基于CDIO 工程教育理念的光電類專業畢業設計改革研究與實踐

萬洪丹 陸云清 許 吉 廖 晨

（南京郵電大學電子與光學工程學院，江蘇 南京 210023）

0 引言

本科畢業設計/論文是高等教育實現其培養目標的重要環節， 是南京郵電大學光電類專業學生畢業前的最后一個綜合性教學實踐環節[1]。本科畢設對培養學生的綜合運用、自主學習、科研創新、工程（社會）實踐能力意義重大， 對學生綜合素質的全面提高和未來職業生涯規劃影響深遠， 是學生未來得到從事光電專業相關技術和訓練的基本保障。 當前面向高等工程教育專業認證在全國高校大范圍推廣的背景下， 本科畢設是認證工作的重要環節，在培養學生正確的設計思維、綜合運用所學專業知識獨立解決與光電專業相關工程問題方面具有決定性作用[2-4]。 當前新工程教育認證通用標準培養體系強調 “解決復雜工程問題” 能力的培養。以光電信息科學與工程專業畢業設計為例，該專業的培養目標主要為： 培養適應社會主義現代化建設和信息產業發展需要， 在光電信息科學與工程領域具備扎實的理論基礎、工程知識、專業技術和解決復雜工程問題的實踐能力和創新能力， 特別是能夠在光電子器件與光通信及相關領域從事設計、開發、研究、管理，并具備一定人文社會科學素養與國際化視野的高素質專門人才。完成本專業核心課程和畢業設計之后，學生應該掌握解決光電信息科學與工程領域中的復雜工程問題方面的工程知識、問題分析能力、設計/開發解決方案能力、研究能力、使用現代（工程工具和信息技術等）工具能力以及服務工程與社會能力。

1 當前實際問題分析

通過對近幾年畢業設計指導教學的回顧和總結，發現目前光電信息科學與工程專業類畢業設計的主要問題包括：

（1）畢業設計選題的問題：體現于教師和學生兩個主體，包括教師出題存在不規范性和學生選題存在盲目性。前者源于大部分畢設題目直接來源于指導教師的科研和工程的子問題，導致部分題目和專業相關性不高，不符合專業培養目標；部分教師出題太大，對題目難度把握不準，造成完成難度太高，學生無法入手，教師指導難度加大，學生獨立完成情況不好，論文質量不高。后者的主要原因是部分學生專業知識儲備有限，對教師所提供畢設題目的難易、內容和目標把握不夠，無法結合自身特長和優勢進行選題，更多的是憑直覺和對指導及教師的熟悉程度，是否指導教師好說話、 要求嚴不嚴等方面盲目地進行考慮和選擇，這會導致在后續畢設過程中發現題目與自身素質不匹配，影響畢業設計的順利進行。

（2）畢業設計過程中的問題：目前，學校針對提高專業本科生畢業設計質量，有一系列詳盡規范文件和管理政策，其中畢業設計論文撰寫要求、畢業設計管理規定為學生和教師提供了規范化的參考；畢業審題小組審題、專家審核題目重復率、教師按審題反饋意見進行修改、師生雙向選擇進行課題分配等過程管理措施確保了畢業設計論文順利開展。 但是，在契合工程教育認證的具體要求，讓學生具有解決相關專業領域復雜工程問題的能力、 具備一定的國際化視野，能對專業前沿知識追蹤和具備外語能力等方面，仍然存在一些問題，主要為：第一，指導教師精力不足的問題：畢設指導過程中，通常采用過程管理的方式，雖然可以通過中期檢查、督導等措施監督畢設進度，但真正了解學生課題進展情況的還是指導教師。指導教師缺乏對學生整個畢設安排的目標性、 連續性和系統性，造成了學生前期拖拖拉拉，后期時間緊張，最后畢設草草了事。第二，學生自身態度的問題：在大四畢業設計階段，學生就業、考研壓力大，部分學生還要參加公務員、實習、培訓等，投入畢設的時間不足，精力不夠，對難度較高的題目采取回避的態度，盡可能選擇難度中等偏下的題目。 第三，部分課題研究內容與工程實際結合不夠緊密的問題。由于一些指導教師工程經驗受限，不能將專業工程問題提煉為畢業設計題目并強化學生本專業相關工程知識。 第四，指導教師訓練學生畢設所需能力的方法不當的問題。 以訓練學生文獻閱讀能力為例，目前對畢設論文參考文獻的要求是開題不少于10 篇，論文中不少于20 篇。 有的指導教師在任務書或者畢設期間沒有為學生指定部分需要精讀的文獻，造成學生精力分散，無法把握課題的研究重點。 此外，部分學生開題和論文中所引文獻完全一樣。這些主要是指導教師所采用的訓練方法不當，投入的時間較少，使得學生對文獻的參考和引用重視程度不夠，在開題階段就影響了畢設論文的完成質量，這也是不能良好支撐工程認證標準下按學生具備利用文獻和檢索工具去分析和解決相關工程問題的能力。 因此，包括文獻閱讀和翻譯在內的畢設過程的各個指導階段都需要靈活有度的指導方法，這些對畢業設計的監控和驗收的主體，即指導教師提出了新的要求。

