工程教育专业认证与“新工科”背景下实践教学体系探索.pdf

63 2023年第5期总 第 2 1 8 期实验实习实训中国已经加入了工程教育本科专业认证国际互认协议，国内高校的本科专业都在积极申请工程教育专业认证，因此，需要改革传统教学模式，提高学生工程能力。2017年，为深化工程教育改革，教育部提出推进“新工科”教育和发展，之后的“复旦共识”“天大行动”“北京指南”，逐渐明确了“新工科”的目标、具体实施内容。“新工科”的“新”主要是指对传统专业的改造升级，包括内涵拓展、培养目标和标准转变、培养模式改革和创新。在纵向上进行课程结构性改革和内容创新，横向上适应新科技、新产业，增加新的课程模块。“新工科”对学生的工程实践能力提出了新的、更高的要求，实践教学体系至关重要。目前，自动化专业学生在解决复杂工程问题方面存在一些问题：以“实际工程问题为核心”的跨学科设计项目能力差；实践教学偏重知识训练，设计和创新能力不足，工程思维、人文素养及管理素养等培养欠缺；实验设备、实践内容与新兴技术脱节。本校始终坚持“立足民航、服务社会、面向世界”，以实现“在更高水平上为中国民航发展发挥支撑和引领作用，成为高水平、国际化、教学研究型民用航空大学”为发展目标，确立了培养高素质应用型人才的目标。学校系统提出了高素质应用型人才的特征，归纳为“一个视野、两类知识、三种意识、四种能力”，即学生应该具备“国际化基金项目：中国民航大学教育教学改革与研究项目（CAUC-2022-C2-025）工程教育专业认证与“新工科”背景下实践教学体系探索李宗帅 王修岩（中国民航大学 电子信息与自动化学院 天津 300300）摘要：结合工程教育专业认证要求及“新工科”内涵，以提高学生解决复杂工程问题能力为目标，优化实践教学体系。将人工智能和机场特色课程融合到实践教学体系，既提高了学生解决复杂工程问题的能力，又兼顾了“新”和行业特色。专业实践教学体系围绕“一个理念、一个主线、一个依托”构建，以“成功的工程必定是技术因素和非技术因素共同作用的结果”为理念，以层层递进的基本素质培养、基础实践能力培养、综合实践能力培养为主线，以“四个课堂”为实施依托，构建了自动化专业实践教学体系。关键词：工程教育专业认证；新工科；实践教学；自动化中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0958（2023）（05）-063-05 64 2023年第5期总 第 2 1 8 期视野、工程技术知识体系、管理知识体系、质量意识、规章意识、创新意识、系统思维能力、工程实现能力、工作适应能力和团队协作能力”，这些特征同工程教育专业认证的12条毕业要求是一致的。一、专业课程体系构建基于社会发展需求和学校定位，制定专业培养目标，并对培养目标的合理性请高校专家、企业管理人员、企业技术人员等进行评估。在培养目标的基础上，根据工程教育专业认证的12条要求，构建支撑毕业要求的课程体系。分析12条毕业要求，实践教学环节主要集中在设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、项目管理等，在这些要求中对实际能力的要求也是逐渐递进的，据此设置合理的实践教学环节。个人和团队、沟通两项要求可以通过集中实践、综合设计等环节实现，社会实践和社团活动也可以为职业规范的培养提供支撑，可以通过“一个主线、一个依托”来实现。对于“成功的工程必定是技术因素和非技术因素共同作用的结果”这一理念，从大一开始的工程导论课、之后的工程伦理课、工程经济与管理课、初级项目设计、自动控制系统工程设计等，基本上每个学期都会有这种技术因素与非技术因素结合比较紧密的课程，逐步培养学生工程理念。在具体实施过程中，实践教学内容要更新，紧跟新技术、新应用发展，制定实践环节教学大纲。教学大纲明确实践环节目标及对毕业要求的支撑情况，明确考核过程，更加注重过程性考核。对于需要团队合作完成的项目，充分考虑这一项目对毕业要求中个人与团队及沟通的支持。