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摘要：
綜合性設計類課程教學環節是提高高年級本科學員綜合創新能力的重要課程。以電子類專業課程綜合設計類課程為例，從創新平臺構建、實驗室建設與管理、教學方法改革等方面進行分析和闡述，提出了方法和觀點，可為電子類專業和其他專業綜合設計類課程建設提供參考。
關鍵詞：
實驗教學方法；綜合設計類課程；創新平臺構建
根據培養方案和教學大綱，我院本科直通車專業、合訓專業學員在專業基礎課完成后，在大三下半學年或大四上半學年大都開設綜合設計類實踐課程，作為對前序原理課程的補充，起到加深基本原理理解、鍛煉學員創新能力和實踐能力的作用，也為學員綜合能力的提高、畢業設計的完成及勝任畢業后工作奠定基礎。為了提高電子類專業綜合性設計類課程的教學質量［1］，在學院“向實戰聚焦，向部隊靠攏”教改精神的指導下，以學院教學科研課題研究為契機，開展了以電子信息工程系通信與導航教研室直通車導航工程及通信工程專業為教學對象、以“導航原理課程設計”課程為應用的創新實踐平臺構建探索和教學方法研究，取得了良好的成績［2］。
1能力培養目標及教學現狀分析
按照學院最新版“人才培養方案”，導航工程專業直通車學員培養的重點是：注重綜合素質培養，強化創新實踐能力培養。通過完善實踐教學體系、優化實踐教學環節設置［3－4］、加強課內實驗教學環節，以及加大實驗課程、課程設計、工程實踐等環節教學力度，將部分核心課程的理論講授和實踐環節分別獨立設課，增加綜合性、設計性實驗項目，加大各類課程的實踐性教學內容比重，實施創新性實踐教學計劃，營造學員自主學習、自主研究的環境，支持學員自主開展科學研究和參與軍內外學術交流、實施本科學員特長提升計劃，為學員發展專長能力搭建堅實平臺［5－6］。實驗環節和綜合設計類課程是學員本科階段能力培養的重要環節，將對學員創新實踐能力的培養起到重要的支撐作用。課程組根據本門課程多年的授課經驗，經梳理發現本門課程尚存一些問題。
1．1學員前序課程基礎知識欠缺
“導航原理課程設計”是基于前序課程“導航原理”“導航技術”開設的一門實踐型設計課程，開設在本科第7學期，要求學員在掌握并理解“導航原理”“導航技術”課程的基礎知識、基本原理的基礎上，實現核心關鍵原理的驗證和重點技術的實現，加深對基本原理和關鍵技術的理解，并綜合運用所學知識完成一類導航系統的綜合設計。綜合設計類課程對學員綜合能力要求較高，除了需要掌握專業基礎課程中的基本原理，還需要綜合運用“信號系統與控制”“通信原理”“低頻電子線路”“高頻電子線路”“數字信號處理”等電子類基礎課程和“電子系統設計”“通信仿真與應用”“鎖相與頻率合成技術”“電子測量技術”等選修課程的知識。上述課程中，由于學員理解掌握和應用的水平不同，以及前期學習時間過長，有部分知識遺忘或生疏，導致學員在完成“導航原理課程設計”的內容時，出現基礎薄弱、無從下手的情況，對本門課程的開展造成了一定的障礙。
1．2學員綜合能力有待進一步提高
“人才培養方案”中明確指出要強化學員的創新實踐能力培養，但是課程執行過程中發現，由于各種原因，實際上學員獨立思考、分析問題的能力培養欠缺，主要表現在學員遇到問題不是主動查閱書籍資料、積極討論、分析和解決問題，而是傾向于求助指導教員，或者上網尋求直接答案；教員為其提供基本思路后，仍需教員指導分步實施；對于一些需要實際測試、設計實驗方案或者需要進行仿真的題目，存在基本儀器、軟件不會操作使用，遇到測不到結果、仿真出錯時不知所措的情況，表現出動手能力較差。
