基于成果导向的电子信息与电气工程类专业人才培养模式改革

白恩健，王直杰，张义红,胡海洋

(东华大学 信息科学与技术学院,上海 201620)

一、 工程教育专业认证

工程教育认证是国际通行的工程教育质量保障制度。2016年6月我国成为《华盛顿协议》的正式成员，标志着我国高等教育对外开放向前迈出了一大步，我国工程教育质量标准实现了国际实质等效，工程教育质量保障体系得到了国际认可，工程教育质量达到了国际标准。

工程教育认证主要倡导“学生中心、成果导向和持续改进”三个基本理念。“学生中心”理念是以学生为中心，围绕培养目标和全体学生毕业要求的达成进行师资和实验室等资源配置和教学计划安排，将学生和用人单位评价作为对专业评价的重要参考依据；“成果导向”理念是以专业教学设计和教学实施后学生所取得的学习成果为导向，对照毕业生核心能力和要求评价专业教育的有效性；“持续改进”理念是专业必须建立有效的质量监控和持续改进机制，能持续跟踪改进效果，推动专业人才培养质量不断提升[1-3]。

我校(东华大学)信息科学与技术学院4个专业均属于电子信息与电气工程类专业，从2010年即开始进行工程教育专业认证工作，通过“卓越工程师教育培养计划”的实施，逐步推进工程教育的改革。以学生为中心、成果导向、质量持续改进的理念正在逐步深入学院本科人才培养的各个环节，对人才培养质量的提高起到了非常重要的作用。

二、 基于成果导向的工程教育改革的实践

1. 构建“三位一体”人才培养体系

现代经济社会对人才的要求是全方位与多元化，尤其强调创新精神与应用能力。高校人才培养模式从知识技能型向工程应用型和创新型转变，强化学生创新能力和实践能力培养是人才培养的必然趋势。围绕高素质创新型应用人才培养的目标，以“优基础、强素养、重品行”为原则，将课堂与实验室相结合、课内与课外相结合、校内与校外相结合、个别与普遍相结合，建立理论教学、实践教学、综合素养培养“三位一体”的工程实践人才培养体系(如图1所示)。该体系的内涵是基于对全体本科学生的毕业要求，将知识、能力和素质有机融入理论教学、实践教学和课外活动的各个方面，共同形成对毕业要求的有效支撑。基于成果导向的教育理念，对相应的课程体系、教学模式和实践教学体系进行深入研究和改革探索，构建面向专业的课程群，促进人才培养模式创新；将课程目标有机融入课堂教学组织的各个环节，全面提升学生各方面能力；建立虚实结合的实验体系，使实践环节的课程目标从学科知识体系转变为工程实践能力的培养；积极引导学生创新创业，提升学生的个性化综合素养。

图1 “三位一体”的多元化工程实践人才培养模式

(1) 理论教学体系重视核心课程群建设，贯通不同课程的内在联系，进行系列课程的优化整合。面向专业建设课程群，对信息类专业课程设置进行梳理，围绕人才培养目标要求,打破课程与课程之间传统的单维关系，将具有逻辑联系的若干课程整合构建成有机的课程系统，形成逐层递进、整体优化的体系化结构，使课程体系更加符合信息社会对学生知识结构和能力结构的需要。

组织控制类、通信类、信号类、电气类、场类、硬件类、软件类、电子电路类等课程群，以核心课程的建设为主体，构建并实施基础性教学、研究性学习、模拟性实验和应用性实践相融合，层层深入的人才培养过程。

以控制类课程为例，将“自动控制原理(1)”“自动控制原理(2)”“可编程控制器原理与应用”“单片机系统设计与实践”“自动化专业综合实习”等课程有机整合，建成控制类课程群(图2)，夯实学生的专业基础，形成稳固的系统控制学科思维，建立控制理论与工程实践的结合点，提高对知识的运用和再创造能力[4-6]。以信号类课程群为例，将“信号与系统”“数字信号处理”“DSP原理与应用”“数字图像处理”等课程有机融合(图3)。在该课程体系中，“信号与系统”课程突出理论基础，“数字信号处理”课程以信号处理算法研究为主线，突出研究性学习，“DSP原理与应用”课程突出信号处理算法在工程中的硬件实现，“数字图像处理”课程突出软硬件仿真及研究项目驱动。以场类课程群为例，将“电磁场与电磁波”“高频电子线路”“天线原理”“电磁兼容”“无线移动通信”等课程整合，采用平面式、网状化模式，将各门课程割裂的知识有机融合，通过项目式教学，使学生对相关课程的关联及综合应用课程知识有一个全局的认识，同时学生的综合应用能力也得到极大的提高。

