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摘要：針對新工科建設背景下通信工程專業學生培養過程中逐漸顯露出來的一些不足，分析通信工程專業實驗教學課程知識體系中“原理－技術－系統－網絡”的內在聯系，并在此基礎上提出引入工程實驗教學模塊化設計，使學生的實踐能力按照“體驗－應用－開發－創新”四個階段提升，從而優化通信工程專業實驗教學培養體系。對通信工程專業實驗教學模塊進行梳理，并進行模塊化設計。此外，結合教材建設和師資隊伍建設等方面對通信工程專業實驗教學進行了多方面的改進。
關鍵詞：新工科；實驗教學；實驗課程體系；模塊化設計
2017年3月，在復旦大學舉行的綜合性高校工程教育發展戰略研討會達成了“‘新工科’建設復旦共識”，隨后，教育部《教育部高等教育司關于開展新工科研究與實踐的通知》，啟動“新工科研究與實踐”項目。2017年4月，教育部《“新工科”建設行動路線（“天大行動”）》，劃定我國高校“新工科”建設路徑。隨后，新工科建設引起社會各界的廣泛關注，并引起相關高校的極大興趣。新工科的內涵是以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養未來多元化、創新型卓越工程人才。新工科應該積極應對變化，引領創新，探索不斷變化背景下的工程教育新理念、新結構、新模式、新質量、新體系，培養能夠適應時代和未來變化的卓越工程人才［1］。
1通信工程專業人才培養面臨的挑戰
隨著對學生培養質量要求的不斷提高，通信工程專業學生培養過程中所面臨的一些挑戰逐漸顯露出來，主要表現在以下幾個方面。（1）培養方案設置：工程實驗教學環節培養主線不夠突出，培養方案中工程實驗教學的設置與學生的預期存在較大差異，應更加關注對工程實踐能力的培養。目前的培養方案，工程實驗教學環節之間的承前啟后關系銜接不夠合理，學生對專業培養方向沒有明確的了解，甚至導致學生的學習興趣沒有得到激發，工程實踐能力沒有達到應有的水平，不利于學生畢業后的就業工作以及長期發展。（2）師資隊伍：以往授課教師是由學院各個研究領域的教師延聘而來，而教師對新工科的培養思想不能及時了解，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，受到教師教學任務變化、出國進修等各種因素的影響，教師隊伍不夠穩定。（3）教材建設和規劃：隨著新工科教育的不斷發展與深入，相關的工程實驗教學環節專業教材也應進行有針對性的修訂，甚至按照需要重新編寫新的有針對性的教材。實驗教材是培養人才的知識載體，是實驗教學的依據，也是培養學生動手能力的主要工具［2］。
2通信工程專業實驗課程體系
實驗教學是高等學校教學體系的重要組成部分［3－4］，是培養實踐創新人才不可或缺的途徑，是培養學生創新能力的主要手段［5－6］。以西安電子科技大學通信與信息工程國家級實驗教學示范中心（以下簡稱：中心）為例，該中心是一個通信與信息領域的專業層次實驗教學中心。中心以信息與通信工程等國家重點學科為依托，擁有一大批長期從事教育教學工作、實踐經驗豐富的優秀教師。中心設備先進，教學資源豐富。中心擁有11個專業實驗室，1個大學生課外活動基地、會議室、辦公室和儀器室等，建有網絡與信息安全國家級虛擬仿真實驗教學中心，與中興通訊聯合建設有國家級工程教育實踐基地，與Google、NI、XILINX、Atmel、ARM等公司建有聯合實驗室。中心實驗教學內容覆蓋了傳輸、網絡與交換和新技術與應用，在學校通信與信息領域的人才培養過程中具有舉足輕重的作用。中心形成了以支撐技術實驗、專業基礎實驗、專業實驗、綜合實驗以及研究實驗構成的實驗教學體系。
2．1專業實驗課程體系結構
通信工程專業實驗課程體系結構如表1所示。表1中支撐技術、專業基礎、專業實驗、綜合實驗與研究實驗，前者依次為后者的基礎，難度依次加大，對學生實驗技能的鍛煉依次增強。大學生從事實驗學習，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］。整個工程實驗教學環節旨在通過有效組合課程知識，結合專業相關技術研發需求，激發學生的興趣和主動學習意識，培養學生的工程項目基本研發能力和素質，使學生能夠將所學知識應用到實際項目中，同時能夠在實踐中發現問題并且進一步通過理論知識予以解決，達到“學”和“用”相互支撐，共同促進學生發現問題的意識和解決問題的能力，讓學生知道為什么做、如何做以及如何做好。針對新工科建設的要求，應該通過多渠道、多途徑強化培養大學生的創新能力，把專業性、實踐性較強、多層次的課程從課堂搬到實驗室，開設系統性、綜合性強的大型實驗，讓學生通過實驗來完成課程學習任務［8］。我校通信工程專業設立兩個方向，分別是“無線通信理論和技術”與“通信網絡理論和技術”。