王 琳，于永斌，蔡竟業(yè)，徐旭如，易 黎

(電子科技大學(xué) 信息與軟件工程學(xué)院,四川 成都 610054)

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”(簡稱 “卓越計(jì)劃”)是貫徹落實(shí) 《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》和 《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》的重大改革項(xiàng)目,也是促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國的重大舉措,旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強(qiáng)、適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需要的高質(zhì)量各類型工程技術(shù)人才,對促進(jìn)高等教育面向社會需求培養(yǎng)人才,全面提高工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量具有十分重要的示范和引導(dǎo)作用。

電子科技大學(xué)信息與軟件工程學(xué)院是教育部和國家計(jì)委聯(lián)合批準(zhǔn)成立的全國首批35所示范性軟件學(xué)院之一,是電子科技大學(xué)第二批實(shí)施教育部 “卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的學(xué)院。

學(xué)院從2011年開始實(shí)施 “卓越計(jì)劃”,同年招收軟件工程專業(yè)學(xué)生500人,其中信息工程方向150人。信息工程方向的培養(yǎng)目標(biāo)定位為:培養(yǎng)具有較強(qiáng)軟件技術(shù)基礎(chǔ)的,能夠在信息工程技術(shù)領(lǐng)域從事數(shù)字信息處理的軟件人才。為了達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo),課程組在制定培養(yǎng)方案時(shí),需要涵蓋計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)以及信息處理兩個(gè)方面的基礎(chǔ)和相關(guān)專業(yè)課程,同時(shí)還要滿足教育部規(guī)定的一年以上企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)的要求。因此,不能照搬原有的計(jì)算機(jī)軟件及信息工程專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃,必須對課程進(jìn)行整合,以滿足課時(shí)和知識面等各個(gè)方面的要求[1-2]。

1 研究目標(biāo)與解決的主要問題

“通信原理”和 “雷達(dá)原理”是兩門信息工程方向十分重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程,同時(shí)它們之間也存在緊密的聯(lián)系?！巴ㄐ旁怼敝v授通信系統(tǒng)的基本理論和基本概念,主要以甲方發(fā)信號、乙方接收為典型進(jìn)行介紹?！袄走_(dá)原理”講述雷達(dá)和各分機(jī)的工作原理及主要質(zhì)量指標(biāo),主要以甲方發(fā)信號、甲方接收為典型進(jìn)行介紹?！巴ㄐ旁怼笔歉咝Ｍㄐ殴こ虒I(yè)的核心課程,“雷達(dá)原理”是高校信息對抗專業(yè)的核心課程。綜上可見, “通信原理”和 “雷達(dá)原理”這兩門課程是 “現(xiàn)代信息系統(tǒng)”的兩種典型代表,可以說是現(xiàn)代信息系統(tǒng)領(lǐng)域的主流方向。

信息與軟件工程學(xué)院按照培養(yǎng)計(jì)劃,也將對信息工程方向的學(xué)生在大三上學(xué)期開設(shè)這兩門課程 (均64學(xué)時(shí)以上)。如何將兩門課程有機(jī)地融合,剔除重疊部分,實(shí)現(xiàn)課時(shí)的高效利用,保留核心知識體系,成為一個(gè)重要的研究課題。

課程組把 “通信原理”和 “雷達(dá)原理”兩門課程整合為一門,稱為現(xiàn)代信息系統(tǒng)原理,是學(xué)院信息工程專業(yè)的核心課程,總學(xué)時(shí)80,其中理論授課70學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)10學(xué)時(shí)。

課程改革的研究目標(biāo)是:按照 “卓越工程師”培養(yǎng)通用標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求,針對 “現(xiàn)代信息系統(tǒng)原理”課程教學(xué)面臨的一些問題,重構(gòu)課程體系和教學(xué)內(nèi)容,探索合適的學(xué)科核心課程的教學(xué)模式(含實(shí)驗(yàn)教學(xué))和課程考核方式,以期獲得更好的教學(xué)效果和更高的教學(xué)質(zhì)量。

課程組根據(jù)研究目標(biāo),主要解決以下4個(gè)問題。

1)課程設(shè)置以系統(tǒng)性和實(shí)踐能力培養(yǎng)為主線,強(qiáng)調(diào)通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和核心工程技術(shù),應(yīng)反映工程技術(shù)最新發(fā)展成果,突出工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)?！艾F(xiàn)代信息系統(tǒng)原理”是 “通信原理”和 “雷達(dá)原理”兩門課程的整合,并不是內(nèi)容的簡單疊加,要求在被壓縮的學(xué)時(shí)內(nèi),合理地穿插、交叉和滲透,做到真正融合各自的精髓[3-4]。

