新工科視角下信息工程專業融合式實踐教學新模式的探索與實踐

劉慶玲 關立新

摘 要 文章針對新工科背景下對工科專業人才培養提出的新要求，分析了廊坊師范學院信息工程專業的實踐教學現狀。基于此，構建融合式實踐教學新模式——基礎實驗與綜合設計型實驗相融合、虛擬仿真與理論教學相融合、科研與教學相融合、學校與企業相融合、實踐考核與理論考核相融合，突出學以致用的教育觀，真正實現以提升學生創新創業實踐能力為核心內容的培養目標，滿足新工科的基本要求。

關鍵詞 新工科 信息工程專業 融合式 實踐教學 改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2018.08.031

Abstract Based on the new training requirements for engineering majors under new Engineering， the present practice teaching situation of information engineering major of Langfang Normal University is analyzed. A new model of integrated practice teaching is built. The new teaching model including the integration between the basic experiments and comprehensive experiments， virtual simulation and theory teaching， research and teaching， university and enterprises， practice examination and theory examination. Through the new practice teaching model， to setup the view of education of learning for practice， to achieve the training goal of improving students' innovation and entrepreneurial practice ability as the core content， to meet the basic training requirements of new engineering.

Keywords new engineering； Information Engineering Major； integration； practice teaching； reform

0 引言

在高等工科教育中，實踐教學環節尤為重要，它是培養具有工程系統能力、創新意識和動手實踐能力的高級專門技術人才的關鍵，也是學生真正掌握知識真諦及應用價值的重要手段。[1-3]教育部高教司提出“新工科”，在“三新”（新技術、新業態、新產業）背景下，對工科人才培養有了更高的要求。“新工科”人才的特點就是學科交叉與綜合。探究新工科的創新理念及其基本要求，針對我校信息工程專業的實踐教學模式進行改革與實踐，達到提升學生的創新創業綜合實踐能力的基本目的。

1信息工程專業實踐教學現狀分析

1.1 實踐教學硬件條件不足

我校屬于師范類院校，近年來新增了工科專業，基礎薄弱。信息工程專業從2012年首次招生至今，設有模電/數電、信號與系統/數字信號處理、傳感器與檢測、計算機仿真四個實驗室，硬件方面只是基礎的實驗箱能夠完成基礎的驗證型實驗，很難實現設計型、綜合型實驗，來滿足人才培養的需求。

1.2 實踐教學形式單一陳舊

實踐性強是信息工程專業突出的特點，目前的實踐教學內容過于陳舊，基本是以實驗箱實現基礎的驗證型實驗為主，缺少設計性、綜合性的實踐過程，不能形成一個基礎實驗——綜合實驗——課外科技創新的多層次遞進的完整的實踐教學體系。而且課程模塊與模塊之間、課程與課程之間不能形成一個有效依賴、互為支撐的有機整體。目前的實踐環節，學生不重視，趨于形式化，不能調動學生的積極性，更不能發揮學生的創造性，無法很好地實現提升學生實踐能力與創新意識的培養目標。

1.3 工程教育觀念陳舊，“雙師型”師資不足

目前我校信息工程專業的教師基本都是單純的高校教師，理論教學能夠滿足教學點要求，由于缺乏工程實踐經驗，無法將真正的工程實踐融入到實踐教學中，仍然是“理論型”、基礎型的實踐教學，基于此，需要大力加強雙師型建設，以滿足工科人才培養的要求。

1.4 專業與企業、行業協同發展不夠

我校信息工程專業是一個新專業，目前與企業的合作還是起步階段，2012級——2015級學生只是大四的畢業實習能夠到企業去了解一些企業的情況，2016級開始，增加了企業實訓的實踐環節，時間內容都還不太充足，加大專業與企業的深度融合是一個亟需解決的問題。

1.5 實踐教學考核不充分

考核是對學習效果重要的檢驗手段，是教學過程不可忽視的環節。我校目前的考核方式通常采取期末閉卷的方式，考核中幾乎沒有體現實踐環節，造成考核方式只注重對知識的考核，忽視了對學生能力的考核，無法滿足新工科與應用型轉型對教學的基本要求。

針對上述問題，不同地方工科院校針對工科類專業的實踐教學模式進行了不同形式的改革與探索，[4-6]我校屬于普通師范類院校，有著與工科院校不同的環境與特點，針對我校信息工程專業的實踐教學模式進行探究與改革，構建以提升學生實踐能力為核心內容的實踐教學新模式，以滿足新工科以及應用型轉型對工程類人才的基本要求。

