應用型本科通信工程專業實驗教學改革探索

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）14-0033-05

Abstract：Accordingtotherequirementsoftheneweraand\"EmergingEnginering Education”reform，aplication-oriented undergraduatecollgesnedtoadapttothedevelopmentdemandsoflocaleconomyandsociety，andcultivateaplicationorientedtalentsguidedbyengineringpractice.ThispapertakesthecommunicationengineeringmajorofXiamenUniversityof Technologyasanexample，takestheimprovementofstudentsabilitytosolvecomplexengineringproblemsasastartingpoint， summarizestheshortcomingsofcurrntstudentsablity，sortsouttheshortcomingsofexistingexperimentalcoursesand experimentalteaching，andformsthereformideasandreformmeasuresofexperimentalteaching.Bysortingoutthecuiculum system，refiningtheexperimentaltopics，introducingvirtualsimulationexperimentteaching，andthentheconceptofmoral education，knowledgeandactionintegrationthoughoutteholeouse，itachevesacomprehensiveimprovementofsudents practice ability，innovation ability，and ability to solve complex engineering problems.

Keywords：emergingengineringeducation;aplication-orienteduniversity；communicationengiering;experimentalteaching; virtual simulation experiment

應用型本科院校承擔著為服務地方區域經濟社會發展培養高素質應用型人才的職責，是推動現代職業教育高質量發展的生力軍。從畢業生的能力定位來看，應用型本科院校培養的是在動手能力方面比研究型高校學生強、在專業理論知識方面比高職高專學生強的應用型技術技能型人才。這就要求應用型本科院校建立一套以職業需求為導向、以實踐能力培養為重點、以產學結合為途徑的專業培養模式[2-5]。

電子信息產業是我國經濟的戰略性、基礎性和先導性支柱產業。福建省在“十四五\"規劃中明確提出要做大做強電子信息和數字產業，培育壯大大數據、物聯網、人工智能等新一代信息技術產業。作為地方性應用型本科高校，多年以來堅持“以生為本、服務產業、培養海西一流親產業應用型人才”的辦學目標，依據地方經濟社會的發展需求動態調整人才培養方案，著力培養專業能力與產業需求相對接，個人價值與國家需求相對接的應用型、創新型的新工科人才。

2022年2月25日，時任教育部高等教育司司長吳巖在全國高教處長會議上指出，我國高等教育發展下一階段的主題是“深化新教改、打造新形態、提高新質量”。以學生為本，以實踐為導向，提升學生解決復雜工程問題的能力，既是應用型本科院校在“新工科”背景下推進教育教學改革的探索，也是為了滿足地方產業向高校提出的培養應用型、技能型、創新型人才的必然轉型[6-7]。

一 通信工程專業實驗教學現狀及改革思路

通信工程作為電子信息類的工科專業，具有“實踐出真知\"的專業特色，學生是否具備、具備怎樣的解決復雜工程問題的能力，也就成為檢驗專業建設質量的一塊試金石。

對照“新工科\"課程建設要求，以及《華盛頓協議》刻畫的復雜工程問題的7個特征，總結目前對于學生能力有較大挑戰的4項特征，通過分析其指向的學生能力短板[10-13]，梳理現有的實驗課程、實驗教學的不足，可以得到實驗教學改革思路，如圖1所示。

（1） 梳理實驗課程承繼關系，做好工具方法的前后融合

復雜工程問題的“復雜”體現在其具有較高的綜合性，包含多個相互關聯的子問題，要求學生必須能夠進行正確拆解，逐個擊破。常規的課程設置中，理論課程與實驗課程往往是一一對應的配套關系，例如信號與系統對應信號與系統專題實驗；另一常見形式是理論課程包含課內實驗，如C語言程序設計課程包含課內編程實驗。實驗課程為了理論教學服務，在課程銜接上考慮了理論課程的承繼關系，忽視了實驗課程在學生能力培養上的連貫性，導致學生無法主動意識到后續實驗課程可以使用之前學習過的編程工具或實驗方法。復雜工程問題涉及多門課程工具方法的應用，聯動性的缺失造成了學生能力的碎片化，學生能夠解決某個實驗中獨立出現的簡單問題，但對于多個簡單問題組成的復雜工程問題，需要用到多種工具，則不知從何下手。為此，需要從工具方法的使用承繼上梳理實驗課程的關系，建立前后課程的融合支持[14]。

