工程教育专业认证背景下集群式信息处理课群建设

张维维 李敏 许爽 李婷

[摘要] 在工程教育专业认证背景下，为保证工程人才的培养质量，提出并建立以信号处理理论为基础、以工程实践能力培养为终极目标的集群式课群体系，强调CDIO工程教育理念在课程体系构建中的作用；依托教育部特色专业、省级电工电子实验教学示范中心提供的丰富的实验教育教学资源，构建包括基础实验平台、专业综合实验平台和创新实验平台的多层次实践教学模式。实践表明，集群式课程体系的构建取得了显著成效：提高了学生的工程实践能力，对整个专业建设起到了重要作用；有利于培养适应社会和经济发展需要的，具有较强的工程实践能力，能够从事各类电子系统和设备及信息系统的研究、设计、开发、制造的应用复合型人才。

[关键词]工程教育认证；集群式信息处理；课群体系建设；实践教学

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号]1005-5843（2017）07-0104-05

[DOI]1013980/jcnkixdjykx201707021

工程教育认证作为高等教育认证的重要组成部分，属于专业认证，是由专业性认证机构（协会）组织工程技术专业领域的教育界学术专家和相关行业的技术专家，以该行业工程技术从业人员应具备的职业资格为要求，对工程技术领域相关专业的工程教育质量进行评价、认可，并提出改进意见的过程[1]。我国的工程教育相对于部分发达国家仍存在一定的差距。工程教育专业认证给各工程教育专业提出了新挑战，也带来了新的发展契机，对探索工程教育专业认证背景下的课程体系建设具有重要意义。本文以电子信息类专业信息处理课群体系建设为例，探索工程教育专业认证背景下的课群建设。

一、国际视域下我国工程教育现状及挑战

《华盛顿协议》最初是由美国、英国、加拿大等6个国家的非官方工程组织经政府授权签署，是世界上最具影响力的国际本科工程学位互认协议，其宗旨是通过双边或多边认可工程教育资格及工程师执业资格， 促进工程师跨国执业。该协议提出的工程专业教育标准和工程师职业能力标准，是国际工程界对工科毕业生和工程师职业能力公认的权威要求[2]。中国2013年才正式加入《华盛顿协议》，成为华盛顿组织的第21个会员国，在一定程度上表明中国工程教育的质量得到了国际社会的认可，是中国工程教育界多年努力的结果。加入《华盛顿协议》，意味着通过工程教育专业认证的学生，可以在相关国家或地区按照职业工程师的要求取得工程师执业资格。这将为工程类学生走向世界提供具有国际互认质量标准的通行证[3]。虽然加入《华盛顿协议》给我国工程类教育专业带来了前所未有的发展机遇，但是现实发展还面临着以下挑战：

（一）对工程专业认证的认识不到位

思想认识是行动的先导，为行动指明方向。一切行动之所以出现问题，从根本上说是由指导行动背后的思想认识决定的。当前，中国改革开放各个领域遇到的挑战其实就是思想认识的挑战；同样，当前我国工程专业认证方面也遇到了思想认识方面的挑战，具体来说就是思想认识不到位。工程专业认证应该作为提升工程专业质量的手段，应该本着提升工程专业教育质量的思想从事认证，他们关注的只是能不能获得某种国内或者国外权威部门给予的标签，浅显的认识必然导致他们关注的是从认证申请助理到通过认证这一阶段。这样的认识让他们在认证的指标、要求方面去努力，而且有时候还有可能不择手段地通过各种方式获得这种认证的标签，一旦达到这种认证标签后，他们就会放松要求，不再努力。这种本末倒置地为了认证而认证的错误认识，从长远来看是达不到提升工程教育质量的目的的。功利思想认识的误区是制约当前工程专业认证的思想挑战。

（二）外部评价体系不健全

工程专业认证的宗旨是加强工程专业内外的联系。从内部来说，就是加强与国内外各工程专业之间的联系；从外部来说，就是加强工程专业与国内外各工业界的联系。而要实现工程专业认证的宗旨，就必须有外部评价体系保证这种工程专业认证的进行。有外部评价体系的标准，才能够真正加强工程专业内外的联系。教育改革是我国改革的壁垒，教育制度改革是壁垒中的壁垒。这就决定了教育制度改革必然落后且成为制约教育发展的最大障碍。教育制度落后的重要体现就是中国教育质量保障制度的落后，而质量保障的具体体现就是教育评价体系。教育改革落后最终导致教育评价体系落后，而教育评价体系落后最显著的体现就是外部评价体系的落后。当前，外部评价体系的落后也成为了制约工程专业认证的障碍。无论是国际互认证体系还是国外跨境式认证，都由于中国教育缺乏相应的评价体系、制度不健全而达不到与世界接轨，这也是当前工程专业认证面临的挑战。

