產教融合下基于OBE-CDIO的電子信息綜合實踐教學改革

何穎， 吳昊， 邊倩

(1.西安思源學院，電子信息工程學院，陜西，西安 710038; 2.鄭州市體育運動學校，河南，鄭州 450004)

0 引言

隨著信息新科技的不斷更新，對教育的改革創新也提出鮮明的時代要求。尤其在新工科建設社會背景下，產教融合成為促進我國工程技術教育與產業經濟發展共贏的重要形式[1-2]。

為了激發和培養學生主動學習的興趣以及鼓勵創新、培養創新精神的能力，在產教融合背景下，引入基于成果導向教育(Outcomes-based education,OBE)的理念，引入CDIO工程教學具體實施方法進行教學改革。

OBE理念，根據學生在畢業時所能達到的專業學習成果而提出對應的人才培養方案，明確學生應該掌握的知識和能力體系[3-4]。CDIO工程技術教育教學模式是建立在真實世界的產品和系統的構思(C)、設計(D)、實現(I)及運行管理(O)過程中，注重生產過程和工程系統的能力，注重社交技巧，例如合作溝通、解決問題、批判性創新、系統思考和終身學習自我提升，同時教學實踐內容要以企業發展及人才需求為導向，設置教學實踐內容，理論與實踐相結合，并且具有完整的能力進行評價指標體系[5]。將OBE理念與CDIO工程教育模式結合起來，有理念有具體的實施手段，構建學生的積極性和創新性，培養學生解決問題能力及團隊協作，這種工程教育模式對于創新性人才培養具有緊迫的現實意義[6]。

1 基于OBE-CDIO理念的電子信息綜合實踐教學改革技術路徑

我校電子信息工程學院始終堅持立德樹人，培養學生的創新思維發展，抓好學生就業工作，以就業促招生,經過多年的不斷嘗試改進，探索出符合我院實情的產教融合協同育人模式。通過對企業的調研或文獻分析等方法，運用OBE理念將行業對電子信息類人才的能力需求轉化為運用電子信息技術能力培養目標，進而反向設計實踐課程體系，具體設計課程的實踐教學內容，認真分析實踐與理論內容的相應匹配，達到理論與實踐的相互融合，提高教學效果。以CDIO工程教育理念指導實踐課程的教學改革，以項目形式設計實踐教學內容，學生綜合訓練項目由易到難，結合大學生設計競賽和教師科研轉化項目，以及基于成果導向思路，特別是結合企業需求的項目內容進行創新訓練教學實踐，培養學生分析問題、解決問題、團隊合作、工程素質的綜合能力。同時各個教學環節實施科學、規范、有效的監控，構建較為完善的本科教學質量監控體系和考核結果評價和反饋機制，把評價標準作為完善管理，提高管理效益的有力手段，加強創新人才培養過程評價，發現教學過程中的不足，并持續改進能力培養目標，不斷改善OBE-CDIO教學工作成效[7]。基于OBE-CDIO理念的教學框架如圖1所示。

圖1 基于OBE-CDIO理念的教學框架

2 基于OBE-CDIO理念的綜合實訓教學案例

項目通過對電子信息、計算機科學與技術、網絡工程專業的學生進行分組設計，通過對某段公路上3次采集的車輛音頻信號，對車輛音頻信號進行特征分析研究，將研究結果應用于車型識別。

2.1 構思階段

基于OBE理念，教師與學生一起研討制定項目任務需求分解。該項目需求對車輛音頻信號分別從時域、頻域和時-頻域進行詳細的特征分析，采用保持很好的推廣泛化能力的支持向量機算法進行車型識別的應用。

2.2 設計階段

學生根據具體的項目任務書，制定每組自己的項目內容設計，包括項目團隊每人的職責、工作設計流程、具體的分工計劃以及對設計時遇到的問題進行詳細的記錄，學生通過查詢資料以及教師的指導做好各個模塊的設計。

2.3 實現階段

本階段為各小組具體實現的設計內容。了解室外環境對測試樣本的影響因素，通過多次檢測實現對車輛音頻信號采集的最佳效果。對車輛通過音頻數據信號可以進行加窗、去噪等分析，進而分析信號的時域、頻域以及時-頻域的特征提取，用主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)對采集的車輛數據進行小波分析并提取MFCC(Mel-scale Frequency Cepstral Coefficients)參數進行降維，利用支持向量機(Support Vector Machine,SVM)進行訓練和分類。

