CDIO模式下的信息工程国家特色专业建设与实践

来源 :中国电力教育 | 被引量 : 0次 | 上传用户:alexander_guwen
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  摘要:CDIO工程教育模式是近年来国际工程教育改革的最新成果。中国矿业大学信息工程专业基于CDIO模式进行专业建设,2010年被评为国家特色专业建设点,建立和实践了以CDIO工程教育为核心的人才培养体系,在师资队伍、教学研究与人才培养、科学研究与学科建设等方面形成了良好的发展态势和办学优势。
  关键词:信息工程;CDIO;国家特色专业;建设目标;建设实践与特色
  作者简介:王艳芬(1962-),女,江苏徐州人,中国矿业大学信电学院,教授;孙彦景(1977-),男,山东滕州人,中国矿业大学信电学院,教授。(江苏 徐州 221116)
  基金项目:本文系教育部第六批国家特色专业建设项目(项目编号:TS1Z293)、江苏省高等教育教改研究立项课题(项目编号:2011JSJG273)、中国矿业大学课程建设与教学改革项目(项目编号:201208)的研究成果之一。
  中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2013)20-0039-03
  针对大学工程教育的特点,20世纪90年代末美国创立CDIO工程教育理念,麻省理工学院、瑞典皇家工学院等多所国际知名大学联合成立跨国研究合作组织,据此确立了现代工程教育模式。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate)。它以产品研发到运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间存在有机联系的方式学习工程。CDIO理念是:充分利用大学学科齐全、学习资源丰富的条件,以尽可能接近工程实际涉及技术、经济、企业和社会的团队综合设计大项目为主要载体,结合专业核心课程的教学,使学生在CDIO的全过程中不断地在工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力四个方面得到全面的训练和提高。[1-2]
  中国矿业大学信息工程专业多年来基于CDIO人才培养模式进行专业建设,2010年被评为国家特色专业建设点,形成了专业培养方案完善、师资队伍结构合理、教学设施与实验设备先进、教学研究与人才培养成果丰硕、科学研究与学科建设成效显著的良好发展态势和办学优势。
  一、建设目标与思路
  1.建设目标
  以江苏省特色专业、国家级“电工电子教学实验中心”为基础,坚持从国家需要、科技进步、人才全面发展和学校实际出发,紧跟“通信与信息系统”、“电子科学技术”的学科发展前沿,以一级博士点学科“通信与信息系统”为依托,以育人为根本,以工矿企业信息化理论及实施为特色,以服务国家能源科技进步和地方经济建设为己任,通过培养方案、教学内容与课程体系、教材、师资队伍以及专业实验室和实习基地的建设与改革将本专业建成培养基础实、知识宽、能力强、素质高、复合型高级人才的重要基地,为同类型高校相关专业建设、改革起到示范和带动作用。
  2.建设思路
  (1)完善专业培养方案,融入CDIO工程教育模式理念,形成更具特色的理论教学、实践教学、科研实践三位一体的人才培养体系。注重培养学生的系统工程技术能力,尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力以及较强的自学能力、组织沟通能力和协调能力,逐步形成以煤矿信息化为特色的工程培养模式。
  (2)加强教学内容与课程体系、教材建设,构建以煤矿信息化为特色的创新教育体系。保持和发扬“通信电子电路”国家精品课程优势,重点建设几门专业基础精品课程,出版高质量的自编特色教材,包括立体化教材。
