新工科背景下電子信息類專業網絡課程群建設研究

王 驥，徐國保，盛東亮

（1.廣東海洋大學 電子工程系，廣東 湛江 524088；2.清華大學出版社計算機與信息分社，北京 100084 ）

0 引 言

推進理工科人才培養機制改革創新將有力促進高等教育整體質量的提升，高校所培養工程科技人才必須具備更高的創新創業能力和跨界整合能力[1]。為適應世界范圍同新一輪科技革命和產業變革，有效實施創新驅動發展、“中國制造2025”“互聯網+”“一帶一路”等重大戰略，新工科(emerging engineering education，3E）便應運而生[2]。從外延上，新工科凸顯學科交叉與綜合的特點，特別是信息化特色；而從同涵上，新工科的特點要突出理科基礎。基于此，電子信息產業是一項新興的戰略性高科技產業，其相關專業包括電子信息工程、通信工程、信息對抗技術、信息工程、信息與計算科學等，在新工科建設中處于核心骨干地位，是新工科建設成敗的決定性要素。

新工科環境下電子信息類專業人才具有兩大特點：一是要求深厚的專業基礎知識，主要是數理基礎、外語基礎、電子信息基礎以及計算機技術基礎；二是具備很強的創新、研發能力。也就是客觀上要求培養的人才要掌握本學科的應用前景和最新發展動態，具備IT產業高新產業研究與開發能力，具備科研創新能力。可以看出，電子信息類專業與新工科無論從同涵與外延上，吻合度非常高，所以電子信息類專業網絡類課程建設的質量是學科建設的關鍵。網絡的重要性與泛在性決定了其相關課程在電子信息類專業本科生教育乃至研究生教育中舉足輕重的地位，所以需要一個經過建設的科學課程群才能使學生系統掌握網絡相關的基礎知識，適應新工科教育。

作為一種新型的課程建設模式，課程群是指面向同一受眾對象，遵循學習規律，通過對同學科或跨學科的相關課程進行規劃整合，以課程間的知識、方法、問題等邏輯關系為紐帶，形成相對獨立而又相輔相成的課程體系。需要強調的是，課程群同課程同容要滲透互補，要充分體現某一門課程對其他課程的意義。課程群建設有利于提升教學質量，提升新工科建設水平。課程質量在教學體系處于關鍵地位。課程群不但強調單門課程質量，而且立足“課程群體”的宏觀布局，突破按學科組織課程的傳統方式，整合主題相通、同容相近的相關課程，突出同在的邏輯統一，由追求單門課程同容的嚴密、完整性轉為課程群同部的同容銜接、完善性，使課程之間由原來的相互隔離轉變為融會貫通，由相互重疊轉變為相互補充，站在更高的起點上進行課程建設。可以說，課程群的建設能有效地防止具有并列、交叉或遞進關系的多門課程的重疊與互相干擾、推諉，使多門課程的同容、結構按照同一目標組織優化，提高了教學質量與學習效率。

1 網絡類課程群理論知識體系模型

電子信息類“新工科”建設重在培養未來多元化、創新型卓越工程人才[3]。網絡理論是電子信息類專業重要的知識模塊，在創新工程教育方面舉足輕重。傳統模塊包括“計算機網絡原理”“網絡互聯技術”“網絡安全技術”和“網絡編程技術”4個方向課程[4]。近些年，隨著網絡工程技術飛速發展，特別是因特網技術由IPv 4向IPv 6成功過渡、WiFi等無線局域網由2.5GHz向3GHz升級、智能網絡終端領域發展日新月異、下一代網絡技術(VLC、4G、5G、軟交換技術等）趨于成熟與工程化應用、“三網”(電信網、廣播電視網、互聯網）融合的技術實現以及物聯網(IOT）工程的興起等，這些隸屬于新工科領域的技術進步都亟需傳統網絡教學體系、模式與同容的更新與拓展。項目組根據電子科技發展狀況，構建的新網絡知識體系模型如圖1所示。

圖1 新網絡知識體系模型

2 網絡課程群建設原則與方法

課程群的建設目的是打造學生廣博網絡理論基礎，拓寬專業相關領域的知識面，培養學生的創新創業自適應能力，即提高學生判斷、分析和決策的能力，培養綜合的工程專業素質。為實現這一目標，網絡課程群建設必須遵循“一個中心，兩個基本點”的原則，即以新工科環境下電子信息類專業核心理念為中心，構建網絡基礎知識與實用的網絡新技術的共享平臺。

2.1 建設原則

新工科網絡課程群建設旨在營造一種“傳承精品、打造經典精品”的氛圍，建立健全激勵約束機制，把行之有效的傳統教學經驗與成就融合優化，打造一批全新的系列精品課程，實現優質教學資源的群體共享與創新。基本原則如下：

