卓越计划工程实践教学改革思路

为贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》，教育部于2010年6月23日在天津启动了“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”)这一高等教育重大改革计划［1］。“卓越计划”主要任务是探索建立高校与行业企业联合培养人才的新机制，创新工程教育人才培养模式，建设高水平工程教育教师队伍，扩大工程教育的对外开放。宁波工程学院作为地方工科院校的代表，成为首批跻身“卓越计划”的61所高校之一。我校依据教育部《关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》和学校工作实际，制定了《宁波工程学院关于实施卓越工程师教育培养计划的若干意见》，明确提出提出了“卓越计划”123模式。具体而言，“1”是指一个校训“知行合一”，即理论与实践统一，智慧与美德统一，知识与技能统一;“2”是指“知行合一、双核协同”的人才培养模式，即核心知识与核心技能要协同发展，互相促进;“3”是指“3I”特质，即培养具有积极人生态度(Initiative)、工程专业素养(Industrial)和综合应用能力(Integrative)的工程师后备人才。在“知行合一”理念下，通过“双核协同”路径，培养“3I”特质，其核心目标是培养应用开发型高等技术人才，即本科层次的现场工程师［2-3］。我校电子与信息工程学院的计算机科学与技术专业和电子信息工程专业被列入“卓越计划”试点专业以来，以实践教学改革为切入点，优化实践教学体系，改革实践教学模式，建设工程型实验环境，开发工程型实验项目，深化校企合作教育，探索了一条以强化实践教学为突破口，培养工程师后备人才新路子。

1改革思路

“卓越计划”提出了面向工业界、面向世界、面向未来，培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才的目标要求［4］。“卓越计划”特别强调行业企业深度参与培养过程，学校按通用标准和行业标准培养工程人才，强化培养学生的工程能力和创新能力。我校电子与信息工程学院的二个“卓越计划”试点专业工程实践教学的改革思路是:以“卓越计划”目标为引领，结合专业认证标准，面向行业企业需求，确立实践能力培养目标;加大工程实践比重，建立开放的、分层次的实践教学体系;开发适合教学的工程型实验项目，实施基于“项目驱动”的实验教学模式;建设与项目实践相适应的工程型实践环境;深化校企合作教育，引入企业资源(包括人力、项目和平台资源)，探索校企联合培养人才新机制。

2优化实践教学体系

实践教学是高等学校教学体系的重要组成部分，是培养学生实践能力和创新能力的重要手段，是实现工程实践教育的基本途径之一［5-7］。工程教育认证通用标准指出，“应设置完善的实践教学体系，应与企业合作，开展实习、实训，培养学生的动手能力和创新能力。”计算机科学与技术专业补充标准要求“具有满足教学需要的完备的实践教学体系，主要包括实验课程、课程设计、现场实习。”电子信息与电气工程类专业补充标准也要求“具有面向工程需要的完备的实践教学体系，包括金工实习、电子工艺实习、各类课程设计与综合实验、工程认识实习、专业实习(实践)等。”“卓越计划”将强化实践能力作为卓越工程师培养的核心［8］。我校“卓越计划”试点专业的培养目标是具有“3I”特质工程师后备人才。三种特质中的“Initiative”是对工程师职业操守品质的要求，必须从知识、能力和品德等全面提高学生的素质;“Industrial”指工程师应具有的工程专业知识和工程伦理知识等，是对职业胜任能力的要求;“Integrative”指工程师应具有的综合应用知识的能力，是根据工程内在属性和工程师分类标准提出的工程师职业胜任能力要求。为实现人才培养目标，“卓越计划”试点专业采用“3+1”培养模式，即3年在校学习，1年企业学习。在制定的“电子信息工程专业卓越嵌入式系统应用工程师试点专业培养计划”和“计算机科学与技术专业卓越软件工程师试点专业培养计划”中，坚持“能力培养”这一主线，体现“以提高实践能力为核心、工程训练为基础、综合运用为特色”培养思路，坚持“注重实践、注重能力、注重创新”教学理念，运用“理论与实践结合，实践与工程结合，工程与能力结合”教学方法，实现“素质教育，实践优先;实践教学，能力优先，能力培养，应用优先”培养方向，加大实践教学比重，建立开放、分层次、模块化、以能力培养为核心的实践教学体系。在纵向上，由认知型、验证型、综合型、设计型、创新型等实践顺序渐进，实现工程应用、设计、创新能力由易及难、由简单到复杂的训练;在横向上，由课程实验、课程设计、企业项目、科创项目等逐级推进，达到“卓越计划”实践教学体系规定的培养目标。实践教学体系主要由基础实验(工程认识实践)、工程基础实践及综合运用实践等三个层次实践环节组成，如表1所示。通过基础实验(工程认识实践)，主要培养学生基本实践技能，养成严谨科学的实验作风。通过工程基础实践，主要培养学生基本工程素养和解决实际应用问题能力。通过综合运用实践，提高学生运用专业技术解决实际工程问题的能力，特别是通过企业项目实践，为今后从事项目开发、生产、营销、服务或工程项目的施工、运行、维护等方面工作打好基础。2013级计算机科学与技术专业实践教学占总学分比例达到了30．8%，电子信息工程专业实践教学占总学分比例达到了31．4%。

