以产出为导向的电子信息与电气工程类专业项目驱动教学改革

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　　 摘  要：工程教育专业认证在促进专业建设、提高教学质量方面有重要的作用。以产出为导向的项目驱动教学改革，对面向专业的课程群、核心课程教学和实践教学体系构建等方面进行研究和实践。全面落实以学生为中心、以产出为导向的理念，通过持续改进提高课堂教学质量，更好的实现教学目标和毕业要求的达成。
　　关键词：工程教育专业认证;电子信息与电气工程类;项目驱动;课程群
　　中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2019）14-0133-03
　　 Abstract： Engineering education professional certification plays an important role in promoting specialty construction and improving teaching quality. The output-oriented project-driven teaching reform has carried out research and practice on curriculum group， core curriculum teaching and construction of practical teaching system. We had better fully implement the concept of student-centered and output-oriented， improve the quality of classroom teaching through continuous improvement， and better achieve the teaching objectives and graduation requirements.
　　Keywords： engineering education professional certification; electronic information and electrical engineering; project-driven; curriculum group
　　 工程教育認证主要倡导三个基本理念：一是学生中心理念，强调以学生为中心，围绕培养目标和全体学生毕业要求的达成进行资源配置和教学安排，并将学生和用人单位满意度作为专业评价的重要参考依据;二是产出导向理念，强调专业教学设计和教学实施以学生教授教育后所取得的学习成果为导向，并对照毕业生核心能力和要求，评价专业教育的有效性;三是持续改进理念，强调专业必须建立有效的质量监控和持续改进机制，能持续跟踪改进效果并勇于推动专业人才培养质量不断提升[1，2]。
　　基于项目驱动的教学方法，倡导“以人为本”的原则，以学生为主，教师教学为辅，将理论与实践充分的融合起来，提高课堂活跃度，使学生主动地接受知识，激发学生的创造力。项目驱动教学的目的是建立理论与实践的联系，提高学生的应用能力。由教师设计相关的课程项目，然后将学生分成不同的项目小组，去完成教师布置的项目任务。在整个过程中，以学生为主体，教师起到指导作用，让学生自己动脑、动手，充分提高学生积极性，激发他们的创造力[2-5]。项目驱动教学是课程教学有效支撑毕业要求达成的重要手段。
　　东华大学信息科学与技术学院四个专业均属于电子信息与电气工程类专业，通过卓越工程师教育培养计划的实施，推进项目驱动教学改革，设计一级、二级和三级课程项目体系，逐步推进工程教育的改革。以学生为中心、产出为导向、质量持续改进的理念正在逐步深入本科人才培养的各个环节，对人才培养质量的提高起到了非常重要的作用。
　　一、三级课程项目体系构建
　　面向专业，打破课程与课程之间传统的单维关系，将具有逻辑联系的若干课程整合构建成有机的课程群体系，构建并实施“基础性教学、研究性学习、模拟性实验和应用性实践相融合”的层层深入的大学生创新实践能力培养模式。建立软件类课程群、硬件类课程群、电子电路课程群、控制类课程群、通信类课程群、场类课程群和电气类课程群等核心课程群。将专业方向课程进行再造和优化，通过设立大学分课程助力学生形成专业方向，课程群建设的内涵是在专业核心课程上形成三级课程项目，将教学目标的达成通过教学项目实施完成。
　　以工程实践为导向，通过完成一个完整的“项目”工作进行实践教学活动，将多门课程所涉及的知识和技能通过一个明确的二级项目布置给学生，学生根据任务要求，运用所学的知识和技能，采用团队方法完成项目任务。二级项目旨在加强学生专业核心能力培养，通过实现课程组内的理论知识融合贯通，学以致用，解决比较复杂的工程问题。以专业综合实习的建设为突破口，构建复杂工程案例，培养学生具备解决复杂工程问题的能力。
　　一级项目主要是创新设计及竞赛项目和毕业设计项目，学生综合运用所学知识技能、各种工具手段和任何可能资源，解决生产实际中的复杂工程问题。
