基于CDIO理念培养网络工程“卓越工程师”

陈 润, 琚生根, 李 勤, 师 维

(四川大学 计算机学院, 四川 成都 610065)



基于CDIO理念培养网络工程“卓越工程师”

陈 润, 琚生根, 李 勤, 师 维

(四川大学 计算机学院, 四川 成都 610065)

CDIO培养模式为我国“卓越计划”的实施提供了很好的框架和理念。针对网络工程专业的“卓越工程师”培养问题,结合CDIO工程教育理念,建立了以实际工程为背景,以项目为驱动的培养模式,研究和探讨了改革课程体系和课程内容、改革教学组织形式和教学方法、建设工科教师队伍方面的具体实施措施,从而培养学生的系统工程技术能力、沟通组织协调能力和自学创新能力,满足社会需要,促进行业发展。

CDIO； 卓越工程师计划； 网络工程

1 “卓越计划”和CDIO工程教育模式

“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)是由教育部发起,旨在为未来各行各业培养创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量工程技术人才的重大举措。目标是以该计划为突破口,促进工程教育改革与创新,全面提高我国工程教育人才培养质量,促进我国从工程教育大国走向工程教育强国[1-2]。CDIO工程教育模式是由麻省理工学院和瑞典皇家工学院等4所大学经过4年的探索研究所建立的先进工程教育理念,是近年来国际工程教育改革的最新成果。CDIO代表构思(conceive)、设计(design)、实现(implement)和运作(operate),它以产品研发到产品运行的生命周期为载体,让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程[3-7]。对比“卓越计划”的重点任务和CDIO的12条标准可以发现,CDIO 人才培养模式与“卓越计划”在基本目标、任务、理念与方法及内容上具有高度的相关性和兼容性,可以采用CDIO工程教育改革的理念实现“卓越计划”的目标[8-10]。

2 网络工程专业与“卓越计划”

根据“卓越计划”的培养目标,网络工程专业的“卓越工程师”应熟练掌握计算机通信和网络技术等领域的专业知识,具备从事计算机网络设备、系统的研究、设计、开发、工程应用和管理维护等方面工作的专业技术能力,具有较好的工程意识、工程素质和较强的工程实践能力,具有刻苦钻研的探索精神和勇于挑战的创新精神。要实现这一目标,引入CDIO理念是十分必要的,通过CDIO强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思-设计-实现-运行(CDIO)[3]过程的背景环境基础上的工程教育,培养学生的系统工程技术能力、沟通组织协调能力和自学创新能力。

网络工程专业卓越工程师的培养,可以改变该专业在高等教育中存在的重理论轻实践、课程内容滞后于不断发展的专业技术导致的教学与应用脱节、强调个人学术能力而忽视团队协作精神、重视知识学习而轻视创新精神的培养、毕业生缺乏工程实训经历无法满足用人单位要求等方面的问题。

3 基于CDIO的“卓越工程师”培养

3.1 培养思路

基于CDIO的“卓越工程师”的培养就是要借鉴发达国家在高等工程教育领域的成功经验,改革工程教育人才培养模式,建立高校与行业企业的密切合作,以实际工程为背景,以项目为驱动,通过“做中学”来提升学生的工程实践能力和创新能力,从而适应社会需要,促进产业发展,最终构建结构合理、类型多样、能适应社会发展的具有中国特色的高等工程教育体系。

3.2 工程项目为核心的培养方案

以项目为核心,将网络工程专业整个课程与项目设计结合起来,改变传统课程以学科知识为中心的结构,改革课程体系和课程内容,通过项目的形式融合课程内容和相关的学习效果,促进课程之间产生知识性联系和相互支撑。让项目作为学生学习的导向和目标,将学生需要学习的知识和技能贯穿在项目的设计和完成中。在低年级时就通过工程实例引导学生入门,使他们了解该专业的实际应用情况、产生对专业课程的学习兴趣,并清楚自己的学习目标；在专业课程的学习中安排各个层次的工程项目(方式包括课程实验、课程设计、企业实习、综合实训等),通过贯穿整个学习过程的工程项目使学生在学习专业知识的同时学习系统的设计方法和过程,形成理论知识和实际应用的良性互动,使“学”和“用”交叉进行并彼此促进。

贯穿学习过程的项目按内容和规模可以分为3类:系统项目、综合项目和课程项目。课程项目是指单门专业课程学习中的项目,表现形式一般为课程实验和课程设计等，规模较小,主要针对该门课程知识的理解与应用,强调学生专业基础知识的掌握。综合项目包含多门核心课程内容,强调学生综合应用专业知识的能力,规模中等,是单独课程项目的进阶。系统项目则包括网络工程专业主要核心知识和能力,侧重训练学生从需求分析、设计、实现到运行的系统性能力,掌握工程设计方法[10-12]。总的来说,系统项目是基于CDIO的“卓越工程师”培养方案的主线,综合项目和课程项目是基础,三者逐级递进,缺一不可。培养方案鱼骨图见图1。

