新工科背景下思政教育與專業(yè)特色融合的綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

王 勇，張躍宇

(西安電子科技大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與信息安全學(xué)院，陜西 西安 710071)

0 引言

在中國(guó)共產(chǎn)黨成立100周年之際，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于新時(shí)代加強(qiáng)和改進(jìn)思想政治工作的意見》。《意見》指出，把思想政治工作作為治黨治國(guó)的重要方式，深入開展思想政治教育提升基層思想政治工作質(zhì)量和水平，推動(dòng)新時(shí)代思想政治工作守正創(chuàng)新發(fā)展。在2019年的全國(guó)思想政治教師座談會(huì)上，習(xí)近平總書記又提到：“做好高校思想政治工作，必須用好課堂教學(xué)主渠道，增強(qiáng)思想政治教育的親和力和針對(duì)性，滿足學(xué)生成長(zhǎng)發(fā)展的需要和期望，使各類課程與思想政治理論課同方向發(fā)展，共同形成協(xié)同效應(yīng)”、“辦好中國(guó)特色社會(huì)主義大學(xué)，必須堅(jiān)持以德育人，把社會(huì)主義核心價(jià)值觀的培育和實(shí)踐融入教書育人全過程，實(shí)現(xiàn)全過程育人、全面育人”[1]。以上論述強(qiáng)調(diào)了知識(shí)傳授與價(jià)值引導(dǎo)有機(jī)結(jié)合的必要性和重要性。應(yīng)充分意識(shí)到，高校教師應(yīng)以德育為準(zhǔn)則，以“新課程理念”為核心，以專業(yè)背景為依托，將學(xué)生能力培養(yǎng)與思政教育相結(jié)合。

《通信原理》及其配套的綜合實(shí)驗(yàn)課程，作為電子與通信領(lǐng)域的骨干核心課程，在相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)體系中占有極其重要的地位。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)正在向著數(shù)字化、智能化和綜合化的方向飛速發(fā)展，必將對(duì)人們的生活方式、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)防現(xiàn)代化產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，以潛移默化的方式實(shí)現(xiàn)大學(xué)生思想政治教育，倡導(dǎo)和培養(yǎng)學(xué)生樹立正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀、榮辱觀，增強(qiáng)學(xué)生的責(zé)任感[2]，本文圍繞如何在《現(xiàn)代通信與安全綜合實(shí)驗(yàn)》課程中開展課程思政，如何結(jié)合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和光榮校史，提出作者的觀點(diǎn)和建議。同時(shí)，為加強(qiáng)本專業(yè)“全員育人、全程育人、全方位育人”的思想政治建設(shè)和課堂教學(xué)優(yōu)化，提供參考和借鑒。

1 思想政治教育現(xiàn)狀

1.1 知識(shí)講授和思政意識(shí)有待加強(qiáng)

《現(xiàn)代通信原理》課程涵蓋的各種概念、原理并不是孤立的，而是關(guān)聯(lián)的、系統(tǒng)的[3]。主要包括利用模擬幅度調(diào)制和角度調(diào)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的抗噪性能和相干解調(diào)的信噪比分析能力和計(jì)算能力；根據(jù)數(shù)字基帶信號(hào)的特征，分析信號(hào)的功率譜和帶寬特性；利用數(shù)字頻道傳輸技術(shù)，具備分析各類通信技術(shù)性能差異的能力，并可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合選擇合適的調(diào)制技術(shù)，設(shè)計(jì)復(fù)雜工程問題。面對(duì)過強(qiáng)的理論性和抽象性，要求教師在教學(xué)中應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生利用相關(guān)知識(shí)和數(shù)學(xué)模型方法對(duì)通信設(shè)備與信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用和集成等復(fù)雜工程問題模型進(jìn)行仿真和分析[4-5]。我們通過《現(xiàn)代通信與安全綜合實(shí)驗(yàn)》課程引入綜合性實(shí)驗(yàn)，改變過去簡(jiǎn)單的、單一的知識(shí)點(diǎn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性、涵蓋性，使學(xué)生能夠全流程參與小規(guī)模通信系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和開發(fā)，擺脫過去“只見樹木，不見森林”的窘境。同時(shí)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)具體內(nèi)容時(shí)，融入對(duì)知識(shí)背后所需的人文思維、工程思維、價(jià)值思維等的訓(xùn)練。

1.2 能力訓(xùn)練和職業(yè)素養(yǎng)有待提高

《現(xiàn)代通信原理》內(nèi)容復(fù)雜，邏輯性強(qiáng)，課程對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)最終將落實(shí)到專業(yè)能力實(shí)踐上。實(shí)驗(yàn)教學(xué)自身的系統(tǒng)性和體系性欠缺，缺乏合理的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)條件等不利因素，對(duì)系統(tǒng)性的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)際動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題能力都將產(chǎn)生消極影響。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更多的是驗(yàn)證性或觀察性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只能按部就班去做，自主發(fā)揮較少。也正由于缺少設(shè)計(jì)型、分析型和綜合型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不夠貼近工程實(shí)踐，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不濃，限制了學(xué)生的靈感和創(chuàng)造性發(fā)揮。

