next工程教育理念在卓越工程师培养中的应用

梁洪卫， 陈雪松， 高丙坤， 王秀芳， 阚玲玲

(东北石油大学 电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318)

0 引 言

科学和工业的发展离不开出色的工程人才，而出色工程人才的培养离不开良好的工程教育。随着现代社会的进步，科学技术日新月异，对工程技术人才提出了更高的要求。因此，工程教育，特别是能培养适应现代化工程发展的工程技术人员的教育，对我国、乃至世界工业的发展具有重大的意义。2010年6月，教育部在天津发布了“卓越工程师教育培养计划”，旨在在未来10年内培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务[1-4]。

当前在中国进行工程教育的本科院校中，大部分仍然采用传统的教师“教”和学生“学”的单边教学活动，这是不利于学生工程实践能力和创新能力的培养的。为了更好的培养中国未来的工程师，泛华恒兴提出next工程教育品牌核心理念就在于助力教师实现从教学、实验与创新环节的全面效果提升，通过next 的各种平台，让全国各高校的理工科教师能够以最高的效率实现工程教育，让学生能够通过主动的体验与参与真正地锻炼动手与综合能力，从而培养出未来中国所真正需要的卓越工程师[5]。本文从通信工程专业卓越工程师培养着手，将next工程教育理念应用于本专业卓越工程师培养过程当中，提出了崭新的课堂教学方法、教学模式改进方法、学生创新能力培养方法、校企协作计划。

1 基于next工程教育理念的课堂教学方法

课堂教学的根本目的就是要让学生在课堂上掌握各种知识点，目前工程教育中的很多概念和知识还是通过老一套的纯公式推导或者板书的形式来进行教授，这种方式不利于学生透彻理解知识点，且不生动，引不起学生的兴趣和求学欲望。本文通过通信工程专业卓越工程师培养实际案例分析，从直观、交互、生动三个方面着手，提出了崭新的课堂教学方法。[5]

1.1 直观化教学内容

“直观”指的是有效的数据表达方式，比如把单纯的数字结果用波形图的方式表达出来，相对于传统的黑板或者PPT而言，学生可以更直接地感受到信号处理的结果。

数字信号处理课程教学中有一个关键的知识点——FFT(快速傅立叶变换)，传统的教学方法就是在黑板上进行一系列的推导，然后手绘画出频谱曲线，这是一个必要的教学过程，只有这样才能让学生了解到FFT的实现步骤。大部分课堂教学仅停留在此阶段，整个过程是一个单向输入的过程，形式呆板，不直观，学生无法透彻的理解知识点。

next工程教育针对此问题做了一个演示软件，本软件一方面可以通过波形图、按钮等易于理解的形式，让学生更直观地看到各种信号处理所得到的结果；另一方面可以方便地改变各种参数，让学生即时地了解到参数的变化对信号处理结果的影响。通信工程专业课堂教学中涉及到很多这样晦涩难懂的知识点，都可以通过这种方法，在软件中加不同的功能模块实现，从而让让学生真正的理解。

1.2 互动式教学过程

当前高校绝大多数的理论教学仍然采用传统的以“教”为主的教学模式，教师的教学模式、方法陈旧单调，考核形式单一，很多学生产生了厌学情绪，以至于大部分理论性较强的课程教学效果不好，学生理论基础单薄从而影响创新能力和工程实践能力的培养[5-6]。

所谓互动，就是学生也可以参与进课堂教学当中，每个演示程序都允许学生改变各种参数，随之观察信号处理结果的变化，学生以一种主动参与的姿态更好的接收和理解知识。这种方法是一种协作式教学法，以学习者为中心，鼓励学生积极参与教学过程，使其能深刻地领会和掌握所学的知识，并能将这种知识运用到实践中去。互动式教学法要求学生独立思考，自由择上课方式、安排学习进度。我校通信工程专业将互动式教学方法应用在“EDA技术及应用”课程中的教学当中，结果表明，在达到培养学生掌握基本理论、基本技能的同时，还使学生掌握了开发项目、团队合作、陈述报告等各方面的能力。