2)要設(shè)計(jì)好課程中的課程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),使學(xué)生在實(shí)踐中理解課程理論在工程實(shí)際中如何應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和設(shè)計(jì)新的通信系統(tǒng)的能力。

3)目前沿用 “通信原理”以及 “雷達(dá)原理”兩本獨(dú)立教材,需在后續(xù)研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上編寫適合 “卓越工程師”培養(yǎng)的一體化教材。

4)適時(shí)研究評估改革的效果,在每學(xué)期的教學(xué)工作結(jié)束后,需要對學(xué)生的反饋意見、學(xué)生成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,以期得出教學(xué)改進(jìn)的評估結(jié)論[5-6]。

2 實(shí)施方案設(shè)計(jì)

課程組依托學(xué)院的課程 “現(xiàn)代信息系統(tǒng)原理”,對該課程理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的具體安排進(jìn)行改革,經(jīng)過兩個(gè)年級的學(xué)生進(jìn)行試行教學(xué),統(tǒng)計(jì)分析反映改革效果的數(shù)據(jù),并加以研究總結(jié),以評估改革的效果。

課程改革的研究內(nèi)容有如下2個(gè)方面。

1)探索課程教學(xué)內(nèi)容和模式的改革。在課程內(nèi)容上加強(qiáng)理論與工程實(shí)際相結(jié)合,加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)和管理,通過實(shí)驗(yàn)增強(qiáng)學(xué)生對相關(guān)理論知識的掌握。

2)探索課程考核內(nèi)容和方式的改革。轉(zhuǎn)變學(xué)生在應(yīng)試教育中形成的 “為考試而學(xué)習(xí)”的觀念,注重平時(shí)學(xué)習(xí)過程的監(jiān)督,改變課程考核 “一考定成績”的狀況,增加平時(shí)作業(yè)及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的考核比例,更注重學(xué)習(xí)能力的獲取及知識的運(yùn)用。

課程改革的研究旨在探索一種合適的專業(yè)課程教學(xué)模式和課程考核方式,促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力,從實(shí)質(zhì)上提高教學(xué)質(zhì)量。通過對2011級和2012級信息工程專業(yè)的試點(diǎn)教學(xué),改革該課程內(nèi)容的具體安排和課程的考核方式,以期初步完成課程大綱的更新。另在學(xué)期末向全體學(xué)生發(fā)出課程的問卷調(diào)查表,收集教學(xué)反饋信息,對反饋信息加以統(tǒng)計(jì)分析,得出反映改革效果的數(shù)據(jù),并加以研究評估。初步完成自編教材的大綱擬定和內(nèi)容選取,建設(shè)成為基于 “卓越工程師培養(yǎng)”計(jì)劃的系列教材之一。

3 成果、特色與創(chuàng)新點(diǎn)

課程改革完成了課程的教學(xué)模式設(shè)計(jì),并付諸實(shí)踐；完成了與課程教學(xué)配套的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；為出版配套教材做了素材積累；發(fā)表了2篇高質(zhì)量的教研論文。本課程改革已針對2011級和2012級信息工程專業(yè)的學(xué)生順利實(shí)施。

課程改革的特色與創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

1)根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容靈活采用多種教學(xué)方法,如講授式、啟發(fā)式、自學(xué)指導(dǎo)式、練習(xí)式和研究式等。對于需要掌握的重點(diǎn)內(nèi)容,如數(shù)字信號碼間串?dāng)_,需要仔細(xì)說明其產(chǎn)生原理和如何消除,講授中又穿插進(jìn)啟發(fā)式方法,如為什么消除碼間串?dāng)_不用理想濾波器,而是采用奈奎斯特濾波器。對于難度小的教學(xué)內(nèi)容,如線路碼的眼圖,則采用自學(xué)指導(dǎo)法教學(xué),既可以節(jié)省學(xué)時(shí),又可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力。對于需要反復(fù)練習(xí)的內(nèi)容,如三階高密度雙極性碼,安排10分鐘做課堂練習(xí),考察學(xué)生的理解程度,由此調(diào)整以后的教學(xué)思路和方法。另外,在適當(dāng)?shù)牡胤皆O(shè)問,問題或者是對已學(xué)知識的歸納總結(jié),或者是新概念的大膽假設(shè),然后在課堂上提出來讓學(xué)生回答,力圖培養(yǎng)其探究的習(xí)慣,發(fā)展其創(chuàng)新思維能力。對于設(shè)計(jì)型的教學(xué)內(nèi)容,則采用研究式方法,如講解數(shù)字碼型時(shí),強(qiáng)調(diào)根據(jù)工程環(huán)境與具體要求去設(shè)計(jì)相應(yīng)碼型,而不僅僅是什么碼型能適合哪些環(huán)境[7]。