图1 网络工程专业基于CDIO的“卓越工程师”培养方案鱼骨图

4 “卓越工程师”培养方案的实施

以项目为核心的培养方案有别于传统的教学方式,为了保障方案的顺利实施并达到预期的效果,需要从以下几个方面展开工作。

4.1 课程体系和教学内容改革

在网络工程专业的课程设置上充分体现“工程”特色,与企业共同探讨网络工程专业的人才培养模式,根据行业标准来重新界定该专业的核心能力,依据相关行业的从业资格和工作岗位标准要求来设置课程和课程内容。

提高实践课时在课程体系中的比例,在保证基础知识不减少的原则上,适当压缩课堂学时,增加研讨性课程、项目型课程和设计型课程的比例。保证工程项目设计4年不断线：一年级即到企业进行行业认知实习,并剖析讲解来源于真实应用的系统项目；二年级强化综合布线和组网工程实训,在专业实验室或实训基地开展课程项目和部分综合项目；三年级侧重综合项目,并依托国家、学校、院系资助各级科研项目和各级学科竞赛活动,完成企事业网络构建、网络安全设计与部署、接入网设计、Web网站的构建、基于Web的信息系统开发、无线传感网开发、网络设备研制与开发等综合项目,选取的项目要紧密联系工程实际,以工程项目或产品设计生产全过程为载体；四年级进行企业实习和毕业设计,完成完整的系统项目设计,要求项目的题目必须来源于生产实践或以教师的纵向科研课题和来自企业的横向课题为依托。

网络工程专业本来就是计算机技术、通信技术和工程技术相结合的交叉学科,因此在课程设置上应发挥多学科优势,设置跨学科的交叉课程群并组建跨学科的交叉团队,从而拓宽网络工程专业学生的知识面和视野,并为他们将来的发展提供更多选择。

课程体系中的每门课程、每个教学模块都是相互关联和影响的构成要素,牵一发而动全身,在制定教学体系和教学内容时,应从整体和系统的角度分析量化其在卓越工程师培养目标上的功能和作用,进行全局一体化的重组和整合。同时,对于试行后的课程体系,应广泛听取反馈意见,并采取科学的评价方式对课程效果进行客观评价,以此来进一步调整和完善。

4.2 教学组织形式和教学方法改革

进行课程设置和教学内容改革的同时也必须改革相应的教学组织形式和教学方法,只有合理的、与之配套的教学组织形式和教学方法才能保证课程教学目标的实现。“卓越计划”对参与高校的教学方法的改革也提出了明确的要求,要求参与的高校着力推动研究性学习方法。基于CDIO的“卓越计划”教学应建立以工程项目为载体的教学模式,主要包括以下几个方面。

首先，从工程实践和企业实际应用中挑选和设计项目,选择的项目要能便于教师开展和完成主要课程内容的教学,在内容上要由易到难,由单一到综合,以利于学生水平的逐步培养和提高。

其次,教师要转变自身角色,将以教师为中心的教学模式转变为以学生为中心,将学生的被动学习转变为在教师引导下的主动学习[11]。教师以问题或者项目作为课程内容的导向,在课前需要进行充分的课前准备,熟悉教学大纲和本专业、本课程的内容,熟悉学生的能力情况,从而提前规划好学习的重点、难点,制定有针对性的讨论提纲、计划教学进度。在课堂上,教师以启发性教育为主,减少讲述法的教学,要求学生自主学习或小组合作学习。在这种方式下,教师要有良好的组织管理能力,善于调动学生的积极性和主动性,控制课堂节奏,应对处理意外的教学场面；而学生要完成项目,则需要主动去查阅文献资料,积极与同学交流沟通,从而锻炼发现问题、解决问题和团队协作的工程能力,养成主动学习的习惯。

最后,在考核方式上要改变过去“一考定成绩”的做法,实施课程过程考核,加大平时成绩比例,增加课堂表现、阶段性测试等考核环节,加入口头答辩、实际操作、专题讨论、小组研究和综合设计等多种考核方式,实现学生成绩评价的多元化,对学生所学知识、个人能力和素质进行全面考核。

4.3 工科教师队伍建设

课程和教学的改革需要工科教师队伍的支持,“卓越计划”也明确提出要建设高水平的工程教育师资队伍。目前,大部分高校的工科教师队伍建设面临的主要问题就是教师工程实践经历普遍不足,要解决这一问题,可以从以下几方面着手。

