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摘要：针对新工科建设背景下通信工程专业学生培养过程中逐渐显露出来的一些不足，分析通信工程专业实验教学课程知识体系中“原理－技术－系统－网络”的内在联系，并在此基础上提出引入工程实验教学模块化设计，使学生的实践能力按照“体验－应用－开发－创新”四个阶段提升，从而优化通信工程专业实验教学培养体系。对通信工程专业实验教学模块进行梳理，并进行模块化设计。此外，结合教材建设和师资队伍建设等方面对通信工程专业实验教学进行了多方面的改进。
关键词：新工科；实验教学；实验课程体系；模块化设计
2017年3月，在复旦大学举行的综合性高校工程教育发展战略研讨会达成了“‘新工科’建设复旦共识”，随后，教育部《教育部高等教育司关于开展新工科研究与实践的通知》，启动“新工科研究与实践”项目。2017年4月，教育部《“新工科”建设行动路线（“天大行动”）》，划定我国高校“新工科”建设路径。随后，新工科建设引起社会各界的广泛关注，并引起相关高校的极大兴趣。新工科的内涵是以立德树人为引领，以应对变化、塑造未来为建设理念，以继承与创新、交叉与融合、协调与共享为主要途径，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。新工科应该积极应对变化，引领创新，探索不断变化背景下的工程教育新理念、新结构、新模式、新质量、新体系，培养能够适应时代和未来变化的卓越工程人才［1］。
1通信工程专业人才培养面临的挑战
随着对学生培养质量要求的不断提高，通信工程专业学生培养过程中所面临的一些挑战逐渐显露出来，主要表现在以下几个方面。（1）培养方案设置：工程实验教学环节培养主线不够突出，培养方案中工程实验教学的设置与学生的预期存在较大差异，应更加关注对工程实践能力的培养。目前的培养方案，工程实验教学环节之间的承前启后关系衔接不够合理，学生对专业培养方向没有明确的了解，甚至导致学生的学习兴趣没有得到激发，工程实践能力没有达到应有的水平，不利于学生毕业后的就业工作以及长期发展。（2）师资队伍：以往授课教师是由学院各个研究领域的教师延聘而来，而教师对新工科的培养思想不能及时了解，也不能及时地贯穿到授课的过程之中，因此在管理方面有不足之处。此外，受到教师教学任务变化、出国进修等各种因素的影响，教师队伍不够稳定。（3）教材建设和规划：随着新工科教育的不断发展与深入，相关的工程实验教学环节专业教材也应进行有针对性的修订，甚至按照需要重新编写新的有针对性的教材。实验教材是培养人才的知识载体，是实验教学的依据，也是培养学生动手能力的主要工具［2］。
2通信工程专业实验课程体系
实验教学是高等学校教学体系的重要组成部分［3－4］，是培养实践创新人才不可或缺的途径，是培养学生创新能力的主要手段［5－6］。以西安电子科技大学通信与信息工程国家级实验教学示范中心（以下简称：中心）为例，该中心是一个通信与信息领域的专业层次实验教学中心。中心以信息与通信工程等国家重点学科为依托，拥有一大批长期从事教育教学工作、实践经验丰富的优秀教师。中心设备先进，教学资源丰富。中心拥有11个专业实验室，1个大学生课外活动基地、会议室、办公室和仪器室等，建有网络与信息安全国家级虚拟仿真实验教学中心，与中兴通讯联合建设有国家级工程教育实践基地，与Google、NI、XILINX、Atmel、ARM等公司建有联合实验室。中心实验教学内容覆盖了传输、网络与交换和新技术与应用，在学校通信与信息领域的人才培养过程中具有举足轻重的作用。中心形成了以支撑技术实验、专业基础实验、专业实验、综合实验以及研究实验构成的实验教学体系。
2．1专业实验课程体系结构
通信工程专业实验课程体系结构如表1所示。表1中支撑技术、专业基础、专业实验、综合实验与研究实验，前者依次为后者的基础，难度依次加大，对学生实验技能的锻炼依次增强。大学生从事实验学习，掌握主观能动的操作技能是理工科本科教育的一个基本特征［7］。整个工程实验教学环节旨在通过有效组合课程知识，结合专业相关技术研发需求，激发学生的兴趣和主动学习意识，培养学生的工程项目基本研发能力和素质，使学生能够将所学知识应用到实际项目中，同时能够在实践中发现问题并且进一步通过理论知识予以解决，达到“学”和“用”相互支撑，共同促进学生发现问题的意识和解决问题的能力，让学生知道为什么做、如何做以及如何做好。针对新工科建设的要求，应该通过多渠道、多途径强化培养大学生的创新能力，把专业性、实践性较强、多层次的课程从课堂搬到实验室，开设系统性、综合性强的大型实验，让学生通过实验来完成课程学习任务［8］。我校通信工程专业设立两个方向，分别是“无线通信理论和技术”与“通信网络理论和技术”。