  (3)师资队伍建设。提升教师基本的个人能力和人际能力以及产品、过程和系统构建能力,提高教师在一体化学习经验、运用主动和经验学习方法以及學生考核等方面的能力。通过深化改革和制度创新促进教师资源的结构优化、合理配置;以科研项目研究促进教师学术水平提高;坚持以培养学科带头人和骨干教师为重点,努力建设一支教学与科学研究兼备的创新研究型师资队伍。
  (4)专业实验室和实习基地的建设。加强实践性教学环节的改革以及专业实验室的建设,完善本专业开放实验项目,改革实践环境,使学生有机会在现代工程环境和实验室内发展其从事产品、过程和系统建构的能力,提高学生综合性学习经验的运用能力。同时,加强实习基地建设,优化实习基地的专业方向结构,为学生提供更多的个性化选择,切实提高本专业实践课程的教学质量。
  (5)人才培养。坚持“夯实基础,拓宽口径,增强能力,提高素质”的人才培养思路,将专业素养、创新能力、就业竞争力和社会责任的培养贯穿于整个专业建设中,培养煤矿信息化发展所急需的创新型、复合型人才。CDIO模式下的培养目标是使学生具有较强的项目开发、设计和建造的能力、较强的创新能力、较强的团队精神和领导能力、较强的沟通能力、较强的英语语言表达能力。
  二、专业建设实践与特色
  1.组建拥有教学与科学研究一流的师资队伍
  信息工程专业组建了以教授、博导为学术带头人、以专业基础扎实、工程实践经验丰富的中年教师为骨干、以具有博士学历的青年教师为主体的教师梯队。目前本专业的专职教师有39人,其中教授12人、副教授19人;具有博士学位的教师27人,占70%,聘请现场兼职人员8人。2008年“电气信息类基础教学团队”被评为国家级教学团队,2011年获得江苏高校优秀科技创新团队。此外,本专业有国家级教学名师1人、江苏省教学名师1人、江苏省高校“333”1人、“青蓝工程学术带头人”2人、煤炭工业拔尖人才1人、江苏省高校创新创业先进个人1人。多人荣获市、校级“青年学术带头人”、“优秀青年骨干教师”、“师德模范”等荣誉称号。
  本专业遵循“注重基础,整体优化,知识、能力、素质协调发展”的原则,以转变教学观念为先导,以教学改革为龙头,以学校实施的“八大工程”(“名师与精品课程工程”、“品牌特色专业建设工程”、“优秀教材建设工程”、“素质教育工程”、“创新教育工程”、“生源质量提升工程”、“学风建设工程”和“教学质量一把手工程”)为契机,在课程建设与改革、立体化教材建设、网络资源建设、特色专业建设以及队伍建设等诸多方面开展了多项重大项目的建设与改革,取得丰硕的成果。近年来,承担完成省级以上教改项目12项、校级教改项目20余项,获得国家级教学奖14项(其中国家教学成果二等奖2项、国家精品课程1门、国家教学名师1项、全国多媒体课件比赛单项奖10项)、省级教学奖11项(包括省级精品教材3部)、校级教学奖50余项、发表教学论文61篇、出版教材11部(包括实验教材2部、立体化教材1部)。队伍成员教学科研密切结合,科研工作成效突出。在完成教学任务的同时,5年以来共承担完成30余项省部级及国家级项目,获得省部级以上科技进步奖18项、专利16项,发表科研论文300余篇,其中SCI、EI、ISTP检索200多篇。   利用多年来专业教学改革和课程建设的成果,依托具备较强科研能力、较高教学水平和较优人员结构的教学师资队伍,强化基础课程平台,突出专业方向学科前沿类课程的地位,着力构建多样化的创新人才培养体系,满足社会对信息类复合型创新人才的需要。
  2.建立与时俱进的专业培养方案和人才培养体系
  根据学校的发展规划以及信息工程专业特点,找准专业定位,明确指导思想,制订了具有创新性和科学性的本科教学培养方案,确定了信息工程专业的人才培养目标是:培养适应社会主义现代化经济建设需要的德、智、体、美全面发展、基础实、知识宽、能力强、素质高的具有创新意识和一定创新能力、在信息、通信、电子与计算机应用等领域从事工程设计、系统运行、科学研究、技术开发及管理等工作的高素质复合型人才。
  以强化基础、体现特色、注重知识、能力与素质培养为基本原则,融入CDIO工程教育模式的理念,结合学校发展规划和信息工程专业的培养目标,制订的本科教学培养方案始终贯彻课程体系与教学内容具有时代特征,特别是专业课程注重知识结构的系统性与反映本专业科学技术的最新发展融合,体现了“宽口径、强基础,重实践、求创新”的主要特色。
