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摘要：針對新工科建設(shè)背景下通信工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中逐漸顯露出來的一些不足，分析通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程知識體系中“原理－技術(shù)－系統(tǒng)－網(wǎng)絡(luò)”的內(nèi)在聯(lián)系，并在此基礎(chǔ)上提出引入工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊化設(shè)計，使學(xué)生的實(shí)踐能力按照“體驗(yàn)－應(yīng)用－開發(fā)－創(chuàng)新”四個階段提升，從而優(yōu)化通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)體系。對通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊進(jìn)行梳理，并進(jìn)行模塊化設(shè)計。此外，結(jié)合教材建設(shè)和師資隊伍建設(shè)等方面對通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了多方面的改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：新工科；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)課程體系；模塊化設(shè)計

2017年3月，在復(fù)旦大學(xué)舉行的綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會達(dá)成了“‘新工科’建設(shè)復(fù)旦共識”，隨后，教育部《教育部高等教育司關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》，啟動“新工科研究與實(shí)踐”項目。2017年4月，教育部《“新工科”建設(shè)行動路線（“天大行動”）》，劃定我國高校“新工科”建設(shè)路徑。隨后，新工科建設(shè)引起社會各界的廣泛關(guān)注，并引起相關(guān)高校的極大興趣。新工科的內(nèi)涵是以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)未來多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才。新工科應(yīng)該積極應(yīng)對變化，引領(lǐng)創(chuàng)新，探索不斷變化背景下的工程教育新理念、新結(jié)構(gòu)、新模式、新質(zhì)量、新體系，培養(yǎng)能夠適應(yīng)時代和未來變化的卓越工程人才［1］。

1通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)面臨的挑戰(zhàn)

隨著對學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量要求的不斷提高，通信工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)過程中所面臨的一些挑戰(zhàn)逐漸顯露出來，主要表現(xiàn)在以下幾個方面。（1）培養(yǎng)方案設(shè)置：工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)主線不夠突出，培養(yǎng)方案中工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)置與學(xué)生的預(yù)期存在較大差異，應(yīng)更加關(guān)注對工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。目前的培養(yǎng)方案，工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)之間的承前啟后關(guān)系銜接不夠合理，學(xué)生對專業(yè)培養(yǎng)方向沒有明確的了解，甚至導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣沒有得到激發(fā)，工程實(shí)踐能力沒有達(dá)到應(yīng)有的水平，不利于學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)工作以及長期發(fā)展。（2）師資隊伍：以往授課教師是由學(xué)院各個研究領(lǐng)域的教師延聘而來，而教師對新工科的培養(yǎng)思想不能及時了解，也不能及時地貫穿到授課的過程之中，因此在管理方面有不足之處。此外，受到教師教學(xué)任務(wù)變化、出國進(jìn)修等各種因素的影響，教師隊伍不夠穩(wěn)定。（3）教材建設(shè)和規(guī)劃：隨著新工科教育的不斷發(fā)展與深入，相關(guān)的工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)專業(yè)教材也應(yīng)進(jìn)行有針對性的修訂，甚至按照需要重新編寫新的有針對性的教材。實(shí)驗(yàn)教材是培養(yǎng)人才的知識載體，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的依據(jù)，也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力的主要工具［2］。

2通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)體系的重要組成部分［3－4］，是培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新人才不可或缺的途徑，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的主要手段［5－6］。以西安電子科技大學(xué)通信與信息工程國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（以下簡稱：中心）為例，該中心是一個通信與信息領(lǐng)域的專業(yè)層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。中心以信息與通信工程等國家重點(diǎn)學(xué)科為依托，擁有一大批長期從事教育教學(xué)工作、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的優(yōu)秀教師。中心設(shè)備先進(jìn)，教學(xué)資源豐富。中心擁有11個專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，1個大學(xué)生課外活動基地、會議室、辦公室和儀器室等，建有網(wǎng)絡(luò)與信息安全國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，與中興通訊聯(lián)合建設(shè)有國家級工程教育實(shí)踐基地，與Google、NI、XILINX、Atmel、ARM等公司建有聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容覆蓋了傳輸、網(wǎng)絡(luò)與交換和新技術(shù)與應(yīng)用，在學(xué)校通信與信息領(lǐng)域的人才培養(yǎng)過程中具有舉足輕重的作用。中心形成了以支撐技術(shù)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)以及研究實(shí)驗(yàn)構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

2．1專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系結(jié)構(gòu)

