基于“三链联动”的电子信息类专业课程产教融合探索与实践

2024-01-02唐贵进沈建华

软件导刊 2023年12期

唐贵进，沈建华

（1.南京邮电大学通信与信息工程学院；2.南京邮电大学教务处，江苏南京 210003）

0 引言

中共二十大报告指出，必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略以及创新驱动发展战略。当前社会知识更新和科技发展日新月异，产业转型升级节奏的加快，导致社会人才供需结构开始发生深层次变化，社会人才供需模式已逐步由高校主导转变为市场主导。课程是学校育人的基础，因此要求学校的课程建设要作出相应调整。课程的产教融合建设有利于打通产教融合壁垒，实现人才培养类型的根本改变，把思路真正转到服务地方经济社会发展上来，转到产教融合校企合作上来［1］，转到培养应用型技术技能型人才上来［2］，转到增强学生就业创业能力上来［3-4］，全面提高学校服务区域经济社会发展和创新驱动发展的能力［5］，实现人才供给与市场需求的对接［6］。

电子信息技术是国家重大发展战略之一，是推进经济可持续性发展的助推器和加速器。“十三五”期间，在国家重点研发计划中实施了“新一代信息技术”重点专项，我国在光通信、卫星通信、5G、物联网等方面突破了一些关键技术。

为了更好地推动我国电子信息技术的发展，促进人才的高质量培养，国家陆续出台了一系列政策来推进和深化产教融合协同育人工作。2010 年6 月，教育部即启动了“卓越工程师教育培养计划”，旨在推动我国创新型国家建设，培育一批实践能力、创新能力、国际竞争力突出的高级应用型工程人才。2012 年3 月，高等学校创新能力提升计划（即“2011 计划”）启动，致力于构建协同创新平台，促进校校、校所、校企、校地以及国际间的深度融合。2017 年12 月，国务院办公厅印发《关于深化产教融合的若干意见》，指出产教融合对新形势下全面提高教育质量、扩大就业创业、推进经济转型升级、培育经济发展新动能具有重要意义，并将这项工作延伸至职业教育、高等教育等整个教育体系，作为国家教育改革的顶层设计，实现了由浅层次的人才培养模式、合作关系向教育与产业融合制度演变。2020 年教育部、工业和信息化部研究制定了《现代产业学院建设指南（试行）》，该指南旨在引导行业企业深度参与高校教材的编制，加快课程教学内容迭代，推动课程内容与行业标准、生产流程以及项目开发等产业需求科学对接。

因此，产教融合型课程建设吻合了国家的教育改革方向，已成为当前的研究热点［7］。本文以南京邮电大学电子信息工程专业课程数字图像处理与图像通信的实际工作为例，探讨在“知识链、人才链、产业链”三链联动机制下，从课程内容、教学方法、评价机制等方面开展协同育人的思考与实践。

1 课程教学改革的必要性

数字图像处理与图像通信课程是电子信息工程专业重要的专业课，如何在给定的学时内，让学生吸收知识、掌握原理并将其应用于解决复杂工程问题成为了当务之急。为了更好地对接产业，对原有课程进行改革成为了一项迫切需求。原课程存在的问题具体表现为：

（1）部分知识较为陈旧，难以很好地支撑课程目标。在如今的信息化时代，图像处理与通信技术不断推陈出新，人工智能、虚拟现实等理论发展迅速，原有教学内容已不能适应新时代的发展需要，难以对课程目标形成良好的支撑。因此，需要合理地增加和删减内容，同时也要注重知识的连贯性，即不能因为相关章节的增减使得内容的前因后果变得支离破碎。

（2）学生学习多处于被动接受状态。传统的图像处理课程教学通常采用“给出定义—分析概念—例题讲解—作业巩固”的模式，整个过程中以教师的“教”为中心，学生在教师的指导下进行相应内容的学习，处于知识的被动接受状况。该模式下培养的学生看似掌握了相关理论，但实际上实践能力不强，缺乏足够的分析和解决问题的能力，难以满足当前企业的需要。

