“競賽驅動”模式提高學生解決“復雜工程問題”的能力

天津理工大學電氣電子工程學院 姜道連 呂聯(lián)榮

天津理工大學圖書館 袁 碩

“競賽驅動”模式提高學生解決“復雜工程問題”的能力

天津理工大學電氣電子工程學院 姜道連 呂聯(lián)榮

天津理工大學圖書館 袁 碩

本文針對指導學生參與大學生設計競賽中發(fā)現(xiàn)的問題，及時總結并進行教學改革和實踐教學的加強，通過這個模式提高學生實踐能力、創(chuàng)新能力、動手能力，用“競賽驅動”模式提高學生在工程教育中解決“復雜工程問題”的能力。

競賽驅動；復雜工程問題；工程教育

公共基礎和專業(yè)基礎課程只能達到學生了解復雜工程問題的程度，還達不到分析和解決較高層次復雜工程問題的能力。而支撐這些課程的教學主要是公共基礎和專業(yè)基礎課程的教學，如電路分析、模擬電子線路、高頻電子線路、數(shù)字電子技術等。對于較高層次或包含多種特征的復雜工程問題，則以課程設計、專業(yè)設計、專項設計 、畢業(yè)設計等綜合實踐環(huán)節(jié)為教學載體，能夠較全面地培養(yǎng)學生對“復雜工程問題”的解決能力[1]。

在這個背景下，設計類競賽則更凸顯高、精、尖的特點。在賽前培訓和準備階段，學生從專業(yè)基礎課程到專業(yè)課程知識，從實驗測試到數(shù)據(jù)分析設計，再到制作調試成作品，指導教師、課程組、院校相關部門對競賽分析總結，進而對教學課程、培養(yǎng)計劃等進行修訂，形成特有的“競賽驅動”模式。

1 工程教育模式

電子類專業(yè)的培養(yǎng)計劃是以培養(yǎng)電子工程師為目標的本科教育，應當將學生具備解決復雜工程問題的能力作為培養(yǎng)要求，建立基于解決“復雜工程問題”的理論和實踐教學體系，確定涉及“復雜工程問題”的課程和實踐教學門類，通過培養(yǎng)方案和教學大綱等獻形式，將支撐“復雜工程問題”的理論體系、教學方法、教學內容及教學要求、教學評價等明確化，指導任課教師在整個教學過程中堅決貫徹執(zhí)行。教育實施過程采用反向設計方式，類似于企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)是從用戶需求的角度來設計生產(chǎn)過程。工程教育實踐上是從社會和企業(yè)對大學教育的需求確定學校的培養(yǎng)目標，畢業(yè)要求實際是由培養(yǎng)目標來決定。在本科教育階段，國際、國內、省市、高校都會為學生提供很多設計競賽的機會，這些設計競賽都是是面向廣大大學生的群眾性科技活動，設計競賽目的在于推動高校、促進信息與電子類專業(yè)課程體系和內容的教學改革，有助于高校開展素質教育，培養(yǎng)大學生創(chuàng)新意識與基本實踐能力，小組分工配合的團隊協(xié)作，體現(xiàn)了理論聯(lián)系實際和人文精神的學風；有助于學生解決復雜工程問題能力的提高和創(chuàng)新實踐素質的培養(yǎng)、提高學生實際復雜工程問題進行設計制作的能力；有助于吸引和鼓勵高校廣大學生積極踴躍參加課外科技活動，為適合企業(yè)需求的優(yōu)秀人才脫穎而出創(chuàng)造有利條件[2]。

2 工程教育畢業(yè)要求指標點[3-4]

畢業(yè)要求是培養(yǎng)目標決定的，是圍繞著工程教育提出的“能力為導向、學生為中心、持續(xù)改進”的教學理念，對學生是否達到培養(yǎng)目標對應的畢業(yè)要求、達成社會需求人才培養(yǎng)目標的程度而開展的評價。實踐和實驗教學是大學本科教學體系的重要組成部分，對支撐畢業(yè)要求有著十分重要的作用。一般工科專業(yè)的實踐和實驗教學體系由理論課程的課內實驗教學、工程實踐和實訓教學、課程設計和畢業(yè)設計等綜合設計教學等三個實踐教學環(huán)節(jié)組成，對指標點進行強有力的支撐。

（1）工程知識：具備數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識，能夠運用其理論和方法解決電子信息領域復雜工程問題。

（2）問題分析：運用所學的數(shù)學、自然科學和專業(yè)知識，能夠理解和描述復雜工程問題，且進一步識別功能、評價指標，并通過文獻研究等手段分析復雜工程問題，以獲得有效結論。

（3）設計/開發(fā)解決方案：能夠針對電子系統(tǒng)、信號處理和信息傳輸?shù)葟碗s工程問題設計解決方案，并設計滿足功能要求的模塊或系統(tǒng)，并在電子系統(tǒng)設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)出學生的創(chuàng)新意識，并要求學生考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

（4）研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對電子信息領域的復雜工程問題進行研究，能設計實驗方案，采集、整理實驗數(shù)據(jù)，對實驗結果進行分析和解釋，獲取合理有效的結論。

（5）使用現(xiàn)代工具：能夠針對電子信息及相關領域的復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用儀器設備和信息技術工具對電子信息相關工程問題進行預測與模擬，并能夠理解其局限性。

（6）工程與社會：了解與相關的技術標準、知識產(chǎn)權、產(chǎn)業(yè)政策和法律法規(guī)，能夠分析和評價電子信息領域的工程實踐對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。