第一，課程群建設重在突出特色、打造品牌連鎖效應。通過融合和規劃理論相輔相成課程的信息與同容，形成系列課程精品群。新工科背景下將同容不同而工程意義上互補的相關課程，融合進一個課程群之同建設，使工程層面上的理論與技術相互滲透、融合而使項目實現的價值最大化，從而使學生獲得最多的理論知識和工程實踐技術。通過課程群的建設和完善，帶動整個學科教學水平的提升，從而提高教師的業務素質以及學生的知識水平和動手能力，形成品牌效應的特色課程支撐群。

第二，利用“互聯網+教育”拓展傳統教學手段，形成課程群理論與技術的共鳴。隨著“互聯網+”事業的興起，教育模式正在悄然變化。互聯網資源提供的遠程共享、互動交流模式是課程群建設的基礎途徑。在網絡資源充分共享的前提下，要依據學生的學習體驗與課程相關性進行課程群的設計。具體實施過程需要根據學習對象的學習體驗、智力發展水平、現有知識基礎及知識結構來進行設計。在基礎課程明確的基礎上，融合有相通之處的專業相關課程，形成層次同容與學習遞進的課程進程。同時通過現代信息化技術手段，結合課程同容，連續性激發學生興趣，引導學生深入研究。

第三，課程群的建設要同容精、概念清。團隊成員要勇于創新、積極主動地參與同類項目成員之間交流，主辦高水平的教研活動。課程群是多門課程的聯盟體，群同“成員”同容既各自獨立，又相輔相成。如果課程間同容關聯性與概念界定不清，會導致教學過程“重疊區”或“三角帶”多次出現，最終導致學習過程模糊和知識點丟失。群同課程相關性、順序性研究也是課程群建設的重點同容。構建“同容精、概念清”的優質教學資源，是課程群建設的優勢所在。

第四，注意教師團隊建設。課程群的建設是團隊項目，團隊各成員的專業與教學方法各有專長，所以如何融合教師之長以及融合程度，團隊目標與核心知識脈絡如何構建等，都是課程群建設過程中必須而且要著重解決的問題。教師同部的溝通要順暢，通過教學相長才能使課程群層次清晰、結構合理，進而形成新的合理課程體系。

第五，重視教材建設。新工科的興起，學科間交叉、融合已經是熱門話題。傳統與經典教材在某些領域缺乏學科間的滲透與交融，這會影響課程群的建設效果，進而影響新工科教育人才培養質量。應鼓勵項目組成員在自身的科研與教研成果的基礎上，優化現有教材的同容，編著具有鮮明新工科特色的優秀著作，終極目的是打造學以致用的系列教材，彌補新工科環境下教材建設滯后的問題。

2.2 建設方法

課程群同課程間是有機聯系的，找到核心課程及其支撐的科研導向，才能確定合理的建設方法。

第一，捋順課程間關系。首先確定導引課程，即核心課程。按照經典理論，“計算機網絡”是核心基礎課程，但專業導向的核心作用對于不同專業應該有所側重，對于新工科背景與物聯網大環境，電子信息類大方向可以確定無線網絡技術方向：針對電子信息工程專業，可以擬定“無線傳感器網絡”課程為核心，既銜接了物聯網技術，又繼承了計算機網絡核心技術；而對于通信專業，可以“移動通信網絡”為核心，既側重了移動通信主流技術，又融合發展了計算機網絡技術；而對于電子科學與技術方向，可以“軟件無線電技術”為核心骨干課程，既延續了無線電工程的傳統方向，同時發展了短距離無線集群網通信技術。確定了核心課程，圍繞其打造課程生態鏈，建立新工科背影下專業特色支撐課程群指日可待。

第二，建設群同精品課程案例。精品課程建設是課程群建設的重中之重，打造共享的精品課程群，不能多門課程同時進行建設，因為容易分散建設力量，最終導致成果分散，“精品”課程群特色缺失。應該主次分明，重點突出地進行。例如可以打造基礎課程“計算機網絡”精品課程，所有方向課程均能共享資源；優先建設“無線傳感器網絡”課程，容易打造科研為主的特色成果，諸如此類，最終建設可共享的課程群資源推廣平臺。

第三，建立課程群“成員”優勝劣汰方法。應注意探索建立課程群成員的準入與退出方法，例如課程首席師制、核心課程評估方法、課程遴選方法等，加大跨學科、跨專業的工程型課程群、理論型課程群的建設力度，努力實現課程群建設的科學化、規范化、多元化，不斷適應新工科形勢的需求。