（3）课程的形成性评价不足，评价手段的多样性需要进一步适应新时代特点。传统课程往往采用试卷考核形式，通过得分来了解学生对知识的掌握情况。这种形式过度关注最后的考核，而忽视了对平时学习情况的关注，存在“发现问题为时已晚”的弊端［8］。同时，单一的评价只关注目标达成程度的行为结果，而忽视了目标是怎样达成的行为过程，对学生自身的差异性认识不足，抑制了学生的多样化发展，导致培养出的学生同质化严重，创新性思维不足。

2 课程教学改革具体对策

产教融合的核心思想强调高校和企业两个主体采取一致、共同的行为来达到协同育人的目标［9］，应该避免传统“关起门办教育”的方式。纵观发达国家成功的创新发展和高素质人才培养方式，可以得出开放、合作、共享的育人模式被证明是一条行之有效的重要途径。如何充分调动两个主体的积极性和创造性，实现跨行业的深度合作和开放创新，促进企业需求端、高校供给端协同联动、精准链接，使得高校的人才对接企业需求、企业需求又促进高校内涵建设，成为一项亟待解决的问题［10］。为此，本课程坚持立德树人，提出“理论奠基、学企融通、提升素养”的教学理念，夯实学生的基础知识（知识链），使之成为某方面的人才（人才链），具备解决企业工程问题的能力（产业链），整个体系如图1所示。

为了实现上述体系，所采用的具体对策包括：

（1）建立产教融合长效机制。依托现代信息技术产业学院和江苏省产教融合电子信息工程品牌专业，与嘉环科技股份有限公司、南京中兴新软件有限责任公司、恒新天朗等国内信息通信产业头部企业建立了深度融合的产教协同关系，优化结构与资源配置，旨在突破教育链和产业链的壁垒，建立互惠互利的产教融合长效机制。课程组与企业双方建立了日常性联络制度，企业参与课程建设全过程（见图2）。建立了专业教师、企业教师参与课程建设方案制修订的反馈和互动机制，充分发挥企业教师在课程建设中的作用。将企业的实际需求与课程目标紧密联系，构建了学生创新创业能力培养和训练体系。同时，将学校科技研发与企业技术创新有机结合，共同打造合作培养创新创业基地。

Fig.2 Enterprise participation in the entire process of course construction图2 企业参与课程建设全过程

（2）实施项目式实践教学模式。以行业发展为驱动，动态更新课程内容，保持课程内容的先进性。以解决企业技术开发、生产实践中的真实问题为目标，构建项目式实践教学流程，包括项目设计、项目立项、项目开展、成果提交4 个主要环节。在项目设计环节，围绕合作企业的工程实际问题，由专业教师和企业导师共同设计项目，提炼其中蕴含的科学问题；在项目立项环节，学生根据自己的发展方向自主参与项目，教师指导学生分组，合作企业提供项目实践经费；在项目开展环节，学生在企业导师和学校教师的指导下开展项目，并按照项目要求自主选择理论知识进行学习，完成知识链的建构；在成果提交环节，项目完成后，企业教师与专业教师结合学生在项目中的贡献度和现实表现对学生的工程实践效果进行评价，企业对提交的成果进行效益评估，以运用于产业链中解决实际工程问题。通过实施项目式教学流程，使得工程应用走入课堂，丰富了课程内涵。

以企业项目视频跟踪为例，其隐含的科学问题是目标匹配问题，该问题可以借助人工定义特征或深度学习自提取特征技术来解决。如果采用人工定义特征，则涉及到的知识点可能包括特征表示（如颜色特征、形状特征、纹理特征）以及匹配技术（如支持向量机SVM［11］）等；如果采用深度学习来提取特征，则涉及到的知识点包括神经网络结构［12］、训练平衡［13］、模型泛化［14］等技术。因此，课程需要先分别讲解这些知识点，然后将其进行综合，并应用其来解决视频中的目标跟踪问题。学校图像课程与企业项目之间的转化关系如图3所示。

Fig.3 Transformation between engineering projects and classroom knowledge图3 工程项目与课内知识之间的转化