（三）工程专业认证组织机构设置不合理

虽然开设工科类专业的院校在我国开设本科专业的院校中占有很大的比例，但是关于工程专业认证方面，全国仅有1个专家委员会负责组织和开展相关专业的认证工作，而这仅有的组织机构也不具有法人的性质，是一个不能够直接承担工程专业认证有关职责权的组织。没有相对独立的工程专业认证组织机构，势必影响工程专業认证的良性发展，这也是当前我国工程专业认证面临的挑战。为此，应该采取相应的措施，在全国各地建立相应的认证组织机构，促进工程专业认证工作的良性发展。

二、工程专业认证的条件、指标及集群式信息处理课群建设对工程专业认证的作用

下面以笔者通过收集和整理的电子信息类工程专业为个案，阐述当前工程专业认证条件、指标及集群式信息处理课群建设对工程专业认证的作用。

（一）工程专业认证的条件

电子信息类专业工程教育认证的总体条件体现在毕业生掌握信号与系统分析工程基础知识和数字信号处理、信息获取与检测技术等专业知识，并能够运用上述知识解决电子信息工程领域复杂的工程问题。针对前述培养目标，应制定能支持培养目标达成的课程设置，组织结构合理，能支持培养计划中的知识和能力要求。

（二）工程专业认证的指标

1学生

（1） 具有吸引优秀生源的制度和措施。

（2）具有完善的学生学习指导、职业规划、就业指导、心理辅导等方面的措施，并能够很好地执行和落实。

（3） 对学生在整个学习过程中的表现进行跟踪与评估，并通过形成性评价保证学生在毕业时达到毕业要求。

（4）有明确的规定和相应的认定过程，认可转专业、转学学生的原有学分。

2培养目标

（1） 有公开的、符合学校定位的、适应社会经济发展需要的培养目标。

（2）培养目标能反映学生毕业后5年左右在社会与专业领域预期取得的成就。

（3）定期评价培养目标的合理性，并根据评价结果对培养目标进行修订，评价与修订过程有行业或企业专家参与。

3毕业要求

专业必须有明确、公开的毕业要求， 毕业要求应能支撑培养目标的达成，专业应通过评价证明毕业要求的达成。专业制定的毕业要求应完全覆盖以下内容：

（1）工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂的工程问题。

（2）问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理识别、表达，并通过文献研究分析复杂的工程问题，以获得有效结论。

（3）设计、开发解决方案：能够设计针对复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化及环境等因素。

（4）研究：能够基于科学原理并采用科学方法对复杂的工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据，并通过信息综合得到合理、有效的结论。

（5）使用现代工具：能够针对复杂的工程问题开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，包括对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。

（6）工程与社会：能够基于工程相关的背景知识进行合理分析，评价专业工程实践和复杂工程问题的解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，并理解应承担的责任。

（7）环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂工程问题的专业工程实践对环境、社会可持续发展的影响。

（8）职业规范：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。

（9）个人和团队：能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。

（10）沟通：能够就复杂的工程问题与业界同行及社会公众进行有效地沟通和交流。包括撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令，并具备一定的国际视野，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

（11）项目管理：理解并掌握工程管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。

（12）终身学习：具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。

4持续改进

（1）建立教学过程质量监控机制。各主要教学环节有明确的质量要求，通过教学环节、过程监控和质量评价促进毕业要求的达成；定期进行课程体系设置和教学质量评价。

（2）建立毕业生跟踪反馈机制，有除高等教育系统以外有关各方参与的社会评价机制，对培养目标是否达成进行定期评价。

（3）能证明评价结果被用于专业的持续改进。

5课程体系

课程设置能支持毕业要求的达成，课程体系设计有企业或行业专家参与。课程体系必须包括：

（1）与本专业毕业要求相适应的数学和自然科学类课程（至少占总学分的15%）。

（2）符合本专业毕业要求的工程基础类课程、专业基础类课程与专业类课程（至少占总学分的30%）。工程基础类课程和专业基础类课程能体现数学和自然科学对本专业学生应用能力的培养，专业类课程能体现系统设计和实现能力的培养。