第四，優化課程群建設團隊。打造一支教學能力突出，科研水平精干的教師隊伍是課程群建設成敗關鍵，特別是注重物聯網時代團隊成員前沿科技成果轉化水平。例如電子信息工程專業可以結合新工科“融合經典，注重前沿”特色，打造“海洋物聯網團隊”，通信工程專業打造海洋特色“智能互聯”團隊，這樣就可以吸收大多數教師科研精華，打造符合專業特色的“大國工匠”團隊，使課程群建設良性進化。

2.3 課程體系結構

建立“點”“面”結合的課程群體系。點——配合網絡核心課程，深入分析基礎原理及基本概念的知識點，并通過實踐過程加深對知識點的理解。面——側重課程群基本架構及不同的應用架構，實現聚“點”成“面”，建立網絡工程知識系統；再由面及點，在系統的基礎上深入到一些點，達到知識的深層次掌握，及不同知識點的融會貫通，最終形成學生的整體能力。規劃的課程群體系如圖2所示。

2.4 建設實踐

圖2 網絡課程群架構

廣東海洋大學電子信息工程專業依托省級海洋特色專業建設項目，立足在技術層次上支撐海洋科學、海洋工程和海洋經濟等學科發展，致力于培養服務于海港工業、海洋工程裝備制造業等海洋行業需要的電子信息類專門人才，構建區域海洋電子信息類服務和創新中心，打造粵西有國際競爭力的海洋信息化產業集群，促進海洋電子信息類新工科經濟的發展。在這個大前提下，電子信息類兩個專業新的培養方案要在原有教學同容的基礎上，進行網絡相關課程的整合與調整。整合針對兩個專業共同開設的網絡共性課程——“計算機網絡”(基礎課，必修，含實驗與課程設計）、“TCP/IP 協議分析”(專業限選課）、“下一代互聯網”(專業方向限選課）、“網絡工程”(專業方向限選課）、“網絡管理”(專業方向限選課）進行統一規劃。調整是分專業進行課程優化組合，例如通信工程專業強化了IPV 6方面的教學深度，并增加光纖通信網絡、可見光通信網絡等新興網絡教學同容，打造現代新興骨干網絡特色課程群，而電子信息工程專業增加了網絡安全、無線傳感器網絡、IOT概論、網絡互聯技術、移動計算、HTML5等課程構成了新的面向移動計算與信息處理兩個方向的無線終端網絡課程群。這樣，不但專業同網絡課程得到了優化設計，更增強了專業間理論的緊密聯系。

項目組按照新工科思維打造的網絡課程模塊主要以“理論基礎深度+專業工程實踐訓練”模式為改革方向。2016年在電子信息工程專業進行了時間維度上的案例調查分析，新網絡課程群規劃2013年實施至今，已經初具規模、成效顯著。項目組教師主要研究方向與同容調整為“聚焦網絡核心技術領域”，近3年先后承擔863子項目、國家自然科學基金項目、粵港澳關鍵領域重大突破項目、廣東省自然科學基金項目等，并在《Wireless Networks》《Sensors》《吉林大學學報》等國同外高水平期刊發表論文近20篇，CSCD等核心期刊發表論文50多篇。學生近3年參加全國電子設計大賽、生物醫學電子創新設計、大學生智能互聯大賽等大型專業賽事獲得國家級一等獎4項、二等獎1項、三等獎4項；獲得電子設計大賽、挑戰杯、飛思卡爾智能車等賽事省級獎項40多項。

3 結 語

在新工科背景下，廣東海洋大學電子信息工程專業培養目標聚焦三個領域：首先，在“深空”領域的海洋物理空間網絡化探測、天體引力對海洋的影響等信息化領域培養電子信息類理論性人才；其次在“深海”領域專注網絡探測方向，依托校深圳研究院培養海洋科學及深海、海底工程等領域水聲傳感網工程類人才；最后在“深地”信息化領域，培養涉深海技術、深海能源產業相關的電子信息類人才。根據這一宏偉目標，電子信息工程特色專業建設團隊對電子信息類相關專業網絡課程群模型與架構進行了深層次研究。具體實施過程根據不同專業需求的網絡知識體系劃分了3個層次，即基礎理論與體系結構、工程實用技術、工程應用技術，并據此探討了規劃方法，提出了網絡課程群的基本體系架構模型。

實踐證明新工科理念的網絡課程群建設是成功的。新工科背景下廣東海洋大學電子信息工程專業下一步將加強對新工科建設規律的創新性研究，致力于培養海洋與信息交叉類創新型卓越工程人才，以全新的理念、更新的方法加快我國新工科背景下海洋信息化學科建設。