以工程教育理念为引领的跨专业教学探索与实践

张 瑾， 陈林秀， 白海峰

(西南交通大学 信息科学与技术学院;轨道交通信息工程与技术国家级实验教学示范中心，成都 610000)

0 引 言

大多数工程专业意在培养学生数学、科学、工程科学素养以及解决问题的能力。这是从事工程技术领域工作的必备素质。然而，要成为一个卓越工程人才，系统设计的理解能力、创新思维、团队合作、较强的沟通能力也是必不可少的[1]。《中国高等工程教育研究质量报告》(2014年度)[2]指出 ，我国工科毕业生质量总体得到用人单位认可，但是“工程能力”和“创新创造能力”却相对较低。如何将工程能力和创新创造能力训练，融入到现有的课程教学体系，特别是针对即将走上工作岗位的大学四年级工科学生，强化工程能力和创新创造能力的培养，是当前工程教育改革的一个重点[3-7]。为此，结合我校信息技术类各专业学生具有较宽厚的学科基础知识的特点，借鉴国内兄弟院校的做法[8-14]，自2012年起，引入国际高等教育公认的CDIO工程教育理念，对多个专业《综合课程设计》的教学组织形式进行系统规划、设计、逐步推行改革试点，同时总结经验，不断优化，形成并践行了“专业交叉+项目制”的新型教学模式。

1 课程设置理念

《综合课程设计》是我校近几年人才培养方案制定过程中，根据学生培养需求，采用一体化教学体系设计的重要环节之一。该课程意在改变原来理论知识传授与实践锻炼(实习实训)的分割化、条块化的培养过程，形成“知识传授与能力培养”统为一体的教育模式。一体化教学体系设计思路如图1所示。

图1 一体化教学体系设计示意图

该体系侧重将理论教学与实践教学两个平台的关系进一步协调。以导论课程(发现问题)、毕业设计(独立解决问题)两个项目设计为主线，贯穿于整个本科教学阶段，使学生系统地得到构思、设计、实现、运作的整体训练；其中《综合课程设计》在整个体系中起到承上启下的作用，将整个课程体系有机的、系统的结合起来。同时也为培养创新型人才提供宽厚的理论基础和崭新的实验场所。

2 《综合课程设计》课程特点及教学现状

《综合课程设计》课程的目的是提供学生一次构思、设计并实现的体验。设计可以是硬件设计、实现，也可以是一个软件实现，但都应具有一定的工程意义。要求学生必须考虑实现一个工程设计所有的技术、非技术因素，并通过答辩、设计报告来展示设计结果。该课程教学中反映出的问题有[15]：

(1) 开设时间过晚。该课程是在完成大部分专业课程及实践之后，于本科第7学期开设。临近毕业，学生的就业、继续深造等各种事务繁多，导致学生不能全身心投入设计中。

(2) 题目内容较单一。传统的教学组织方式是教师出题，学生选题，一人一题，独立完成。由于学生人数较多，在题目的数量和质量上较难保障，学生视野不够开阔，创新能力得不到很好培养。

(3) 被动完成甚至抄袭现象。这种教学组织方式学生的主动性很难调动，使得学生容易敷衍了事，完成一些简单功能交差或者抄袭他人的设计项目。

(4) 缺乏平时过程的有效管理。课程设计是一个综合性很强的教学环节，需要指导教师及学生的相互配合，以及时间、精力的大量付出。往往由于双方在设计过程中缺乏应有的沟通交流，导致最后不了了之。

3 “专业交叉+项目制”教学模式改革

专业交叉教学模式可以使学生发挥各自专业特长，从系统协调的角度去解决工程实际问题；项目制教学模式主要以问题为导向，锻炼提高学生的创新、实践、综合能力。

3.1 跨专业《综合课程设计》教学模式构建

结合信息控制技术各类专业，引入国际高等教育公认的CDIO工程教育理念，对全系5个专业《综合课程设计》教学组织形式进行系统规划、设计。自2012年9月起，逐步在通信工程、城轨控制工程、铁道信号3个专业推行改革试点，同时总结经验，不断优化，预计到2018年9月，将实现全系通信工程、城轨控制工程、铁道信号、计算机应用、测控技术及仪器5个专业全覆盖。