1.3 教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式有待改進(jìn)

近年來，信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合。線上線下教學(xué)工具和助教軟件為我們完成教學(xué)任務(wù)提供了有力保障。但是，目前大多數(shù)教師偏愛采用多媒體PPT按照課本方式進(jìn)行教學(xué)，較少采用互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)或結(jié)合軟件無線電平臺(tái)開展信號(hào)處理設(shè)計(jì)。因此，難以滿足當(dāng)代學(xué)生的個(gè)性化需求，更難以激發(fā)學(xué)生參與教學(xué)互動(dòng)的積極性。此外，部分教師知識(shí)結(jié)構(gòu)陳舊，缺乏生動(dòng)典型案例豐富教學(xué)內(nèi)容；沒有根據(jù)新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、學(xué)生實(shí)際情況和思政發(fā)展動(dòng)態(tài)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)內(nèi)容缺乏與時(shí)事和社會(huì)現(xiàn)實(shí)的聯(lián)系，甚至缺乏思想政治教育的意識(shí)。

2 思想政治教育新途徑

開展形式多樣的立德樹人、教書育人是教育的神圣職責(zé)。這里所說的“德”，是指馬克思主義道德和社會(huì)主義道德，以及我國(guó)人民在長(zhǎng)期實(shí)踐中培養(yǎng)和形成的傳統(tǒng)美德[6]。為使思想政治教育貫穿于通信綜合實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的全過程，有必要探索課程的教學(xué)和實(shí)踐途徑，開展思想政治教學(xué)和德育培養(yǎng)的融合。

2.1 “半部電臺(tái)”開啟校史

西安電子科技大學(xué)的校史是與中國(guó)革命史緊密聯(lián)系在一起的[7]。戰(zhàn)爭(zhēng)年代，她自強(qiáng)不息，堅(jiān)忍不拔，在第一次反“圍剿”戰(zhàn)斗中，繳獲半部電臺(tái)（發(fā)信機(jī)損壞），此后紅一方面軍組成了無線電隊(duì)，人民軍隊(duì)從此有了無線電通信。從“中央軍委無線電學(xué)校”，到“中國(guó)人民解放軍軍事電信工程學(xué)院”，再到如今的“西安電子科技大學(xué)”，在中國(guó)革命發(fā)展的每一個(gè)時(shí)期，她都是黨中央、中央軍委的“千里眼”和“順風(fēng)耳”，紅色的電波傳遍了大江南北。當(dāng)談?wù)撈鹞麟姷募t色校史，每一個(gè)西電人都能娓娓道來，充滿了自豪感和使命感。這不僅是學(xué)校的寶貴財(cái)富，西電人的精神脊梁，同時(shí)也是通信類課程開展思政教育的珍惜資源。充分利用西電的光榮紅色校史，在通信實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中引入無線電臺(tái)通信實(shí)驗(yàn)，讓西電學(xué)子在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，感受革命先烈當(dāng)年的革命工具和工作方法，實(shí)現(xiàn)科學(xué)知識(shí)辨人、高尚德育和魅力人格說服人，進(jìn)而潛移默化地影響學(xué)生的價(jià)值觀和人生觀。

2.2 實(shí)驗(yàn)案例設(shè)計(jì)與光榮校史的弘揚(yáng)

一部電臺(tái)通常既是發(fā)射機(jī)（發(fā)射信號(hào)），又是接收機(jī)（接收信號(hào)），當(dāng)然也有功能單一的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。利用電臺(tái)可以多種方式通聯(lián)，常見的通聯(lián)方式有五種，分別是：語音方式、摩爾斯電碼方式、無線電傳方式、電視方式和數(shù)字方式。摩爾斯電碼也被稱作摩斯密碼[8]，是一種時(shí)通時(shí)斷的信號(hào)代碼，通過不同的排列順序來表達(dá)不同的英文字母、數(shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。它是一種早期的數(shù)字化通信形式，不同于現(xiàn)代化的數(shù)字通訊，摩爾斯電碼只使用“0”和“1”兩種狀態(tài)的二進(jìn)制代碼。

在先修的《現(xiàn)代通信原理》隨堂實(shí)驗(yàn)中，同學(xué)們已經(jīng)完成了GNU Radio平臺(tái)安裝和流程圖編程，針對(duì)課堂內(nèi)容開展了信號(hào)源生成及波形分析、AM調(diào)制與解調(diào)、ASK信號(hào)調(diào)制與解調(diào)、PSK多徑效應(yīng)和時(shí)鐘恢復(fù)、AM廣播電臺(tái)接收機(jī)、FM廣播電臺(tái)發(fā)射機(jī)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，初步具備了通信項(xiàng)目的開發(fā)能力；同時(shí)，根據(jù)已學(xué)的《現(xiàn)代密碼學(xué)》和《無線通信網(wǎng)絡(luò)安全》知識(shí)，可以有意識(shí)的在通信實(shí)驗(yàn)中引入安全理念，采用合理的安全技術(shù)實(shí)現(xiàn)可靠傳輸。

