電子專業(yè)工程實(shí)踐改革與創(chuàng)新

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摘要:隨著人工智能產(chǎn)業(yè)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命，新工科建設(shè)已經(jīng)成為我國產(chǎn)業(yè)升級與發(fā)展的必然要求，也是高校工程教育改革的一項(xiàng)新舉措。本文指出了現(xiàn)有工程實(shí)踐中存在的一些問題，提出了工程實(shí)踐改革的措施，旨在為同類學(xué)校的新工科建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞:新工科;工程實(shí)踐;課程體系

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等前沿科技逐步取得技術(shù)性的突破，以智能產(chǎn)業(yè)牽引的新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命如火如荼地進(jìn)行著。面向未來技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新趨勢和新需求，高等工程教育面臨著新機(jī)遇、新挑戰(zhàn)，我國高等工程教育的改革發(fā)展已經(jīng)站在新的歷史起點(diǎn)，但目前來看，我國工程教育還面臨著很多問題，比如工科教育理科化，工程人才綜合實(shí)踐能力缺乏，工科教育的核心能力定位不明確，所學(xué)知識技能與社會發(fā)展和產(chǎn)業(yè)需求不完全契合等，人才培養(yǎng)瓶頸對我國未來工業(yè)的發(fā)展和綜合國力的提升形成了巨大阻礙。可以預(yù)見，在未來二十年里，技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革趨勢下的工程“新業(yè)態(tài)”，將給我國工程科技人才培養(yǎng)帶來新要求，我國教育部恰逢其時地提出了“新工科”計(jì)劃，這是基于國家戰(zhàn)略發(fā)展新需求、國際競爭新形勢、人才全面能力培養(yǎng)新要求而提出的我國工程教育改革方向。“新工科”倡議是我國工程教育對“互聯(lián)網(wǎng)+”“中國制造2025”“一帶一路”等國家重大戰(zhàn)略的積極響應(yīng)，主要解決國家和產(chǎn)業(yè)的重大需求與科技的重大需求問題，為下一步的工程教育創(chuàng)新指明了方向，較好地應(yīng)對了當(dāng)前我國工程教育環(huán)境的變化。在這樣的歷史背景下，地方高校現(xiàn)有傳統(tǒng)的電子信息類工科專業(yè)必須建立一套新的工程教育體系，深入推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研用合作，通過校企聯(lián)合制定培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案、共同建設(shè)工程實(shí)踐類課，建立實(shí)訓(xùn)實(shí)習(xí)基地，邀請行業(yè)企業(yè)的優(yōu)秀技術(shù)人員、管理人員參與到教育教學(xué)各個環(huán)節(jié)中，促進(jìn)人才培養(yǎng)與產(chǎn)業(yè)需求緊密結(jié)合。工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)是高等工科工程教育的主要內(nèi)容。它關(guān)系到培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力和適應(yīng)能力。在“新工科”的背景下，工程實(shí)踐教育應(yīng)該進(jìn)一步將“工程”理念深化，通過建立更加多樣化和個性化的工程實(shí)踐模式，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和跨界整合能力。然而，目前除了一些重點(diǎn)的電子類的學(xué)校外，其他很多學(xué)校學(xué)生的工程實(shí)踐能力存在明顯不足，特別是一些綜合類和師范類的學(xué)校。

1工程實(shí)踐存在的問題

1．1教師對工程實(shí)踐的認(rèn)識不足

實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)不同，需要教師具有豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和動手能力。近年來高校引進(jìn)的教師往往具有博士學(xué)位，擁有豐富的理論知識和很強(qiáng)的研究能力。但是，大多數(shù)博士生畢業(yè)后直接進(jìn)入高校，沒有企業(yè)實(shí)際工作的經(jīng)歷，缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐操作能力。一些有科研項(xiàng)目的博士，由于所選的科研課題具有前沿性，對于大多數(shù)本科學(xué)生而言，需要的知識體系和理論層次不能達(dá)到課題的要求，因此也不能鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力。再者，目前高校教師對于如何提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力的探究所做的工作有些欠缺。

1．2以實(shí)驗(yàn)為中心的實(shí)踐教學(xué)模式

很多學(xué)校的實(shí)踐教學(xué)主要是通過實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)驗(yàn)是教學(xué)的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力等綜合素質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在高校實(shí)踐教學(xué)中占據(jù)著重要的地位。當(dāng)前，應(yīng)用型高校實(shí)驗(yàn)課程中也存在著一些問題。首先，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容缺乏實(shí)用性、創(chuàng)新性，無法激發(fā)學(xué)生的興趣。其次，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要為所學(xué)知識的驗(yàn)證，其目的主要是對學(xué)生學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行深化和理解。學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中所列的操作步驟和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成，整個過程中，沒有自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的環(huán)節(jié)，無法培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。最后，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是按照課程設(shè)置的，而實(shí)際的開發(fā)項(xiàng)目往往需要多門課程的知識。例如，智能小車設(shè)計(jì)，需要《電路設(shè)計(jì)》《單片機(jī)開發(fā)》等課程的知識。因此，在工程實(shí)踐教育中必須加入其他的環(huán)節(jié)，提升學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。

