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摘要:為了深化工程教育改革，推進新工科的專業建設與發展，文章針對電子科學與技術專業建設的新要求作了一些有益的探索與研究，確立了電子科學與技術專業建設的總體思路，明確了專業建設以成果為導向的教育理念。提出了數理統計為基礎的教學過程監控模型，對教學過程的質量評價信息進行統計控制，研究了教學質量評價體系的PDCA循環模型，作為持續改進的管理工具。使教學過程的質量評價有嚴格的理論和數學基礎，保證了專業工程教育持續穩定發展。
關鍵詞:專業建設;教學質量;PDCA模型;統計控制
一、序言
從教育部本科專業指導目錄的課程設置來看，工科專業普遍開設了電子信息相關課程，以電子科學與技術專業為優勢特色專業的高等院校的畢業生受到用人單位認可度較高。與發達國家相比，如美國和日本的高校電子科學與技術專業的本科畢業生較容易找到工作，所從事的工作和電子科學與技術專業相關，而且能夠獲得較好的待遇，社會對電子科學與技術專業畢業生的認可度較高［2－4］。然而，國內的電子科學與技術專業畢業生就業相關度不高，存在用人單位滿意度較低等問題，這些問題反映了學生的電子科學與技術工程應用能力與社會需求存在差距，人才培養模式存在不足。在新工科背景下探索培養模式，提高電子科學與技術教學效果，培養電子專業學生的工程實踐能力、創新研究能力，提高畢業學生解決電子信息領域內復雜工程問題的能力，這是亟待解決的問題。2016年我國成為《華盛頓協議》第18個正式成員。作為國際上最具影響力的工程教育學位互認協議，其宗旨是通過多邊認可工程教育認證結果，實現工程教育學位互認，促進工程技術人員國際流動。在提升各國工程教育質量方面，工程教育專業認證發揮了重要作用，目前也是提高工程專業教育質量的重要方法和途徑［2］72－77，我們可以借鑒發達國家高等工程教育發展的經驗和工程教育專業認證制度，促使電子科學與技術專業工程教育持續改進。因此，教育部評估中心適時引導高校工科專業重視工程教育專業認證工作。各高校積極申請工程認證，使得工程教育專業認證在國內受到普遍的認可，其核心理念是“以學生為中心、成果導向、持續改進”，引領了工程教育追求卓越的正確方向，為工科專業發展建設指明了方向。在新工科大背景下，我們針對電子科學與技術專業建設的新要求做了一些有益的探索與研究，包括培養目標建設、畢業要求建設、課程體系建設、師資隊伍建設、支持條件建設、持續改進等，并研究了教學質量評價體系的管理監控和數學基礎理論。
二、工程認證的理念
首先，我們要熟悉工程認證的理念和體系，認證標準的核心思想“以產出導向為原則”“以全體學生為中心”和“以質量持續改進為根本目的”。工程教育認證體系的通用標準共7個部分，其中的結構和邏輯關系如圖1所示。工程教育認證體系以學生為中心，以培養目標與畢業要求為導向，依據建設課程體系的平臺、發揮師資隊伍與支持條件的作用，以此來支撐培養目標與畢業要求的達成。通過實施內外部評價反饋的持續改進體系，保障教學過程質量的持續穩步提升，體系7個部分的結構緊密，支撐的邏輯關系清晰，構成了完整的工程認證體系。
三、電子科學與技術專業建設
為了深化工程教育改革，推進新工科的專業建設與發展，經過充分調研論證和廣泛征求相關社會企事業單位的建議，確立了電子科學與技術專業建設的總體思路，明確了專業建設成果導向教育(OutcomebasedEducation)理念。首先，以培養目標與畢業要求為導向，進行了教學全過程設計。其次，確定了正向實施統計教學過程控制。最后，在重要教學過程監控設置質量檢測點，形成了計劃、實施、控制、處理的持續改進，保證了工程教育質量閉環螺旋上升、持續穩定發展。電子科學與技術專業建設包括培養目標建設、畢業要求建設、課程體系建設、師資隊伍建設、支持條件建設、持續改進等方面。
