培養通信工程專業學生“解決復雜工程問題”的教學體系研究

摘要：截至目前，通信工程專業在全國重點專業中排名依舊靠前，如何培養通信工程專業學生解決復雜工程問題關系到通信工程專業教育教學的高效推進。針對傳統教育教學模式，本文在此基礎上提出創新的“PBL+競賽”教學體系，幫助解決通信工程專業遇到的復雜工程問題，從而進一步提高教育教學質量。

關鍵詞：PBL教學；教改創新；通信工程；復雜工程

一、“PBL+競賽”教學的背景和意義

（一）現階段教學存在的問題

1.在教學過程中，傳統方式過于追求教學內容的全面性，忽視了教學的精細化研究，沒有深入挖掘

傳統的教學慣性制約著教師更新教學觀念，與時俱進。通信工程專業開設的課程數目較多，其中主要包括專業基礎課和專業核心課。以C語言為例，在進行C語言課程教學時，很多教師會將課本所有的知識點全部傳授給學生，在有限的學時內，保證課本教學的完整性以及全面性。同時在面對一些問題時，教師無法平衡知識全面與知識深度之間的關系，造成需詳細講解的內容沒有著重講解，成為教學中的尷尬。在教學方式上，教師不能有效利用先進的教學手段，將知識有效地貫穿于課堂始終，造成教學結構以及教學內容無法形成獨立運作的教學模式，無法保證教學內容的深度，在深度和廣度兩個層面無法有機結合，導致教學體系不健全，無法與當下社會經濟的發展相適應。

2.學生數理基礎薄弱，分析問題能力欠佳

由于疫情特殊期間，大部分的任課教師都是進行線上授課，通過智慧樹或者雨課堂平臺進行授課。線上授課有利有弊，任課教師在授課過程中要與學生進行互動和提問，發現大多數學生對物理定律和數學工具的應用不夠熟練。以C語言為例，在進行循環結構設計以及數組運算過程中，學生面對公式求導甚至方程求解問題時，推理和運算的速度和質量有較大提升空間；面對邏輯問題分析和方案方面的表現普遍欠佳，尤其是綜合運用物理定理和數學工具的能力有待加強。

3.缺乏“手+腦”的專業特色

盡管大部分高校都設置了通信工程專業，但是大同小異，沒有形成獨特的專業特色。對于程序設計類課程而言（如C/C++），課程講授的內容雖然與通信工程專業密切相關，但是由于教學過程偏重于基礎知識（這正是學生普遍不擅長的），學生只能通過大腦來進行知識的收取，往往由于基礎知識的枯燥乏味，沒有興趣學，導致許多學生從來都沒有體驗過專業實踐的愉悅，導致教學效果不顯著。一些教師教學任務過于繁重，為了完成學校的教學任務，沒有更多的精力組織學生進行實踐操作和有效的實踐指導，導致培養出來的學生理論知識扎實，但是實踐操作一塌糊涂的現狀。

4.項目式教學思維有待深入

在傳統教學模式下，例如針對學生的基礎程序設計類課程，以C語言為例，在進行程序講解或者實驗實踐的時候，往往是教師進行出題，然后一道題一道題給學生進行講解。題目的難易程度在學生眼里都是一樣的，只需要聽明白教師講的就萬事大吉了。但是學生只是了解程序實現的過程，并沒有實際動手進行練習，整個實驗過程缺乏創新性和探索性，不能激發學生的熱情，學生感覺編程實驗基本沒有意義，對著課本也可以敲出來代碼。尤其是針對大一新生，現在統一的線上授課沒有辦法進行課堂上課的效果監督且沒有課本進行線下學習，下課后學生很難繼續維持課上的思考，思維深度無法得到有效訓練。所以近年來我們在進行C程序設計、數據庫、C++、網頁設計以及Java程序設計等編程類課程的實驗教學中，進行基礎理論知識的同時開展實驗教學。在教師的引導下，“以學生為中心，以問題為基礎”，學生采用小組討論的形式，圍繞問題獨立收集資料，發現問題、解決問題，培養學生自主學習能力和創新能力。相較于傳統的理論教學來說，這確實更受學生歡迎。但目前存在的問題是，這些知識點前后關聯的專業課實驗與理論知識缺乏銜接性，即學生在完成了上一章的知識點學習以及實驗練習之后，無法在后續其他章節課程實驗中和先前章節的知識進行有效結合，容易出現知識點銜接不上的問題。