3.2 CDIO项目制《综合课程设计》教学组织架构

CDIO项目制《综合课程设计》的核心目标是从解决实际工程问题出发，通过“系统构思—方案设计—具体实施—项目验收(答辩)”等环节的实施，使不同专业的学生在完成对应课程设计的同时，管理与执行能力、团队合作能力以及创新实践的能力得到锻炼。要达到这一目标，保障有力的教学组织架构至关重要。如图2所示，由“课程负责教师+指导教师”组成教学团队；“项目经理+项目成员”组成学生项目小组；教学团队成员分工合作开展课程的各项教学活动。其中课程负责教师负责课程的总体进度规划、专题讨论的召集与授课以及协调技术指导教师和指导教师的工作；技术指导教师是为所有项目小组服务，主要负责提供软、硬件技术支持及管理耗材；指导教师具体负责项目小组的课题指导。

图2 《综合课程设计》教学组织总体架构

3.3 教学组织

课程负责教师根据项目进展，定期召开专题讨论(讲座)，课堂会议安排如图3所示。设置开题培训、团队组建、总体协调会、小组协调会、设计任务下达、初步设计、详细设计、系统开发、联合测试、小组答辩、小组自评等多个教学训练活动环节，以引导学生解决项目实施中的共性问题，形成以学生为主，教师为辅的新型授课模式。

图3 《综合课程设计》课堂会议安排

3.4 过程管理模式

(1) 题目设计。以科研项目、现场实际问题为载体，充分考虑各专业学生知识结构及技术优势，以项目制方式构思、设计课程，从而形成项目选题指南。题目来源主要包括：① 教师科研项目由各位指导教师结合自己的科研项目，先行设计课题方向，提前下发给学生；② 现场实际问题根据学生在现场单位暑期实习过程中遇到的问题、毕业校友工作中反馈的需要解决的技术问题等；③ 学生科创及感兴趣的题目由部分学生在科技创新园的一些项目或学生过程中感兴趣的问题，与指导教师协商确认后形成相应的题目。

(2) 选题流程。① 学生须根据选题指南组成不多于5人的项目小组，鼓励多个专业的同学合作完成项目，实现不同专业背景下的互相学习和提高，要求项目小组成员中必须由多个专业的学生构成；② 每个小组选出一位项目经理，负责项目各项事务的管理以及与教师的沟通。小组须主动联系一名老师作为项目指导教师；③ 各组在确定具体题目时应明确项目属性。项目属性必须至少符合以下一种：实用、创新、已有方案改进；④ 一个课题方向可以允许多个小组选择，选题的最终确定由选题报告会的评委意见决定；⑤ 当选题确定后，项目经理须将写有设计题目、指导教师姓名和签名的表格提交给课程负责老师。

(3) 过程管理。通过引入严格的企业项目管理制度，促使学生学会通过合作完成难度较大的任务，增强职业责任感，有效的解决了毕业年级学生无心学习、对课程敷衍了事的问题。具体做法有：① 课程第一次会议明确课程设计要完成的任务，规定设计不同阶段所需提交的资料及提交时间。特别要说明的是，所有要求提交的文件资料均须按时一次性提交，后续补交遗漏文件将不被接受。课程实施过程中各类文件及发布时间见表1。② 项目小组每次提交文档资料时，须请资料接收人签收“文档提交跟踪记录表”；③ 针对课程设计任务实施的不同阶段，须填写2次组员评价表，评价在会议现场完成。

表1 《综合课程设计》文件一览表

3.5 课程评价指标

根据该课程设置的目标，对课程的考核采用了较为细致的考核办法，着重体现学生在整个过程的参与程度与表现。如图4所示。

图4 《综合课程设计》课程评分指标

4 主要特色

改革改变了传统教学模式中以“单一专业、学生个体”为单位展开小型系统(程序)设计的实践教学模式，转而采取以“跨专业、学生小组”为单位联合开发具有中等规模和复杂度的软、硬件系统的训练模式，较好解决了团队能力训练与专业能力训练的衔接统一。

