基于工程教育背景下的電子類專業(yè)課程體系改革探析

許清媛，楊智，羅國

（1.廣東技術(shù)師范大學(xué)電子與信息學(xué)院，廣州 510665；2.中山大學(xué)南方學(xué)院電氣與計算機(jī)工程學(xué)院，廣州 510970）

0 引言

珠三角是全球電子產(chǎn)業(yè)最重要的生產(chǎn)中心，需要大量的具有一定工程素養(yǎng)和工程知識，能夠開展電子系統(tǒng)，信息系統(tǒng)的應(yīng)用和設(shè)計能力的工程師。電子類專業(yè)，為未來的朝陽專業(yè)，其人才培養(yǎng)，不僅需要加強(qiáng)學(xué)生的自然科學(xué)和工程基礎(chǔ)，更要加強(qiáng)工程教育，使得學(xué)生具備工程應(yīng)用和創(chuàng)新能力，才能更好地服務(wù)地區(qū)產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，乃至國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[1]。然而，目前我國的專業(yè)教育，依然以書本知識的輸入為主，太過注重書本教育，理論教育。學(xué)生對專業(yè)課程知識消化不良，無法理論聯(lián)系實(shí)際，與當(dāng)前產(chǎn)業(yè)脫軌嚴(yán)重。為了畢業(yè)，為了學(xué)分，約束著學(xué)生只能將就著學(xué)一些安排好的課，對于最新技術(shù)，往往由于缺少合適的老師而選擇性忽略。另外，專業(yè)課獨(dú)立設(shè)置，沒有課程體系的概念，幾乎每一門課都是“最重要的課”，缺乏課程內(nèi)容的優(yōu)化和有機(jī)整合，導(dǎo)致了課程內(nèi)容的重復(fù)或者斷層。基于以上專業(yè)教育的現(xiàn)狀，也有大量的專家學(xué)者開展了工程教育方面的探索，并取得了一定的成果[2-4]。文獻(xiàn)[2]以南華大學(xué)的電子專業(yè)為例，深度的探討了專業(yè)課程體系構(gòu)建的流程，特別是實(shí)踐課程體系的構(gòu)建。文獻(xiàn)[3]基于10校電氣工程專業(yè)的調(diào)查，提出了課程體系對人才培養(yǎng)目標(biāo)的支撐度不夠?yàn)槔膯栴}，提出要全方位、系統(tǒng)化地構(gòu)建實(shí)踐教學(xué)體系。文獻(xiàn)[4]以中國礦業(yè)大學(xué)的煤田地質(zhì)學(xué)為例，闡述了其搭建多元化的工程教育實(shí)踐教學(xué)平臺措施。我們擬以電子類課程為例，開展基于工程教育背景下的電子類專業(yè)課程體系改革，特別提出校內(nèi)和校企合作的兩種實(shí)踐課程體系，以提高工程教育質(zhì)量，深化本科教學(xué)改革，培養(yǎng)具有一定工程素養(yǎng)的高質(zhì)量工程應(yīng)用人才。

1 基于工程教育，開展電子類專業(yè)課程體系改革

隨著多年的擴(kuò)招，我國每年有幾百萬的大學(xué)畢業(yè)生急需工作崗位，“就業(yè)難”的問題經(jīng)常出現(xiàn)在各大頭條，另外，企業(yè)急需解決實(shí)際工程問題的技術(shù)人才，“招工難”現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，極大地推動了高校的人才培養(yǎng)模式改革[5]。從2010年開始，全國高校開始關(guān)注工程教育，探索工程教育，提出以結(jié)果為導(dǎo)向，評估專業(yè)培養(yǎng)質(zhì)量，目的是解決大學(xué)的人才培養(yǎng)與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展工程技術(shù)人才的需求差距問題。從2017年開始，越來越多的高校獲得了工程教育專業(yè)認(rèn)證，據(jù)此在課程體系改革方面，我們經(jīng)過了多年的探索和努力，致力于工程教育，開展了以下工作。