（3）工程实践与毕业设计（论文）（至少占总学分的20%）。设置完善的实践教学体系，并与企业合作，开展实习、实训，培养学生的实践能力和创新能力。毕业设计（论文）选题要结合本专业的工程实际问题，培养学生的工程意识、协作精神以及综合应用所学知识解决实际问题的能力。对毕业设计（论文）的指导和考核有企业或行业专家参与。

（4）人文社会科学类通识教育课程（至少占总学分的15%），使学生在从事工程设计时能够考虑到经济、环境、法律、伦理等各种制约因素。

6师资队伍

（1）教师数量能满足教学需要，结构合理，并有企业或行业专家作为兼职教师。

（2）教师具有足够的教学能力、专业水平、工程经验、沟通能力、职业发展能力，并且能够开展工程实践问题研究，参与学术交流。教师的工程背景应能满足专业教学的需要。

（3）教师有足够的时间和精力投入到本科教学和学生指导中，并积极参与教学研究与改革。

（4）教师为学生提供指导、咨询、服務，并对学生有足够的职业生涯规划、职业从业教育指导。

（5）明确教师在教学质量提升过程中的责任，不断改进工作。

7支持条件

（1）教室、实验室及设备在数量和功能上满足教学需要；有良好的管理、维护和更新机制，让学生能够方便地使用；与企业合作共建实习和实训基地，在教学过程中为学生提供参与工程实践的平台。

（2）计算机、网络以及图书资源能够满足学生的学习以及教师的日常教学和科研所需，资源管理规范，共享程度高。

（3）教学经费有保证，总量能满足教学需要。

（4）学校能够有效地支持教师队伍建设，吸引与稳定合格的教师，并支持教师本身的专业发展，包括对青年教师的指导和培养。

（5）学校能够提供达成毕业要求所必需的基础设施，包括为学生的实践活动、创新活动提供有效的支持。

（6）学校的教学管理与服务规范，能有效地支持专業毕业要求的达成。

（三）集群式信息处理课群建设对工程专业认证的作用

信息处理课群作为电子信息类专业的骨干核心课群，能按照工程教育认证的标准和要求，高效、渐进、全方位地推进课程体系改革，强化基础课程与专业课程、理论课程与实践课程的内在联系，整体优化教学内容，推进教学方法与考核制度改革，提高学生解决实际问题的能力。

电子信息类专业应以培养适应社会和经济建设需要，具备一定的人文科学知识和扎实的电子技术及信息系统的基础知识，具有较强的工程实践能力，具有获取知识、应用知识的能力，具有创新精神和开放意识，能够从事各类电子系统设备及信息系统的研究、设计、开发、制造、管理和应用的口径宽、能力强、素质高的应用型、复合型人才为目的。该专业属于高新技术领域，具有知识密集、发展速度快、就业面广的特点。构建以学生为中心、以产出为导向的科学且合理的课程体系，是为社会输送紧需对口人才的客观要求。以工程实践能力培养为目的构建的集群式课程体系，使学生的科研实践能力得到了显著提高，主要表现在信息收集和加工、团队协作及处理复杂工程问题等能力得到了显著提升。近三年来，大连民族大学电子信息工程专业的学生在电子设计大赛、智能车竞赛、物联网大赛、挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛中获得省级以上奖励90余项；以学生作为第一完成人申请实用新型专利30余项；以学生为第一作者发表论文40余篇；学生积极参与创新创业及工作室课题，工程实践能力得到了显著提升。

三、提高工程教育专业认证为宗旨的信息处理课群改革措施

信息处理课群建设在当前工程专业认证方面有着重要的作用，下面具体阐述提高工程教育专业认证为宗旨的信息处理课群改革措施。

（一）融入CDIO工程教育理念，优化课程内容，构建集群式课程体系

信息处理课群包括信号与系统、数字信号处理、数字语音处理、数字图像处理、MATLAB语言基础、Labview技术等课程。依据在课群中的地位及作用，这些课程分别隶属于工具软件模块、基础理论模块、应用理论模块、实验与实践模块（如图1所示）。基础理论模块是信息处理课群的核心和基础；应用理论模块是对基础理论模块知识的应用，体现信号处理的典型应用；实验与实践模块是领域知识在工程实践中的应用；工具软件模块为其他模块提供实现工具。该课程体系以理论教学为基础，以实验与实践模块为落脚点，融入CDIO工程教育理念[4]，注重培养学生的系统工程能力。其中，信号分析与处理工作室课程以项目为依托，提高了学生的设计能力、开发能力、自学能力、组织沟通和协调能力，体现了集群式课程体系的培养目标。

