工程创新能力导向的实践教学改革探索——以电工电子实践教学为例

徐善永 曹珍贯 韩 涛 陈 亮

安徽理工大学电气与信息工程学院 安徽淮南 232001

在党的二十大报告中,习近平总书记指出,要深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略,加快建设教育强国,构建高质量教育体系,全面提高人才自主培养质量,着力造就拔尖创新人才。

2018年,教育部发布《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》(简称《意见》)明确提出“学生为中心、成果为导向、持续改进”作为全面提高人才培养能力的基本原则。成果导向教育(OBE)的三大核心要素:(1)产出导向;(2)学生中心;(3)持续改进。因此,OBE理念与《意见》的基本原则非常契合。CDIO是以项目/产品从无到有的全流程生命周期为载体,培养学生个人能力、团队协作的工程化教育理念,有助于提升本科生工程实践创新能力。本文结合安徽理工大学电工电子实践教学的现状,以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,以工程实践创新能力为导向,以提高学生创新实践能力为主线,进行实践教育教学改革及创新人才培养模式探索。

一、电工电子实践教学现状

电工电子实验实践课程是所有工科专业的必修课程,虽然多年来电工电子实践教学不断整合教学内容,改革实践教学方法和手段,但是在实践教学环节仍然存在诸多的不足,主要体现在以下几个方面:(1)教学模式依然是以教师为主导,没有真正形成以学生为中心的教学方式,没有彻底激发学生学习兴趣和潜能。(2)课程体系还不够完善,虽然实践教学内容的综合性和设计性比重在逐步增大,但是内容缺乏创新性。(3)评价考核机制不够健全,对学生的学习过程缺乏监控、评价和反馈意见。(4)互联网技术与实践课程体系结合的不够,数字化智能化水平有待进一步提高,多元化、自主学习、自主管理的实践教学管理体系尚未完全建立。

二、实践教学改革措施

针对当前存在的问题和《意见》对创新人才培养的目标要求,以工程实践创新能力为导向,深化实践教育教学改革;以提升学生实践动手能力为主线,激发学生学习兴趣和潜能,以培养适应时代发展需要的创新人才为目标,充分发挥实践教学在创新人才培养中的作用,进行基于OBE+CDIO理念的电工电子实践教学模式、课程体系、质量管控体系以及创新型人才培养模式的改革与探索,促进实践教学质量和教学水平的提高,为电气信息类专业的实践教育教学和人才培养做出应有的贡献。

(一)基于OBE的实践教学模式改革

成果导向教育(OBE)是指以课程知识为基础、以学生为主体、以学习产出成果为目标的教育理念,将该理念引入实践教学中,依据学习成果进行设计、实施教育计划、评价教育成果、反方向教学设计来构建基于OBE理念的电工电子实践教学模式,主要由预期目标设定、项目方案设计和成绩评价三部分构成。

1.预期目标设定

基于OBE理念的成果导向,教师根据期望的产出成果进行预期目标设定,鼓励学生自由探索,以自己的兴趣和爱好为出发点,学生自选训练题目和自由组队,增强参与热情,强化责任意识。

2.项目方案设计

根据OBE理念的以学生为中心的原则,构建电工电子实践教学平台,学生利用平台的教学资源库查阅资料,自主完成项目方案设计、实施、调试和报告,既可以节约时间,又可以进行资源的积累。

3.成绩评价

项目实施过程中采用竞争机制,按竞赛要求进行阶段性考核,采用学生自评、学生互评和教师评价的方式进行结果评估。该模式既激发了学生的干劲,又增加了学生与教师之间、学生与学生之间的互动,所有结果在项目设计全流程中公开、透明,可以做到实时反馈。成绩好坏、方法优劣可以在所有同学间做到实时监督、借鉴和交流,促进学生共同进步。

(二)基于CDIO的实践课程体系的改革

基于OBE的实践教学模式,在课程体系上利用CDIO理念,构建多元化分层式的实践课程体系,如图1所示。该课程体系包括综合演示实验课程、基础性实验课程、综合设计性课程、工程实践类课程、创新研究性项目。

图1 电工电子实践课程体系架构图

1.综合演示实验课程

综合演示实验作为引导性实验,利用丰富多彩的实验现象,让学生对所学的专业课程有初步了解,激发学生的学习兴趣和求知欲。实验项目可设置问题引导实验、模块组合实验、流水灯实验、报警器实验等,具有知识点广、操作简单、现象明显等特点。

2.基础性实验课程

基础性实验课程用于培养学生的基本实验技能和专业基础知识,训练学生分析和处理问题的能力。对于电工电子实践课程体系,其基础性实验课程包括电工电子技术实验、电路实验、模拟电子技术实验和数字电子技术实验等,都是验证性实验,具有操作简单、容易掌握等特点。

