新工科理念下通信工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革研究

唐萬偉，姚明林，姜凌紅，王麗俠

(唐山學(xué)院a.智能與信息工程學(xué)院；b.科技處，河北 唐山 063000)

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，自2017年2月以來，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了“復(fù)旦共識(shí)”“天大行動(dòng)”和“北京指南”，并發(fā)布了《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》《關(guān)于推薦新工科研究與實(shí)踐項(xiàng)目的通知》，全力探索形成領(lǐng)跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗(yàn)，助力高等教育強(qiáng)國建設(shè)(1)新工科_百度百科https：//baike.baidu.com/item/%E6%96%B0%E5%B7%A5%E7%A7%91/20597803?fr=aladdin.。對(duì)于新工科的理解大體可以分為三個(gè)層面：一是新興、新型和新生的工程學(xué)科；二是新理念、新要求、新途徑；三是學(xué)科專業(yè)“新結(jié)構(gòu)”、人才培養(yǎng)“新模式”和工程教育“新質(zhì)量”。新工科理念是順應(yīng)新時(shí)代、新環(huán)境、新形勢需求，對(duì)新時(shí)期工程人才培養(yǎng)達(dá)成的初步共識(shí)，對(duì)于高等工程教育改革具有重大的指導(dǎo)意義。

作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，通信工程專業(yè)在新工科建設(shè)中的發(fā)展最為迅速。通信技術(shù)的研究和發(fā)展水平也成為一個(gè)國家科技實(shí)力的重要標(biāo)志[1]?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》強(qiáng)調(diào)：教育要堅(jiān)持能力為重，著力提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力。這對(duì)于通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)來說，既是更高的要求，也是更大的挑戰(zhàn)。本文以唐山學(xué)院通信工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革為例，針對(duì)人才培養(yǎng)過程中普遍存在的共性問題，如工程實(shí)踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)薄弱[2-3]，實(shí)踐教學(xué)體系合理性、可行性和系統(tǒng)性不足[4-8]，校企合作[9]、項(xiàng)目教學(xué)法推廣不夠深入等[10]，對(duì)新工科理念下通信工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的要求、方案及效果等進(jìn)行研究和探討。

1 新工科理念對(duì)通信工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革的要求

新工科理念要求人才培養(yǎng)必須以學(xué)生為本，從“以教師為中心”的“傳道、授業(yè)、解惑”逐步走向“以學(xué)生為中心”的“悟道、求業(yè)、生惑”的新境界。結(jié)合通信工程專業(yè)特點(diǎn)，新工科核心理念可從以下四個(gè)方面加以概括。如圖1所示。

圖1 新工科核心理念

1.1 新標(biāo)準(zhǔn)

要求進(jìn)一步明確通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)專業(yè)課程體系進(jìn)行重構(gòu)，依托大類通識(shí)教育，突出通信工程專業(yè)教育，培養(yǎng)復(fù)合型、創(chuàng)新型通信工程專業(yè)人才。

1.2 新模式

要求轉(zhuǎn)變僅以課堂教學(xué)為主的教學(xué)模式，積極探索校企合作、產(chǎn)教融合等多方協(xié)同育人新模式，增強(qiáng)學(xué)校育人與社會(huì)需求的有效對(duì)接。

1.3 新方法

要求教師成為導(dǎo)師，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐、拓展知識(shí)；要求探索形成教學(xué)新形態(tài)和人才培養(yǎng)“人文+科學(xué)+工程+其他”新方向。

1.4 新技術(shù)

要求根據(jù)通信領(lǐng)域科技發(fā)展前沿，不斷更新實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容。針對(duì)相關(guān)教材及課程內(nèi)容滯后問題，在教學(xué)中隨時(shí)引進(jìn)新技術(shù)、新成果，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)了解專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)最新的技術(shù)、設(shè)備、理念等。

2 新工科理念下通信工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革方案

實(shí)踐教學(xué)與理論教學(xué)是一體兩面，二者相輔相成。對(duì)于通信工程專業(yè)來說，由于學(xué)校定位和培養(yǎng)目標(biāo)及所在區(qū)域行業(yè)發(fā)展水平的不同，不同學(xué)校的理論和實(shí)踐課程體系均有差異。

2.1 修訂專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)