　　以电子信息工程专业为例，通过将专业能力和职业能力的培养分解为五个方面的知识能力，使学生从大一到大四，分别完成软件系统设计项目、模拟与数字系统项目、微处理器与系统设计项目、信号系统与信息处理项目、电子信息系统综合设计项目、创新设计及竞赛项目、毕业设计项目等七个方面的项目任务，打破传统的基础课-专业课-实习实践课三段式教学模式，对教学计划进行科学合理安排，多维度、螺旋式不断提升学生的综合工程实践能力。
　　二、项目驱动教学改革实施
　　根据专业改革与建设过程中存在的问题，以国际工程教育专业认证标准为基本准则，坚持专业特色，依托学科建设，以提高学生综合能力的培养质量为核心，通过围绕“以学生为中心”理念，修订专业培养目标和毕业要求;坚持“成果产出导向”理念，以核心课程建设为核心，组建课程群。通过建设一级、二级和三级课程项目形成课程体系对毕业要求的有效支撑;健全院级教学督导制度，建立评学机制，形成课程鉴定制度。 　　（一）课程鉴定机制
　　组织控制类、通信类、信号类、电气类、场类、硬件类、软件类、电子电路类等八个课程群，以核心课程的建设为主体，课程群责任教授作为学院教学督导协调组内课程的梳理、建设，建立和完善课程项目。探索建立面向产出的教学过程监控机制，聚焦“评学”，定期开展面向产出的课程体系和理性评价和课程质量评价。
　　针对课程支撑毕业要求的教学设计，制定《课程评价合理性确认表》，由课程组对每门课程支撑毕业要求的课程设计进行审核。制定《课程考核报告模板》，每门课程认真分析对毕业要求是否构成有效支撑，进而分析存在的问题，以便后续教学能够持续改进。
　　通过以上措施形成对课程持续改进的内循环机制。
　　（二）三级课程项目建设
　　将专业方向课程进行再造和优化，通过设立4学分大学分课程助力学生形成专业方向，在专业核心课程上形成三级课程项目，将教学目标的达成通过教学项目实施完成。近三年来设立40余项教改课题支持教师对课程实施教学改革，提出明确的要求按照OBE的教育理念实施课程建设。
　　凸显专业特色，在专业方向课程上对培养方案进行重大调整，自动化专业设立工业物联网和运动控制课程;电气自动化专业设立智能电网、新能源发电与控制技术课程;通信工程专业设立宽带接入与交换技术、无线移动通信技术课程;电子信息工程专业设立数据压缩与编码课程。
　　以上课程均设立三级课程项目，以数据压缩与编码课程为例，通过设立基于DSP的语音压缩数据通信课程项目，让学生综合运用数字信号处理、信号与系统等课程所学内容，了解ADPCM编码器的基本原理，着重从自适应量化和自适应预测两个方面来实现G726编码器和解码器，结合数据压缩与编码课程的内容实现语音压缩数据通信和数据存储重放的硬件环境搭建、程序设计实现和结果测试。该课程项目以小组形式合作完成，通过讨论、答辩等环节的考核训练学生的沟通能力、团队协作能力和知识综合运用解决复杂工程问题的能力。体现信号类课程群的建设效果，形成该课程对毕业要求的有效支撑。
　　以无线移动课程为例，设置校园内第二教教学楼和二号学院楼的无线信号测量分析课程项目和“旧手机拆机”课程项目，帮助学生通过感受实际的工程场景，提高對场类课程的理解程度。
　　以自动检测课程为例，搭建了基于虚拟仪器和LabVIEW的实验平台，包括虚拟仪器、数据采集/控制卡、信号调理、多种工业上常见的传感器和传感器的应用对象。设计课程项目，以模块化对象结合传感器为实际控制对象，学生自己设计信号测量和处理系统，并结合控制理论和输出驱动模块，完成对对象参数的控制。使得多门专业课的各知识点在这个创新实验过程中，逐步理解、贯通、融合，使学生真正掌握现代测控技术的能力。项目以传感器在工业应用为主，教师提出要求，学生自主进行实验方案的设计和数据分析，搭建传感器及其应用平台，调整参数，将信号进行采集、分析、处理，并分析所得的结果，达到研究性教学的目的，提高学生的学习主动性。
　　以嵌入式系统课程为例，是学生在硬件类课程上的学习成效的集中体现，以实验、应用和案例驱动的教学，选用了新的实验器材，单片机和嵌入式都选用了口袋式实验平台，学生可在课内、课后，随时随地进行实验，实现了理论教学和实验环节的无缝连接，大大激发了同学们的学习热情。教学内容与学科竞赛的密切结合，如飞思卡尔智能车、Intel嵌入式竞赛、电子设计竞赛等，有效锻炼学生动手能力和对知识的应用。结合信息类专业其它课程，如自动控制、信号处理、电机、电路等，设计和实现如下教学项目供学生选择。1. 一种网络化全自动发牌机系统;2. 攀岩自动保护系统;3. 基于脑电特征提取的身份识别系统;4. 在未知环境下的地图构建与自动定位系统;5. 基于Kinect的姿势会意及表达系统;6. 基于CAN总线的工业数据采集系统，有效锻炼了学生的动手能力和创新能力。
　　（三）二级课程项目建设
　　以专业综合实习的建设为突破口，以解决复杂工体问题为目的建设二级项目，构建复杂工程案例，培养学生具备解决复杂工程问题的能力。
　　在自动化专业和电气自动化专业，在已有的《细绳卷绕成型机控制系统设计》和《啤酒生产线装卸控制系统设计》项目的基础上，利用实验室新购置的设备：智能制造小型实验平台、张力控制平台和过程控制半实物仿真实验平台、定尺飞剪实验系统、工业机器人纱锭柔性装卸平台和自动引导运输车控制系统，建设6个综合实践项目：小型智能制造系统设计、牵伸辊——温度张力控制系统设计和具有纺织特色的过程控制系统设计、定尺飞剪实验系统设计、基于工业机器人的纱锭柔性装卸平台设计和自动引导运输车控制系统设计。