（二）從實際應用、產業項目中精煉實驗課程選題

復雜工程問題的本質是必須運用深入的工程原理對實際問題進行分析才能解決，學生在面對復雜工程問題時遇到的第一個難關就是如何透過工程表象理解其對應的抽象模型與理論知識。實驗課程也必須成為學生跨越這一難關最重要的推手。

傳統的實驗課程內容主要是圍繞某一知識點或掌握某一工具進行設計的，是知識導向而非項自導向、能力導向的。例如移動通信原理中的OFDM信號收發實驗，使用硬件實驗箱搭建收發系統后通過示波器觀察信號波形與頻譜，脫離實際通信系統。學生在這個實驗中意識不到OFDM技術就是自己每天使用的4G移動網絡中的核心技術，感受不到如何通過這個技術提升4G網絡的傳輸速率。學生在實驗中獲得了知識，但并不能將之與實際應用聯系起來，這就不能滿足當前工程教育對于應用型人才的培養要求。

針對這一癥結，需要從教師的科研課題、企業實踐經歷、畢業實習和畢業設計等選題中，選出難度適中的課題，將之融合進實驗設計中，做好鋪墊，循序漸進地讓學生在實驗課程中逐步接觸到實際工程問題，從而理解理論知識如何應用于工程實際。

（三）虛實結合、以虛補實，拓展實驗課程內容，提高創新能力

復雜工程問題的特征之一是不能僅靠常用方法完全解決，需要一定的創造性、創新性思維。而受限于應用型本科院校的辦學條件和實體硬件約束，目前的實驗課程中驗證性課題的占比偏大，按部就班的內容和流程嚴重影響了對學生設計能力、研究能力和創新思維的養成。虛擬仿真實驗可以突破實體約束，通過虛實結合的方式極大地拓展課程設計的空間，提升內容和流程的自由度，為學生打造高質量的設計性、研究性實驗課程。

（四） 將全面培養學生素質貫徹到日常實踐教學活動中

解決復雜工程問題還對工程師本人的素質提出了高要求，必須通盤考慮多方面的非技術因素，如環境保護、社會影響等，同時恪守工程師的職業道德。常規實驗課程的考核評價一般是以實驗結果、實驗報告為評判基準，師生在實驗過程中往往只重視如何做出高質量的成果而忽視了非技術因素。其實，實驗課程因其溝通理論知識與實際應用的橋梁作用，是學生在進入工作崗位之前，提前了解工程師角色與其社會責任的最好平臺，理論課程同樣是開展課程思政、落實立德育人根本任務的主陣地之一。因此，更加需要實驗課程專任教師在教學活動中將科學態度、工匠精神、愛國情懷傳遞給學生，幫助學生建立正確的價值觀。

二 實驗課程改革舉措

按照“思政領航、專業為基、產教融合、能力導向”的教學理念，和\"虛實結合、以虛補實\"的實驗課程設計思想，將前述改革思路落實為具體的改革措施。

（一）以工程認證為抓手，做好頂層設計，重新修訂通信工程專業實踐類課程的課程目標

在2018版《工程教育認證通用標準》的12項畢業要求中，5項技術能力要求均明確提出了以解決復雜工程問題為目標。以通信工程專業的工程認證為契機，全面修訂通信工程專業的培養方案，梳理現有實驗課程的課程目標和內容，新增開設一批高階實驗課程，調整一批實驗課程的定位及其課程目標，理順一批實驗課程的能力承繼關系。從而建設通信工程專業課程矩陣，以4年的專業培養為依托，設置合理的能力培養路線，有計劃、有步驟地引導學生循序漸進地完成對復雜工程問題的認識、分析、嘗試、實踐和總結，獲得成功解決問題的體驗，提高技術自信，從而持續提升解決復雜工程問題的能力。