(一)培養目標建設
明確公開的專業培養目標是專業建設的首要任務，培養目標是人才培養的總綱領，是構建專業知識結構、形成課程體系和開展教學活動的重要依據，是學生在畢業后5年左右能夠達到的職業和專業成就的總體描述，包括專業領域、職業特征、職業能力、職業成就?？茖W評估國內外社會經濟與科技發展需求，結合華北水利水電大學水利水電特色和優勢的辦學定位，依據教育規律制定了專業培養目標。華北水利水電大學電子科學與技術專業培養符合社會經濟建設和科技發展需要，具備良好的人文社會科學素養，具有社會責任感和工程職業道德;具有國際視野、終身學習、團隊合作與溝通等可持續發展潛能及素質;具有扎實的數學和自然科學基礎，掌握物理電子、微電子、光電子、電力電子、電路與系統等方面的專業知識;具有學習能力、實踐能力、創新能力和創業能力，能夠在水利電力和電子工業相關領域從事電子器件、電力電子技術、電路與系統等方面的技術研發、工程設計、生產制造及管理工作的高素質應用型專業技術人才。畢業后經過5年左右實際工作的鍛煉，預期獲得工程師資格或者具備相當水平的工作能力。
(二)畢業要求建設
傳統的教學理念認為主體是教師，主要考察教師教得怎么樣，教學水平高低，關注重點是學生對知識的掌握，畢業要求簡單定義為知識傳授。然而，在新工科大背景下，首先要明確學生、教師、教學管理者三者權利和責任，工程專業教育質量認證關注學生學習的效果，工程認證的畢業要求重點是學生能力的培養，畢業要求12條多處提到了能力，尤其突出聚焦電子科學與技術領域內“復雜工程問題”，培養學生設計開發解決復雜工程問題解決能力。我們對12條畢業要求逐條分解，構建了對電子科學與技術專業培養目標的支撐關系。在制定了專業培養目標的框架以后，為了確保培養目標的達成，依據電子科學與技術專業的培養目標、工程教育的專業標準要求和補充標準要求，綜合考慮覆蓋通用標準的基礎，確定了12條畢業要求的詳細指標點，包括用于分析和解決電子科學與技術領域的復雜工程問題的工程知識、分析問題能力設計開發解決方案、研究能力、工程素養與社會、環境和可持續發展、職業規范、個人與團隊、溝通交流能力、項目組織管理能力、終身學習能力。
(三)課程體系建設
高等教育培養的學生必須符合社會經濟建設和科技發展需要，中國經濟發展面臨經濟轉型、方式轉變、結構調整的繁重任務，新技術、新產品、新業態和新模式蓬勃興起。工程教育與產業發展緊密聯系、相互支撐，新產業的發展要靠工程教育提供人才支撐，特別是應對未來新技術和新產業國際競爭的挑戰，必須主動布局工程科技人才培養，提升工程教育支撐服務產業發展的能力。在廣泛收集了教育部本科專業指導目錄、企業行業專家、用人單位、畢業生、專業教師對課程設置、課程體系、課程內容的意見和建議等信息的基礎上，結合本專業特色，對專業課程體系進行了系統設計。課程體系建設包括公共基礎課程、工程基礎課程、專業基礎課程、專業課程、集中實踐教學環節等，根據畢業要求逐項分解指標點，對照每一個指標點落實相關課程教學環節。從而，通過課程、實踐等環節的落實來達到對畢業要求的支撐。每一門課程的設置都應該支撐畢業要求、培養目標的達成，依據對畢業要求的支撐程度賦予了相關度權重。在課程和實踐環節中制定課程目標，通過教學過程的統計考核評價，得到了相關教學環節對畢業要求的達到度，進而支撐培養目標的達成。