針對應用型本科院校的科技前沿教學研究

韋樸++劉婷婷

【摘要】傳統應用型本科院校通信工程專業以“強調基礎，強調應用”作為主要的教學特點。本文提出在此基礎上，進一步加強本領域科技前沿知識的教授。授課時，注重理論聯系實際和多領域/學科的融合，并引入工程化的思考方式。從而通過重點介紹本領域各個方向的前沿技術知識，使學生鞏固融合先前所學知識，關注本領域的發展，擴大知識面，提高學生適應社會發展的能力。

【關鍵詞】科技前沿 應用型本科 理論教學 實踐教學

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）07-0010-02

一、傳統本科院校教改發展方向

傳統地方應用型本科院校的課程體系以“依托學科、面向應用”為特點，為地方培養應用型本科人才。其教學目標在給予學生足夠的基礎知識下，強調培養學生的應用技能，理論與實際相結合，提高學生的動手能力，使高校培養的學生的技能符合社會的需求。以南京工程學院通信工程學院為例，2015年暑期對2011、2012、2013和2014屆畢業生進行調研，已畢業的學生大多在IT領域主要從事軟硬件開發與設計、工程維護、測試以及生產等工作。在硬件領域，社會比較關注諸如電路設計、單片機編程、嵌入式系統開發，FPGA等相關實際應用技能的掌握。在軟件方面，比較注重實際的軟件開發經驗，熟練掌握一種或幾種開發語言，熟悉操作系統，計算機網絡、數據庫等相關知識。同時，社會還希望學生對企事業單位的工作流程能有所了解，盡可能減少企業相關的培訓，降低企業成本。因此，學院提出在教學中注重加強學生相關技能的訓練，同時，在專業課程中也強調實驗的重要性，避免簡單的照本宣科。

這種改革短期內迎合了社會對畢業生的要求，但是與國外同類高校相比，國內高校培養的學生知識面狹窄、綜合運用所學知識的能力較差，不了解本領域的發展前沿。從而導致學生的專業發展后勁不足，只能從事較為簡單、基礎的專業工作，難以同國內外優秀的同行競爭。

二、科技前沿知識教學方法淺談

針對上述問題，建議針對本科高年級的學生，結合老師自身科研工作和項目實踐，介紹本領域的前沿科學技術，擴大學生的知識面。作者結合本人的科研經歷，面向大四學生開設課程“微波光子技術”，向學生介紹在微波和光子學領域最重要的一個分支，使學生充分了解本領域最優秀同行目前所從事的工作，取得了良好的效果。課程的建設主要從以下三個方面展開：

1.多領域融合

目前最新的科技前沿多數屬于多個科目的交叉，在分析、處理相關問題時，往往會綜合使用多個領域的知識。因此，在課堂介紹時，著重突出多領域的知識交叉，加強課程之間的聯系，使學生感受到平時所學的看似獨立的課程，其內在具有各種聯系。“微波光子技術”就是一門綜合性的交叉學科，其涉及的知識牽涉“高等數學”、“大學物理”、“信號與線性系統”、“通信原理”、“光纖通信”、“固體物理”和“半導體物理”等多個學科。在講解相關技術時，有意融入其它課程中所學的知識和方法。這樣，一方面適當恢復原先學過但漸漸遺忘的知識，另一方面向學生展示如何綜合使用所學知識去分析問題、解決問題。例如，在分析基于微波光子技術進行上變頻問題時。首先從通信原理和微波通信技術原理出發，介紹上變頻的原理和在微波通信中的作用，然后提出傳統上變頻技術存在的問題和不足。在此基礎上，引出基于微波光子技術來實現上變頻的設想。微波光子上變頻技術的核心是基于一個光學Mach-Zehnder調制器實現載波抑制的多邊帶調制。為了解釋工作機理，首先從通信原理中的模擬調制技術出發，引出多邊帶調制理論。然后從大學物理和光纖通信中干涉理論出發，推導Mach-Zehnder調制器的輸出函數，分析如何基于該調制器實現多邊帶調制。最后，導出系統整體結構。并通過文獻結論，告訴學生采用不同的系統結構方案，產生的結果有何差別。

因此，通過介紹微波光子上變頻技術，將學生已經學習過的大學物理、通信原理、光纖通信，信號與系統等多個領域的知識有機結合在一起。在課堂講解時，可適當回顧之前所學的知識，幫助學生回復記憶。同時，還可以使學生感受和初步掌握如何利用所學知識解決問題的方法。

2.工程化思維訓練

傳統高校教育主要是從知識和技能方面入手，學生在實際分析問題時，僅僅從技術入手，在實際工程中往往是不夠的。針對這個問題，在傳授相關技術時，不采用簡單的知識灌輸，引導學生從實際工程化方面考慮問題。設計具體的方案時，不是單一考慮技術本身，還需要考慮成本、采購等一系列環節。培養學生從一個項目經理的角度思考問題，而不是僅僅做一個技術員。