（二）精煉實踐項目選題，建設融合多門課程的綜合性實踐案例庫

要解決學生能力碎片化的問題，需要在實驗課程中讓學生掌握對復雜問題的拆解與綜合

“拆解”，要求在課程設計時有目的地將復雜問題分解至不同課程或不同實踐課題中，讓學生了解自己掌握的工具方法能夠解決一個大型復雜工程問題的哪一部分。如圖2所示，溫濕度智能監控項目是目前智能家居、智能樓宇、智能溫室等物聯網技術的常見應用之一，該項目可分解為信號處理、硬件系統設計、軟件系統設計、實現與測試幾個部分，分別融入對應實驗課程中。學生在信號與系統專題實驗中學習MATLAB編程進行模擬信號采樣，驗證奈奎斯特采樣準則；在通信原理實驗中觀察到采樣信號的頻譜與波形，進一步理解采樣頻率不合適時出現的失真現象；在單片機技術課程設計中學習單片機控制系統開發，溫濕度傳感器硬件模塊選型，搭建硬件電路進行溫濕度信號采集和模數轉換；在嵌人式系統課程中學習構建基于硬件開發板的Linux系統，能夠通過遠程控制程序進行信號傳輸與控制；在專業綜合實踐課程中通過分組合作，完成整個系統的制作和測試，撰寫專題報告。

實驗課程選題有豐富的來源：畢業設計、畢業實習、各級學科競賽和教師科研項目等。從中精選難度適中、與專業培養目標契合性強、適合在實驗課程矩陣中進行拆解綜合的復雜工程問題形成實驗案例庫。

其中，重點關注教師橫向課題，從企業的實際需求中提煉選題，為培養滿足產業需求的應用型人才打好實踐基礎。

（三）以虛補實，利用虛擬仿真實驗提升課程高階性和挑戰度

虛擬仿真實驗作為新的數字化實驗教學手段，能夠有效解決大型實體實驗做不了、不能做的問題，非常適合用于開發綜合性實驗課題，學生可以便利地嘗試多種解決方案，極大地提升了實驗課程的高階性和挑戰度，培養學生的研究能力和創新思維。

本著“以虛補實、能實不虛”的原則，通信工程專業在移動通信原理、專業綜合實踐等高階課程實驗中開發精品虛擬仿真實驗案例。其中，移動通信原理課程淘汰了原有的硬件箱驗證實驗，而將學生就業中的一大職業方向一一網絡優化、網絡測試工程師所需要的移動通信網絡測試和優化能力作為課內實驗的訓練重點，結合虛擬仿真實驗軟件重新開發了一批密切貼合學生實際生活的實驗案例。

例如以校園網絡覆蓋優化為主題開發的虛擬仿真實驗，以學生們最熟悉的校園為實驗場景，以現實中存在的通信基站位置為參考，要求學生完成布站設計、覆蓋測試與網絡優化。該課題于2021年季學期首次引入課程即獲得學生積極響應。圖3和表1節選了歷屆學生的部分實驗結果，有學生提出并論證在學校最高點建一個基站覆蓋全校的利弊，有學生為了驗證不同功率組合的效果反復測試，有學生在實驗中驗證了校園某處位置為何長期信號不良，等等，這都是實體實驗中無法完成的設想，但在虛擬仿真實驗平臺上可以得到實踐。虛擬仿真實驗突破了硬件約束，使得學生們可以在極高的自由度下充分試驗自己的設想，在不斷的試錯、研究與改進中提高了學生的研究與創新能力。

第一食堂 極美院子民宿基7_知行4號模小區：甲 2期自A達5明理9_小區：X425海翔大道 小區：教工食堂 理8號教學表 天馬路O L血 8工 藝術 手機：RSPP：-8：24血 血 行政樓廈門理工學 4A2工校小區： 地/實工1號區D 血 32XA 廈門理工文化傳播系 學院實驗樓血 蓋站4_明眼4號樓_小區：明理園2號樓AS 血明理園7號校學樓資源，包括電子信息類虛擬仿真實驗121個，其中國家級一流課程14個，省級一流課程51個。后續將從中選取符合應用型本科定位及通信工程專業培養目標的精品實驗案例，引入對應的課程，通過優質教學資源共享取長補短，進一步提升通信工程專業實驗課程教學水平。