通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)不僅需要體現(xiàn)工科專業(yè)特點(diǎn)，而且受所在區(qū)域行業(yè)發(fā)展水平及人才需求的影響。因此，作為專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)修訂重點(diǎn)的實(shí)踐教學(xué)體系要充分考量專業(yè)設(shè)置特點(diǎn)及學(xué)校的內(nèi)外部條件?；谝陨霞靶鹿た菩聵?biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)唐山學(xué)院通信工程本科專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行修訂，在原有基礎(chǔ)上增加了勞動(dòng)教育，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，重點(diǎn)強(qiáng)化學(xué)生的工程實(shí)踐能力，可具體表述為：培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬，具有較強(qiáng)的分析、設(shè)計(jì)與應(yīng)用能力，特別是在現(xiàn)代通信技術(shù)與系統(tǒng)、通信網(wǎng)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及多媒體信息傳輸與處理、無線通信、物聯(lián)網(wǎng)通信等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、設(shè)計(jì)開發(fā)、制造及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)、分析等技術(shù)工作的能力，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)、工程實(shí)踐能力及自主創(chuàng)業(yè)能力，文化修養(yǎng)較高、敬業(yè)精神和社會(huì)責(zé)任感強(qiáng)，德、智、體、美、勞全面發(fā)展的應(yīng)用型高級(jí)專門人才。

2.2 優(yōu)化實(shí)踐課程體系

基于新工科新標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)教育部教育指導(dǎo)委員會(huì)制定的專業(yè)規(guī)范及通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)面向，將實(shí)踐教學(xué)貫穿通信工程專業(yè)整個(gè)本科教育階段，實(shí)踐學(xué)時(shí)數(shù)占總學(xué)時(shí)數(shù)的百分比達(dá)到25%以上。

2.2.1 增加課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)

根據(jù)課程難易程度及教學(xué)需要，在相關(guān)專業(yè)課中增加課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，以提高教學(xué)效果。例如，“電磁場與電磁波”是后續(xù)相關(guān)專業(yè)課程的基礎(chǔ)課程，理論性較強(qiáng)，學(xué)生掌握的程度直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果，因此有必要適度增加實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)以幫助學(xué)生扎實(shí)掌握相關(guān)理論。為此，我們組建了“電磁場與電磁波”實(shí)驗(yàn)室，增加了“電磁場與電磁波”實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)。實(shí)踐證明，這8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課對(duì)學(xué)生理解并掌握電磁場與電磁波的傳播特性發(fā)揮了重要作用。此外，部分核心專業(yè)基礎(chǔ)課也視需要增加了實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐學(xué)時(shí)。

2.2.2 優(yōu)化集中實(shí)踐環(huán)節(jié)

對(duì)于課程設(shè)計(jì)、實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等集中實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)置如圖2所示。如基于Matlab是“通信原理”課程重要分析工具的考慮，在該專業(yè)第二學(xué)年增加了2周Matlab實(shí)踐實(shí)訓(xùn)；根據(jù)“移動(dòng)通信”課程需要，增加了2周LTE實(shí)訓(xùn)。通過加強(qiáng)部分核心專業(yè)基礎(chǔ)課的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)學(xué)時(shí)，學(xué)生對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的理解更加深入透徹，同時(shí)提高了動(dòng)手能力和技術(shù)水平。

圖2 集中實(shí)踐課程體系

2.3 強(qiáng)化具有科研優(yōu)勢的相關(guān)課程實(shí)踐

基于新工科新技術(shù)要求，依托我校智能與信息工程學(xué)院在移動(dòng)通信方面的科研優(yōu)勢，新建了LTE綜合實(shí)驗(yàn)室，并且在相關(guān)課程中增加了移動(dòng)通信課內(nèi)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中了解更多先進(jìn)的科研成果。參加相關(guān)認(rèn)證考試和移動(dòng)通信大賽等是激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和拓展實(shí)踐內(nèi)容的重要途徑，將課程教學(xué)與之有機(jī)結(jié)合，鼓勵(lì)并指導(dǎo)學(xué)生積極參與其中也是增強(qiáng)相關(guān)課程實(shí)踐教學(xué)效果的重要環(huán)節(jié)。通過依托優(yōu)勢、強(qiáng)化實(shí)踐，學(xué)生能夠更快速、更熟練地掌握通信信息系統(tǒng)研究分析以及設(shè)計(jì)、開發(fā)的集成方法。