1．3教學(xué)過程中工程實(shí)踐意識薄弱

教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生知識儲備和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。現(xiàn)有的教學(xué)過程中，很多課程主要注重知識的理解，對于知識的應(yīng)用沒有提到應(yīng)有的高度。對于工程實(shí)踐而言，知識的積累只是基礎(chǔ)，最重要的是如何將所學(xué)的知識應(yīng)用于具體的實(shí)踐環(huán)境。大多數(shù)的教學(xué)是按照教材的章節(jié)進(jìn)行，各個知識點(diǎn)獨(dú)立講解，最后一兩章內(nèi)容才提及工程應(yīng)用，這部分教學(xué)時間相對比較少，學(xué)生思想中形成的工程意識也比較薄弱。

2工程實(shí)踐的改革措施

2．1提高教師的工程實(shí)踐能力

學(xué)校應(yīng)該制定相應(yīng)的政策和制度，要求和鼓勵教師主動到“產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新基地”頂崗工作和掛職鍛煉，參與企業(yè)的技術(shù)項(xiàng)目，提升教師的工程實(shí)踐能力與企業(yè)管理能力，在與企業(yè)的深入合作中，將新的知識、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)帶入教學(xué)中。另外，在注重教師的工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，有方向性地聘任一些工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的相關(guān)企業(yè)的工程師作為兼職教師來講授部分課程、指導(dǎo)課程設(shè)計(jì)，拓寬學(xué)生的知識面，豐富其工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。除此以外，聘請的兼職教師除了指導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐教學(xué)工作外，還指導(dǎo)專業(yè)課程教師的實(shí)踐教學(xué)，通過“傳、幫、帶”作用，提升專業(yè)教師的實(shí)踐教學(xué)水平，建成一支與新工科教育相適應(yīng)的規(guī)模適度、結(jié)構(gòu)合理、教育教學(xué)水平高的雙師型師資隊(duì)伍。

2．2構(gòu)建新的課程體系

原有的課程體系中，主要由課程、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)三部分組成。這些傳統(tǒng)的組成模塊，對于工程實(shí)踐方面的訓(xùn)練明顯存在不足。由于各個教學(xué)模塊的獨(dú)立，使學(xué)生無法建立系統(tǒng)集成開發(fā)的框架。為了與新興產(chǎn)業(yè)人才需求相對接，實(shí)施“專業(yè)基礎(chǔ)模塊+新工科模塊+工程實(shí)踐模塊”校企協(xié)同的立體型課程體系。從培養(yǎng)學(xué)生的電子專業(yè)知識和工程技能實(shí)踐兩個方面著手，將專業(yè)課程分為通識教育層、專業(yè)基礎(chǔ)層、實(shí)踐發(fā)展層三個層次，按照層次梯度又將專業(yè)課程分為理論基礎(chǔ)模塊、技術(shù)基礎(chǔ)模塊、專業(yè)選修模塊、綜合應(yīng)用模塊，最終形成一個立體型課程體系。在課程體系中設(shè)置“新工科模塊”，構(gòu)建“專業(yè)基礎(chǔ)模塊+新工科模塊+工程實(shí)踐模塊”傳統(tǒng)工科與新工科對接的課程體系結(jié)構(gòu)。