1.1 根據(jù)課程體系改革，修訂電子專業(yè)人才培養(yǎng)方案

每年開展電子類專業(yè)課課程模塊的修訂工作，不斷探索和完善其專業(yè)課程體系。旨在既保留基礎(chǔ)教育的特色，又充分重視工程方法的教育。弱化課程獨(dú)立的角色，加強(qiáng)課程體系建設(shè)。突破傳統(tǒng)教育與思想的限制，定位工程教育的目標(biāo)，構(gòu)建新的課程體系。如圖1所示，從2018年開始，由專業(yè)課概念，逐步向?qū)I(yè)課和多元化選修課轉(zhuǎn)變，然后實(shí)現(xiàn)了專業(yè)教育和工程教育并重的課程體系建設(shè)。特別的，通過畢業(yè)生的反饋，觀察現(xiàn)有課程體系，我們注意到數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是工程應(yīng)用和創(chuàng)新設(shè)計的基石，加強(qiáng)數(shù)學(xué)與自然科學(xué)知識是工程教育不可或缺的一部分。加強(qiáng)數(shù)學(xué)與自然科學(xué)模塊，有助于學(xué)生開展理論創(chuàng)新和實(shí)踐創(chuàng)新。為此，從2019年開始，加強(qiáng)了數(shù)學(xué)與自然科學(xué)課程，并增設(shè)了高等數(shù)學(xué)重點(diǎn)班和普通班，提供不同基礎(chǔ)的學(xué)生自行選擇不同的學(xué)習(xí)難度。

圖1 課程體系改革框架

課程安排如下：數(shù)學(xué)和自然科學(xué)包括高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、大學(xué)物理、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（1）、概率論與數(shù)理統(tǒng)計、工程數(shù)學(xué)。專業(yè)基礎(chǔ)包括電子信息技術(shù)導(dǎo)論、高級語言程序設(shè)計、電路基礎(chǔ)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計、信號與系統(tǒng)、微機(jī)原理、工程電磁場、高頻電子線路、通信原理、數(shù)字信號處理、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、傳感器原理及應(yīng)用、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。專業(yè)選修課程包括計算機(jī)實(shí)踐基礎(chǔ)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計、Python程序設(shè)計、操作系統(tǒng)原理、工程制圖與CAD、自動控制原理、計算機(jī)視覺及應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與應(yīng)用、虛擬儀器技術(shù)、CMOS集成電路設(shè)計。工程實(shí)踐與畢業(yè)設(shè)計包括高級語言程序設(shè)計實(shí)踐、MATLAB語言實(shí)踐、電子工藝設(shè)計與實(shí)訓(xùn)、電路與模擬電子技術(shù)實(shí)踐、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)（2）、數(shù)字電路與邏輯設(shè)計實(shí)驗(yàn)、電子技術(shù)課程設(shè)計、微機(jī)原理與接口技術(shù)實(shí)踐、通信原理與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)、嵌入式系統(tǒng)與應(yīng)用實(shí)踐、電氣與控制系統(tǒng)設(shè)計實(shí)訓(xùn)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用實(shí)踐、電子綜合設(shè)計與實(shí)訓(xùn)、企業(yè)家論壇、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計案例、認(rèn)識實(shí)習(xí)、工作實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計等。

1.2 優(yōu)化理論教學(xué)，建立課程群

根據(jù)工程教育的要求和課程體系建設(shè)的目的，整合課程的內(nèi)容，理清課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，做到課程內(nèi)容不重復(fù)，不斷層的有效銜接。對于電子類專業(yè)，僅僅通過背定理，背概念是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，對知識點(diǎn)的倒背如流，對于解決實(shí)際工程問題很難發(fā)揮作用。將知識轉(zhuǎn)化為能力，將認(rèn)識轉(zhuǎn)化為工程技術(shù)能力，才是大學(xué)教育，工程教育的關(guān)鍵。這里特別強(qiáng)調(diào)建立專業(yè)課程群，從整體的角度出發(fā)，而不是從某門課程出發(fā)，優(yōu)化理論教學(xué)，減少理論教學(xué)時間，加強(qiáng)實(shí)踐教育，優(yōu)化和調(diào)整課程群教學(xué)大綱設(shè)計。在課程體系建設(shè)過程中實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)、課程體系與教學(xué)方法的系統(tǒng)化，有機(jī)整合。為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，在課程群建設(shè)中融入工程教育的理念，倡導(dǎo)專業(yè)知識和工程技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，提供實(shí)用的場景化案例。將場景化案例中應(yīng)用到的專業(yè)知識進(jìn)行逐一分析，例如場景中涉及到了什么知識，解決了什么問題，如何應(yīng)用，如何銜接，如果某項(xiàng)技術(shù)不合適，會發(fā)生什么副作用等。改革理論教學(xué)，從工程教育角度出發(fā)，由淺入深，挖掘知識和技術(shù)的關(guān)系，促進(jìn)同學(xué)們將知識轉(zhuǎn)化為技術(shù)的能力。

1.3 優(yōu)化校內(nèi)實(shí)踐課程體系，打造校內(nèi)實(shí)踐梯級系統(tǒng)

在優(yōu)化理論教學(xué)，建立專業(yè)課程群的同時，優(yōu)化校內(nèi)實(shí)踐課程體系。由課程實(shí)驗(yàn)，綜合實(shí)驗(yàn)，課程設(shè)計和綜合設(shè)計組成課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)，由挑戰(zhàn)杯等學(xué)科競賽，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目等組成專業(yè)提升實(shí)踐環(huán)節(jié)，由教師團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目，專業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計組成工程技術(shù)訓(xùn)練環(huán)節(jié)三個梯級組成，如圖2所示。