（二）加强课群内部沟通

加强课群内不同课程间的沟通，采用定期研讨的方式，对前承后继知识点、理论与实践结合、考核制度等方面展开讨论，达到授课内容、课堂练习、课后作业、实验与实践环节、考核方法等方面不断改进，充分利用已有的教育教学资源取得最优的培养效果。

（三）优化教学方法

在课堂教学中，为了提高学生的自主学习能力，培养学生的创新性思维能力，采用鼓励诱导式教学法，引导学生利用已学知识寻找解决问题的方法。利用MATLAB仿真软件，将抽象的信号处理问题通过形象化的途径展示给学生，如通过三维立体图展示周期信号傅里叶级数展开的信号时域与频域分量。

在课外教学中，指导学生进行探究式学习，增强学生的创新探究能力。在信号与系统课程结束后，要求学生选择信号或系统分析中的某一知识点，并利用MATLAB软件实现并撰写报告，加深学生对知识的理解，为后续更深入地应用软件工具夯实基础。

在信号分析与处理工作室课程中，学生可从多个工程实践课题中任选其一，根据题目设计目的与指标要求独立查阅资料，设计实现方案，通过软件仿真实现并撰写设计报告，考察学生综合运用所学知识、借助图书及互联网解决工程实践问题的能力和撰写研究与设计报告的能力。

（四）依托多层次实践教育平台，阶梯式提高学生的工程实践能力图2多层次实践教育平台

信号处理类课程与高等数学、复变函数等课程紧密联系，理论性较强，依托教育部特色专业平台、电工电子省级实验教学示范中心提供的丰富的实验教育教学资源，以培养学生工程实践能力为目标，融入CDIO工程教育理念，以实验室建设、实践教学体系、实践教学方法为改革主线，进行验证性—设计性—综合性—创新性实验与实践的多层面结合，实现单门课程实验—课程群系统综合设计—工作室课题的阶梯式推进，构建包括基础实验平台、专业综合实验平台和创新实验平台的多层次实践教学模式（如图2所示）。

依托多层次实践教育平台，通过模仿式的验证性实验及简单的设计性实验，使学生熟悉工具软件及理论在实践中的应用，借助综合性实验和设计性实验训练学生解决简单领域问题的能力，利用工作室课题及大学生创新与创业计划项目提高学生的工程实践能力。依据前述几个阶段训练，稳步提高学生解决复杂工程问题的能力。

四、结语

工程教育专业认证在高等工程教育中发挥着非常重要的作用，为提升高等工程教育质量提供了有效途径。本文以电子信息类专业信号处理类课程体系为例，探索工程教育专业认证背景下以产出为导向的课程体系建设，以理论知识为基础，以工程实践能力提升为终极目标，搭建包括基础实验平台、专业综合实验平台和创新实验平台的多层次实践教学模式。实践结果表明，学生的工程实践能力得到了明显提高。工程教育专业认证背景下构建的集群式课程体系，阶梯式地提高了学生的工程实践能力，有利于培养适应社会和经济发展需要的，具有较强工程实践能力的宽口径和高素质的应用型、复合型人才，在应用型人才培养方面取得了显著成效。

参考文献：

[1]林健.工程教育认证与工程教育改革和发展[J]. 高等工程教育研究，2015（2）：10-19.

[2]王孙禺，孔钢城，雷环.华盛顿协议及其对我国工程教育的借鉴意义[J].高等工程教育研究，2007（1）：10-15.

[3]钱慧敏，李丛.工程教育专业认证视角下我国高等工程教育质量提升研究[J].实验室研究与探索，2005，（5）：166-168.

[4]韩时琳，胡旭跃，陈杰.实施CDIO工程教育的关键问题探讨[J].中国电力教育，2014（2）：5-6.