3改革实践教学模式

实践教学模式既是一种教育理念，又是教育的手段和环节之一，对引导学生发挥个性，培养学生的知识应用能力、信息获取和选择能力、动手实践能力以及创新能力担负着重要的作用［9］。针对原实践教学中普遍存在的项目训练偏少、实验内容与实际应用脱节等问题，在“卓越计划”123模式的基础上，我们以学生为主体、项目为主线、教师为主导，以工程型实验环境为依托，以工程型实验项目为载体，构建了基于“项目驱动”的实践教学模式。“项目驱动”是一种实施探究式方法的教学模式，是德国职业教育在20世纪80年代开始大力推行的一种“行为引导式”的教学形式，是一种以项目为主体的职业行业引导式的教学方式。学生在教师引导下，完成项目分析、方案论证、系统设计、系统调试、项目答辩等环节，通过“做中学”自主完成实践教学任务。因此，“项目驱动”这种实践教学模式比较有利于工程人才和创新人才的脱颖而出。2013学年，“卓越计划”的二个试点专业共开设42门实验课程276个实验项目，其中基于项目的综合性、设计性、创新性实验178个，占68%。在三个层次的工程实践环节中普遍施行了“项目驱动”、“任务驱动”或“案例驱动”教学模式。在工程认识实践中，针对对工程实践缺乏了解的大一学生，在金工实习、电子工艺实习、工程环境认知等实践环节，通过参观SMT生产线、自动化柔性装配生产线、智能机器人、虚拟现实、智能家居物联网等实景式项目，使学生了解基本工程知识，初步建立工程概念，激发对工程的兴趣和好奇心。在工程基础实践中，针对具有一定基本知识和基本概念的大二学生，设立课程设计、学年设计(论文)、校企合作课程、工程师能力水平(资格)认证等实践环节，提高学生工程基础实践能力。如电子线路课程设计，通过完成“数控恒流源的设计与调试”、“运算放大器在波形变换中的应用”、“双积分A/D转换电路的设计”、“简易数字频率计的设计”等项目，使学生掌握电子线路的一般设计、制作与调试方法。在工程综合实践中，针对具有一定专业知识的高年级学生，设立进阶型学年设计、企业项目实践、毕业实习、毕业设计等实践环节，提高学生解决工程实际问题的能力。如嵌入式企业项目实践，通过分组完成“基于数据采集、网络/无线通讯、图形用户界面显示以及嵌入式数据库存储系统等多种嵌入式技术的视频采集终端”、“基于LINUX环境、TCP/IP协议、广播多播协议、rtp实时流传播协议、视频AD驱动、linuxforbuffer、linuxforvideo2等技术的视频监控系统”、“基于嵌入式Linux/网络的会议投票系统”、“基于无线感应器的家庭安防网关”等项目，培养学生解决实际问题的能力，培养学生团队开发和协同工作的能力，增加学生对企业项目开发流程的了解，强化学生编写项目概要设计文档与详细设计文档的能力。通过改革实践教学模式，实验由“以教师为主”向“以学生为主”的转变，学生由“被动实验”向“主动实验”的转变，教学由“知识传授”向“能力培养”转变，项目实践由“虚拟仿真”向“真刀真枪”转变。