图2 控制类课程群

图3 信号类课程群

(2) 以丰富实践教学模式、更新实践教学内容、整合实践教学资源和强化实践教学管理为突破口，优化实践教学体系。构建虚实结合的实验体系，按照依托学科交叉优势、注重教学科研融合、加强校企联合共建、实现资源开放共享的理念，依托大纺织行业背景构建开放性、多层次实验教学体系(图4)。推动实验教学改革与创新，培养综合性、高层次、复合型创新人才。引进和开发虚拟实验资源，把以教师为中心的模式转变为以学生为主体的模式，学生可以灵活地掌握自己的时间。通过自主选择实验，运用虚拟实验的在线资源，使学生在实验中学习知识，并从实验中建立学科知识体系。以大纺织工程应用为背景，建立从核心课程案例、课程模块案例到学科综合性案例的多层次、体系化的教学案例，克服目前实验体系中各个实验分散，缺乏层次性和体系性的缺点，以及缺乏工程背景的缺陷，引导学生形成本专业课程的一个完整的知识体系和工程概念。

图4 虚实结合的多层次开放式实验教学体系

基础实验平台采用完全虚拟的方式，模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境。综合实验平台包括网络设备资源共享平台、场类课程虚拟实验平台和过程控制综合实验平台，是包含多门课程知识体系的综合性虚拟实验平台。产研结合实验平台以科研项目或工程开发项目为依托，将科技创新成果融入教学过程，提供实际工程案例，提升学生应用知识的能力和研发兴趣，培养综合素质。校企合作实验平台由行业知名企业提供实验设备和师资培训，参与专业建设和课程建设。借助于企业的研发能力，提升实验室建设水平。学生不仅可以直接接触到商用级的实验装备，还可依托企业实习实训基地进入相关企业，了解企业文化，加深对工程应用的理解。

以“过程控制”课程为例，我校过程控制实验室拥有包括THSA-1型过程控制综合自动化控制系统实验平台在内的一些实验设备，但由于场地和实验设备的容量有限，只能供约1/3的学生做实验，多数学生只能选择在公司实习以代替实验。因此将过程控制实验设备虚拟化，建立过程控制虚拟实验室，让学生能够在虚拟环境中参观和操作实验设备、完成实验。可以采取实地参观和网上操作相结合的方式，在场地和设备有限的条件下完成对所有学生的综合实验教学。同时，利用虚拟现实技术实现大型工业生产过程的演示和简单互动，将难以实地参观、也无法搬进实验室的工业生产过程虚拟化，让学生在虚拟环境中认识这些工业过程，并对这些工业过程进行简单的操作。

结合与本专业学生就业密切相关的信息行业和纺织行业，将“工业4.0”和“中国制造2025”的思想和系统概念引入到课程体系的建设中。我们构建了基于虚拟对象的过程控制实践平台、以牵伸辊温度系统为典型案例的虚拟仿真实验平台、工业4.0智能制造小型实践平台、张力控制系统平台、定尺飞剪演示平台、细绳自动卷绕成型机控制系统、基于多台工业机器人协同的纱锭自动转运平台、基于机器视觉的纺织品在线疵点检测平台等，为学生提供实训环境，使学生能结合具体的工程应用背景对总体系统有感性认识。