2 構建信息工程專業融合式實踐教學新模式

基于信息工程專業實踐性強的突出特點，實踐教學改革與建設是信息工程專業教學改革的重要組成部分。構建“寓教于創、協同創新”的實踐能力教學體系，樹立學以致用的教育觀，實現理論與實踐相結合、課內與課外相結合、專業學習與科技創新相結合的融合式實踐教學新模式。

2.1 基礎實驗與綜合設計型實驗相融合

改變以往單一的實踐教學模式，構建多級實踐教學平臺，實現基礎實驗、綜合實驗實訓、設計競賽、創新創業各級實驗環節的逐級過渡與融合。

（1）基礎教學實驗平臺——主要完成每門課程的基礎型實驗，與課程的理論教學相呼應，加深學生對相關理論知識的理解與掌握，同時培養學生基本的實踐技能。

（2）綜合實驗實訓平臺——完成一類課程的綜合設計型實驗（信號分析與處理綜合實訓）、相關課程設計（DSP原理及應用、圖形圖像處理）以及畢業設計等環節，要求學生在教師所給范圍內，完成自主選題、自主設計、自主實踐、自主展示的整體過程，培養學生發現問題、分析問題、運用所學知識解決問題的綜合能力。

學生通過基礎實驗環節，具備了一定的動手操作能力，同時對抽象難懂的理論有了更進一步的理解，在此基礎上，引入綜合設計型實驗環節。具體操作：將學生分組，根據理論教學內容將課程分成幾個模塊，針對本模塊的核心內容，學生在總結歸納的基礎上自擬題目或由任課教師提供題目，由學生自行完成實驗原理論證、實驗方案的設計、實驗過程的實施，綜合設計型實驗環節能夠鍛煉學生利用所學基本理論知識解決實際問題的基本技能，同時加深對基礎理論的深入理解，初步體會到了理論與實踐的結合，在提升理論教學效果與激發學生學習興趣方面起到了很重要的作用。列舉2015級信息工程專業部分學生完成的綜合設計型實驗，如表1所示。

（3）學科競賽、創新創業平臺——以校級、省級、國家級競賽以及大學生創新創業項目為依托，建立專業基礎、學科特色、綜合素質相結合的綜合設計實驗體系，著力培養學生的綜合實踐與創新能力，充分調動學生的積極性與創造性，能夠使不同層次學生的潛力與優勢得到充分發揮，達到培養工科學生自主創新實踐技能的基本目標。

2.2 虛擬仿真與理論教學相融合

“信號與系統”、“數字信號處理”、“自動控制原理”等是信息工程專業重要的專業基礎理論課程，涉及的理論多而且抽象，單純的理論教學會使學生感到枯燥難懂，失去學習的興趣。[7]Matlab是信息類專業不可缺少的仿真工具，在理論講授的同時，將Matlab仿真引入課堂，將抽象的理論通過Matlab的仿真結果展示給學生，使得學生對抽象難懂的理論有直觀的認識，同時在演示過程中，能夠增強教學過程中教師與學生之間的互動，使學生由被動變主動，激發學生的學習興趣，大大改善了教學效果。

以“數字信號處理”課程為例，其中離散傅里葉變換（ DFT）是理論性最為抽象難懂的一部分，在講述離散傅里葉變換在頻譜分析中的應用這部分內容時，提出了計算分辨率、物理分辨率的概念，以及如何真正提高信號頻譜的分辨率的問題，學生總是難以理解上述兩個分辨率之間的區別，進而難以理解高密度頻譜與高分辨率頻譜的真正含義。通過Matlab仿真實例的引入，能夠使學生輕松理解上述概念的區別與聯系。

例：采用Matlab，對比對信號：，對比分析采用不同的截短以及對信號補零得到的頻譜。仿真結果如圖1所示。

2.3 科研與教學相融合

課程是科研的基礎，科研是教學的延伸與應用，二者相互融合，相互滲透。科研對教學能夠起到很好的提升與促進作用。目前學院設有模式識別與智能系統研究所、大數據智能交通實驗室、校級B類科研創新團隊——計算智能與智能系統，承擔各級科研項目同時定期開展學術討論與交流，對老師的素質提升與教學研討都能起到良好的促進作用。

