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“新工科”背景下军民两用的无人车智能环境感知实验教学CDIO-OBE改革

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张振海王州博郭晓栋

[摘? ? ? ? ? ?要]? 在当前工业向智能化转型升级要求下，新工科建设为我国高等工程教育改革指引了新方向。军民两用的无人车智能环境感知实验教学改革，不仅支持了国家倡导的军民融合，也符合高等教育改革趋势。在总结国际先进工程教育理念之后，探索出以OBE学习成果产出为目标，以CDIO为驱动的CDIO-OBE教育新模式。基于CDIO-OBE模式，首先制定出预期学习成果产出目标，建立实验课程与学习成果产出目标匹配矩阵，改进现有实验课程体系，然后逆向设计教学内容，最后以CDIO为指导，建立实验课程教学方案。这种模式以团队项目建设为载体，培养学生的综合能力，促进了智能环境感知人才的培养。

[关? ? 键? ?词]? 新工科;军民融合;智能感知教学;CDIO;OBE

[中图分类号]? G642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文献标志码]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章编号]? 2096-0603（2020）18-0034-04

一、引言

工业是一个国家的经济基础，是国家经济的命脉，早前实体经济下滑严重，互联网经济泡沫初现，面对如此困境，为了重振制造行业、提高实体经济占比、争夺未来国际行业话语权，世界上许多国家正在如火如荼地进行着第四次工业革命，将工业产业升级作为国家未来发展的重要战略目标。其中德国在2011年就提出了“工业4.0”战略，是第四次工业革命的先行者，并在2013年，由德国电气电子和信息技术协会发布了首个“工业4.0”标准化路线图;美国紧随其后，提出了工业互联网措施，成立了“工业互联网联盟”，该联盟由通用电气、思科、英特尔、国际商用机器和电話电报公司主导，美国、德国和日本等100个公司先后加入其中;日本在2015年提出了“机器人战略”;同年，中国也提出了“中国制造2025”发展战略模式，至此，这场工业革命便在全球中掀起一股浪潮。

高等工程教育一直在不断地为工业人才输送新鲜血液，是工业向前发展的动力源泉。从发达国家的历史经验来看，在制定国家工业发展措施的同时，也制定了相应的工程人才培养计划，积极地推动高等工程教育的改革。在新一轮科技革命面前，为了推动“一带一路”“中国制造2025”“互联网+”等一系列重大战略，我国教育部于2017年提出“新工科建设”概念[1]，随后很快又形成“复旦共识”[2]、“天大行动”[3]和“北京指南”[4]等共识，并发布了具体相关实践措施的文件通知，由此可见，中国正全力支持并推动高等工程教育改革，探索符合中国国情的高等工程教育模式。与“老工科”相比，“新工科”更强调学科的实用性、交叉性与综合性，尤其注重信息通讯、电子控制、软件设计等新技术与传统工业技术的紧密结合;“新工科”人才拥有工程实践能力强、富有创新能力、具备国际一流人才竞争力等特点[5]。此外，在2015年的十九大报告上，习近平总书记还提出了“军民融合发展战略”的要求，“深化国防科技工业改革，形成军民融合深度发展格局，构建一体化的国家战略体系和能力”[6]。站在历史新起点上，我国高等工程教育迎来了机遇和挑战。为了支持“新工科”建设项目，推动军民融合发展战略实施，培养世界一流工程人才，智能环境感知实验室建设入选2018年第二批产学合作协同育人项目，将与百度企业展开深度合作，对智能环境感知实验教学进行改革，分别引入了国际工程教育研究的先进理念CDIO[7]和美国工程教育通用模式OBE[8]，并将其深入结合，实施CDIO-OBE教学改革[9]。

二、CDIO和OBE教育理念

CDIO源于美国麻省理工学院和瑞典皇家工学院等四所大学于2004年所创立的工程教育理念，它是一种包含构思（Conceive）、设计（Design）、实现（Implement）和运作（Operate）的教育模式，符合现代工程科技人才的成长规律和特点，能够为“新工科”建设提供具体的方向指导。CDIO包含三个核心文件：一个愿景、两个大纲和12条标准。它的愿景是为学生提供一种强调工程基础的、建立在真实世界的产品和系统的构思—设计—实现—运行（CDIO）过程的背景环境基础上的工程教育。它的大纲分为四个层面：（1）技术知识和推理能力;（2）个人能力、职业能力和态度;（3）人际交往能力、团队工作和交流;（4）在企业和社会环境下构思—设计—实现—运行（CDIO）系统方面的能力。覆盖了一个现代工程师应具有的科学和技术知识、能力和素质，并且将整个CDIO全过程能力逐条分列出来，有一份多达40多页的具体指导文件，使工程教育改革具有更加明确的方向性、系统性。它的12条标准对整个模式的实施和检验进行了系统的、全面的指引，使得工程教育改革具体化、可操作、可测量，并对学生和教师都具有重要指导意义。

OBE（Outcome-Based Education）是基于学习产出的教育模式，在1997年成为美国工程教育认证标准，在此后的发展中形成了完整的理论体系，被认为是追求卓越工程教育的正确方向，并在2003年得到《华盛顿协议》成员的一致认可，作为其框架要求，现已成为美国、英国、加拿大等国家教育改革的主流理念。OBE关注五个核心问题：

（a）“我们想让学生取得的学习成果是什么？”

（b）“为什么要让学生取得这样的学习成果？”

（c）“如何有效地帮助学生取得这些学习成果？”

（d）“如何知道学生已经取得了这些学习成果？”

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