　　以小型智能制造系统设计为例，此项目由下单进料、加工、装配、出库等四个模块组成。模拟实际工业生产线的整个流程，符合复杂工程问题的特点。主要培养学生PLC逻辑程序设计的能力、数据采集和处理软件开发能力、数据分析和处理能力、数据库设计和系统综合调试的能力。
　　各个项目均按照工程项目实施的模式来进行课题研究和项目设计。学生首先调研和查阅文献进行需求分析，然后根据需求进行设备选型，选型的过程中考虑项目成本、环境和效益因素;再进行系统软硬件设计、控制算法开发、程序调试、最终将整套方案在实验设备上进行验证。
　　在通信工程和电子信息工程专业，建设如下四个复杂工程项目：
　　1. 网络规划与优化：了解行业技术现状与未来发展，行业的企业文化、工程师能力与修养、项目管理等。主要由校外企业的技术专家授课，主要的技术内容有：LTE基本原理与关键技术;无线网络规划与优化流程;无线网络规划模拟项目演练;无线网络优化模拟项目演练;网络优化模拟项目实战演练等。
　　2. 光纤通信网络实习项目：通过华为新一代SDH光传输设备OPTIXMETRO100的搭建，为学生提供实际商用系统级的认知环境;通过系统地学习SDH的基础理论和MSTP新技术，学习SDH、以太网、ATM、POS等技术的融合方法。通过实际系统网元级的开发和设计，学习SDH网络的配置方法、各种组网方式以及新业务的创建;通过系统模块化的开发，实践网络融合的创新思想。 　　应用华为GPON/EPON一体化接入设备MA5680T，构建EPON接入网络商用系统级的认知环境;通过EPON管理环境的创建及其数据配置，理解MPCP协议的注册发现、时隙授权、带宽请求等工作原理;通过ONT数据业务的创建与配置，实现不同ONT二层用户的组网实践;通过电话、数据、视频等不同业务的融合，实践网络融合的创新思维;通过FTTH网络的设计和开发，实践解决“最后一公里”最佳解决方案。面向产业需求，培养学生分析、解决复杂的通信网络工程问题的能力。
　　3. 工程项目设计（智能路灯系统）：本项目设计一个声控路灯系统，通过声音控制路灯的点亮和熄灭，并可由远程服务器监控和管理。项目中，路灯用LED发光二极管代替。实现时，可有若干个LED发光二极管组成路灯，当声音传感器检测到声音时，如果是环境光线较暗（由环境传感器检测），则对应的路灯亮起一段时间然后熄灭。同时将相关数据（例如点亮的日期、时间等）发送给远程服务器供后期数据处理。远程服务器对路灯进行监控，可以实时查看路灯当前状态，并可远程使能/实效路灯，实现对路灯的管理。远程服务器可在手机或者PC机上实现。
　　4. MCS-51应用系统设计，设计多组题目供学生选择，要求绘制原理图，用Keil  uVision软件调试部分软件，利用PROTEUS，MultiSim10软件进行软、硬件仿真调试。4-5人一组，每组同学选做一题。题目有多路温度采集装置设计;锅炉自动控制系统设计;次声波采集装置设计;超声波水位控制系统设计;独居老人报警系统设计;RS485与上位机的通信设计。
　　（四）一级项目建设
　　主要是创新设计及竞赛项目和毕业设计项目，学生综合运用所学知识技能、各种工具手段和任何可能资源，解决生产实际中的复杂工程问题。对于毕业设计，通过制定《毕业设计实施细则》，针对不同的毕业设计类型提出具体的要求，逐步实现毕业设计对毕业要求的有效支撑。
　　三、教学改革的成效
　　在推进工程教育专业认证的过程中逐步實施教学改革，围绕OBE的教育理念，在培养体系、持续改进机制和创新创业教育等方面转变教师观念，形成对OBE教育理念的根本认同。将学生工程能力要求分解为具体课程目标，并将相应课程目标有机融入课堂教学组织的各个环节，以课程项目的形式呈现。注重团队、沟通、责任、创新、专业以及终身学习等多元化能力训练，全面提升学生综合素养，学生的工程实践和创新能力逐步提高。在电子设计竞赛，智能汽车竞赛，大学生数学建模竞赛，美国大学生数学建模竞赛中成绩突出，自2015年以来，有1000余名学生参加各项课外科技活动，共获得省级以上奖项150余项。实施大学生创新性实验计划项目100余项。自动化专业已经在2017年下半年通过了工程教育的专业认证，取得阶段性的成果。
　　参考文献：
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　　[2]高小鹏，吕卫锋，马殿富，等.工程教育认证提升专业建设水平[J].计算机教育，2013（20）：18-23.
　　[3]周志青，李圣普，吕海莲.基于项目驱动的物联网工程专业实践教学体系构建研究[J].教育教学论坛，2015（42）：129-130.
　　[4]王伟，龚畅.基于项目驱动的计算机教学方法研究[J].教育教学论坛，2016（36）：206-207.
　　[5]俞侃.基于物联网项目驱动的嵌入式系统教学改革的研究与实践[J].电脑知识与技术，2016，12（24）：101-102.
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