  (1)拓宽专业口径,构建学科基础平台课程。本着“加强基础,拓宽口径”的原则,2004版专業教学计划中学院按大类——电气信息类招生,实行“4+4”的人才培养模式,通识教育+学院平台课程,约占总学时的74%,拓宽了专业口径,构建了合理的课程体系,整体优化了学生的知识结构。在2012版教学计划中,培养模式继续实行“4+4”,将电子信息类作为一个大平台(电气专业另外设置),进一步优化平台建设。新的知识结构体系体现了现代高等教育发展的趋势,体现了社会对人才质量的需求以及强化基础、淡化专业的原则。学科基础平台课程的构建使学生打下了扎实的技术理论基础。
  (2)构建多层次立体化的学生创新能力与现代工程能力的培养体系。经过多年的建设,建立起了本专业一体化培养的理论与实验教学体系,形成了“演示与验证实验、综合与设计实验、创新与前沿实验”三个层次、“理论教学、工程训练、科研活动”三大模块相互交叉、融合渗透的运行模式。在2008版及2012版教学计划中,将“电子技术综合设计”从一周调整为两周,将“电子设计与创新”(研讨课)及“创新研究型实验”均列为了专业选修课程。设立的研讨型教学进一步加强了创新实践环节,构建了包括基础平台实验、专业课程实验、集中实践环节和创新研究型实验等方面的实践教学体系,形成了理论教学、实践教学、科研实践三位一体的人才培养特色。特别是设置的理论课内容和实验课(包括独立设置的综合设计实验课)紧密衔接,从单元—课程—综合渐进。所有课程理论与实践教学均围绕一个整体的电子信息系统、通信系统或计算机网络系统而构建,加大实践教学比重,体现CDIO的理念。当完成所有课程模块后,通过综合设计实验环节,将各课程模块实验内容加以整合,使每个学生达到可构建一个完整的电子信息、通信或计算机网络系统的水平。
  在坚持人才培养质量统一要求的基础上,鼓励学生个性化、多样化发展,强化学生的创新精神和实践能力培养,就业和创业竞争力明显增强。例如,在“网络编程基础”课程中采用了CDIO 方法教学,基于项目(Project)的学习取得明显收效,深受学生的喜爱。2008年,设计的项目是LTI Viewer 负反馈放大器频率补偿设计与分析,基于MATLAB或EWB的混频器分析。要求学生用Web技术展示分析内容。2009年,项目为建立电子系统网络实验室。可用的工具为Web Programming、MATLAB、EWB、Labview等。2010年,项目是“用Web技术设计物联网技术介绍网站”,要求学生自主学习了解物联网相关知识,并在理解的基础上设计出具有交互性的物联网技术介绍网站。这些做法切实提升了学生的工程实践能力,使学生的学习积极性和主动性都得到明显提高。而且学生在老师的指导下,根据所做的项目课题获得以下成果:王子剑等4位同学撰写了一篇学术论文,在《通信技术》期刊上发表;[3]2010年周正等5位同学研制的“物联网宣传网站”荣获江苏省大学生数字媒体竞赛三等奖;2012年张娜等4位同学研制的作品“荷塘保卫战”获得第四届普通高校信息技术创新与实践活动决赛游戏程序开发组一等奖。
  目前,本专业已培养22届本科生,已毕业本科生约3100名以上。毕业生因踏实能干、动手实践能力强得到用人单位的认可,就业率始终保持在较高水平。
  3.依托国家级教学实验中心,创建多层面阶梯式实践教学模式
  本专业的课程实验均在我院的电工电子教学实验中心和专业实验中心完成。该中心在2009年被评为国家级实验教学示范中心,2012年12月通过验收。近五年,电工电子实验教学中心完成了“教育部和财政部修购基金”、“学校建设基金”、世界银行贷款“高等教育发展”等项目建设,更新了大部分实验基础仪器设备,购置了先进的仪器设备,开发、研制了近10种类型实用的实验仪器与设备,建设了现代化的实验教学环境。