在介紹微波光子技術的歷史發展時，學生常有疑問：微波光子技術屬于模擬通信和信號處理技術，它的發展似乎有悖于電子信息領域的發展趨勢——數字化。為了解釋這個問題，筆者首先回顧歷史，充分展現現有無線通信技術發展的趨勢——無線化、寬帶化。接著充分比較了現有技術的優缺點，尤其是在實現成本、維護成本方面。通過現實的實例（比如摩托羅拉的銥星計劃）使學生明白，社會接收或拒絕使用一項技術，并不僅僅取決于其先進性，與其實現/維護成本也存在著很大的關系?，F有成熟的商業技術和方案，肯定是技術先進性和成本雙方妥協的結果。未來的無線通信技術，為了滿足大寬帶的需求，其通信主頻會進一步的提高，因此其無線基站的設置密度會更大。而如果未來的無線通信系統仍采用現有架構的話，其構建和運營維護成本將極高，從而影響該技術的實用化。但是如果采用模擬微波光子技術，將傳統基站的功能歸并至中心局，基站只承擔電光/光電轉換和上下變頻等基本功能，從而可顯著降低基站成本，使通信系統的成本達到可接受的范圍。最后引導學生得出結論：所謂數字化，并不一定是電子信息技術發展的唯一趨勢，在很多特殊應用場合，綜合考慮技術需求和成本等各方面的因素，采用微波光子技術是未來無線通信技術發展的一個重要的方向。是依據實際的社會需求而產生的一個新的交叉學科。

在技術方案講解時，盡量避免傳統的知識灌輸的方法。采用“提出問題”—“分析問題”—“解決問題”的思路。從器件的應用及相關技術指標入手，引導學生主動的去思考， 而非被動接受知識。例如在介紹高速光電探測技術，在介紹光電探測技術的原理和核心性能指標的基礎上，對現有器件的基本結構及其在性能參數（響應度，帶寬）的影響做了介紹。啟發學生獨自思考，如何根據所學的知識，設計新型的器件結構，對探測器件的各項參數之間進行權衡。

3.擴大學生知識面

通過介紹現在的前沿科學技術，使學生了解自己所處的專業的發展趨勢，知道自己優秀的同行目前所從事的工作。進一步，在課堂上介紹相關知識的同時，可以合理穿插目前社會上的技術熱點，擴大學生的知識面，并且也可以激發學生的學習興趣。例如，在講授“微波光子技術”的無線接入部分時，除了介紹目前現有的無線技術方案，還可以就目前比較流行的光學WiFi （LiFi）技術向學生做介紹。其主要機理是將照明用的LED等作為無線信號發射源，由于光波的頻率更高，LiFi技術理論上的帶寬更大，可以滿足家庭高速無線接入的需求。不過，該技術也存在問題：即光波信號的“穿墻”難題，是困擾其應用的一個難點。當然，任何問題都有兩面性，光波“穿墻”難題，也可以保證信號傳輸的保密性，“蹭網”將成為過去。

所以，通過短時的這種不影響教學進度的穿插，揭開目前熱點技術的神秘面紗，可擴大學生知識面，并激發起學生興趣。

4.理論聯系實際

目前，應用型本科教學越來越多的強調實踐能力和動手能力的培養。這一方面很好彌補了傳統工科教學中對實踐能力的忽視，另一方面也切合社會對人才的基本需求。同時，在實際的教學過程中，也發現學生普遍青睞技能型學科，比如單片機、DSP、編程相關的課程，對與枯燥乏味的理論分析課程缺乏興趣，理論課程教學效果欠佳。這種短視的行為對學生將來的職業發展將帶來深遠的負面影響。這主要是由于目前科學技術的發展和進步的速度極快，復雜性和多學科的交融并存。如果學生在高校不能打下扎實的數理和專業基礎，那將來從事技術工作時，往往難以對所從事的工作有更為廣泛和深刻的了解。從而導致學生只能從事相對簡單、低級的工作，缺乏晉升的能力和資本。

因此，在課程介紹時，并不回避理論分析，而是通過簡化的理論推導分析，得出有用的結論。強調通過理論分析所得的結論指導實踐和工程設計。通過實例使學生了解看似枯燥乏味的理論分析和推導，在工程項目中的重要性和必要性。例如， 在分析微波光子系統的色散問題時，首先從理論出發，通過簡化的數學推導，分析色散對通信系統的影響。并且，通過向學生展示論文中發表的實驗結果，證明理論分析的準確性。其次，在分析問題的基礎上，提出了色散問題的解決方案，通過理論和實際相結合的方法論證方案的實際效果。課堂實踐表明。由于課堂中強調了理論分析的重要性并簡化了理論分析過程，學生不再抵觸公式推導，該方案收到較好的教學效果

三、結論

地方應用型本科院校長期以“依托學科，面向應用”作為課程體系建設標準，為社會輸送了大量有用人才。本文面對新時期高技術井噴式發展的現狀，提出針對社會發展的熱點和科技前沿，依托教師的科研方向，開設新型的科技前沿課程，從而擴大學生的知識面。并給出了開設科技前沿課程的教學方法和教學思路。在實際的教學中，該方法取得了良好的教學效果和學生反饋。

參考文獻：

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