电子信息类专业基于工程认知的实践模式探索与构建

王冠军,周 勇,江海峰,许新征,林果园

(中国矿业大学计算机科学与技术学院，江苏徐州221116)

1 问题背景

当前世界范围内新一轮科技革命和产业变革加速进行，综合国力竞争日趋激烈。以互联网、新能源、新材料为代表的新工业革命迅猛发展，在这种背景下“一带一路”、“中国制造2025”、“互联网+”、“电子信息+”等重大战略与概念应运而生，新工科教育风起云涌[1]，工程教育往何处去，引发了许多学者的思考，并且做了很多尝试,例如引入卓越工程师计划，建设实践创新平台，加强新生工程认知教育等方面，也正是基于以上工作，结合工程教育领域的对比分析资料[2]。

2 电子信息类专业转型升级

从电子信息类专业面临的问题入手，面向未来技术和学生就业发展需求，梳理岗位能力需求与课程体系对应关系，重新修订人才培养方案，逆向倒推构建与“理论与实践教育”有机结合的课程体系。深化专业内涵建设，形成工程实践新模式，对学生的培养进行“转型升级”，形成一系列的新理念：①新目标，适应“电子信息+”时代要求，培养“大工程观”。②新结构，重构实践课程体系和教学内容。新建3-5门工程实践类课程。③新模式，课程实施中注重“互联网+工程实践”的结合，通过“雨课堂”、翻转课堂等多种形式加强与学生的互动交流。④新质量，以工程教育专业认证为抓手，构建与国际工程教育相等价的人才培养与评价体系。

总体的思路如图1所示。

图1 电子信息专业转型升级总体思路

3 实践教学改革举措

从提高电子信息类学生实践能力出发，以系统能力培养为目标，构建起工科学生实践新模式，实践教学体系。该体系从第一学年“基础层”、第二学年“工程认知专业基础层”、第三学年“工程认知应用设计层”到第四学年“工程能力综合实践层”，构建了由基础到应用、由理论到实践(“正三角形”)的一整套循序渐进由浅入深的实践教学体系。结构图的左半部分为实践教学的知识结构体系；右半部分为与企业的结合点。通过企业结合点与校企共建课程的直线连接，清晰地表述了从第一学年到第四学年企业逐渐深度参与的进程，呈“倒三角形”。完整的实践模式如图2所示。

图2 基于工程认知的实践模式

根据项目的基本研究内容，主要实施步骤为：

(1)工程认知基础。在学生通识认知的基础上，通过工程认知实践等一系列课程强化学生的工程认知能力。课程通过项目式管理模式，前期以指导教师“雨课堂”讲解为主，后期开展学生自主学习，利用课上+课下学习形式，通过教师指导+学生自学，以学生组队方式，协作开展课程项目实施。这种管理模式能帮助大学生更好地理解和认知工程问题，如工程复杂性、工程与社会性、工程中的团队协作、技术与工程之间的关系。同时，在小组协作开展项目实施过程中，能够借助文献资料查询，对问题进行分析、讨论，并提出解决方案。课程实施中给学生配备相应的工程认知套件进行系统的开发工作。

(2)基于工程认知的应用与竞赛实践。利用交互式MOOC与翻转课堂的形式进行电子信息类专业理论课教学，同时在实验过程中和课余时间,指导专业学生依据调研结果与前期的知识储备,并结合基地条件与学科竞赛进行工程实践系统开发工作。教师结合本专业方向竞赛(如：全国电子设计大赛、智能车大赛、智能互连大赛、工程认知大赛等)给出相应选题示例,如四旋翼自主飞行器探测跟踪系统、移动气象站小车制作、NXP双车会车组智能车制作、基于WIFI的智能家居控制系统等。

学生在工程认知学习基础上结合自身实际参加相关工程项目实践(竞赛)进行选题或自主命题，组建团队结合课程进行作品开发，开发完成后进行检查评定。通过“学竞一体化”措施可大大提高学生学习积极性。

(3)工程创新创业实践。工程创新创业能力培养是本阶段首要目标，工作的思路如图3所示。

图3 工程创新创业能力提升

从工程认知基础层到工程研究层分别采用兴趣驱动、问题驱动、成就驱动，层层递进的方式推动学生双创能力培养。

学生在前期实践的基础上进行工程能力的升华，对作品进行再创新，申报各类新创业项目。

根据线上同学们对作品的点赞量、投票总量、分享数量、提问量、讨论热度等反馈信息进行师生互动讨论，在系统的功能、可扩展性、可移植性、易操作性等方面进行总结，确定进一步的完善方向和内容。创新考核方式，由多位导师组成考核组，导师由校内课业导师和校外企业导师组成，采用模拟创新答辩和路演(成熟作品)的形式进行打分。打分表表头设计如表1所示。

表1 实践作品打分表表头设计

其中，选题考察原创性、新颖性及工程复杂性程度，技术性要考虑采用技术路线的合理性及先进性，同时考查团队协作能力。

(4)系统工程能力培养。使学生拥有解决复杂工程问题的能力，是目前工程教育中的一大痛点[3]，研究考虑了基于OBE强化能力要素培养，构建起工程教育过程链，形成工程能力培养新模式。研究通过多层次递进式的实践体系实现学生系统能力的培养，使学生形成对电子系统的综合认识、分析、设计实现与优化，通过最终的综合电子系统设计与毕业设计等环节培养卓越工程领军人才。

4 结语

教学改革的初衷是为了激发学习兴趣、培养自学能力、引导创新思维，强调理论与实践的融合。通过以上举措的效果来看，教学改革的成果是有目共睹的，近三年来硬件类竞赛获得国家级、省级奖励50余项，创新创业项目百余项，毕业生成立创业企业6家，较之前成绩有了大幅提高。工程认知引导的实践教育对于提高同学们的动手热情起到了巨大的推动作用。