（3）畢業設計評價中的問題，主要為：第一，答辯考核方式有待完善。畢業設計最終采用答辯的形式進行評價，答辯小組結合學生提交的材料和答辯表現進行成績評定，這種環節缺少對過程環節的評價，而且客觀性不足， 不能剔除因緊張等因素發揮欠佳等問題。 此外，工程型的課題與理論課題的區分度還有待提升， 前者因為需要師生投入更多的精力與實踐，有利于體現學生解決工程問題的能力，應該得到更多的重視。第二，答辯效果有待增強。答辯后以提交答辯成績作為畢設終止節點，缺乏達成度分析、總結與反饋、共性問題的分析等措施，容易降低答辯的效果，無法為下一學年的畢設工作提供改進依據和參考。

上述問題歸根結底，主要是高等教育大眾化背景下多元化人才培養模式、學生就業市場的功利主義趨向等因素造成的。當前雙向選擇、自主擇業、走向市場的高校畢業生就業方式督促著高校人才培養工作的改革，激發了學生的憂患意識和競爭意識，但是由于大學生就業市場中信息的不對稱、職業規劃和定位與市場需求之間的差異以及畢業時間安排與求職和升學（考研）時間之間的沖突，導致了當前高校畢業生學生精力分散、畢業設計質量下降等問題。

2 基于C DIO 工程教育理念的光電類專業畢業設計改革研究與實踐

新工科建設意見指出，要樹立創新型工程教育理念，提升學生工程科技創新、創造能力；樹立綜合化工程教育理念，推進學科交叉培養。CDIO 理念代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現 （Implement）和 運作（Operate），它要求學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。 CDIO 培養大綱將工程畢業生的能力分為工程專業知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面。 與理論教學相比，本科畢設實踐教學能夠把專業理論和實際操作結合起來，相比于理論課程，更能體現學生的工程實踐能力。 將CDIO 工程教育理念應用于本科畢設指導中， 培養工程教育背景下畢業生的能力，從以下幾個方面進行了改革與實踐：

（1）充分運用CDIO 中“以項目設計為向導”的指導理念，把握選題和有效開題。 工程設計是工程實踐的精髓所在， 通過項目設計將整個課程體系有機、系統地結合起來， 其特點是所有需要學習和掌握的內容，都圍繞項目設計這個核心。 而畢設的題目設計與安排，在整個畢設的過程中起著關鍵作用，是整個畢設過程的向導和先驅，所有畢設后期的工作和安排都圍繞著畢設題目這個核心。畢設選題以學生興趣為先導， 根據學生學習能力的差異性進行課題內容的設計，讓學生在興趣的指引下，做能夠體現專業特色和實踐需要的課題，做能激發學習興趣和創新思維的課題。因此，開放性、挑戰性和差異性是當前畢設選題的原則。 教師需要從科研項目中提取研究內容，讓學生緊密結合科研新動向和生產實際，而不是未考慮學生的實際情況，將畢設命題直接作為科研項目子課題的補充。 結合專業特色，同時考慮課程和課題的延伸和延展， 為學生提供具有一定創新性的研究畢設題目，在深化知識的同時，鍛煉其實踐動手能力。