借助上述科研平臺，選擇能力較強的優秀學生進入老師的科研團隊，參與科研項目，參加從科技文獻的查閱、資料整理、發現問題、解決問題直到撰寫學術論文的整個科研過程，對學生進行個性化培養，接受較為嚴謹的科研工作訓練，一方面能夠深入理解所學專業的相關理論，并學會如何將理論合理地運用到解決問題的實踐中，改變學生認為所學專業課程不知所用的迷茫狀態，更加激發學生的學習積極性與主動性；另一方面及早了解科研工作的具體過程，為部分繼續深造的學生提供良好的機會與平臺。

2.4 學校與企業相融合

以培養學生實踐創新能力為目標，同時融入CDIO工程教育的理念，構建“三進三出”的校企融合模式，實現專業與企業之間的雙向聯系，具體包括：企業導師進課堂參與教學、校企共建實驗室、企業課程進學校；派出學校老師進企業學習、派出學生進企業實習、派出學生進企業畢設。建立學校、專業與企業的深度融合，一方面，加強高校教師的雙師型培養，同時學生走進企業，了解企業文化、項目運作和管理的基本模式以及了解就業需求和對崗位素質的基本要求，提高學生的專業技能，同時增強學生的就業競爭力；另一方面，企業導師進駐專業，與專業共建實驗室，共同參與專業教學，使得教學內容更加符合企業的需求，提升教學的針對性，也更加符合新工科人才培養的基本要求。

2.5實踐考核與理論考核相融合

改變以往單一的只注重理論知識考核的模式，建立能力化、多元化、過程化的課程考核新機制。根據課程教學內容的特點以及理論與實踐的學時分配，合理設置理論與實踐的分值比例。其中實踐環節的考核可以采取靈活多樣的形式，考核內容涉及實驗的整體設計、操作過程、實驗數據分析、綜合實驗報告的撰寫與答辯陳述幾個方面，制定評分標準，進行綜合評定。加強實踐教學的考核，一方面考查學生運用知識解決實際問題的基本能力，同時考查學生實踐操作的能力、文字表達與綜述的綜合能力以及團隊協作的能力，真正實現考核方式的多樣化、過程化，實現對學生綜合能力與綜合素質的考核與評價。

3 結論

在師范院校中，打破現有的文、理學科的教學模式，尋求一種新型的適用于工科類專業的教學模式與策略，具有一定的實用價值。以信息工程專業為例，構建融合式實踐教學新模式，激發學生的學習興趣，培養學生利用知識解決工程實際問題的能力，提升學生的工程素養。實現教育技術與教育方法協同、教學、科研協同、校內資源與校外資源協同、專業技能教育與實踐創新教育協同，真正打破傳統的教學模式，實現培養學生實踐創新創業能力的核心目標，滿足新時代對工科類專業人才的需求。

融合式實踐教學新模式首先在信息工程專業適用，進而在我校其他工科類專業的實踐教學中進行推廣，讓學生在做中學，學中做，同時對于提升學生的思維能力、綜合素質以及團隊合作的基本能力都將具有重要的作用，以適應新工科提出的人才培養的基本要求。

參考文獻

[1] 肖軍華，胡釙，陶勁松，李夢嬌.卓越工程師實踐教學體系的探索與實踐[J].當代教育實踐與教學研究，2017.10：154-155.

[2] 郭冬巖，申志永，袁素娟.基于創新型人才培養的工程教育實踐教學改革研究[J].工業技術與職業教育，2014.12（2）：53-55.

[3] 張維維，李敏，許爽，李婷.工程教育專業認證背景下集群式信息處理課群建設[J].現代教育科學，2017.7：104-108.

[4] 曲強，楊永輝，遲濤.基于創新創業能力培養的電子信息工程專業實踐教學體系研究[J].教育教學論壇，2017.2：137-138.

[5] 王云秀，沈歡，劉漢奎.師范院校電子信息類專業創新型人才培養模式研究[J].高校論壇，2017.7：18-20.

[6] 趙東旭，孫立權，楊建梅，楊新芳，田虹，李勤.工科類綜合型專業實驗教學設計的新模式[J].實驗室研究與探索，2016.35（7）：214-217.

[7] 陳姿羽，喻德曠，楊豐，黃靖.信號處理類課程教學實驗改革之探討與實踐[J].科教導刊，2017.22：111-112.