4.1 跨专业合作

首先在2个专业中合作试点，随后逐步推广到其他信息技术类专业。比如：利用通信工程专业学生具备良好的通信信息处理、软硬件编程能力，尤其是开发移动终端设备应用程序能力；城轨控制工程专业同学的轨道交通行业背景，对轨道交通控制领域待解决工程问题的深度理解。将2个专业学生优势相结合，通过团队合作，完成难度较大、实用价值高的项目。

4.2 创新能力与技术管理相结合

在课程设计过程中，鼓励学生大胆创新，结合已有知识，对课题进行构思、设计及实现，比如：LEGO轨道检测与维修机器人设计，主要是学生根据自己的专业背景(铁道信号)，结合机器人设计，来完成相应的课程设计，可满足现场的实际需求，从中体现学生的积极创新思路。在整个设计阶段，需要由项目经理来管理，包括与项目组成员及与指导教师的沟通，项目进展的推进等，使学生在完成技术任务的同时锻炼了一定的团队管理能力。

4.3 创新考核机制

改革课程考核机制。加大过程考核的比重，注重随堂测试、课题讨论、团队作业等学习过程评价；加强课程实践中沟通交流、团队合作与领导能力等综合能力评价；创新考试形式，采用项目报告、答辩、海报宣传等新形式，切实考察学生掌握知识、运用知识的综合能力。

5 成 效

2012年～2017年，连续运行6届，从最初的一个专业试点，到后来的2个专业交叉，再推广到目前的3个专业融合，受益面不断扩大，学生积极性普遍较高。

5.1 学生对课程满意度较高

从学生课程满意度评价中收集到的主观评语，由表2可以看出，“专业交叉+项目制”的教学模式对学生运用所学专业知识解决综合性、实际问题起到了积极的作用，收到了学生较高的认可度。

表2 学生对课程满意度评价主观评语举例

5.2 学生通过项目自我评价较好

《综合课程设计》设计了2次学生对项目贡献度的自我评价，分别在第7周项目方案答辩和第14周设计成果答辩会议上完成。评价分为客观评价和主观评价两部分，其中客观评价中每位成员的贡献度比例(%)由项目小组成员商议后确定；主观评价要求小组成员每人从项目总体完成情况、个人收获、下一阶段计划等方面进行评价。令人可喜的是，我们从各项目小组的项目贡献度自我评价中看到最多的是“收获大、解决了、学会了、提高了”，诸如此类的词。

5.3 毕业设计指导教师反馈学生积极主动

自2012年在2009级通信工程专业中推行“CDIO”项目制课程设计以来，收到越来越多的来自毕业设计指导教师的积极反馈。普遍感受是：学生通过这样的训练，对“毕业设计工作流程应该是怎样的”“遇到问题应该如何解决”这样的问题有了更加清晰的认识，工作更加积极主动、目标明确。

6 结 语

“专业交叉+项目制”这种新型的《综合课程设计》教学组织形式极大激发了学生的学习兴趣。通过严格的过程管理保障了项目的进度和质量，为学生创造了合作完成任务的良好工作环境，最大程度提供了学生锻炼、展现个人能力的舞台，发掘了学生的创造性和积极性。

经过6年的实践，在高等工程教育理念的践行和项目制设计模式的推广方面积累了经验：① 改变了传统教学模式中以学生个体为单位展开小型系统(程序)设计的实践教学模式，转而采取以学生小组为单位联合开发具有中等规模和复杂度的软、硬件系统的训练模式，较好解决了团队能力训练与专业能力训练的衔接统一；②构建跨专业《综合课程设计》教学形式并付诸实施，使得先进的工程教育理念得以实践；③设计CDIO项目制《综合课程设计》教学组织架构，开发出课程实施过程中各类文件以及课程评价指标，为“专业交叉+项目制”教学模式的推广提供基础。

深深体会到，学生、课程负责教师、指导教师须进一步统一思想。尤其是课程负责教师需要和众多指导教师在教学组织、题目设计、学生过程管理等方面达成更多的共识。同时，还需对指导教师进行培训引导，使他们逐渐理解、认同这种模式的价值，并在指导学生过程中执行、配合到位。