（2）充分運用CDIO“做中學”的教學理念，發揮學生主觀能動性和指導教師的指導作用。指導教師是制定和監督整個畢設課題進展的主體，而學生則是畢設課題實施、推動畢設進展的主體。在畢設指導過程中，學生在研究過程中拓展知識面，通過原理和方法在不同場景下的多元應用，是有效培養工科學生工程素養和動手實踐能力的關鍵。需要一種合理有效的指導流程和模式， 注重提高學生參與畢設課題中發現問題、解決問題、實施運行等方面的能力。在這種模式下，畢設指導教師需要與學生共同創設問題情境，以解決問題為驅動，變被動學習為主動獲取知識，注重知識與能力的關聯，以提高解決問題的能力。

（3）充分考慮CDIO 工程教育中對畢業人才的各項指標要求，開展畢設教學活動，進行畢設教學反向設計。將畢業生能力指標有機融入畢設各個環節的工作標準和評價標準中，明確畢設各個環節對實現預期學習產出的貢獻，進而調整畢設各個過程環節的實施辦法。包括以年級畢設動員大會或者指導教師組織學生開會的形式，明確畢設目標，讓學生清楚畢設的意義、目的、設計任務、評分標準、質量要求、各階段時間安排或者不達標的后果責任。

（4）充分考慮CDIO 工程教育中畢業目標和學生多樣化的特點，完善畢設結題驗收考核機制，包括重視答辯和成績評定，建立全面的考評指標，不僅僅重視實物作品的驗收，還要重視學生發現問題和解決問題能力的驗收以及教師指導模式有效性的驗收。指導教師層面，結合學生學習態度、設計能力、論文質量、論文綜述、外文翻譯、論文格式等方面考查和評價學生的畢設質量，將畢設過程中學生的動手能力和創新能力作為評價的兩個重點，針對畢設課題類型的不同進行分級考核。

本科畢設過程主要包括畢設題目構思、畢設任務安排、畢設開題指導和文獻檢索、畢設內容實施（理論和實驗）、畢設總結與論文撰寫等。整個畢設過程應該以教師為引導、學生為主體。將上述四個方面結合，作為優化畢設過程的思路，對應的畢設指導模式如下圖1 所示。

圖1 基于CDIO 理念的畢設模式

具體實踐中，針對目前存在的問題，采取的改進方法總結為：（1）結合新工科需求，以學生發展為中心，以CDIO 教育理念為指導，明確畢設目標；（2）以開放性、挑戰性、差異性為原則開展命題和選題，體現專業特色，增加匹配度；（3）以學生為主體，系統性、層次化的指導模式，提高學生解決復雜工程問題的能力；（4）目標和過程結合，教師把握好度，發揮學生的主觀能動性，培養動手實踐力；（5）采用分級、多樣化、全面的考核方式，重視對學生創新、創造和解決問題能力的評價與考核；（6） 重視優秀畢業設計的方法、 經驗總結，反饋至下一屆畢設指導，實現良性循環。

特別的，在優化指導方法、指導內容、指導的連續性和規劃性、指導結果方面，主要改進包括：（1）指導方法：完善教師與學生的交流方式。 在課題指導的不同階段，采用問題式、教授式、討論式等不同的指導方式。 如多個學生選擇相同方向的課題，開題伊始采用項目小組討論的指導方式，形成團隊合作，優勢互補，能力好的學生帶動能力差的學生； 課題進入核心部分，面對問題情境，采用一對一的指導，更有針對性地解決問題， 有利于培養學生的復雜工程問題解決能力。 （2）指導內容：包括導“知識”和導“方法”。 不同的學生，對指導教師在研究方法、知識運用、創新思維幾個指導內容的需求是不同的。“導方法”是對研究方法的指導， 是對專業領域解決復雜問題能力的方法指導，涉及問題分析、設計/開發解決方案、研究、使用現代工具等幾個方面，具體來說包括查閱、收集、整理與分析資料的方法，數據處理、綜合分析與總結歸納的方法。 “導知識”是引領學生拓展專業知識。 學生的個人能力和基礎知識水平不一致，指導教師提供與學生知識水平相配合的知識、參考資料和思路，因材施教，個性化地指導學生去研究和探索。

3 結語

綜上所述，結合新工科的要求，針對本校光電信息科學與工程專業畢業設計過程中存在的問題，基于CDIO 工程教育理念開展本科畢設研究與實踐， 對于提高光電類本科畢業設計質量具有重要的意義。