（二）施行“PBL+競賽”教學的意義

針對上述各項不足，以學生為主體，將PBL項目式教學法應用到通信工程類課程的教學中。首先，PBL的教學方法是在問題的基礎上，以問題作為引子開展的一項教學方法。這種方法是將學生作為處理問題的中心環節，通過教師進行思想上的引導，把問題作為基石，利用學生自己的靈活思維解決問題，將學生進行劃分，利用小組團體合作的方式，針對提出的問題進行文獻查找以及資料收集，達到提高學生自主發現問題、查找問題以及解決問題能力的目的。就以大一專業基礎課程C語言為例，C語言課程分為課堂講授和實驗課兩部分，實驗課程開展，可以利用小組進行分組實驗，自己提出問題、分析問題、解決問題，符合PBL項目式學習教學法的推廣。將PBL項目式教學法應用到通信工程類課程的教學中，選擇C語言編程作為突破口。一方面，通過將C語言編程的課堂教學與課程實踐相結合。以學生為中心，開展自主、合作、探究式學習，讓學生通過這種方式發揮自己主動學習的作用，通過相互配合以及合作創新來進行復雜問題的解決，利用自己的動手能力來處理遇到的困難和挑戰，從中獲取新的知識，鍛煉新的技術能力，得到處理問題的明確思路與準確方法，理清科學知識的來龍去脈，反過來促進學生的理論水平。另一方面，以C語言編程為核心組織學生參加各項學科競賽、開展第二課堂，發揮學生的主觀能動性。綜上可知，將BPL教學法融入通信工程專業的教學、競賽，利用PBL項目式學習教學法將會在很大程度上提升計算思維、實證思維和邏輯思維的訓練效果，從而真正能夠做到對學生因材施教、取長補短，提高專業教學質量。

（三）競賽培養解決“復雜工程問題”的能力

①點面結合。通過突出重點，整合資源，兼顧各個學科，擴大競賽的輻射面，最終在“面”上產生出放大效應。我院在學科競賽工作中，著重考慮了人才培養、參賽項目、參與學生、組織形式等方面的點面結合問題。

②競賽與具體實踐操作的教學結合。學科競賽是加強實踐能力的關鍵手段之一。教師利用學科競賽探索實際生活中的實踐教學，通過學科競賽將高校的實驗實踐型活動以及教學，包括專業課程學習等交叉融合，最終形成一種以學科競賽為依托、以培養應用型創新人才為目標的競賽實踐模式，最終達到以學科競賽促進教育教學的目的。

③競賽與設計實驗結合。通過不同類別的學科競賽，構思設計開放的實驗實訓方案，搭建開放的實驗項目庫，鼓勵和引導更多的學生利用這種形式參與到學科競賽中來，通過利用實驗實訓的方法結合學科競賽，使兩者充分融合，充分發揮學校各類實驗室的教學配置資源，在硬件方面為學生參與學科競賽提供有力支持。

④基礎知識和專業能力結合。在高校的教育教學中，更加注重的是基礎課程和專業課程相結合的方式，在學科競賽中同樣也是如此。特別是針對綜合性較強的學科競賽，往往需要專業知識和基礎知識相融合。利用綜合性的學科競賽形式，將學生的基礎知識與專業知識進行融合，實現全面的知識綜合，把學生不同課程的知識進行融合，在基礎知識的前提下，加深學生專業知識深度。從而進一步提高學生的實踐能力和創新能力，應對各類競賽。提高動手能力的同時，也讓學生掌握了更多的實踐經驗和專業技能，為學生的就業方向以及科研創新奠定了一定的基礎。

二、擬解決的關鍵問題

①解決程序設計類課程與專業應用脫鉤的問題。使學生既學習計算思維中重要的基礎知識，同時又能掌握程序設計知識在專業領域中的應用方法。

②解決基礎專業理論課程和實驗實踐融合的問題，徹底將傳統的專業理論課程講授轉變為理論課程與實踐教學相融合，通過具體的動手實踐提高學生的專業能力。

③通過課上課下雙層指導，幫助學生解決全面培養問題。通過實踐和競賽兩種模式，提倡學生自主學習、團體合作，進而解決復雜工程問題，達到通信工程專業人才培養的需求，培養具有創新意識和創新能力的人才。

④通過PBL教學實現分小組指導，進而引導學生自行發現問題，主動思考并解決問題。學生通過自己動手動腦，探索問題的趣味性，激發學習興趣，教師進一步引導學生面對更多問題，解決復雜工程問題。同時結合PBL的教學模式，利用多層知識融合，培養了學生的創新意識。

三、項目實施方案

（一）整體方案設計

前期調研階段：通過問卷調查法收集通信工程專業、計算機科學與技術專業的硬件類課程學習情況，并對其進行分析，充分了解學生知識與技能的掌握情況、對課程是否有興趣、對課程進程是否存在疑問等等。教師采用訪談方式，其中訪談內容主要涵蓋的有教學設計過程中存在的問題，以及專業對于編程類課程的重視程度等。教師通過對訪談內容進行整理發現現階段編程類課程的教學情況以及教師實際教學過程中存在的問題等。

設計實施階段：通過前期調研階段總結出來的問題，以PBL項目式學習教學法中的內涵、特點、理論基礎以及聯系作為切入點，遵循設計原則與思路的前提下對 PBL項目式學習教學法的教學設計進行規劃，提出該教法的完整課程方案。在實際操作過程中針對某些綜合項目進行詳細介紹，同時在教學過程中需要對相關數據進行分析整合，為后期實踐結果的產生提供數據基礎。