2．3多層次、全方位構(gòu)建工程實(shí)踐體系

在原有的工程實(shí)踐教育中，主要以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為核心，這對于提升工程實(shí)踐能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須建立一個多層次、全方位的工程實(shí)踐體系。多層次體現(xiàn)在工程實(shí)踐活動可以在大學(xué)階段的各個時間段開展，全方位體現(xiàn)在這一工程實(shí)踐體系可以覆蓋本專業(yè)的所有學(xué)生。這一實(shí)踐體系主要體現(xiàn)在創(chuàng)建卓越工程師班、參與學(xué)科競賽、工程實(shí)訓(xùn)這三個方面。2．3．1創(chuàng)建卓越工程師班卓越工程師班的建立主要是為了解決教學(xué)和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中工程意識的薄弱問題。大一的第二學(xué)期開始創(chuàng)建，根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)和所學(xué)課程的內(nèi)容，設(shè)立工程實(shí)踐的目標(biāo)。大一的工程師班主要為了提高學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)識，設(shè)立的主題為小車印制電路板的設(shè)計(jì)與制作，需要每位同學(xué)獨(dú)立完成電路板的設(shè)計(jì)，電器元件的焊接，完成小車的硬件結(jié)構(gòu)。通過這樣的訓(xùn)練，使學(xué)生明確了形成了工程實(shí)踐的需要一定的硬件平臺。大二的工程師班主要完成小車的控制。需要學(xué)生獨(dú)立完成對小車的行進(jìn)方向的控制和避障等功能。具體項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)中可以通過按鍵、或者上位機(jī)的應(yīng)用程序來實(shí)現(xiàn)。在原有的硬件平臺上，進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，完成工程實(shí)訓(xùn)的各項(xiàng)要求，形成了一個實(shí)際的工程項(xiàng)目。將軟件與硬件相結(jié)合，所學(xué)知識應(yīng)用于具體的項(xiàng)目中，使學(xué)生逐步明確了工程實(shí)踐的意義。2．3．2學(xué)科競賽參與學(xué)科競賽是提升工程實(shí)踐能力的最好途徑。電子類的學(xué)科競賽有:全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生Ｒobocon機(jī)器人大賽、“藍(lán)橋杯”全國軟件和信息技術(shù)專業(yè)人才大賽等。以全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽為例，它是教育部倡導(dǎo)的大學(xué)生學(xué)科競賽之一，是面向大學(xué)生的群眾性科技活動，目的在于推動高等學(xué)校促進(jìn)信息與電子類學(xué)科課程體系和課程內(nèi)容的改革，有助于培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新意識與基本能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的人文精神和理論聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng);有助于學(xué)生工程實(shí)踐素質(zhì)的培養(yǎng)、提高學(xué)生針對實(shí)際問題進(jìn)行電子設(shè)計(jì)制作的能力。縱觀這幾年的電子設(shè)計(jì)大賽的題目，與當(dāng)前主流技術(shù)發(fā)展趨勢的關(guān)系日益密切，對學(xué)生基礎(chǔ)知識和實(shí)踐創(chuàng)新技能的培養(yǎng)起到了強(qiáng)化的作用，對于新技術(shù)的應(yīng)用，拓寬了學(xué)生的就業(yè)范圍。同時，通過學(xué)科競賽的訓(xùn)練，增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)意識和實(shí)踐創(chuàng)新能力。2．3．3工程實(shí)訓(xùn)電子類本科專業(yè)人才的培養(yǎng)中理論知識的比重明顯高于實(shí)踐能力，這就造成了學(xué)生工程實(shí)踐能力的缺乏。由此，需要增強(qiáng)校企合作力度，加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的實(shí)訓(xùn)。智能家居作為目前熱門、成熟的物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目可以應(yīng)用于工程實(shí)訓(xùn)中。智能家居主要通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備連接到一起，提供家電控制、照明控制、室內(nèi)外遙控、防盜報警、環(huán)境監(jiān)測、紅外轉(zhuǎn)發(fā)以及可編程定時控制等多種功能和手段。在工程實(shí)訓(xùn)中，主要完成照明控制、安全監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測等功能。項(xiàng)目的硬件主要有:PC機(jī)、主控板、無線傳感器模塊。完成程序設(shè)計(jì)需要三大主要模塊的支持:系統(tǒng)移植和驅(qū)動開發(fā)、嵌入式技術(shù)與應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用。系統(tǒng)移植和驅(qū)動開發(fā)對學(xué)生而言，難度較大，這部分內(nèi)容在實(shí)訓(xùn)中可以不做要求。嵌入式技術(shù)與應(yīng)用模塊主要在Linux平臺上，通過網(wǎng)絡(luò)編程、文件編程等操作完成項(xiàng)目要求的功能。聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用主要應(yīng)用于信息采集模塊和主控模塊之間的通信。在實(shí)際的工程實(shí)訓(xùn)中，采用QT軟件作為客戶端、A9開發(fā)板作服務(wù)器載體，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與客戶端之間的數(shù)據(jù)傳輸。攝像頭、傳感器等設(shè)備安裝在信息采集模塊上，實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)各種環(huán)境信息的采集。項(xiàng)目中主要涉及C編程技術(shù)、調(diào)試技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)編程、QT編程等諸多方面的知識。這些技術(shù)可應(yīng)用于智能電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。通過實(shí)訓(xùn)使學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)知識，加以融會貫通，讓學(xué)生了解、熟悉、掌握硬件編程、規(guī)范編程、開發(fā)流程、調(diào)試技術(shù)等實(shí)際開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)和方法，積累一定的嵌入式的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)和就業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。通過上述措施的改進(jìn)與創(chuàng)新，我院專業(yè)雙師型教師占比達(dá)48%，學(xué)生對教師課堂授課的滿意度提升至97%，教師隊(duì)伍的結(jié)構(gòu)和素質(zhì)得到了提高，初步建成了一支與新工科教育相適應(yīng)的規(guī)模適度、結(jié)構(gòu)合理、富有創(chuàng)新精神、教育教學(xué)水平高的師資隊(duì)伍。第三方評價機(jī)構(gòu)調(diào)查顯示，學(xué)校畢業(yè)生專業(yè)對口率達(dá)87%，企業(yè)對學(xué)生的滿意度達(dá)到92%，有效促進(jìn)了所在學(xué)校傳統(tǒng)工科專業(yè)與新產(chǎn)業(yè)對接，提高了專業(yè)建設(shè)水平和新工科人才培養(yǎng)質(zhì)量。

結(jié)語

新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。在電子領(lǐng)域，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和提升主要來源于工程實(shí)訓(xùn)能力。通過上述的改革措施，使學(xué)生增強(qiáng)了專業(yè)學(xué)習(xí)的興趣和創(chuàng)新能力，提升了工程實(shí)踐能力，增加了就業(yè)的專業(yè)對口率。

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作者：陸曉燕 馮正勇 肖順文 單位：西華師范大學(xué)電子信息工程學(xué)院