2.4 強(qiáng)化實(shí)踐引導(dǎo)機(jī)制

基于新工科新方法的要求實(shí)行導(dǎo)師制，由導(dǎo)師全面負(fù)責(zé)學(xué)生在校期間的學(xué)習(xí)并引導(dǎo)學(xué)生開展全方位的實(shí)踐活動(dòng)。為提升實(shí)踐教學(xué)效果，積極與大唐移動(dòng)通信有限公司等企業(yè)合作，建立模擬實(shí)踐環(huán)境、搭建仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等，做到課內(nèi)與課外實(shí)踐相結(jié)合、本專業(yè)與交叉專業(yè)實(shí)踐內(nèi)容相結(jié)合、校內(nèi)與校外實(shí)踐相結(jié)合、競賽和實(shí)踐課結(jié)合。如與大唐移動(dòng)通信有限公司合作建立了模擬實(shí)際運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的實(shí)踐環(huán)境，搭建了LTE核心網(wǎng)平臺(tái)。實(shí)踐平臺(tái)按真實(shí)電信機(jī)房環(huán)境搭建了4G通信實(shí)驗(yàn)室，分成室外天饋系統(tǒng)、室內(nèi)分布系統(tǒng)、室內(nèi)主設(shè)備以及操作維護(hù)系統(tǒng)等幾部分，包含EPC，OMC-R，eNodeB等主要網(wǎng)元及配套的無線信號(hào)收發(fā)和傳輸設(shè)備。通過這一實(shí)踐平臺(tái)，學(xué)生能夠直觀感受無線高速數(shù)據(jù)通信功能，同時(shí)可在實(shí)訓(xùn)時(shí)利用LMT軟件工具，通過BBU接口進(jìn)行系統(tǒng)的操作維護(hù)和管理工作，從而迅速熟悉實(shí)際工作內(nèi)容及工作環(huán)境。

2.5 對(duì)接企業(yè)需求深化產(chǎn)教融合

基于新工科新模式要求，與相關(guān)企業(yè)簽訂協(xié)同育人協(xié)議，共同確定實(shí)踐內(nèi)容等，并且結(jié)合社會(huì)需求熱點(diǎn)隨時(shí)調(diào)整教學(xué)及實(shí)踐方向。如基于Labview的串口通信設(shè)計(jì)、嵌入式開發(fā)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)踐等，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生針對(duì)通信系統(tǒng)和通信設(shè)備的科學(xué)研究及實(shí)踐能力。又如綜合設(shè)計(jì)電子線路類課程和信號(hào)與通信系統(tǒng)類課程的理論知識(shí)和實(shí)踐技能體系，改革原有通信技術(shù)綜合實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，融合前期基礎(chǔ)課程相關(guān)理論知識(shí)，既對(duì)前期知識(shí)進(jìn)行復(fù)習(xí)，又對(duì)新學(xué)知識(shí)加以運(yùn)用，使學(xué)生具備電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用方面的設(shè)計(jì)開發(fā)能力。此外，通過校企深度融合，把一些企業(yè)科研和生產(chǎn)基地引進(jìn)實(shí)踐教學(xué)及“雙師型”教師隊(duì)伍培養(yǎng)全過程，打造了集實(shí)踐訓(xùn)練、工程創(chuàng)新、科學(xué)研究、社會(huì)服務(wù)于一體的專業(yè)實(shí)踐育人平臺(tái)，建成了集教育、培訓(xùn)、研發(fā)于一體的共享型協(xié)同育人實(shí)踐平臺(tái)。近年先后與唐山朗源科技有限公司等多家企業(yè)合作建設(shè)了實(shí)習(xí)、實(shí)訓(xùn)基地，這些平臺(tái)、基地的引進(jìn)和建設(shè)，使學(xué)生在扎實(shí)掌握專業(yè)理論的同時(shí)，大大提高了實(shí)踐能力，同時(shí)使“雙師型”教師隊(duì)伍建設(shè)得到不斷加強(qiáng)。

3 新工科理念下通信工程專業(yè)實(shí)踐教學(xué)改革實(shí)施效果

新工科理念下實(shí)踐教學(xué)改革方案在我校2016級(jí)通信工程專業(yè)開始實(shí)施，效果主要體現(xiàn)在以下幾方面。

(1)強(qiáng)化了實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，提高了學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)與人才社會(huì)需求的契合度。畢業(yè)設(shè)計(jì)題目30%以上來自企業(yè)需求，這使學(xué)生上崗后能很快勝任工作，普遍得到用人單位的認(rèn)可。畢業(yè)生就業(yè)率顯著提高，一次就業(yè)率達(dá)到95%以上。

(2)學(xué)生在課堂教學(xué)及實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)中逐漸產(chǎn)生對(duì)科研和創(chuàng)新的興趣，參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)小組的人數(shù)逐年增加，截至2020年達(dá)到34%。

(3)認(rèn)知、競賽、實(shí)習(xí)、學(xué)術(shù)交流等實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)面向本專業(yè)所有學(xué)生，覆蓋率達(dá)到100%。自2016年至今，在歷屆“大唐杯全國大學(xué)生移動(dòng)通信技術(shù)大賽”上，通信工程專業(yè)教師和學(xué)生屢獲殊榮，多位教師多次獲得全國教師賽一等獎(jiǎng)，學(xué)生獲得國家級(jí)二、三等獎(jiǎng)及省級(jí)一、二、三等獎(jiǎng)數(shù)十組，充分展現(xiàn)了實(shí)踐教學(xué)改革的良好效果。