（四） 以立德樹人為導向，實踐課程思政，實現知行合一

一名合格的工程師不僅需要扎實的技術能力，更需要正確的價值觀和職業素養。實驗相比于理論講授，更能讓學生通過親力親為，感受并踐行社會主義核心價值觀，實現知行合一。在實驗過程中向學生傳達實事求是的科學精神，一絲不茍的工匠精神和精益求精的創新精神。同時在課程設計中通過情境構建和還原，引導學生體會非技術因素對于工程實踐活動的影響。例如在移動通信原理課程的負載均衡案例中，以古田會議紅色文旅為背景，要求學生必須考慮景區節假日與非旅游旺季時段業務流量的不同進行彈性的負載均衡；計算提升基站發射功率增加的能耗和干擾，理解綠色通信的內涵。學生在設計網絡優化方案時還需要考慮周圍環境的限制，不能在高壓電站和加油站附近建設新基站，景區的基站站點需要合適的外觀偽裝從而不破壞人文景觀。實驗場景中的人文、社會、環境和道德等因素不僅豐富了實驗設計也更加貼合實際，更能激發學生的學習興趣。

三 改革成效

2020年以來，通信工程專業通過實驗教學體系和教學內容改革，顯著提升了學生的實踐能力和創新思維。既有挑戰性又有吸引力的實驗項目還提升了學生的專業興趣，提高了學生參加學科競賽、創新創業項目的積極性。2020一2023年，在“互聯網 + ”大學生創新創業大賽、大學生電子設計競賽、大學生新一代信息通信技術大賽等學科競賽中獲獎56項；獲批大學生創新創業項目63項，其中國家級項目6項；建設省級虛擬仿真實驗教學一流課程1門，省級線上線下混合式一流本科課程5門。2022年，通信工程專業獲批成為福建省級一流本科專業建設點。

四 結束語

在“新工科”建設理念的指導下，通信工程專業明確自身定位，從應用型本科的人才培養目標出發，以提升解決復雜工程問題的能力為切入點，以學生為主體，以工程實踐為導向，開展實驗課程和教學體系改革，激發了學生的實驗興趣，提升了學生的綜合素質。為應用型本科走出特色發展之路，提升學生工程應用能力和工程素養做出了有益探索。

參考文獻：

[1]邵波，史金飛，鄭鋒，等.新工科背景下應用型本科人才培養模式創新—南京工程學院的探索與實踐[J].高等工程教育研究，2023（2）：25-31.

[2]畢楊，楊曉濛.面向新工科應用型本科院校電子大類人才培養方案的構建——以西安航空學院為例[J].高教學刊，2020（26）：143-145.

[3]劉黎明，高玉梅，遲鋒，等.應用型地方本科高校光電信息科學與工程新專業建設的思路和舉措[J].教育教學論壇，2019（35） ：50-54.

[4]徐權，趙曉春，劉永皓，等.新工科背景下應用型本科院校電子信息專業集群建設研究與思考[J大慶師范學院學報，2019，39（3）：109-112.

[5]馮芳，杜青，郝張紅，等.應用型本科電子信息工程專業實踐教學改革探索[J].當代教育實踐與教學研究，2019（6）：109-110.

[6]李銀丹，李鈞敏，施建祥.產教融合視角下應用型本科高校一流課程建設策略研究[J]中國大學教學，2020（5）：46-51.

[7]王蕾，葛軍.地方應用型高校一流本科專業建設探究[J].江蘇高教，2021（5）：68-71，79.

[8]李睿，曹榮敏，于鏑.培養解決復雜工程問題能力的新工科實踐教學研究[J].教育教學論壇，2020（13）：84-85.

[9]林健.如何理解和解決復雜工程問題——基于《華盛頓協議》的界定和要求[J].高等工程教育研究，2016（5）：17-26，38.

[10]李志.應用型本科通信電子電路課程的教學改革與實踐[J].衛星電視與寬帶多媒體，2019（14）：68-69.

[11]郭志堅，張岳賢，石昊.地方應用型本科模擬電子技術課程探索與改革——以山西工程技術學院為例[J].中國教育技術裝備，2019（10）：101-104.

[12]盧東祥，曹瑩瑩，于建江.應用型本科院校大學生創新創業能力培養的路徑探索[J].江蘇高教，2021（7）：85-88.

[13]霍佳雨，高博.基于通信類創新人才培養的光纖傳感實驗教學改革[J].實驗科學與技術，2021，19（4）：92-95，100.

[14]董桂偉，趙國群，王桂龍，等.面向新工科的層次化實驗教學體系設計與實踐[J].實驗科學與技術，2020，18（3）：55-58，74.