通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系結(jié)構(gòu)如表1所示。表1中支撐技術(shù)、專業(yè)基礎(chǔ)、專業(yè)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)與研究實(shí)驗(yàn)，前者依次為后者的基礎(chǔ)，難度依次加大，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的鍛煉依次增強(qiáng)。大學(xué)生從事實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，掌握主觀能動的操作技能是理工科本科教育的一個基本特征［7］。整個工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)旨在通過有效組合課程知識，結(jié)合專業(yè)相關(guān)技術(shù)研發(fā)需求，激發(fā)學(xué)生的興趣和主動學(xué)習(xí)意識，培養(yǎng)學(xué)生的工程項目基本研發(fā)能力和素質(zhì)，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用到實(shí)際項目中，同時能夠在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題并且進(jìn)一步通過理論知識予以解決，達(dá)到“學(xué)”和“用”相互支撐，共同促進(jìn)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的意識和解決問題的能力，讓學(xué)生知道為什么做、如何做以及如何做好。針對新工科建設(shè)的要求，應(yīng)該通過多渠道、多途徑強(qiáng)化培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力，把專業(yè)性、實(shí)踐性較強(qiáng)、多層次的課程從課堂搬到實(shí)驗(yàn)室，開設(shè)系統(tǒng)性、綜合性強(qiáng)的大型實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)來完成課程學(xué)習(xí)任務(wù)［8］。我校通信工程專業(yè)設(shè)立兩個方向，分別是“無線通信理論和技術(shù)”與“通信網(wǎng)絡(luò)理論和技術(shù)”。按照這兩個專業(yè)方向和培養(yǎng)模式，構(gòu)建了具有通信工程特色、多層次立體結(jié)構(gòu)的實(shí)踐教學(xué)和能力評價體系，并將其與畢業(yè)合格率建立聯(lián)系［9］。構(gòu)建的實(shí)踐教學(xué)和能力評價體系分為三個層次：第一層為實(shí)驗(yàn)課程環(huán)節(jié)；第二層為綜合設(shè)計或工程設(shè)計環(huán)節(jié)；第三層為實(shí)踐教學(xué)鏈。針對不同的層次，設(shè)計對應(yīng)的評價方式，并給出對應(yīng)的評估標(biāo)準(zhǔn)，通過在各個層次對學(xué)生進(jìn)行評估，最終可對畢業(yè)合格率進(jìn)行控制。通信技術(shù)的核心是連接與交換，通信工程包括兩個方向：傳輸和網(wǎng)絡(luò)，專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè)集中在這兩個方向。對于出現(xiàn)的新技術(shù)仍然可以從通信核心的角度來重新定義，增加新的內(nèi)容。可以利用軟件定義技術(shù)體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)平臺的可設(shè)計性和可重構(gòu)性，利用“實(shí)物＋遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)”的形式解決學(xué)生規(guī)模過大的問題，用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的模式解決新技術(shù)問題。例如，在“通信理論與技術(shù)”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以根據(jù)需要設(shè)計自己的虛擬儀器，將儀器的輸入、輸出、數(shù)據(jù)處理分析、結(jié)果顯示由計算機(jī)完成，并且在此基礎(chǔ)上組成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，從而構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)驗(yàn)室［10］。實(shí)驗(yàn)項目的設(shè)置要做到多方面多層次，注重先進(jìn)性、開放性、創(chuàng)新性，特別體現(xiàn)專業(yè)特點(diǎn)，達(dá)到加強(qiáng)基礎(chǔ)、培養(yǎng)能力、提高興趣、因材施教的目的［11］。全方位參與實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作、儀器管理、實(shí)驗(yàn)室安全管理的各個環(huán)節(jié)，提高學(xué)生對實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的熟悉程度和科研素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的基本科研能力，使學(xué)生能盡快適應(yīng)未來的研究工作［12］。工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)采用開放式小組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健＝處熞砸龑?dǎo)為主，學(xué)生小組按照工程開發(fā)基本流程制定實(shí)踐內(nèi)容并保證質(zhì)量控制和進(jìn)程管理有效展開，教師對工程開發(fā)安排定期監(jiān)督和檢查，以便對整體進(jìn)度進(jìn)行了解，并予以督促。

2．2實(shí)驗(yàn)課程體系設(shè)置邏輯

實(shí)驗(yàn)課程體系按照“原理－技術(shù)－系統(tǒng)－網(wǎng)絡(luò)”的邏輯進(jìn)行設(shè)置，如圖1所示。學(xué)生通過對原理的學(xué)習(xí)，能夠掌握具體的技術(shù)，在對技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的基礎(chǔ)上能夠?qū)ο到y(tǒng)有進(jìn)一步深入的理解，最終通過對系統(tǒng)的綜合運(yùn)用，對通信網(wǎng)絡(luò)的工作原理與層次結(jié)構(gòu)能夠全面掌握。通信工程專業(yè)知識體系中“原理－技術(shù)－系統(tǒng)－網(wǎng)絡(luò)”的內(nèi)在聯(lián)系如表2所示。