建立了完整的課程達成度的評價體系，依據工程認證的要求，對課程目標、內容、教學活動、考核方式、合理性評價進行重新設計，這些要求在新的課程教學大綱都得到明確的體現。在進行課程體系建設的過程中，教師必須明確課程目標、畢業要求、培養目標三者之間的深層次關系，學生學習成果的最終實現要落實到具體的課程。在培養過程中，課程教學理念應從傳統的以教師為中心轉向以學生為中心、掌握知識導向轉向培養能力導向。葉圣陶說過:學習是學生的事情，無論老師講得多好，不調動學生學習的積極性，不讓他們自學，不培養自學能力，是無論如何學不好的。對教學模式方法和課時設置進行改革，不再是期末一考定成績，轉換到考查學生的整個學習過程，包括平時考勤、課程論文、課堂討論、創新實驗等內容，使學生樂學、想學、會學，從而實現全面提高教學質量，培養學生設計開發解決復雜工程問題能力，最終達到培養學生學習能力、實踐能力、創新創業能力的目的。
(四)師資隊伍建設
工程教育認證要求專業知識深厚、有一定行業背景和實踐工作經驗較豐富、專業技術應用能力較強的高素質教師隊伍。我們專業十分重視師資隊伍建設，制訂師資隊伍建設總體規劃，有計劃地培養青年師資，一方面直接引進具有博士學位的優秀青年教師，另一方面創造條件鼓勵現有青年教師到國外或國內重點高校相關專業進修學習，進一步提高教授、副教授的教師比例，努力提高中青年教師高級職稱所占比例，逐步使具有高級職稱教師的年齡結構、專業結構合理化。采取各種措施，拓展人才引進渠道，取得了良好效果。積極引進高層次、高技能專業人才，優化教師隊伍結構，充實教師隊伍力量;切實加強師德建設，形成良好的師德師風，提高教師隊伍勝任力;大力推進青年教師培養培訓工作，提升教師隊伍教學水平，為提高教學質量奠定了堅實的人才基礎。
(五)支持條件建設
工程教育認證的支持條件建設包括教室、實驗室、實習實訓基地等資源，以及教學過程中為學生提供工程實踐的平臺、計算機、網絡以及圖書資料資源，這些資源能夠滿足學生的學習以及教師的日常教學和科研，還要求總量應能滿足教學的教學經費。隨著專業教學改革研究和實踐的深入，教育界普遍認識到工程實踐能力的培養是工科學生工程素養的重點，支持條件建設是關鍵。經過對教學模式不斷探索和改革，更新教育理念、強化隊伍建設、整合教學內容、優化資源配置，建立開放式創新實驗教學模式等，已取得初步成效。根據電子科學與技術專業培養目標和要求，按照基本原理驗證、基礎應用訓練、綜合工程實踐、創新應用設計四個層次來規劃和改善實驗條件。目前，專業擁有電工電子實驗室、電子系統仿真實驗室、電磁場與微波技術實驗室、光電技術實驗室、電子材料實驗室、電子工藝實訓實驗室、單片機實驗室、數字信號處理實驗室、電子技術實訓基地等多個專業實驗室。儀器設備數量和功能均滿足教學需要，實驗室有良好的管理、維護和更新制度，創新實驗室開放使得學生能夠方便地使用，提高了實驗室設備的使用率。在實驗教學的建設和改革中，始終堅持以培養學生設計開發解決復雜工程問題能力為目標，根據電子科學專業培養目標的特點，建立了產學研相結合的綜合開發性實驗室。通過改進教學方法和模式，培養學生的創新能力，從而使學生的工程實踐能力和創新意識得到明顯提高。
四、持續改進與統計教學過程監控
我們應用頂層設計方法完成了電子科學與技術專業建設，包括培養目標建設、畢業要求建設、課程體系建設、師資隊伍建設、支持條件建設，這樣的體系設計實施過程是否有效，必須同步建立教學過程質量監控機制，堅持完善持續改進，確保學生畢業要求的達成，從而實現公開明確的專業培養目標。
(一)持續改進