  借助国家级教学实验示范中心优良的实践条件,以培养学生探究创新能力为目标,构建多层面阶梯式实践教学模式,[4]并融入CDIO工程教育模式的理念,以实验教学体系、实验室建设、实验教学方法为改革主线,进行验证性—设计性—综合研究性实验的多层面结合,实现单门课程实验—课程群系统综合设计—课外参与科研课题的阶梯式推进,建立包括基础平台实验、课程群系统综合实验和创新研究型实验等方面的实践教学体系,高质量地完成了“电路理论”、“模拟电子技术”、“数字电子技术”、“通信电子电路”、“数字信号处理”、“通信原理”等专业基础课程的实验。除了为理论教学服务的常规实验外,结合学科优势,引入工程应用实例、科研项目成果、学科前沿理论,增加新的实验内容。实验教学中心已成为大学生实验、实习等实践教学、大学生科技训练计划、学生第二课堂科技活动、大学生电子设计竞赛、机器人大赛和“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等创新活动重要的实践基地和创新平台,建立了电子创新设计实验室、机器人创新实验室等,为创新性人才培养方面作出了突出贡献。   同时,与兖矿集团、徐州中矿大华洋通信设备有限公司、徐州博林科技有限公司等厂矿企业建立的长期实习基地有力保障了本专业学生的实验、实习条件,进一步满足了本专业的学习需要。
  4.以突出的科学研究创新能力带动专业发展
  本专业具有“通信与信息系统”一级博士学位授权点和“信息与通信工程”博士后流动站。“通信与信息系统”为学校重点学科,同时也是“煤炭资源与安全开采国家重点实验室”的一个分室。本学科拥有的以全国教学名师、煤炭工业拔尖人才、江苏省“333”、“青蓝工程”学术带头人为骨干的教师队伍,成为本专业创新人才培养的坚实后盾。科学研究特色鲜明,优势突出,形成面向煤礦的“矿井通信与监控”、“矿用宽带网络及多媒体技术”、“矿山安全生产信息融合与处理”、“复杂环境下的无线宽带接入技术与应用”四个稳定的研究方向。建立完善了宽带网络、矿山通信、信息传输与监控、图像压缩与处理、矿山信息处理等专业实验室,建立了工业以太网研究实验测试平台和工业监控与现场总线研究测试系统等。这些学科专业实验室面向大学生开放,实现与实验教学共享。教师在指导学生参与学科建设、科研项目的同时及时总结经验和提炼成果,与学生一起共同将科研项目中展现出的亮点和关键内容转化为相关课程的实验项目,使得更多的学生受益。
  本专业依靠学科优势开展了有学术带头人指导的科技创新活动。采取学生自主报名,由科研能力强、研究项目新的教师进行培养的做法,并比照课题组的方式组建兴趣小组,拓宽了大学生的知识面,增强了其实际操作能力,同时也培养了创新意识和创新能力。通过这样的活动,师生相互理解,营造出平等而自由的学术氛围。教师与学生通过双方积极主动的参与、教学相长,形成一种全新的教与学的关系。近年来本专业教师指导的学生获得国家级科研训练计划7项、省级5项,获得电子设计大赛全国一等奖6项、二等奖9项,省级二等奖以上近30项,全国机器人大赛一等奖3项、二等奖6项。
  三、结束语
  专业建设是一个长期的工作,中国矿业大学的信息工程专业2003年被评为江苏省特色建设专业,2005年通过江苏省教育厅验收,2010年被评为国家特色建设专业,2012年被评为江苏省重点专业建设。信息工程专业全体教师将以此为动力,进一步按照国家和地方经济建设人才培养的需要,适应市场需求,为培养大批基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的高级专门人才作出自己的贡献。
  参考文献:
  [1]吴鸣,熊光晶.以工程能力培养为导向的工程教育改革研究[J].理工高教研究,2010,29(3):54-59.
  [2]张广明.基于CDIO模式的测控专业建设构建与探索[J].中国电力教育,2013,(7):56-58.
  [3]王子剑,徐卫东,魏崇训,等.基于LTIViewer 的放大器频率补偿分析[J].通信技术,2009,42(9):187-189.
  [4]王艳芬,张剑英,张晓光,等.电子信息类专业信号处理课程群教学实验体系的构建[J].实验室研究与探索,2013,32(4):132-134.
  (责任编辑:王祝萍)
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