4建设工程型实验环境

工程教育认证标准要求“学校能够提供达成培养目标所必需的基础设施，包括为学生的实践活动、创新活动提供有效支持”，“高校要与企业合作共建实习和实训基地，在教学过程中为学生提供参与工程实践的平台。”为此，我们在实验环境建设中注入工程元素，为培养工程技术人才提供条件保障。实施“卓越计划”以来，与试点专业相关的实验室共投入经费1200余万元，工程型或者情景式实验环境建设取得显著成效。我院已建成的工程型实验室如表2所示。通过与通用电气(GE)合作，采用模块化方法搭建实景式工业自动化控制训练环境，建成了GE自动化系统实验室。应用GE现场总线控制器，可实现PAC基础实训、运动控制实训、总线控制实训以及对各种控制对象实训;通过与专业从事SMT加工的公司合作，建成了与企业表面贴装生产线完全一致的SMT实验室，实验室采用合作运管模式，企业提供工程师，保证每学期按教学计划为学生提供SMT元器件认知、SMT印制板设计与制作、SMT生产线装配调试与测试、钢网制作及编程、生产QA检测、SMT各道工序工艺等项目实践及指导。与此同时，企业将大量SMT加工业务植入平台，既保证了SMT组装线的正常运行，又营造了一个真实的企业生产环境和氛围，学生在实际生产环境中进行项目训练，企业在学生进行项目训练中仍然保持生产;通过与Labcenter公司与广州风标公司合作，建成了开放式Proteus虚拟仿真实验室，利用Proteus仿真软件和相应的硬件平台构成一个从虚拟到实际，从软件到硬件，从概念到产品的全过程项目设计的多功能实验平台，学生只须登录即可进行网上远程实验，它可用于电路分析、模拟电路、数字电路、嵌入式系统、单片机应用以及ARM应用系统等课程的项目实践;通过与中国联通合作，在校内共建了信息安全实验室，学生在校内就能接触业界最新主流设备，体验电信企业的先进设施与良好环境［10-11］。另外，学院还建成了软件工程实验室、网络技术实验室、数字媒体技术实验室、电子系统设计实验室、通信系统实验室、传感器与检测实验室、微机与控制实验室，NI虚拟仪器实验室、射频测试技术实验室、无线传感网络实验室、电子创新实验室、仿人智能机器人实验室、嵌入式创新应用实验室。这些工程型实验室的建成，为“卓越计划”开展工程实践提供了良好的条件保障，也为开展大学生电子设计竞赛、飞思卡尔智能汽车大赛、机器人大赛、自动化控制设计大赛、“挑战杯”大学生课外学术科技作品大赛等创新实践提供了优越的工程实践环境。除了校内实验环境，我们也注重有实质性合作内容的校外实践教育基地建设。与中软国际共建了部级工程实践教育基地，与达内科技共建了软件类工程实践教学基地，与宁波三星电气股份有限公司共建了智能电表与通信工程实践教学基地，与宁波柯力传感器科技股份有限公司共建了传感器与检测工程实践教学基地，与杭州华嵌信息有限公司共建了嵌入式实践教学基地，与广电银通股份有限公司共建了ATM实践教学基地。另与十余家规模企业、二十余家中小企业签订了共建校外实习基地协议书。

5开发工程型实验项目

缺少了工程型实验项目，学生工程能力培养将成为“无米之炊”。工程型实验项目开发是否科学合理，直接影响到工程实践教学的效果，影响到学生工程能力的培养。工程型实验项目越具有代表性、先进性、真实性和教学适应性，训练效果就越好。在“卓越计划”试点专业实践教学改革中，我们以学生工程能力培养为导向，以自制实验设备为抓手，开发了大量工程型实验项目，优化了实验项目的结构与内容，促进了学生工程能力的培养。同时，也推动了一支胜任卓越工程师培养的工科教师队伍的建设［12］。以电子信息工程专业为例，针对市场上或者原有实验设备存在的“功能多而杂”、“傻瓜式”、“黑匣子”、“集成式”、“扩展性差”、“实验环境与实际工程环境不一致”等缺陷，根据“宁波工程学院自制实验仪器设备管理办法”，先后有13个自制实验设备项目获得学校100余万元专项资助，累计开发研制696套(台)实验设备，其中电路实验平台45台，模拟电路实验平台45台，数字电路实验平台45台，单片机技术实验平台50套，电子线路设计实验平台45套，传感器与检测综合实验平台225台，计算机测控系统实践平台50套，C8051F实验平台50套，基于实时操作系统的ARM嵌入式系统平台50套，典型工程项目实训平台1台［13］。这些自制实验设备具有以下特点:以能力培养为导向，开发理念与实验技术先进，有利于提高学生工程能力和创新能力;单价低于市场价1/3以上，质量、性能、实验项目优于同类产品;具有模块化、开放化特点，便于功能扩展;实验项目大都是设计型、应用型、工程型项目。表3所示为典型工程项目实训平台开设的工程型实验项目。对每个实验项目，开发项目的教师均制作了样机，以供项目教学示范与陈列，同时编写了“工程项目实训案例设计教程”，教材内容包括项目设计原理、技术方案、技术参数的分析与确定、软硬件设计、系统调试。另外，还附有齐全的工程设计资料，如原理图、PCB版图、器件的数据参数、源代码、调试方法等。这些自主开发的项目均已用于校内工程项目实践。