1.3 教学形式生动化

为了突出教学效果，课堂教学过程中还应该充分引进next工程教育理念中生动的教学形式，比如经常在课堂上举一些生动的小例子或者演示，让学生接触到这个知识点在实际中的应用，这样可以起到事半功倍的教学效果。

将这种直观、交互、生动相结合的新颖教学方法应用到教学课件中，使课件活动起来，让学生在学习知识点的同时，可以有动态的演示进行配合，这样就是一种完全不同的学习体验，而不再是一个个打开后都是无穷的字、图和公式的PPT文件。在此，我们可以充分利用nextpad工程教育创新平台，并在教学过程中不断地融合各种优秀演示与课件程序，从而使教学过程更为生动、直观与交互。

2 理论与实践课程体系建设

实验部分是学生通过动手和实践去体验与获取教学中关键知识点的常规途径，同时也是将课堂中所学理论知识在真实的环境中进行验证的过程，是工程教育中不可或缺的重要环节。目前我校通信工程专业大部分实验器材较为传统，形式单一，扩展性欠缺。本文借鉴next工程教育理念提出了通信工程专业卓越工程师培养实验平台建设的主流发展趋势：平台化、模块化，并提出了“模块+平台”的课程体系建设思路[7]。

2.1 实验平台建设

近年来，类似“基础实验室”、“综合实验室”、“创新实验室”成为了各大高校的建设主流，希望建设一个综合性的工程实验平台，在这个统一的平台上能够做多门学科的实验(例如通信原理、信号处理、传感器技术等)，一方面能够便于统一管理与协调、提高效率，另一方面也节省了实验室建设成本[8-10]。

模块化的理念已经成功地运用在了多个领域，如测试测量、工业控制、软件工程等，它的最大特点就是灵活可配与可扩展性。近年来学校对于各类实验室的灵活性及可扩展性的要求日益激增，传统的实验箱模式已经完全不能满足教学要求。针对这个问题，实验室建设方面提出了模块化的解决方案。通过各种实验模块和功能模块的灵活配置，老师们可以按照自己课程的需要自行选择和搭配自己的实验室；其次，随着每年模块种类的不断增添，实验平台就具备了长期可扩展性；另外，由于具备模块化的特点，学生还可以按照自己的创意将多个模块一起放在实验平台上搭建自己的实验系统，在更高层次上做各种综合实验。

2.2 专业课程体系构建

本文以我校通信工程专业卓越工程师培养目标为指导，借鉴实验室平台建设的主流发展趋势，构建了“平台+模块”的课程新体系。具体的做法包括：打破学科界限，按照培养目标重新设置课程模块，整合优化课程内容，增加综合类、设计类课程，加大实践类课程比重，体现知识的交叉融合；根据就业情况，结合通信工程师资格认证管理办法规定的七类通信工程师的要求，将专业课整合为学生自主选择的3个专业方向模块——通信与信息系统、信号检测与信息处理、嵌入式系统设计；将课外自主学习纳入课程体系，要求学生必须通过参加学科竞赛、开放实验、科研项目或社会实践活动完成部分学分，培养学生自主学习能力、创新能力、团队合作精神和沟通能力；增加企业培养阶段课程模块，由校企共同设计企业培养方案及课程，发挥企业优势，重点培养学生职业素质和工程实践能力。

3 创新能力培养

目前，各种成功的创新案例已不再是从无到有的发明(例如爱迪生时代的电灯、电报、电话等)，而是将各种可用的技术综合起来实现更高层的创新应用(例如机器人技术融合了电子、机械、人工智能、传感器、图像处理、无线通信、嵌入式等技术)，这种综合创新能力，才是卓越工程师所需要具备的最重要能力。现阶段，这种能力的培养，绝大多数都是通过各类竞赛来实现的，如全国虚拟仪器大赛等，但这些竞赛只针对少数学习和能力位列前茅的尖子学生，剩下的大多数学生如何培养综合创新能力才是卓越工程师培养过程中的大问题[11-12]。