2.4 運作階段

每組按照對車輛音頻信號的采集路段不同，對所設計方案進行實驗仿真，通過項目答辯介紹，用技術講故事的方式進行交流，最后確定出哪一組做得方案最好，以及探討改進措施及優化方案。

3 實施過程中關注的重點問題

3.1 優化師資結構，提高教師專業技能

學院對專業教學師資十分重視，從多種途徑提高教師的專業技能。企業進行項目實戰培訓及專業教授對相關的課程體系學習培訓，培養具有高水平的教師團隊，并對專業教師進行師資優化，確保每個教師以最大的潛力發揮自己的才能，并鼓勵引導學生勤思考，勤交流，在互相討論問題時尋找最佳的解決方案。同時，支持和鼓勵踏實勤奮的一線青年教師投入更多精力開展教學研究[8]。

3.2 堅持以學生為中心，實現高效課堂

為了讓學生最大化地掌握課題內容，堅持以學生為中心，實現高效課堂。高效課堂關注學生的生活及成長，并且要走向深度。特別對于電子信息綜合實踐項目，引導學生具有批判性的思維，在信息技術環境的支持下，引導學生系統化地學習知識，提高學生學習效率，培養學生考慮問題的全面性，培養創新性思維。

3.3 將學科競賽與OBE-CDIO實踐教學相融合，培養學生的創新思維能力

將 OBE-CDIO工程教育模式融入學生綜合訓練及學科競賽的全過程，通過比賽，培養學生工程實踐能力及協作能力，對培養電子信息類大學生創新實踐能力是一種補充和探索。學校舉行的各種綜合訓練創新實踐為各種大學生科技競賽做好準備，每年的競賽課題都是電子技術發展中涉及的前沿問題及企業面臨的重點問題。在競賽中時常要用到新的芯片、新的應用理論，這就要求學生查閱大量的文獻資料，在競賽培訓中，加強相關能力的訓練，適當提供原版外文器件使用手冊給學生閱讀，提高專業閱讀水平。同時競賽的時間是有限的，這就要求參賽者要有較強的分析判斷能力，必須在較短的時間內迅速、準確地找到自己所需的信息，學院在中國機器人大賽中取得突出成績是與學生的平時積累分不開的。OBE-CDIO綜合實踐教學與科技競賽相互結合，以賽促學、以賽促教，教師將現代信息技術、最新科技動態、學生的技能水平反饋到電子信息類專業培養方案，促進專業教學效果的提升。

3.4 逐步實現課程線上教學資源，線上與線下教學相結合

學院正在加快課程建設的進度，先逐步實現2～3門課程的線上呈現全部教學資源，然后實現呈現全部課程的線上教學資源。在具體授課時，教師可根據實際教學內容采取相應的教學方式。

線上、線下學習方式各有優勢，也各有劣勢。只有充分發揮好線上、線下學習方式的各自優勢，線上與線下的高效融合，才能更好地提高學生的學習效率[9-10]，多途徑的教學方式可以滿足學生的不同需求，也才能更好地適應未來教育改革與發展的大趨勢。

4 總結

我院近年來開展了多方面的校企合作辦學模式，利用企業優勢資源促進就業人才的發展以及教學改革的進步。通過OBE理念反向設計人才培養計劃，從具體的學科出發，建構適合自己專業知識體系進行線上、線下教育教學的硬件和軟件設施，通過利用互聯網技術的教學管理平臺，收集課程教學的相關資料,包括文字、圖像、音頻、視頻等;同時邀請知名教授及企業專家進校對學生進行現場的演講與操作，對于實踐性較強的課程，采用OBE理念預期教學成效，企業工程師進校與教研組教師共同探討，反向設計實踐教學課程體系，根據企業需求和技術發展，以項目化教學為主線重構學生知識片段，將CDIO工程教育模式的構思、設計、實現、運行運用到項目教學中，培養學生的主動學習能力、實踐創新意識、團隊協作的人文精神以及工程實踐素質，培養實踐能力強的高素質應用型創新人才。