6深化校企合作教育

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020年》提出的“建立健全政府主导、行业指导、企业参与的办学机制，制定促进校企合作办学法规，推进校企合作制度化”从政策方向上确立了校企合作办学体制改革趋势。工程教育认证标准也指出，“积极开展科技创新、社会实践等多种形式实践活动，到各类工程单位实习或工作，取得工程经验，基本了解本行业状况”，强调了企业实习实践的重要性。“卓越计划”更是要求行业企业深度、全过程参与培养过程，高校按通用标准和行业标准培养工程人才。当前，无论是企业还是高校，对于校企合作都有很高的认同和期待，都认为校企合作是提高工程教育质量、提高企业竞争力的关键因素。“卓越计划”将企业由单纯的用人单位变为联合培养单位，高校要发挥企业在工程型人才、项目案例、项目管理等方面的资源与优势。校企合作教育模式可以有很多种形式，如系统全面的合作模式、模块化的合作模式、基于项目的合作模式、订单式的合作模式、顶岗实习的合作模式、学工交替的合作模式以及课程置换的合作模式等［14］。以2014届计算机科学与技术专业(软件工程方向)为例，依托我校已有的“浙江省国际服务外包人才培训基地”、“宁波市服务外包人才培训基地”、宁波市先进制造业培训中心“软件与服务外包工程训练中心”等平台，引进了微软、IBM、CISCO、Oracle、RENESAS、中软国际、达内科技等国际知名企业，在联合制定“计算机科学与技术专业卓越软件工程师试点专业培养计划”的基础上，又共同制定了“企业学习阶段培养方案”，明确了合作课程、企业项目实践及企业实习的任务与目标，确保了校企合作教育质量。学生三年时间在校完成相应的理论课程、基础实验和实践训练，一年时间在对口企业中完成合作课程、项目实践、企业实习，参与软件开发与服务外包、信息系统项目管理、软件设计与软件评测等实践训练。第六学期的1～8周，在校内与企业合作开设J2ME、ASP．NETWEB等应用开发方面的合作课程。后八周及暑假期间，学生在企业项目经理指导下开展企业项目实践。第七学期的1～8周，在学校继续与企业合作开展网络、JavaEE和．NET等应用开发方面的合作课程。8～10周，学生进企业实习。校企合作教育内容安排如表4所示。通过合作教育，学生了解了知名软件公司的企业文化和规范管理，开拓了学习视野;通过仿真商业案例，掌握了软件项目的开发流程和管理方法;通过在项目中扮演不同角色，培养了团队协作精神、沟通能力和职业操守，为日后成为项目经理、系统分析师、系统架构师、软件测试师等行业精英打下了良好基础。需要指出的是，以上校企合作课程、企业实践项目的实施得到了我校“卓越计划”专项经费的鼎立支持。每个试点专业每年教学改革的经费支持额度约为50万元，主要用于课程建设、企业项目实践以及学生海外实习等软性投入。

7结语

“卓越计划”树立了工程教育服务行业企业人才需求的观念，将面向工业界培养高素质工程人才作为其首要目标［15］。经过四年的探索，宁波工程学院电子与信息工程学院在工程实践教学开展了卓有成效的改革，准确把握了行业企业的实际需求，构建了以能力培养为核心的实践教学体系，建设了一批产学结合的工程实践基地，实施了“项目驱动”工程实践教学模式，建立了“互利共赢”校企合作机制，促进了学生工程实践能力的培养，培养了一批卓越工程技术人才，为实施第二轮“卓越计划”奠定了坚实的基础。

作者：楼建明 鲍淑娣 傅越千 刘良旭 单位：宁波工程学院电子与信息工程学院