1．3學員參與課程設計的積極性較差
本門課程的設計題目通常為綜合性題目，需要學員花費較長時間、較多精力進行思考、查閱資料以及仿真、測試，也需要學員在課下進行較多的工作，學員的興趣和自主性對課程的進展影響很大。然而，在課程實施過程會明顯感到一些學員積極性不高，甚至有抵觸心理。例如，個別平日成績較好的學員在課上復習考研課程，并且由于平日學員隊訓練、公差較多，大部分學員沒有時間和精力在課后準備。此外，由于實驗室條件的限制，通常難以滿足一人一組，一般為2～3人一組，共同完成設計題目，因此一些學員存在“混”和“吃大鍋飯”的想法。
1．4課程設計內容和深度設置不夠合理
按照課程標準，本門課程分基本技能和課程設計2大部分實施，基本技能主要使學員對信號的產生、測試、仿真等方面有所提高，課程設計部分由指導教員指定題目，學員合作完成。在綜合設計階段，一方面，由于學員對各門前序課程知識和技能的掌握和熟悉程度不同，特別是對“導航原理”等課程內容理解程度不同，造成相同的設計內容不能適應不同學員的實際能力。例如，設計題目為“塔康地面信標信號仿真及測角原理實現驗證”，若學員對信標信號格式理解不深或對角度粗測和精測原理掌握不好，就很難進行設計。另一方面，多個設計題目的知識涵蓋和復雜程度不同，導致選取不同題目的學員在進行設計任務時，難度過高或過于簡單。例如，綜合設計題目為“GNSS衛星導航系統仿真”，分為5個子任務，其中“接收機接收信號的同步檢測”與“衛星信號的仿真產生”對學員而言，難度有較大差別，前者需要了解擴頻信號的同步、解調步驟及鎖相環的相關知識等，而后者只要對擴頻信號的產生有一定的理解即可。
1．5與學員溝通互動不夠
目前的教學主要采用2種方法：一是“過程式教學”，分步驟實施，即教員先講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟、注意事項，再進行示范，最后學員具體實施、教員給予指導和評價；二是“開放式”教學，即假設學員對前序知識掌握良好且具備一定的創新設計能力，教員布置綜合設計任務，學員分組完成。2種方法各有利弊，都存在一定的不足之處。例如，第一種方法實際上很大程度上限制了學員獨立思考的能力，而第二種方法有可能困難過多使學員放棄思考。因此，教學方法上需要進行改革和創新。
1．6硬件條件有限，配套教材需進一步開發完善
綜合設計類課程的開展與實驗條件有重要關系，目前，教研室僅有一個導航原理與系統實驗室，實驗器材和設施配備較少，相關的教材、實驗項目、課程設計積累也較少，對設計類課程的開展造成一定的困難。
2創新實踐平臺構建及實驗室教學管理
設計類課程需要實驗室基礎條件和運行管理方法的配合以及創新實踐平臺的硬件支持［7］，因此需要在實驗室已有條件的基礎上進行創新實踐平臺的設計和構建［8］，以及實驗室基礎條件建設和運行管理方法的創新。
2．1創新實踐平臺的設計和構建
結合“導航原理”和“導航原理課程設計”的教學目標和實際需求，以學院教育科研課題和“2110”三期實驗室條件建設為契機，開展創新實踐平臺設計和構建，可以為課程實驗項目和綜合設計提供創新實踐平臺和條件。創新實踐平臺的設計主要要考慮以下基本原則：（1）能夠覆蓋無線電導航與系統中基本系統原理、關鍵技術的核心內容和重點難點，從而保證學員在理論課程學習過程中，可以復現和驗證基本原理和關鍵技術。（2）兼顧理論嚴謹性和實驗的可操作性。在原理和現象觀察實驗中可以采用一定的近似和等效，例如利用超聲波測距代替微波脈沖測距?？刹捎冒雽嵨锓抡娴姆绞絹韺崿F。（3）具有可擴展性和二次開發及升級特性。