及其數據配置，理解MPCP協議的注冊發現、時隙授權、帶寬請求等工作原理;通過ONT數據業務的創建與配置，實現不同ONT二層用戶的組網實踐;通過電話、數據、視頻等不同業務的融合，實踐網絡融合的創新思維;通過FTTH網絡的設計和開發，實踐解決“最后一公里”最佳解決方案。面向產業需求，培養學生分析、解決復雜的通信網絡工程問題的能力。

3. 工程項目設計（智能路燈系統）：本項目設計一個聲控路燈系統，通過聲音控制路燈的點亮和熄滅，并可由遠程服務器監控和管理。項目中，路燈用LED發光二極管代替。實現時，可有若干個LED發光二極管組成路燈，當聲音傳感器檢測到聲音時，如果是環境光線較暗（由環境傳感器檢測），則對應的路燈亮起一段時間然后熄滅。同時將相關數據（例如點亮的日期、時間等）發送給遠程服務器供后期數據處理。遠程服務器對路燈進行監控，可以實時查看路燈當前狀態，并可遠程使能/實效路燈，實現對路燈的管理。遠程服務器可在手機或者PC機上實現。

4. MCS-51應用系統設計，設計多組題目供學生選擇，要求繪制原理圖，用Keil? uVision軟件調試部分軟件，利用PROTEUS，MultiSim10軟件進行軟、硬件仿真調試。4-5人一組，每組同學選做一題。題目有多路溫度采集裝置設計;鍋爐自動控制系統設計;次聲波采集裝置設計;超聲波水位控制系統設計;獨居老人報警系統設計;RS485與上位機的通信設計。

（四）一級項目建設

主要是創新設計及競賽項目和畢業設計項目，學生綜合運用所學知識技能、各種工具手段和任何可能資源，解決生產實際中的復雜工程問題。對于畢業設計，通過制定《畢業設計實施細則》，針對不同的畢業設計類型提出具體的要求，逐步實現畢業設計對畢業要求的有效支撐。

三、教學改革的成效

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OBE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教師觀念，形成對OBE教育理念的根本認同。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，以課程項目的形式呈現。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，學生的工程實踐和創新能力逐步提高。在電子設計競賽，智能汽車競賽，大學生數學建模競賽，美國大學生數學建模競賽中成績突出，自2015年以來，有1000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的專業認證，取得階段性的成果。

參考文獻：

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