3工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)模塊化設(shè)計

在新工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，將工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)劃分為四個階段，根據(jù)認(rèn)知原理、課程安排、專業(yè)要求、個人愛好等因素，按照“感受－感知－感悟－拓展”的培養(yǎng)思路，以工程為主線，讓學(xué)生實(shí)踐能力按照“體驗(yàn)－應(yīng)用－開發(fā)－創(chuàng)新”四個階段提升。第一階段讓學(xué)生了解通信系統(tǒng)組成及基本業(yè)務(wù)的通信過程，引導(dǎo)學(xué)生建立一個通信工程的基本知識框架。結(jié)合實(shí)際通信系統(tǒng)了解通信系統(tǒng)基本原理，并動手進(jìn)行簡易通信系統(tǒng)的制作和調(diào)試，并利用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自己的構(gòu)思。實(shí)踐完成后，學(xué)生達(dá)到理解通信基本系統(tǒng)，能夠自行進(jìn)行電子制作、軟件開發(fā)、儀器操控和文檔編寫。第二階段讓學(xué)生了解三個方向：信道傳輸、接入交換、移動互聯(lián)，了解各方向所要求的最終目標(biāo)，掌握三個方向的基本實(shí)驗(yàn)工具和應(yīng)用技能，主要涉及到仿真分析工具和工程實(shí)現(xiàn)平臺，并最終根據(jù)個人愛好選擇其中一個方向。第三階段讓學(xué)生利用課程教學(xué)及實(shí)驗(yàn)所獲得的知識，從簡到繁，完成整個最終目標(biāo)的各個部分。分別包括高低頻電子電路、信號與系統(tǒng)、數(shù)字邏輯電路、微處理器系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、隨機(jī)信號處理、通信原理、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等專業(yè)課程。第四階段讓學(xué)生將所有模塊集成在一起，構(gòu)建一個完整的通信設(shè)備，并能夠相互配合構(gòu)成一個基本的移動互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。為適應(yīng)新工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，應(yīng)針對工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的不足之處開展通信工程專業(yè)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)生培養(yǎng)機(jī)制研究與改革，以進(jìn)一步提高學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量。據(jù)此，提出以下通信工程專業(yè)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教育改革思路。首先對現(xiàn)有通信工程專業(yè)培養(yǎng)方案進(jìn)行梳理，包括課程設(shè)置、教學(xué)計劃、教學(xué)大綱等的設(shè)置情況；在此基礎(chǔ)上，依托通信工程專業(yè)的相關(guān)教學(xué)平臺與師資力量，以引入工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)模塊化設(shè)計為主線，優(yōu)化通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)體系，并且修訂課程設(shè)置及教學(xué)計劃、課程教學(xué)大綱，為提高培養(yǎng)質(zhì)量并切合培養(yǎng)需求提供教學(xué)體系上的保障。教材建設(shè)和規(guī)劃方面，對相關(guān)的工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)專業(yè)教材進(jìn)行有針對性的修訂，甚至按照需要重新編寫新的有針對性的教材。此外，強(qiáng)化師資隊伍建設(shè)，以本專業(yè)的骨干教師為主要成員，建設(shè)一支高水平的、穩(wěn)定的師資隊伍。

4結(jié)語

以我校通信工程專業(yè)為例，對新工程背景下面向工程教育的通信工程專業(yè)工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)對學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)進(jìn)行探索，以培養(yǎng)能夠適應(yīng)時代和未來變化的卓越工程人才為目標(biāo)，在原有專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程體系的基礎(chǔ)上，設(shè)計專門的工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，使該環(huán)節(jié)的各個模塊有機(jī)地融合在一起，提出學(xué)生深度參與的個性化的新模式，體現(xiàn)“設(shè)計思維”的教學(xué)新體系，從而培養(yǎng)學(xué)生從基本的原理入手，能夠掌握具體的技術(shù)，在對技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的基礎(chǔ)上能夠?qū)ο到y(tǒng)有進(jìn)一步深入的理解，最終通過對系統(tǒng)的綜合運(yùn)用，具備獨(dú)立解決問題的綜合素質(zhì)。

作者:李毅 劉乃安 韋娟 單位:西安電子科技大學(xué)