二、三层次协同递进实践教学体系将人工智能发展与本校行业特色、“新工科”内涵及专业定位相结合，自动化专业强化控制和人工智能交叉，整合行业特色课程，优化和更新教学内容，与之对应的实践教学体系也含有相应的内容。根据培养目标对实践教学体系提出的要求，在具体教学过程中，自动化专业建立了理论教学与实践教学相结合、分层次分模块实践教学体系。整个实践教学体系以基本能力训练为基础，以综合素质培养为核心，着力培养学生综合基础实践能力、管理和团队协作基础实践能力、学科基础知识实践能力、专业知识基础实践能力、人工智能实践能力、行业特色实践能力、专业知识综合实践能力和创新应用实践能力。自动化专业的实践教学体系三层结构图如图1所示。实践教学体系总共分为3个层次8个模块。其中，通识教育实践模块主要包括军训、体育、大学英语、思想道德与法律基础、健康教育、马克基本素质培养层通识教育实践模块公共选修课实践模块基础实践能力培养层学科基础实践能力培养专业基础实践能力培养行业特色实践能力培养综合实践能力培养层专业综合实践能力培养创新应用实践能力培养人工智能实践能力培养图1三层次递进结构 65 2023年第5期总 第 2 1 8 期实验实习实训思主义哲学原理等，公共选修实践模块主要包括创新创业实践、素质拓展等，基本素质培养层的实践涵盖了自然科学、工程信息、人文素质、健康安全4类。基本素质层以提高大学生哲学人文素养、美学艺术素养、品德修养和职业综合素质为主，培养团队精神和创业意识。基础实践能力培养包括学科基础实践能力、专业基础实践能力、人工智能实践能力、行业特色实践能力。专业基础实践能力模块加深学生对专业理论知识的认识和理解，培养求真务实的科学态度、严谨细致的作风，锻炼应用专业知识分析问题和解决问题的能力，行业特色实践能力模块主要是培养学生机场自动化领域的专业知识和技能。人工智能实践能力培养适应现代科技和产业革命的发展，为学生将来从事人工智能相关工作打下坚实的基础。综合实践能力培养层包括专业知识综合实践能力和创新应用综合实践能力两个部分，以综合性、设计性项目及科研训练活动为主，培养学生综合运用所学专业知识发现问题、提出问题、解决问题能力。拓展第二课堂内容（包括大学生创新创业项目、开放实验项目、各类学科竞赛、科技学术报告等环节），强化学生的创造性、探索性思维能力。各模块所包含的具体课程如图2所示。三、实践教学内容协同与衔接整个实践体系的各个部分全面协同如图3所示，从基本素质培养到综合能力提高，每门课程从基本实验到综合实践能力提高有效衔接。以电路与电子技术课程为例，该课程的先修课程为大学物理及实验，通过大学物理及实验使学生对电学有基本了解，并能开展一些简单实验。然后，在电路与电子技术课程学习中配以相应实验，加深电学相关内容的深度和广度，侧重知识点层面。电路与电子技术课程之后，还有电路电子综合仿真与设计的集中实践，培养学生综合分析问题能力。从实践内容上分析，主要分为课程实验、课程设计、工程实训、社会实践。课程实验是基础，主要解决基本能力和基本知识掌握问题，课程设计是课程实验的递进，对于学生综合能力的提高图2课程结构自动化新工科专业实践教学体系军训思想道德修养与法律基础实践形式与政策心理健康教育实践马克思主义基本原理概论实践中国近现代史纲要实践大学物理实验电路与电子技术实验电机与拖动实验电气技术及PLC实验目视助航技术与系统实验感知物联航空检测实验机场供配电及航空电源实验电力电子技术实验控制理论与工程实验机场运行指挥与控制实验电气技术及PLC课程设计目视助航技术课程设计过程控制课程设计机场供配电课程设计电路电子综合仿真与设计1毕业设计创新创业实践科技竞赛科研项目开放性实验基础实践能力培养综合实践能力培养基本素质培养专业课程实验行业特色课程实践专业综合实践能力创新应用实践能力通识教育及实践机场自动化系统实验自动控制系统实验电路电子综合仿真与设计2毕业实习C语言程序设计实验电工工艺及技术实习数据结构与算法实验模式识别与计算机视觉实验机器学习实验智能系统设计与应用实验人工智能实验社会实践体育工程导论实践毛泽东思想和中国特色社会主义理论习近平新时代中国特色社会主义思想 66 2023年第5期总 第 2 1 8 期很重要。