(3) 将“第二课堂”、社会实践、科技创新、职业生涯规划教育等纳入人才培养体系，从知识、能力、素质三个维度构建适合工科人才的综合素养培养体系。努力营造学术氛围，以课外科技活动和学科竞赛作为培养学生创新意识的切入点和重要途径，以规模化、系统化、规范化的课外科技活动为依托，积极引导学生创新创业，提升个性化综合素养，激发学生的能动性与创造性，使他们在科技活动中最大限度地发挥自身爱好、能力和特长，实现个性的充分发展。

依托“第二课堂”，培养学生智商、情商、创商和逆商，鼓励学生积极参与社会发展与终身学习。对“第二课堂”的课程体系进行改革，分为课堂教学类和实践类。课堂教学类课程围绕学生文化艺术、人际交往、实用技能、心理健康、创新创业等综合素养开设，分为必修和选修两种课程。必修课程根据人才培养目标及思想政治教育任务，邀请校外导师为学生上课，主讲专业前沿知识、应聘技巧、专业讲座等内容，把社会和企业的最新需求带给学生，帮助学生科学合理地及早做好个人规划。选修课程根据学院的专业讲座安排提供一组可供学生选择的课程菜单，内容涵盖文化引领、口头与文字表达能力、人际交往能力、组织管理能力、专业领域动手能力(创新创业)、心理健康等。实践类课程根据专业特点和学生个性发展设置实践活动，全部采用选修的形式，学生根据实践活动菜单选择参与实践活动。目前实践环节以企业参观访问、心理团队辅导、领导力素质拓展、暑期社会实践等多个实践类型组成。课程设计采取“4+2+1”模式，学习期间，学生除了修满2次讲座必修课之外，必须选修讲座类选修课4次、实践活动1次。采用必修结合选修的柔性选课制度，学生根据兴趣“个性定制”自己的“第二课堂”课程表。“第二课堂”与“第一课堂”相辅相成，为强化学生智商、情商、创商和逆商的培养，全方位提升毕业生竞争力，为他们更好地适应社会打下坚实基础。

积极探索学生生涯发展和创新创业教育一体化新模式，将大学生创新创业教育系统地纳入到“第二课堂”教学中。依托创新创业指导、能力提升、创业实训、创新实践等平台，加大宣传、组织和引导，进一步激发学生参加各级各类学科竞赛和大学生创新性实验计划的积极性和主动性。依托学科竞赛基地，组建NUEDC创新协会和科创未来智能实验室等学生创新团队，引导学生以各类竞赛为载体和平台，全面提升学生的创新意识，培养学生的科技创新和科研能力。通过组织学生参加创新性实验计划和创业训练项目，不断锻炼和提升学生的研究创新能力和探索问题能力，加强学生创新性思维的培养，有效改善整体学术氛围，提升学生的创新能力。

(4) 进行基于成果导向的教学模式改革，将学生工程能力要求分解为具体课程目标，并将相应课程目标有机融入课堂教学组织的各个环节，注重团队、沟通、责任、创新、专业以及终身学习等多元化能力训练，全面提升学生综合素养。基于成果导向的教育理念，改善课堂组织，改进教学手段，从知识传授型教学方法向能力获得型教学方法转变；开展讨论式课堂教学，组织学生开展各种形式的项目式研究活动，进行团队研究学习，运用新信息技术使课程实施方式多样化；以能力培养为导向，根据不同课程和教学环节特点，采用笔试、答辩、论文、综合评价等多样化评价方法。

以场类课程为例，提出7个方面的教学目标：提高学生学习的主动性，提高科研及表达能力，提高团队协作与综合应用能力，提高专业软件工具的使用能力，提高学生的实验测量与动手能力，提高电路器件设计制作能力，通过远程实验平台帮助学生学习使用高端测量仪器。课程资源开发、学生管理和辅导等活动围绕教学目标展开，将教学目标的要求融入到具体的教学活动中。如为了提高学生科研及表达能力，设计研究课题，学生自组小组，每组不超过4人，自选一个与课程相关的应用研究课题，分工协作完成课题的研究，最后以PPT的形式提交作业，学生在课堂上展示他们的研究成果。经过这样的锻炼，学生基本上能做到不怯场，能在公共场合流畅地表述自己所做的工作，书面表达能力也得到提高。研究课题分成模块，小组学生每人完成一部分工作。这个过程要求组内每名学生分工协作，发挥自己的特长，极大地提高了学生的自学能力和团队协作与综合应用能力。