(1) 建立工程类专业教师聘任考核机制[11]。优先聘任具有工程经历的教师,要求专业课教师必须具备在企业工程实践累计一年以上的经历。新进工程类教师上岗前,应经过至少一年的工程方面岗前培训。在考核上强化企业工程实践经历要求,将教师在工程项目设计开发、知识产权和发明专利、产学研合作和技术服务等方面取得的成果与理论研究和发表论文的成果同等对待。

(2) 加强教师工程能力的培养。通过合作、交流等方式安排部分教师到企事业单位进行顶岗工作或实习锻炼,充实教师的工程背景,提高教师的专业技能和实践能力；不定期组织全体专业教师到企业参观学习,了解企业的新技术、新设备；鼓励教师不断提高自身的工程实践能力,对于教师参与工程实践时给予经费的资助,在企业实践期间享有与在校相同的待遇,在企业的实践工作量计入年度考核工作量。

(3) 从企业引进专职教师,建立工程教育专职和兼职队伍。引进企业界有真才实学的人士成为学校的正式教师,强化教师的工程实践背景。同时,积极聘请相关企业具有高级职称以上的技术人员和管理人员到学校担任兼职教师,参与教学工作、指导学生工程实践、共同制订和实施企业培养方案。

5 结语

CDIO培养模式为我国“卓越计划”的实施提供了很好的框架和理念,本文针对网络工程专业的“卓越工程师”培养问题,研究和探讨了如何结合CDIO工程教育理念,改革课程体系和课程内容、改革教学组织形式和教学方法、建设工科教师队伍,建立以实际工程为背景、以项目为驱动的培养模式,通过“做中学”来培养学生的系统工程技术能力、沟通组织协调能力和自学创新能力。希望本文的研究对其他专业的“卓越工程师”培养有一定的参考和借鉴意义。

References)

[1] 教育部.关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见:教高[2011]1号[Z].2011.

[2] 林健.“卓越工程师教育培养计划”专业培养方案研究[J].清华大学教育研究,2011,32(2):47-55.

[3] 陈晓龙,彭志平,李启瑞,等.网络工程专业“卓越计划”的企业培养方案[J].计算机教育,2012(14):107-110.

[4] 汪泓.更新人才培养观念,创新人才培养模式:卓越工程师教育培养的理论与实践创新[J].上海工程技术大学教育研究,2010(3):1-5.

[5] 单家凌.基于CDIO理念的网络工程专业教学改革[J].计算机教育,2012 (7):45-49.

[6] 陈琳.基于CDIO模式的网络工程专业“工程能力”培养[J].实验室研究与探索,2016,35(2):211-216.

[7] 郑仲桥,黄文生.基于CDIO的电子信息工程专业卓越工程师培养的探讨[J].常州工学院学报,2014,27(3):82-84.

[8] 胡中栋,涂燕琼.网络工程专业卓越工程师人才培养探索[J].中国电力教育,2012(31):17-18.

[9] 吴许俊.基于CDIO理念的网络工程教学改革研究[J].计算机教育,2011(22):40-42.

[10] 顾佩华,沈民奋,李升平,等. 从CDIO到EIP-CDIO:汕头大学工程教育与人才培养模式探索[J].高等工程教育研究,2008(1):12-20.

[11] 林健.高校“卓越工程师教育培养计划”实施进展评析(2010—2012)(上)[J].高等工程教育研究,2013(4):1-12.

[12] 顾学庸.联接理论与实践的CDIO：清华大学创新性工程教育的探索[J].高等工程教育研究,2009(1):11-23.

Cultivating excellent engineers of network engineering based on CDIO

Chen Run, Ju Shenggen, Li Qin, Shi Wei

(School of Computer Science, Sichuan University, Chengdu 610065, China)

CDIO training mode provides a good framework and philosophy for “Excellence Engineer Plan” of China. For cultivating excellent engineers of Network Engineering major, a project-driven training mode under the background of actual engineering was built which was based on CDIO. Definite steps were proposed including how to reform the curriculum structure and course content, reform the teaching organization and teaching methods, construct the engineering faculty. As a result, the students’ engineering and technology skills, communication skills and innovative abilities are promoted which could meet the social requirement and promote the industrial development.

CDIO; excellence engineer plan; network engineering

10.16791/j.cnki.sjg.2016.11.048

2016-06-21

四川大学实验技术立项资助项目(2015-108)；四川大学计算机学院实验技术立项资助项目

陈润(1980—),女,四川成都,博士,讲师,研究方向为智能系统、信息安全

E-mail：cr_run@scu.edu.cn

琚生根(1970—),男,四川成都,博士,教授,研究方向为智能信息处理、高校实验室建设及实验教学研究.

E-mail：jsg@scu.edu.cn

G642.0

B

1002-4956(2016)11-0189-04