3.综合设计性课程

综合设计性课程用于训练学生基本单元电路和电路系统的设计能力,初步培养学生的创新意识和创新精神。设计性实验内容包括电工电子综合实验、电路综合实验、模拟电子技术综合实验、数字电子技术综合实验和单片机设计实验等,具有综合性、复杂性的特点,可提升学生实践能力、综合应用能力。

4.工程实践类课程

工程实践类课程以各课程实训项目为依托,进行工程项目训练,培养学生工程实践能力,激发创新活力。工程实践类课程包括电工技术实训、电子电路实训、电子课程设计和校外实训基地等,工程实践类项目以学生为中心,以成果为导向,自拟设计方案,然后进行综合评价。此课程具有综合性强、设计方案多元化等特点

5.创新研究性项目

建立创新研究性科研平台、科创实验室,开设与专业相关的课外科技创新讲座,让学生敢想、敢拼、敢干,激发学生的研究兴趣、创新思维,提高创新能力。创新研究性项目以大学生创新创业训练计划项目为依托,利用大学生创新实践基地,自选课题或者参与导师课题,进行创新性研究及探索。该项目内容属于探索类实验项目,不易实现,具有前沿性,可以提升学生创新能力。

(三)实践课程质量管控体系改革

本着“全员参与、全方位覆盖、全程监控”的原则,以OBE+CDIO理念为基础,以电工电子实践课程质量持续提升、培养学生创新能力为目标,构建电工电子实践课程质量管控体系,其框架如图2所示。首先依据培养目标,制定电工电子实践课程考核明细;其次设计实践课程预期学习成果,在课程过程中,分段考核实践课程学习成果;最后进行实践教学质量“成果评估”。在执行过程中,对各个部分进行反馈与持续改进,并优化各个部分,最终达到好的学习效果。

图2 电工电子实践课程质量管控体系框架

根据学校的定位和电工电子实践教学人才培养目标,制定实践课程教学大纲;根据对知识、能力和素质的具体要求,制定课程目标,设置课程群模块,优化课程设置,确定实践课程考核明细。建立课程与培养目标的匹配矩阵,根据预期的学习成果来监控学习成果,最大限度地发挥学生的能动性、创新性、积极性、进取性,分段考核实践课程学习成果。同时确立实践教学质量成果评估体系,制定各教学环节质量考核标准,科学监控目标,实施教学质量持续改进工程;建立教学质量管理监控长效机制,及时整理分析收集到的有关信息,发现问题及时解决,完善教学信息反馈渠道建设;在教学质量持续改进工程中,建立畅通的师生沟通反馈渠道,欢迎各方面的参与,对教学现状进行全面、公正、客观的评估,切实提高实践教学质量。

(四)基于“互联网+”的创新人才协同育人体系改革

“互联网+”和大数据的飞速发展,彻底改变了传统教学模式,产生了丰富的教学手段和方式,如MOOC、SPOC和翻转课堂等,解决了传统教育资源不均衡、教育方式单一等难题。因此,基于“互联网+”的创新人才协同育人体系改革,利用“互联网+”实践教学平台,打造平台+赛课融合+项目驱动+实践创新的创新人才协同育人体系,如图3所示。

图3 “互联网+”创新人才协同育人体系架构

1.构建“互联网+”的实践教学平台

构建以学生为中心的“互联网+”实践教学平台,整合线上丰富的教学资源,利用平台实时监控实践教学质量,并能及时做出反馈,调整实践课程方案,保证教学质量。

2.赛课融合的课程体系

利用“互联网+”的实践教学平台,构建基于CDIO的实践课程体系,注重创新创业知识、技能和综合能力的培养。同时利用各类竞赛进行实战演练,培养大学生的工程化应用能力,提升实践动手能力。

3.项目驱动的创新能力培养

结合大学生创新创业训练计划项目、国家级、省部级科研基地和大学科技园,打造“项目+基地+团队”的协同育人机制,让本科生进课题、进实验室、进团队,搭建以项目驱动的科技创新创业、科学实践平台,增强学生创新精神,提升学生创新能力。

4.成果转化

鼓励大学生撰写论文、专利等研究成果,进行大学生创业企业孵化、校企合作,构建以需求为导向的创新人才培养模式,鼓励学生探索“卡脖子”技术,实现教育、人才、产业和创新的有机结合。

结语

本文提出的以工程创新能力为导向的创新型人才培养实践教学改革,是在OBE+CDIO教育理念的基础上,以实践课程为基础;以实践平台为依托,建立多元、开放、动态为主要特征的实践课程体系;以培养适应社会发展需要的创新人才为目标,建立符合创新人才要求的新型创新人才培养模式,培养学生的创新设计能力、综合能力和工程实践动手能力。