以生产实习和企业实习为例，基于成果导向的教学设计理念，将设计/开发解决方案、工程与社会、职业规范、个人与团队、沟通、项目管理等要求融入实习模块，学生的企业实习不再是简单的参观了解，而是通过校企联合设置实习项目，并以学生的做为主、教师指导为辅。将毕业要求规定的毕业生能力分解到实习过程中，形成对毕业要求的达成支撑。实习内容通常由行业综合、技术理论及项目模拟三部分组成，包含行业企业文化、就业指导、工程质量检查、工程伦理、工程模拟训练项目等内容。学生根据自身的特长、兴趣和择业方向选择工程模拟训练项目，通过分工模拟不同的职业角色协作完成实践内容，以此训练学生的分析及解决问题、建模仿真、创新和项目团队管理等能力。

2. 建立持续改进机制

(1) 建立院级教学督导，以课程群建设为目标，每个课程群的负责人作为教学督导组成员，形成课程群知识梳理与构建，验证性实验—设计性实验—研究性实验相结合的课程群系统综合项目设计，群内课程对毕业要求形成有效支撑的评价制度，进而实现课程的持续改进。

制定信息科学与技术学院教学督导员工作职责，明确除日常教学检查外，课程组负责人要协调组内课程的梳理、建设，建立和完善课程项目。探索建立成果导向的教学过程监控机制，聚焦“评学”，定期开展成果导向的课程体系合理性评价和课程质量评价。

针对课程支撑毕业要求的教学设计，制定《课程评价合理性确认表》，由课程组对每门课程支撑毕业要求的课程设计进行审核。制定《课程考核报告模板》，每门课程认真分析对毕业要求是否构成有效支撑，进而分析存在的问题，以便后续教学能够持续改进。通过以上措施形成对课程持续改进的内循环机制。

(2) 毕业生的跟踪评价制度从无到有，制定《在校生调查问卷》《毕业生调查问卷》《用人单位调查问卷》，对毕业要求和培养目标的达成情况进行问卷调查和数据分析。每年5月份对应届毕业生进行问卷调查，每四年一次对往届毕业生进行问卷调查，根据调查结果改进毕业要求、培养目标和教学计划。

3. 建立多层次创新创业教育体系

依托学院大学生科技创新基地，以创新、创意、创业(“三创”)教育活动理念为指导，以培养和提高学生的科研、创新、实践能力为目的，以培养大学生人文素养、科学素养为核心，全面推动学生科技创新活动的开展，提高大学生的科技创新能力。通过东华大学同祺大学生创新创业基金和东华大学-华为集团“华创生”培养计划项目，积极引导学生参与学科竞赛和创新创业训练项目，组建数学建模、电子设计、嵌入式设计、智能汽车等学生创新团队(兴趣小组)，由专业教师、实验教师和在各项科创活动中取得好成绩的研究生及高年级本科生共同指导低年级学生开展创新创造活动，引导学生以各类竞赛为载体和平台，全面提升学生创新意识和实践动手能力。开展大范围的校内选拔赛，扩大学生受益面。把竞赛作品作为检验研究生科研成果的载体，将竞赛要求融入到教师科研工作中，提升竞赛获奖的质量。

三、 结语

在推进工程教育专业认证的过程中逐步实施教学改革，围绕基于成果导向的教育理念，在培养体系、持续改进机制和创新创业教育等方面转变观念，形成对基于成果导向教育理念的根本认同。教师积极开展基于成果导向的教学改革， 促进优质课程资源建设。近三年我院获得各级教改项目40余项；学生的工程实践和创新能力逐步提高，在电子设计、智能汽车、大学生数学建模、美国大学生数学建模等竞赛中成绩突出，自2015年以来，学院有1 000余名学生参加各项课外科技活动，共获得省级以上奖项150余项，实施大学生创新性实验计划项目100余项。自动化专业已经在2017年下半年通过了工程教育专业认证，取得了阶段性成果。