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摘要：
综合性设计类课程教学环节是提高高年级本科学员综合创新能力的重要课程。以电子类专业课程综合设计类课程为例，从创新平台构建、实验室建设与管理、教学方法改革等方面进行分析和阐述，提出了方法和观点，可为电子类专业和其他专业综合设计类课程建设提供参考。
关键词：
实验教学方法；综合设计类课程；创新平台构建
根据培养方案和教学大纲，我院本科直通车专业、合训专业学员在专业基础课完成后，在大三下半学年或大四上半学年大都开设综合设计类实践课程，作为对前序原理课程的补充，起到加深基本原理理解、锻炼学员创新能力和实践能力的作用，也为学员综合能力的提高、毕业设计的完成及胜任毕业后工作奠定基础。为了提高电子类专业综合性设计类课程的教学质量［1］，在学院“向实战聚焦，向部队靠拢”教改精神的指导下，以学院教学科研课题研究为契机，开展了以电子信息工程系通信与导航教研室直通车导航工程及通信工程专业为教学对象、以“导航原理课程设计”课程为应用的创新实践平台构建探索和教学方法研究，取得了良好的成绩［2］。
1能力培养目标及教学现状分析
按照学院最新版“人才培养方案”，导航工程专业直通车学员培养的重点是：注重综合素质培养，强化创新实践能力培养。通过完善实践教学体系、优化实践教学环节设置［3－4］、加强课内实验教学环节，以及加大实验课程、课程设计、工程实践等环节教学力度，将部分核心课程的理论讲授和实践环节分别独立设课，增加综合性、设计性实验项目，加大各类课程的实践性教学内容比重，实施创新性实践教学计划，营造学员自主学习、自主研究的环境，支持学员自主开展科学研究和参与军内外学术交流、实施本科学员特长提升计划，为学员发展专长能力搭建坚实平台［5－6］。实验环节和综合设计类课程是学员本科阶段能力培养的重要环节，将对学员创新实践能力的培养起到重要的支撑作用。课程组根据本门课程多年的授课经验，经梳理发现本门课程尚存一些问题。
1．1学员前序课程基础知识欠缺
“导航原理课程设计”是基于前序课程“导航原理”“导航技术”开设的一门实践型设计课程，开设在本科第7学期，要求学员在掌握并理解“导航原理”“导航技术”课程的基础知识、基本原理的基础上，实现核心关键原理的验证和重点技术的实现，加深对基本原理和关键技术的理解，并综合运用所学知识完成一类导航系统的综合设计。综合设计类课程对学员综合能力要求较高，除了需要掌握专业基础课程中的基本原理，还需要综合运用“信号系统与控制”“通信原理”“低频电子线路”“高频电子线路”“数字信号处理”等电子类基础课程和“电子系统设计”“通信仿真与应用”“锁相与频率合成技术”“电子测量技术”等选修课程的知识。上述课程中，由于学员理解掌握和应用的水平不同，以及前期学习时间过长，有部分知识遗忘或生疏，导致学员在完成“导航原理课程设计”的内容时，出现基础薄弱、无从下手的情况，对本门课程的开展造成了一定的障碍。
1．2学员综合能力有待进一步提高
“人才培养方案”中明确指出要强化学员的创新实践能力培养，但是课程执行过程中发现，由于各种原因，实际上学员独立思考、分析问题的能力培养欠缺，主要表现在学员遇到问题不是主动查阅书籍资料、积极讨论、分析和解决问题，而是倾向于求助指导教员，或者上网寻求直接答案；教员为其提供基本思路后，仍需教员指导分步实施；对于一些需要实际测试、设计实验方案或者需要进行仿真的题目，存在基本仪器、软件不会操作使用，遇到测不到结果、仿真出错时不知所措的情况，表现出动手能力较差。
1．3学员参与课程设计的积极性较差
本门课程的设计题目通常为综合性题目，需要学员花费较长时间、较多精力进行思考、查阅资料以及仿真、测试，也需要学员在课下进行较多的工作，学员的兴趣和自主性对课程的进展影响很大。然而，在课程实施过程会明显感到一些学员积极性不高，甚至有抵触心理。例如，个别平日成绩较好的学员在课上复习考研课程，并且由于平日学员队训练、公差较多，大部分学员没有时间和精力在课后准备。此外，由于实验室条件的限制，通常难以满足一人一组，一般为2～3人一组，共同完成设计题目，因此一些学员存在“混”和“吃大锅饭”的想法。
1．4课程设计内容和深度设置不够合理
按照课程标准，本门课程分基本技能和课程设计2大部分实施，基本技能主要使学员对信号的产生、测试、仿真等方面有所提高，课程设计部分由指导教员指定题目，学员合作完成。在综合设计阶段，一方面，由于学员对各门前序课程知识和技能的掌握和熟悉程度不同，特别是对“导航原理”等课程内容理解程度不同，造成相同的设计内容不能适应不同学员的实际能力。例如，设计题目为“塔康地面信标信号仿真及测角原理实现验证”，若学员对信标信号格式理解不深或对角度粗测和精测原理掌握不好，就很难进行设计。另一方面，多个设计题目的知识涵盖和复杂程度不同，导致选取不同题目的学员在进行设计任务时，难度过高或过于简单。例如，综合设计题目为“GNSS卫星导航系统仿真”，分为5个子任务，其中“接收机接收信号的同步检测”与“卫星信号的仿真产生”对学员而言，难度有较大差别，前者需要了解扩频信号的同步、解调步骤及锁相环的相关知识等，而后者只要对扩频信号的产生有一定的理解即可。
1．5与学员沟通互动不够