按照這兩個專業方向和培養模式，構建了具有通信工程特色、多層次立體結構的實踐教學和能力評價體系，并將其與畢業合格率建立聯系［9］。構建的實踐教學和能力評價體系分為三個層次：第一層為實驗課程環節；第二層為綜合設計或工程設計環節；第三層為實踐教學鏈。針對不同的層次，設計對應的評價方式，并給出對應的評估標準，通過在各個層次對學生進行評估，最終可對畢業合格率進行控制。通信技術的核心是連接與交換，通信工程包括兩個方向：傳輸和網絡，專業實驗課程體系建設集中在這兩個方向。對于出現的新技術仍然可以從通信核心的角度來重新定義，增加新的內容?？梢岳密浖x技術體現實驗平臺的可設計性和可重構性，利用“實物＋遠程網絡”的形式解決學生規模過大的問題，用創新實驗的模式解決新技術問題。例如，在“通信理論與技術”實驗中，學生可以根據需要設計自己的虛擬儀器，將儀器的輸入、輸出、數據處理分析、結果顯示由計算機完成，并且在此基礎上組成計算機網絡，從而構建網絡化的實驗室［10］。實驗項目的設置要做到多方面多層次，注重先進性、開放性、創新性，特別體現專業特點，達到加強基礎、培養能力、提高興趣、因材施教的目的［11］。全方位參與實驗準備、實驗操作、儀器管理、實驗室安全管理的各個環節，提高學生對實驗環節的熟悉程度和科研素養，培養學生的基本科研能力，使學生能盡快適應未來的研究工作［12］。工程實驗教學環節采用開放式小組實驗模式。教師以引導為主，學生小組按照工程開發基本流程制定實踐內容并保證質量控制和進程管理有效展開，教師對工程開發安排定期監督和檢查，以便對整體進度進行了解，并予以督促。
2．2實驗課程體系設置邏輯
實驗課程體系按照“原理－技術－系統－網絡”的邏輯進行設置，如圖1所示。學生通過對原理的學習，能夠掌握具體的技術，在對技術進行應用的基礎上能夠對系統有進一步深入的理解，最終通過對系統的綜合運用，對通信網絡的工作原理與層次結構能夠全面掌握。通信工程專業知識體系中“原理－技術－系統－網絡”的內在聯系如表2所示。
3工程實驗教學環節模塊化設計
在新工科實驗教學環節中，將工程實驗教學劃分為四個階段，根據認知原理、課程安排、專業要求、個人愛好等因素，按照“感受－感知－感悟－拓展”的培養思路，以工程為主線，讓學生實踐能力按照“體驗－應用－開發－創新”四個階段提升。第一階段讓學生了解通信系統組成及基本業務的通信過程，引導學生建立一個通信工程的基本知識框架。結合實際通信系統了解通信系統基本原理，并動手進行簡易通信系統的制作和調試，并利用該系統實現自己的構思。實踐完成后，學生達到理解通信基本系統，能夠自行進行電子制作、軟件開發、儀器操控和文檔編寫。第二階段讓學生了解三個方向：信道傳輸、接入交換、移動互聯，了解各方向所要求的最終目標，掌握三個方向的基本實驗工具和應用技能，主要涉及到仿真分析工具和工程實現平臺，并最終根據個人愛好選擇其中一個方向。第三階段讓學生利用課程教學及實驗所獲得的知識，從簡到繁，完成整個最終目標的各個部分。分別包括高低頻電子電路、信號與系統、數字邏輯電路、微處理器系統、操作系統、數字信號處理、隨機信號處理、通信原理、計算機網絡等專業課程。第四階段讓學生將所有模塊集成在一起，構建一個完整的通信設備，并能夠相互配合構成一個基本的移動互聯網絡。為適應新工科實驗教學要求，應針對工程實驗教學環節的不足之處開展通信工程專業工程實驗教學環節學生培養機制研究與改革，以進一步提高學生培養質量。據此，提出以下通信工程專業工程實驗教學的教育改革思路。首先對現有通信工程專業培養方案進行梳理，包括課程設置、教學計劃、教學大綱等的設置情況；在此基礎上，依托通信工程專業的相關教學平臺與師資力量，以引入工程實驗教學環節模塊化設計為主線，優化通信工程專業實驗教學培養體系，并且修訂課程設置及教學計劃、課程教學大綱，為提高培養質量并切合培養需求提供教學體系上的保障。教材建設和規劃方面，對相關的工程實驗教學專業教材進行有針對性的修訂，甚至按照需要重新編寫新的有針對性的教材。此外，強化師資隊伍建設，以本專業的骨干教師為主要成員，建設一支高水平的、穩定的師資隊伍。
4結語
以我校通信工程專業為例，對新工程背景下面向工程教育的通信工程專業工程實驗教學對學生實踐能力的培養進行探索，以培養能夠適應時代和未來變化的卓越工程人才為目標，在原有專業實驗課程體系的基礎上，設計專門的工程實驗教學環節，使該環節的各個模塊有機地融合在一起，提出學生深度參與的個性化的新模式，體現“設計思維”的教學新體系，從而培養學生從基本的原理入手，能夠掌握具體的技術，在對技術進行應用的基礎上能夠對系統有進一步深入的理解，最終通過對系統的綜合運用，具備獨立解決問題的綜合素質。
作者:李毅 劉乃安 韋娟 單位:西安電子科技大學