在這里，持續改進有三層意思:(1)校內教學質量監控。對各個主要教學環節一定要有明確的質量要求，通過教學實踐環節、過程監控和質量評價促進畢業要求的達成，定期進行課程體系設置和教學質量的評價。(2)校外評價機制。建立畢業生跟蹤反饋機制以及高等教育系統以外有關各方面參與的社會評價機制，對培養目標是否達成進行定期評價。(3)將學校內外的質量監控評價信息用于指導新一輪的教學改革，并按照制度文件要求保存必要的數據資料作為證據，足夠證明將評價結果應用于專業的持續改進。我們系統設計了質量評價監控體系，對教學全過程進行監控，定期統計監控過程的情況，依據設計的處理流程做出教學質量評價，可以達到科學合理決策，將學校內外的質量監控決策信息指導新一輪的電子科學與技術專業建設。在此，我們利用了管理科學的PDCA循環模型，PDCA循環也稱戴明環，該循環由計劃(Plan)、實施(Do)、檢查(Check)、處理(Action)四個階段形成了螺旋上升式的循環，每次循環一個周期，質量評價就會螺旋上升，教學質量得到逐步提升［5－8］持續改進模型。PDCA循環作用于課程教學、課程體系、畢業要求、培養目標、培養方案的制訂等教學管理全過程。
(二)統計教學過程監控
在教學過程監控中，需要解決下面的問題:誰來檢查、檢查什么、怎樣檢查、什么時間檢查、在哪里檢查等。如何結合本專業特點科學合理設置質量監控點和閾值?采用什么數學模型評價持續改進的有效性?這些關鍵點成為最重要的問題。這方面的研究論文很少涉及評價模型和數學基礎，我們提出了以數理統計為基礎的教學過程監控模型，可以設置相應的閾值，作為確定教學過程的統計控制界限，提供一個前期報警系統，依據這些閾值和模型判斷過程控制有效。依據評價模型設計的預警處理流程，能夠及時有效監控教學過程的情況，達到科學合理決策的目的。還可以引入大數據等專家系統分析等先進的管理理論，支撐教育管理者的科學決策。統計學理論基礎的相關知識在數理統計的數學書中可以查到。質量評價可以采用抽檢方法，不用全數檢驗，使教學過程穩定。有效的抽樣監控可以實現預警目的，教學過程的異常趨勢預測有助于教學管理和教師查找主要問題產生的原因，作為局部問題對策或管理階層持續改進的參考依據。教學質量改善后的評估以及教學過程能力提高都作為持續改進前后比較的評價指標。怎樣利用統計的方法來監控教學過程的實際狀態，確定教學過程受控制的狀態下，工具可以選擇直方圖和雷達圖，依據數據分布確定合理的閾值和改進項目等。由圖3可以看出指標點的弱項，圖4可以看出指標點的實際達成度未達到目標值的項目。
五、結束語
未來新技術發展和新產業國際競爭帶來新挑戰，新產業的發展要靠工程教育提供人才支撐，“新工科”適時提出主動布局工程科技人才培養，提升工程教育支撐服務產業發展的能力。為了深化工程教育改革，推進“新工科”的專業建設與發展，我們經過充分調研論證，針對電子科學與技術專業建設的新要求作了一些有益的探索與研究，廣泛征求社會企事業單位的建議，確立了電子科學與技術專業建設的總體思路，明確了專業建設以成果為導向的教育理念。我們提出了數理統計為基礎的教學過程監控模型，研究了教學質量評價體系的PDCA循環模型，作為持續改進的管理工具。另外，我們還要對工程教育和與新工科相適應的課程教學改革繼續進行探索。致謝:感謝東南大學王志功教授、西安交通大學張安學教授、許繼集團姚致清教授級高工等專家對新的培養方案提出了寶貴意見。
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作者:朱安福 張風蕊 呂靈靈 單位:華北水利水電大學