目前的教学主要采用2种方法：一是“过程式教学”，分步骤实施，即教员先讲解实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项，再进行示范，最后学员具体实施、教员给予指导和评价；二是“开放式”教学，即假设学员对前序知识掌握良好且具备一定的创新设计能力，教员布置综合设计任务，学员分组完成。2种方法各有利弊，都存在一定的不足之处。例如，第一种方法实际上很大程度上限制了学员独立思考的能力，而第二种方法有可能困难过多使学员放弃思考。因此，教学方法上需要进行改革和创新。
1．6硬件条件有限，配套教材需进一步开发完善
综合设计类课程的开展与实验条件有重要关系，目前，教研室仅有一个导航原理与系统实验室，实验器材和设施配备较少，相关的教材、实验项目、课程设计积累也较少，对设计类课程的开展造成一定的困难。
2创新实践平台构建及实验室教学管理
设计类课程需要实验室基础条件和运行管理方法的配合以及创新实践平台的硬件支持［7］，因此需要在实验室已有条件的基础上进行创新实践平台的设计和构建［8］，以及实验室基础条件建设和运行管理方法的创新。
2．1创新实践平台的设计和构建
结合“导航原理”和“导航原理课程设计”的教学目标和实际需求，以学院教育科研课题和“2110”三期实验室条件建设为契机，开展创新实践平台设计和构建，可以为课程实验项目和综合设计提供创新实践平台和条件。创新实践平台的设计主要要考虑以下基本原则：（1）能够覆盖无线电导航与系统中基本系统原理、关键技术的核心内容和重点难点，从而保证学员在理论课程学习过程中，可以复现和验证基本原理和关键技术。（2）兼顾理论严谨性和实验的可操作性。在原理和现象观察实验中可以采用一定的近似和等效，例如利用超声波测距代替微波脉冲测距。可采用半实物仿真的方式来实现。（3）具有可扩展性和二次开发及升级特性。创新实践平台设计在初期仅能考虑部分实验的实现，必须具有可扩展特性，以便后续扩充实验项目和内容［9］。必须具有可二次开发的特性，以满足教员和学员的综合设计类题目的实现和测试。（4）既具有演示性，又具有可操作性。利用该创新实践平台，既可用于演示原理与技术核心，又可方便学员和教员进行操作和开发，验证新算法、新技术以及开展实验。综上所述，创新实践平台应采用计算机仿真和硬件电路结合的方式实现，如图1所示。该平台包含计算机、硬件系统及测试工具3大部分，其中计算机包含Matlab、LabVIEW、C＃等专用软件，硬件系统包含接口模块以及多个功能硬件模块，测试工具主要包含示波器、频谱仪等常见的信号分析仪器。通过计算机产生所需的信号，下载到硬件电路中实现真实的信号和控制，或者通过硬件电路模块接收并处理实际信号，送入计算机中实现算法的处理。
2．2实验室建设和管理
实验室建设要遵循“功能全面、可升级扩展、便于实施、兼顾成本”的原则［10］，采用循序渐进的方法进行建设。主要依托“2110”三期等实验室建设经费，对实验室软硬件进行改造和建设。可以采用设置门禁刷卡的方式，以便于实验室的使用和管理。同时为了防止实验室管理的漏洞，使实验室沦为学员的休闲娱乐室，可以为实验室设置监控，监督管理学员。在实验室管理方面，首先要制定相对完善的制度，明确实验室的功能和定位、明确开放时间和开放对象，在门禁设施和监控设施硬件条件允许的情况下对学员开放，鼓励学员自主学习和开展创新活动，定期创新设计题目，组织创新设计活动和竞赛，真正激发学员兴趣，发挥学员的创造力。
3教学方法改革
为了更好地开展综合设计类课程的教学，还需要针对上述存在的问题进行教学方法的改革［11－12］。主要有以下措施：（1）改革教学方法和组织实施方法，确保达到良好的学习效果。通过对综合实践类教学对象特点的分析，对题目进行分解，采用讲解、演示、个别指导等方法组织教学，使学员知道“我要干什么”“我要怎么干”“我在干什么”“这是为什么”，避免不动脑筋，仅根据实验步骤实施和不知所措、无从下手的现象，确保课程进度的完成以及良好的教学效果。（2）采取各种激励和保障措施，提高学员的参与积极性。作为一门专业课，课程采用综合考核方式，考试成绩纳入学员综合成绩评定。目前，根据总部政策，学员毕业综合成绩与毕业选岗关联，这样可以在一定程度上通过学员成绩评定提高学员的积极性。另一方面，还需要从课程内容上激发学员的兴趣，从制度上激励和保障学员克服惰性、积极参与。（3）改进考核方法，使考试成绩真正反映学员的水平和能力。由于不采用笔试，为了反映学员的真实水平和能力，必须改革课程考核的方法，通过平日成绩、课堂表现、综合作业等方面对学员综合评定，公平公正地给出学员的考试成绩。（4）优选设计题目，使课程设计重点突出、难易得当。精心编写设计指导书，设置多个设计题目，并对每个题目进行讲解。课程开课前，对学员进行座谈，结合学员实际水平，选定2～3个题目，由学员分组选做。学员分组要充分考虑各人的特点，做到取长补短，使组内学员能够互相学习、互相促进。设计题目要重点突出、难易得当，以保证题目的顺利进行。
4结语
综合设计类课程对学员综合能力及创造力的提升非常重要，教学有其特殊之处。在创新实验平台和实验室建设管理的基础上，通过改进教学组织方法，能够使学员在较短的课时内完成基础实验和综合性设计。相信以“导航原理课程设计”课程的实践，通过实验平台的构建和教学管理方法的改革，教学效果能够在几年内有较大的提高。
作者:刘敏 刘锡国 衣晓 宋斌斌 单位:海军航空工程学院 山东省信号与信息处理重点实验室