圖2 校內(nèi)實(shí)踐梯級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在課程群實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)課程和教材在內(nèi)容和要求上注重與理論課程的銜接、呼應(yīng)和配合；在知識結(jié)構(gòu)上由點(diǎn)及面到系統(tǒng)，取材力求做到先進(jìn)、實(shí)用、理論聯(lián)系實(shí)際；注重加強(qiáng)系統(tǒng)觀念和工程意識的培養(yǎng)；強(qiáng)化EDA技能訓(xùn)練。建立開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境：改變傳統(tǒng)的輸入式教學(xué)，建立開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)。在這樣一個環(huán)境中，學(xué)生可以在完成基本要求的前提下自由地選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，發(fā)展個性；可以逐漸克服對老師的依賴心理，建立自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣；可以自由選擇實(shí)驗(yàn)時間，在對問題有了深切了解和認(rèn)識后再實(shí)驗(yàn)，取得更好的效果。在專業(yè)提升實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的興趣和能力培養(yǎng)，引入工程和管理的概念，培養(yǎng)具有一定工程素養(yǎng)的綜合性應(yīng)用人才。在工程技術(shù)訓(xùn)練環(huán)節(jié)，加強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力，從實(shí)踐中來回到實(shí)踐中去，實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)業(yè)最新技術(shù)的接軌，培養(yǎng)高質(zhì)量工程技術(shù)人才。

1.4 開展校企合作實(shí)踐課程體系建設(shè)，打造產(chǎn)業(yè)實(shí)踐梯級系統(tǒng)

基于工程教育的宗旨，在完全學(xué)分制的大背景下，加強(qiáng)工程教育，突出工程應(yīng)用和設(shè)計，構(gòu)建電子類專業(yè)校企合作課程體系，打造產(chǎn)業(yè)實(shí)踐梯級系統(tǒng)。為了培養(yǎng)電子類專業(yè)工程應(yīng)用型人才，教育必須面向市場，堅持以就業(yè)為導(dǎo)向，把企業(yè)的需要作為專業(yè)教學(xué)和育人的方向。基于此，開展校企合作實(shí)踐課程體系建設(shè)，打造產(chǎn)業(yè)實(shí)踐梯級系統(tǒng)，可以促進(jìn)教學(xué)方法的變革，帶動教學(xué)設(shè)備的更新，加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，提高學(xué)生適應(yīng)社會的能力，提升工程教育質(zhì)量。

首先，構(gòu)建校企合作課程體系，針對單片機(jī)、嵌入式、計算機(jī)視覺等綜合實(shí)踐類課程，邀請企業(yè)工程師聯(lián)合校內(nèi)導(dǎo)師深度開展合作，構(gòu)建課程學(xué)習(xí)、專業(yè)實(shí)踐和工程設(shè)計遞進(jìn)式課程體系。促進(jìn)有良好基礎(chǔ)的同學(xué)進(jìn)入企業(yè)，實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)業(yè)需求零接軌教育。其次，為支撐校企合作課程體系，搭建校企共建實(shí)驗(yàn)室，例如與廣州粵嵌通信科技股份有限公司共建的粵嵌眾創(chuàng)空間實(shí)驗(yàn)室、與深圳信盈達(dá)科技有限公司共建的信盈達(dá)嵌入式創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室投入使用，為產(chǎn)業(yè)實(shí)踐梯級系統(tǒng)添磚添瓦。最后，加強(qiáng)校企合作實(shí)踐課程體系建設(shè)，讓知識與產(chǎn)業(yè)接軌，讓學(xué)生從教學(xué)基地出發(fā)，走向工程技術(shù)崗位是目的，所以打造產(chǎn)業(yè)實(shí)踐梯級系統(tǒng)的最終目的是學(xué)生順利走向工作崗位，完成從“學(xué)”到“用”到“創(chuàng)”的跨越。

2 結(jié)語

課程體系改革是個不斷探索，不斷修正的過程。2020年是個特殊的學(xué)年，由于新冠疫情，高校學(xué)生無法正常返校，只能居家學(xué)習(xí)，缺乏實(shí)驗(yàn)工具，缺乏實(shí)驗(yàn)室，缺少老師對實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程的講解及演示，對于實(shí)踐教學(xué)，尤其是對工程教育提出了很大挑戰(zhàn)。于是，特殊時期的課程體系改革，如何做到理論與實(shí)踐相結(jié)合、虛擬實(shí)踐與線下實(shí)踐相結(jié)合、不斷加強(qiáng)工程人文素養(yǎng)，專業(yè)素養(yǎng)和工程素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個還有待繼續(xù)討論的話題。