工程实训包括工程导论、电工工艺及技术实习、毕业实习、毕业设计，是对多种知识和多门课程的有效集合。四、课堂实施结构“整合、集成、优化、贯通”检测、控制、执行、人工智能、计算机、系统等实践内容，将工程实践与生态文明、安全意识、节能意识、法治意识、行业规范、人文素养等统一于多途径工程项目设计、课程设计和创新训练体系，培养工程设计思维和知识整合运用能力，提升工程实践能力、创新创业能力及适应新兴产业的能力。课程实践教学体系具体的实施是基于“四个课堂”完成：在教室、实验室、校内实训基地、校外实习基地安排的课程指第一课堂；学生课外科技活动、社团活动、创新创业训练项目、学科竞赛活动、社考课程，以及课内课外一体化中教师安排和要求的课外学习部分均指第二课堂；参加校基本实验课程设计基本实验基本实验集中实践课程1课程2课程N社会实践、毕业实习、毕业设计等基本实践课程3图3递进结构毕业实习毕业设计学科专业基础实验专业综合实验实践公共基础实践专业认知实习第一课堂实验室开放项目科技竞赛大学生创新创业实践素质拓展社会实践志愿活动校际交流企业实践第二课堂第三课堂线上学习虚拟仿真实验教学资源新媒体第四课堂二级教学学院实验室大学生心理素质发展中心大学生创新创业基地校外实习基地系统思维能力工程实现能力团队协作能力工作适应能力实践培养目标实践教育资源实践条件平台图4四个课堂 67 2023年第5期总 第 2 1 8 期实验实习实训外社会实践、志愿者服务等公益劳动指第三课堂；通过网络平台实现教育环节部分指第四课堂。根据学校的指导意见做“精”第一课堂，做“细”第二课堂，做“实”第三课堂，做“新”第四课堂。四个课堂相辅相成构成了整个实践体系的核心，其中第一课堂又是核心中的核心，如图4所示。第一课堂主要分为公共基础实践/专业认知实习、专业/学科基础实验、专业综合实验/实践、工程训练、毕业实习和毕业设计几个部分。工程教育专业认证规定毕业生需要满足的十二条要求，其中有一半以上涉及非技术能力，主要涉及自主学习、团队合作、工程伦理、项目管理、职业道德等方面内容。在第一课堂遵循“成功的工程必定是技术因素和非技术因素共同作用的结果”理念，每门课程都将这样的理念传达给学生。课堂教学环节开展相应的理论课程，工程伦理、工程经济与管理等，在人工智能、行业特色、综合实践、创新应用实践等几个实践模块中，将非技术因素融合到相应的实践项目，提高学生解决复杂工程问题能力。第一课堂以外的三个课堂对于提高学生这些能力是很重要的。五、结 语在考虑工程教育专业认证要求及“新工科”内涵的基础上，以提高学生解决复杂工程问题能力为目标，在理论和实践教学中将“成功的工程必定是技术因素和非技术因素共同作用的结果”理念贯彻始终，以层层递进的基本素质培养、基础实践能力培养、综合实践能力培养为主线，优化了自动化专业的实践教学体系。在具体实施时依托课堂教学、科技竞赛、社会实践、线上虚拟仿真实验等，切实提高学生综合素质和能力。参考文献：1 夏子龙，乐鑫，王建永.工程教育专业认证视域下高校工科实践教学体系的构建思考J.数字印刷，2022（4）：8.2 周香君，王湖坤，马啸，等.工程教育认证背景下地方高校环境工程专业实践教学体系改革J.湖北师范大学学报：自然科学版，2022，42（3）：5.3 钟登华.新工科建设的内涵与行动J.高等工程教育研究，2017（3）：1-6.4 朱艳辉，童启，刘强.基于创新训练平台的计算机类专业实践教学体系研究J.中国大学教学，2018（4）：82-85.5 秦海鸿，黄文新，曹志亮，等.电气工程与自动化实践教学体系的优化建设J.实验室研究与探索，2015，34（2）：148-150.6 章云，李丽娟，杨文斌，等.新工科多专业融合培养模式的构建与实践J.高等工程教育研究，2019，（2）：50-56.7 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