（3）打造从理论到应用的立体式教材体系。本校教师和企业教师深入企业一线，获取来自企业的实际工程应用项目和案例，根据“准、新、特、实”的标准，在以学生为中心的理念下创新设计了适用于项目化、任务式教学的新形态一体化教材。以国家级规划教材《数字图像处理与图像通信》和江苏省重点教材《数字图像与视频处理》作为本课程的基础理论教材，同时为了跟踪人工智能及其他新技术的发展，编写了《现代数字图像处理》教材对课程内容进行深化。另外，为了阐述深度学习理论在企业应用中的落地，2022 年又出版了《生成对抗网络原理及图像处理应用》教材。此外，还编写了有关视频传输等方面的教材。可以看出，围绕课程建设，形成了从下到上、从点到面、从基础到应用的立体式教材体系，如图4所示。

Fig.4 A series of multilevel textbooks for the integration of industry and education图4 立体式产教融合系列教材

（4）推行基于过程化管理的多元评价。本课程依托线上资源（运用雨课堂、课程圈等智慧教学工具，基于QQ 平台、腾讯会议，结合相关微视频），强化过程化管理，将学生个性化学习与课程教学目标有机结合，引导学生重视成绩，更要重视过程。

在具体评价措施上，学生成绩评定包含以下部分：平时成绩、面向企业需求的项目实践报告，以及期末考试的卷面成绩。

平时成绩由平时出勤情况、作业、课堂表现等构成。出勤考察通过雨课堂进行记录，作业包括雨课堂线上作业和线下作业，课堂表现主要由学生上课投入情况、回答问题正确率、讨论区互动情况等组成。

面向企业需求的项目实践报告主要考查学生能否利用所学来解决企业问题。评价应以企业为主，即企业与课程组在设计需求问题（如低光照场景中的视频如何提升清晰度）后，共同制定评价指标，对参与实践的学生进行专业性评估，分析其是否满足企业与学校的共同培养要求。例如是否掌握图像处理方面的滤波、变换、编码等知识，是否具有创新思维以及坚忍不拔、耐心细致、团队协作等素质。因此，在开展教学评价工作时，企业应对其自身的人才培养能力进行评估，从满足企业需求的角度构建评价体系。

期末考试考核整个数字图像处理与图像通信的基本概念、基本定理以及相关问题解决方案。特别地，将企业需求或案例作为考核内容的综合部分，由学生提供解决思路或策略。

（5）践行基于课程目标达成评价的持续改进。课程考核结束后，根据各考核环节确定支撑课程目标达成的评分内容及其权重值，统计各项评分内容得分情况，并计算课程目标达成情况，其结果可用于课程的持续改进。表1 给出了某年度用于支撑课程目标的评分内容组成。

Table 1 Composition of the scoring items for course objectives表1 用于支撑课程目标的评分内容组成

若课程目标i的达成情况由N个考核点支撑，设第j个考核点的总分为Sj，学生平均分为Aj，权值为Wj，则课程目标i的达成情况评价值OAi由式（1）进行计算：

式中，支撑达成课程目标i的所有考核点权值Wj之和为1。

同时采用定性评价法进行分析与总结，考量各环节的实际教学效果，以发现课程教学的短板，从而拟定课程教学持续改进的方案和措施。

3 实践效果

通过实践，该项目的实际效果如下：

（1）作为专业核心课程，电子信息工程专业2019 年入选首批国家一流专业建设点，2022 年入选首批江苏省产教融合型品牌专业建设点，已通过两轮工程教育专业认证。近3 年来，电子信息工程专业的升学率也保持在较高水平，如表2所示。

Table 2 Enrollment rate in the past three years表2 近3年升学率

（2）学生对课程认可度高，认为本课程互动性强、课堂氛围活跃，在多个社交媒体平台（如知乎、微博）和校内座谈中，多人次对本课程进行了点赞，认为是“本学期最喜欢的一门课”。近5 年来，学生对该课程的评价全部是“优秀”。通过该课程的学习，提高了学生的综合素养。所指导的学生多次获省级和校级优秀毕业设计、省级优秀毕业生等荣誉。

（3）课程目标达成情况稳中有升。图5 为最近两学期的课程目标达成情况。从图中可以看出，两学期课程目标达成的评价值都超过0.6，且2021/2022 学年比2020/2021学年两个课程目标达成的评价值均有所上升，表明了课程持续改进的有效性。