后續驗證階段：借助學生反饋的問卷調查、教師訪談內容等以及實際操作過程中所整理的數據對教學設計的應用效果進行具體分析，闡述該教學設計的科學性與有效性，分析此教學法在應用后學生發生的變化，包括課堂滿意度、學生自身素質的差異等等。

總結歸納階段：以實踐結果為依托提出針對性建議。以現階段我國高校通信工程專業授課現狀、研究設計的過程以及自己的工作經驗等作為出發點，對基于問題的任務驅動教法教學設計以及課程發展提出針對性建議，總結出該方法的優勢以及所需要注意的問題。

（二）具體實施計劃

本次教學改革采用以點帶面的方式，可以首先在21級和22級，通信工程專業學生中進行。具體實施計劃分為三個階段：

第一階段，分析現有課程體系對競賽的支持程度，同時掌握學生對編程類課程的接受程度。通過組織學生進一步開展編程類課程，進行分組式教學，引導學生構建自主學習的理念，從發現、提出問題到分析、解決問題，搭建起來一套全新的項目式教學方法。如此一來可以同時實現兩個教學目標，一是C語言程序設計課程基礎知識的掌握，二是在動手能力的基礎上引導學生知識競賽，一舉兩得。

第二階段，結合軟件編程使軟硬件進一步結合起來。針對高校學生的軟件理論課程以及實踐基礎課程，使兩者充分融合。從軟件設計中探索硬件設計的基本原理，引導學生軟硬件結合進行設計創造，同時鼓勵學生團隊合作參加各類競賽，比如：“互聯網+”“電子設計大賽”“藍橋杯”“計算機設計大賽”“嵌入式智能互聯大賽”等，通過獨立學習小組共享，達到高效率的學習。增強參與意識，從關注理論學習轉變為關注理論的實際運用，從注重傾聽轉變為善于交流，善于傾聽，勇于承擔責任。

第三階段，學生可以自選隊員進行興趣項目的設計，在此基礎上發現問題，及時解決。學生可以進行自行組隊進行的形式，進行感興趣的項目設計，不同成員之間進行分工合作，定期發現設計中的問題，教師進行引導，學生進行探索及時解決問題。小組成員之間彼此互相交流，提出問題大家一起進行解決，最終進行成果匯報，保證成員之間互相熟悉設計原理以及設計的問題，幫助每一位小組成員提高自身的專業能力。教師以此作為引導，鼓勵學生向省級以及全國性的學科競賽發起挑戰。通過這種比賽形式，進一步地對學生在軟硬件方面的設計創新能力進行挖掘和提升。

四、創新點

①將傳統講授式教學同實踐動手教學進行融合，改變學生只聽不做的現狀，真正地將課堂教學模式轉變為實踐教學模式，進一步提高學生的課堂效率。

②轉變教師課上課下相分離的問題，課程教師應該實現課上課下融合，隨時能解決學生在探索中遇到的問題，而不是只針對學生課上遇到的問題。

③在進行教育教學過程中，將互相之間有聯系的課程實踐可以進行整合，利用多個課程實踐的融合來培養學生綜合性解決問題的能力。

④將基本的專業課程設計與大學生的畢業實習、專業學科競賽有機結合，提高動手能力的同時，也培養了學生的創新意識。

⑤利用編程類學科，結合PBL的教學模式，有針對性地讓學生進行專業學習，從傳統的聽課模式轉變為具體的實踐模式。結合競賽式教學，培養學生的動手能力，既實現學生軟件編程的能力，又可以很好地和硬件結合，在學習專業課程的同時能夠從容不迫地將理論知識與實踐相結合，真正實現通過實踐技能來促進理論水平的提高。

五、結束語

通過對通信工程專業學生解決復雜工程問題的教育教學探索研究，本文提出利用“PBL+競賽”的教學方式解決復雜工程問題，通過PBL教學分組指導，培養學生自主探索、發現和解決問題的能力。利用自主學習以及小組合作的模式，讓學生學會如何對復雜工程問題進行探索，同時也為學生在后續的就業方面和科研方面奠定基礎。

作者單位：楊珺菲 苗瑾超 候玉勇 新疆理工學院

參" 考" 文" 獻

[1]黃曉蓓，簡妙如.基于學科競賽的會計專業實踐教學體系改革[J].時代經貿，2018（28）：100-102.

[2]陳鐵權.引導式教學法在高職院校網絡教學中的應用[J].海峽科技與產業，2020（05）：16-18.

[3]趙強，穆克，姜麗，褚俊霞.以學科競賽為平臺建設電子實踐創新基地[J].實驗技術與管理，2012，29（04）：363-366.

[4]陳萬忠.研究型大學定位下的工科學生工程素質養成及工程化訓練方法的研究與實踐[J].教育教學論壇，2013（48）：194-195.