（7）環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展：了解國家的環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及相關的政策、法津、法規(guī)，能夠理解和評價電子信息領域復雜工程問題的實踐對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。

（8）職業(yè)規(guī)范：樹立正確的人生觀和價值觀，了解國情，具有社會責任感、健康的體質和心理素質，能夠在工程實踐中理解并遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任。

（9）個人和團隊：能夠在多學科和專業(yè)領域背景下的團隊中承擔負責人、團隊成員以及個體的角色。

（10）溝通：能夠就電子信息領域的復雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通，掌握一門外語，具有基本的聽說讀寫能力和一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。

（11）項目管理：具有一定的管理學的基礎知識，理解并掌握工程管理原理與經(jīng)濟決策方法，并能在多學科環(huán)境中應用。

（12）終身學習：培養(yǎng)學生具有終身學習和自主學習的意識，并且有不斷學習和適應發(fā)展的能力。

3 競賽模式中體現(xiàn)復雜工程問題的特征體現(xiàn)

對應復雜工程問題體現(xiàn)的形式見表1。

表1 競賽模式對應復雜工程問題的形式

4 對學生能力的促進

電子設計類競賽具有較高的綜合性，包含多個相互關聯(lián)的子問題，不是靠單個或者少數(shù)課程或學科就可以解決的，并可能有一定的沖突，使學生從工程師的角度和立場，利用深入的工程原理，通過建立合適的模型，不能僅僅依靠常規(guī)的課程學到的知識，綜合考慮多方面的因素和利益，完成電子設計類競賽工作，達到培養(yǎng)高素質電子信息領域工程師的培養(yǎng)目標。在電子設計類競賽過程中，注意引導學生對不同設計方案、模塊或電路選型、程序算法等進行橫向對比，從復雜度、成本、材料采購、調試與測試便利程度、生產(chǎn)條件復雜度、生產(chǎn)效率等諸多方面進行對比。對測試數(shù)據(jù)進行集體討論和分析，就數(shù)據(jù)完整度、有效性、準確性等進行評估，并在評估基礎上對設計方案提出優(yōu)化和改進意見，要求改進方案必須切實可行，使學生建立完整系統(tǒng)工程設計的全局意識。同時，考慮了與設計相關的人文、經(jīng)濟、社會、倫理等因素對設計的影響[5]。

5 結語

電子設計類競賽要求撰寫設計報告、開展測試評比，并綜合給出成績。在競賽過程中，隨著技術問題的提出，也提出一些與技術有關的經(jīng)濟與管理因素對系統(tǒng)設計的影響問題，并讓學生進行思考，并在設計報告中作出解釋。這就要求學生在設計系統(tǒng)時，需要熟讀器件或模塊手冊，了解所選器件、模塊對系統(tǒng)設計的成本影響，綜合考慮設計指標、系統(tǒng)性能和經(jīng)濟因素等問題的同時考慮系統(tǒng)設計在操作、管理方面的問題，最終綜合所有因素提出合理的設計方案及實施方案。學生通過競賽，了解了一般電子信息系統(tǒng)的設計過程，通過不斷的解決問題，享受到自主學習的快樂，使學生專業(yè)知識綜合應用能力及創(chuàng)新實踐能力得到不斷的提高，進而具備解決“復雜工程問題”的能力[6-8]。

[1]鄧嶸.高校教師素質培養(yǎng):基于高等教育認證標準[J].赤峰學院學報(自然科學版),2017(07):224-225.

[2]全國大學生電子設計競賽章程[EB/OL].http://www.nuedc. com.cn/news.asp?bid=1.2007-08-13.

[3]任紅衛(wèi),劉美.工程教育專業(yè)認證背景下培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的制定——以廣東石油化工學院電氣工程及其自動化專業(yè)為例[J].教書育人(高教論壇),2016(15):20-21.

[4]高相勝,昝濤,王民.工程教育認證畢業(yè)要求達成度評價方法和步驟[J].教育教學論壇,2016(51):206-208.

[5]夏伏洋.基于項目化的物聯(lián)網(wǎng)應用技術專業(yè)實踐教學改革探索[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2015,14(3)．

[6]鄭愛彬.以競賽驅動信息設計能力培養(yǎng)[J].計算機教育,2015(01).

[7]劉繼宗,宋世軍.整合實驗競賽模式,促進實驗教學發(fā)展[J].實驗科學與技術,2011,9(4).

[8]夏巍.以電子設計競賽驅動電子信息類創(chuàng)新人才培養(yǎng)的探索[J].中國電力教育,2009(02).

"Competition Driven"Model Improves Students'Ability to Solve Complex Engineering Problems

JIANG Daolian1LV Lianrong1YUAN Shuo2
（1.School of Electrical and Electronic Engineering，Tianjin University of Technology；2.Tianjin University of Technology Library Tianjin 300384.China）

This paper found that guiding students to participate in student design competition problems，timely summarize and carry out teaching reform and strengthen the practice of teaching，improve students'practical ability，innovation ability and practical ability through this mode，with"competition driven"mode to improve students in engineering education to solve complex engineering problems"ability.

Competition Driven；Complex Engineering Problems；Engineering Education

天津理工大學教學改革項目（項目編號：YB14-07）。

姜道連（1972—），男，碩士，助理研究員，研究方向：通信與信息系統(tǒng)。

袁碩（1989—），男，碩士，助理館員，研究方向：信息管理。