按照这两个专业方向和培养模式，构建了具有通信工程特色、多层次立体结构的实践教学和能力评价体系，并将其与毕业合格率建立联系［9］。构建的实践教学和能力评价体系分为三个层次：第一层为实验课程环节；第二层为综合设计或工程设计环节；第三层为实践教学链。针对不同的层次，设计对应的评价方式，并给出对应的评估标准，通过在各个层次对学生进行评估，最终可对毕业合格率进行控制。通信技术的核心是连接与交换，通信工程包括两个方向：传输和网络，专业实验课程体系建设集中在这两个方向。对于出现的新技术仍然可以从通信核心的角度来重新定义，增加新的内容。可以利用软件定义技术体现实验平台的可设计性和可重构性，利用“实物＋远程网络”的形式解决学生规模过大的问题，用创新实验的模式解决新技术问题。例如，在“通信理论与技术”实验中，学生可以根据需要设计自己的虚拟仪器，将仪器的输入、输出、数据处理分析、结果显示由计算机完成，并且在此基础上组成计算机网络，从而构建网络化的实验室［10］。实验项目的设置要做到多方面多层次，注重先进性、开放性、创新性，特别体现专业特点，达到加强基础、培养能力、提高兴趣、因材施教的目的［11］。全方位参与实验准备、实验操作、仪器管理、实验室安全管理的各个环节，提高学生对实验环节的熟悉程度和科研素养，培养学生的基本科研能力，使学生能尽快适应未来的研究工作［12］。工程实验教学环节采用开放式小组实验模式。教师以引导为主，学生小组按照工程开发基本流程制定实践内容并保证质量控制和进程管理有效展开，教师对工程开发安排定期监督和检查，以便对整体进度进行了解，并予以督促。
2．2实验课程体系设置逻辑
实验课程体系按照“原理－技术－系统－网络”的逻辑进行设置，如图1所示。学生通过对原理的学习，能够掌握具体的技术，在对技术进行应用的基础上能够对系统有进一步深入的理解，最终通过对系统的综合运用，对通信网络的工作原理与层次结构能够全面掌握。通信工程专业知识体系中“原理－技术－系统－网络”的内在联系如表2所示。
3工程实验教学环节模块化设计
在新工科实验教学环节中，将工程实验教学划分为四个阶段，根据认知原理、课程安排、专业要求、个人爱好等因素，按照“感受－感知－感悟－拓展”的培养思路，以工程为主线，让学生实践能力按照“体验－应用－开发－创新”四个阶段提升。第一阶段让学生了解通信系统组成及基本业务的通信过程，引导学生建立一个通信工程的基本知识框架。结合实际通信系统了解通信系统基本原理，并动手进行简易通信系统的制作和调试，并利用该系统实现自己的构思。实践完成后，学生达到理解通信基本系统，能够自行进行电子制作、软件开发、仪器操控和文档编写。第二阶段让学生了解三个方向：信道传输、接入交换、移动互联，了解各方向所要求的最终目标，掌握三个方向的基本实验工具和应用技能，主要涉及到仿真分析工具和工程实现平台，并最终根据个人爱好选择其中一个方向。第三阶段让学生利用课程教学及实验所获得的知识，从简到繁，完成整个最终目标的各个部分。分别包括高低频电子电路、信号与系统、数字逻辑电路、微处理器系统、操作系统、数字信号处理、随机信号处理、通信原理、计算机网络等专业课程。第四阶段让学生将所有模块集成在一起，构建一个完整的通信设备，并能够相互配合构成一个基本的移动互联网络。为适应新工科实验教学要求，应针对工程实验教学环节的不足之处开展通信工程专业工程实验教学环节学生培养机制研究与改革，以进一步提高学生培养质量。据此，提出以下通信工程专业工程实验教学的教育改革思路。首先对现有通信工程专业培养方案进行梳理，包括课程设置、教学计划、教学大纲等的设置情况；在此基础上，依托通信工程专业的相关教学平台与师资力量，以引入工程实验教学环节模块化设计为主线，优化通信工程专业实验教学培养体系，并且修订课程设置及教学计划、课程教学大纲，为提高培养质量并切合培养需求提供教学体系上的保障。教材建设和规划方面，对相关的工程实验教学专业教材进行有针对性的修订，甚至按照需要重新编写新的有针对性的教材。此外，强化师资队伍建设，以本专业的骨干教师为主要成员，建设一支高水平的、稳定的师资队伍。
4结语
以我校通信工程专业为例，对新工程背景下面向工程教育的通信工程专业工程实验教学对学生实践能力的培养进行探索，以培养能够适应时代和未来变化的卓越工程人才为目标，在原有专业实验课程体系的基础上，设计专门的工程实验教学环节，使该环节的各个模块有机地融合在一起，提出学生深度参与的个性化的新模式，体现“设计思维”的教学新体系，从而培养学生从基本的原理入手，能够掌握具体的技术，在对技术进行应用的基础上能够对系统有进一步深入的理解，最终通过对系统的综合运用，具备独立解决问题的综合素质。
作者:李毅 刘乃安 韦娟 单位:西安电子科技大学