本文借鉴next工程教育理念提出的教学方法本身也是一种创新，那就是要在教学过程中像搭积木游戏一样提供各种具备独立功能的模块(各种模块都可二次开发)，直接交给学生和老师按照自己的想法进行连接和创新，学生可以按照自己的思维自由地搭建创新的系统，进而培养出综合创新能力。这种“提供积木”的方式与目前国内外较为流行的一些创新教学方法(例如 CDIO、基于项目的教学训练等等)相得益彰，能取得很好的教学效果。下文从本专业教学过程中的两个具体实例进行分析，讲解“搭积木式”教学方法在通信工程专业卓越工程师培养过程中对创新能力培养起到的作用。

卓越工程师培养的一个具体目标就是要提高学生实践能力和创新意识，为实现这一目标，我校通信工程专业开设以实践为主、与学生科技创新活动紧密结合的课程，提供实验环境；鼓励学生申报并完成各级(国家级、省级、校级和院级)“大学生创新性实验计划”项目，并根据教师承担的纵向和横向课题提炼出适合学生完成的科研训练项目；支持学生题目自拟、方案自选的“自主式”实验项目。通过搭建各种样式的平台，提供功能各异的模块开展DIY(Do It Yourself)活动，使得学生探索知识、分析问题和解决问题能力，自主、创新能力，实践认知能力和综合素质能力都得到显著提高。

为了让学生透彻理解“搭积木”教学方法中各个模块的具体功能，我校通信工程专业在教学过程中采取了微型项目驱动教学法，将知识点溶于微型项目，学生根据所学知识点主动完成各个微型项目，教师起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，全程跟踪、落实学生的执行情况。

4 校企合作

企业深度参与培养过程是卓越工程师培养计划的最大特点，培养未来工程师的最根本目的是要向企业和单位输送合格和优秀的人才。学生如果在学校期间就能有机会到企业中体验一些真实的工程项目与技能训练，对于工程能力锻炼和提升是极为重要的。[13-15]

为实现校企深度合作，我校通信工程专业根据多年的实践及next教育理念，提出三加一的校企合作模式：大一、大二为培养的基础期，我们可以利用专业搭建的各种平台，借助next品牌的产品全面地帮助学生以高效的方式学习理工科的基础知识与实验；大三为过渡期，学生可以通过next系列产品培养自己的综合创新能力，也可以参与到一些微型项目当中；到了大四，是校企合作的关键阶段，我校通信工程专业通过各种途径与企业建立了长期合作关系，把培训大学生创新能力的相关实践课堂尽量多的建在相关企业中，与企业组建紧密合作型的研发中心，教师带领学生参与实际项目，鼓励学生的毕业设计走进企业，在完成毕业设计的同时也让学生直接体会到企业的工作要求和模式。从而通过4年的时间，与企业进行深入合作，培养具备一定工程能力的卓越工程师。

5 结 论

我校通信工程专业卓越工程师培养试点工作已开展了近两年，并同时开展了黑龙江省教育厅及黑龙江省高教学会两个级别的卓越工程师培养类的实际研究课题。通过与相关企业的紧密合作，借助next工程教育理念，课题组从直观、交互、生动三个方面着手，提出了崭新的课堂教学方法；提出了通信工程专业卓越工程师培养实验平台建设的主流发展趋势：平台化、模块化，并提出了“模块+平台”的课程体系建设思路；针对绝大多数大学生创新能力的培养提出了新的思路；并提出了三加一的校企合作模式。通过近两年的实践可以发现本文提出的教改方法，对培养学生的综合素质、工程意识、创新能力和综合知识运用能力以及提高学生实践动手能力具有重要意义和推广价值，凸显了我校通信工程专业的培养人才优势与特色。

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