創新實踐平臺設計在初期僅能考慮部分實驗的實現，必須具有可擴展特性，以便后續擴充實驗項目和內容［9］。必須具有可二次開發的特性，以滿足教員和學員的綜合設計類題目的實現和測試。（4）既具有演示性，又具有可操作性。利用該創新實踐平臺，既可用于演示原理與技術核心，又可方便學員和教員進行操作和開發，驗證新算法、新技術以及開展實驗。綜上所述，創新實踐平臺應采用計算機仿真和硬件電路結合的方式實現，如圖1所示。該平臺包含計算機、硬件系統及測試工具3大部分，其中計算機包含Matlab、LabVIEW、C＃等專用軟件，硬件系統包含接口模塊以及多個功能硬件模塊，測試工具主要包含示波器、頻譜儀等常見的信號分析儀器。通過計算機產生所需的信號，下載到硬件電路中實現真實的信號和控制，或者通過硬件電路模塊接收并處理實際信號，送入計算機中實現算法的處理。
2．2實驗室建設和管理
實驗室建設要遵循“功能全面、可升級擴展、便于實施、兼顧成本”的原則［10］，采用循序漸進的方法進行建設。主要依托“2110”三期等實驗室建設經費，對實驗室軟硬件進行改造和建設?？梢圆捎迷O置門禁刷卡的方式，以便于實驗室的使用和管理。同時為了防止實驗室管理的漏洞，使實驗室淪為學員的休閑娛樂室，可以為實驗室設置監控，監督管理學員。在實驗室管理方面，首先要制定相對完善的制度，明確實驗室的功能和定位、明確開放時間和開放對象，在門禁設施和監控設施硬件條件允許的情況下對學員開放，鼓勵學員自主學習和開展創新活動，定期創新設計題目，組織創新設計活動和競賽，真正激發學員興趣，發揮學員的創造力。
3教學方法改革
為了更好地開展綜合設計類課程的教學，還需要針對上述存在的問題進行教學方法的改革［11－12］。主要有以下措施：（1）改革教學方法和組織實施方法，確保達到良好的學習效果。通過對綜合實踐類教學對象特點的分析，對題目進行分解，采用講解、演示、個別指導等方法組織教學，使學員知道“我要干什么”“我要怎么干”“我在干什么”“這是為什么”，避免不動腦筋，僅根據實驗步驟實施和不知所措、無從下手的現象，確保課程進度的完成以及良好的教學效果。（2）采取各種激勵和保障措施，提高學員的參與積極性。作為一門專業課，課程采用綜合考核方式，考試成績納入學員綜合成績評定。目前，根據總部政策，學員畢業綜合成績與畢業選崗關聯，這樣可以在一定程度上通過學員成績評定提高學員的積極性。另一方面，還需要從課程內容上激發學員的興趣，從制度上激勵和保障學員克服惰性、積極參與。（3）改進考核方法，使考試成績真正反映學員的水平和能力。由于不采用筆試，為了反映學員的真實水平和能力，必須改革課程考核的方法，通過平日成績、課堂表現、綜合作業等方面對學員綜合評定，公平公正地給出學員的考試成績。（4）優選設計題目，使課程設計重點突出、難易得當。精心編寫設計指導書，設置多個設計題目，并對每個題目進行講解。課程開課前，對學員進行座談，結合學員實際水平，選定2～3個題目，由學員分組選做。學員分組要充分考慮各人的特點，做到取長補短，使組內學員能夠互相學習、互相促進。設計題目要重點突出、難易得當，以保證題目的順利進行。
4結語
綜合設計類課程對學員綜合能力及創造力的提升非常重要，教學有其特殊之處。在創新實驗平臺和實驗室建設管理的基礎上，通過改進教學組織方法，能夠使學員在較短的課時內完成基礎實驗和綜合性設計。相信以“導航原理課程設計”課程的實踐，通過實驗平臺的構建和教學管理方法的改革，教學效果能夠在幾年內有較大的提高。
作者:劉敏 劉錫國 衣曉 宋斌斌 單位:海軍航空工程學院 山東省信號與信息處理重點實驗室