因此，在莫爾斯碼電臺(tái)收發(fā)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，為了使學(xué)生更好的體驗(yàn)真實(shí)無線電波的發(fā)送和接收，我們使用軟件無線電（SDR），實(shí)驗(yàn)過程中涉及的頻帶、空中接口協(xié)議和功能等可通過軟件下載和更新來升級(jí)，而不用完全更換硬件。首先，根據(jù)編碼手冊(cè)編寫摩爾斯電碼與英文字母、數(shù)字及部分標(biāo)點(diǎn)符號(hào)互譯的Python程序；其次，基于GNU Radio平臺(tái)繪制信號(hào)處理流程圖，實(shí)現(xiàn)無線電波的發(fā)送和接收，主要功能模塊包含：信源編碼、符號(hào)調(diào)制、抑制碼間干擾、載波調(diào)制、濾波等；最后，利用 PC聲卡的音頻捕捉播放功能，編程實(shí)現(xiàn)摩爾斯電碼的可視化收/發(fā)。同時(shí)，我院的主要專業(yè)特色是信息安全和網(wǎng)絡(luò)空間安全，在摩爾斯碼收發(fā)過程中有意識(shí)的引入密碼學(xué)知識(shí)，對(duì)發(fā)送的電碼進(jìn)行加密并以密文的方式傳輸，可以有效對(duì)抗竊聽和中間人攻擊，實(shí)現(xiàn)信息的安全傳輸。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，初期可以利用鍵盤或鼠標(biāo)作為輸入設(shè)備進(jìn)行摩爾斯電碼發(fā)報(bào)練習(xí)，為了進(jìn)一步更逼近于真實(shí)操作場(chǎng)景，我們還可以使用3.5 mm接口接入K4電手鍵進(jìn)行發(fā)報(bào)操作，如圖1所示。

該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改變過去簡(jiǎn)單的、單一的知識(shí)點(diǎn)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性、涵蓋性，使學(xué)生能夠全流程參與小規(guī)模通信系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

2.3 政治元素融入應(yīng)用實(shí)踐

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，教師應(yīng)采取多種教學(xué)方式，將創(chuàng)新性內(nèi)容納入課程設(shè)計(jì)，適時(shí)采用翻轉(zhuǎn)課堂形式，發(fā)布開放題目，讓學(xué)生參與到自主實(shí)踐中[9-10]。比如，針對(duì)選課同學(xué)舉辦業(yè)余無線電發(fā)報(bào)比賽，利用實(shí)驗(yàn)課中實(shí)現(xiàn)的無線電發(fā)報(bào)機(jī)，組隊(duì)同學(xué)分隔兩地分別完成發(fā)報(bào)和譯碼，既鍛煉了摩爾斯碼發(fā)報(bào)速度和準(zhǔn)確性，又鍛煉了抄報(bào)譯碼水平，如圖2所示。

通過團(tuán)隊(duì)合作，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)、合作、交流意識(shí)，開闊視野，提高榮譽(yù)感和使命感。基于互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，學(xué)院開發(fā)了在線虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（如圖2所示），基于該平臺(tái)學(xué)生可以隨時(shí)隨地的開展通信創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和課程自信心，鼓勵(lì)學(xué)生探索學(xué)科前沿，甚至可以規(guī)劃適合自己興趣的學(xué)習(xí)生涯。此外，還可以鼓勵(lì)學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目，并積極創(chuàng)造條件去聆聽企業(yè)工程師講解工程案例和經(jīng)驗(yàn)，提升職業(yè)認(rèn)同感。

3 結(jié)論

高校思想政治教育不僅是思想政治教師和輔導(dǎo)員的責(zé)任，也是每一位專業(yè)課程授課教師的共同責(zé)任。要達(dá)到立德樹人、教書育人的效果，高校教師必須深刻認(rèn)識(shí)課程思政教育的重要性和必要性，潛心積累思政教材，巧妙設(shè)計(jì)思政教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)行教學(xué)內(nèi)容多元化、教學(xué)手段多樣化和思政教育親民化的有機(jī)融合。我們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從西電的光榮紅色校史入手，在緊貼培養(yǎng)目標(biāo)和課程達(dá)成度的前提下，讓我院學(xué)子在學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，感受革命先烈當(dāng)年的工作方法，既身臨其境又教學(xué)相長(zhǎng)，進(jìn)而潛移默化地影響學(xué)生的價(jià)值觀和人生觀。