2) “現(xiàn)代信息系統(tǒng)原理”課程具有工程性很強(qiáng)的特點(diǎn),因此理論的工程背景在課程設(shè)計(jì)和教學(xué)安排中受到重視。從實(shí)際工程需求的提出,建立通信系統(tǒng)模型,用通信理論來指導(dǎo)工程實(shí)現(xiàn)措施。安排適當(dāng)?shù)尿?yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證理論,用理論指導(dǎo)設(shè)計(jì)。本課程的實(shí)踐教學(xué)主要分以下兩個(gè)層次[8]。

①課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。

第一個(gè)是模擬線性調(diào)制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)運(yùn)用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)對AM、DSB、SSB及VSB系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)的仿真。每個(gè)子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都是由各種模塊組成的,實(shí)驗(yàn)者可以在系統(tǒng)上進(jìn)行不同參數(shù)的設(shè)置或更改,可進(jìn)行模擬調(diào)制系統(tǒng)的各種調(diào)制波形及頻譜研究；了解高斯白噪聲對系統(tǒng)的影響；研究在相干解調(diào)中存在同步誤差時(shí)對解調(diào)信號的影響。實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生通過觀察教師演示的DSB系統(tǒng)性能,獨(dú)立驗(yàn)證SSB及VSB系統(tǒng)的性能,進(jìn)一步地獨(dú)立搭建AM系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對其調(diào)制與解調(diào)的仿真。

第二個(gè)是QPSK信號的星座圖仿真?；贕NU Radio軟件無線電平臺,搭建一個(gè)簡單的QPSK星座圖仿真系統(tǒng),觀察信號在添加高斯白噪聲后的誤碼率和星座圖。要求了解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的各模塊組成及功能,利用軟件搭建完整的實(shí)驗(yàn)框圖,并熟悉各個(gè)模塊的基本參數(shù)設(shè)置,記錄觀察到的星座圖和統(tǒng)計(jì)得到的誤碼率,分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

本實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn),要求所有學(xué)生參與。目的是掌握工具類軟件使用,熟悉模擬通信和數(shù)字通信基本原理,為后續(xù)綜合實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。

②專題設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)。

通過專題設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力[9]。2012級和2013級信息工程方向的綜合設(shè)計(jì)II,總課時(shí)為32學(xué)時(shí)。兩個(gè)年級學(xué)生分別為142人和122人,學(xué)生分為若干組,指導(dǎo)老師設(shè)計(jì)了如下子課題:噪聲編碼定理、通信的數(shù)學(xué)原理、通信的數(shù)學(xué)理論(之一至之六),AM、DSB、SSB、VSB、ASK、BPSK、加噪2FSK、QAM等系統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真,FSK調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿真,實(shí)時(shí)音頻網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)等。

該綜合課程設(shè)計(jì)軟硬件結(jié)合,較好地鍛煉了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和綜合知識的應(yīng)用能力。通過課程設(shè)計(jì),學(xué)生對課程的基本原理、重要理論和實(shí)現(xiàn)技術(shù)有了較為完整的理解。

3)為改變學(xué)生考前臨時(shí)抱佛腳、死記硬背等現(xiàn)象,課程組實(shí)行了綜合考評模式,即總成績由平時(shí)成績和期末考試成績組成。其中,平時(shí)成績占50%,包括課程基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、平時(shí)作業(yè)、課堂練習(xí)、半期考試等環(huán)節(jié),期末考試占50%。為鍛煉學(xué)生對所學(xué)知識歸納總結(jié)的能力,期末采用 “一頁紙開卷”的考試方式替代了傳統(tǒng)的閉卷考試方式[10]。

為了驗(yàn)證這些教學(xué)方式的成效,課程組設(shè)計(jì)了一份問卷調(diào)查,在學(xué)期結(jié)束時(shí)從教學(xué)方法、學(xué)習(xí)習(xí)慣、宏觀感受方面深入了解學(xué)生的需求。從問卷調(diào)查的部分結(jié)果得出以下兩點(diǎn)。

① “認(rèn)為本課程應(yīng)加強(qiáng)工程應(yīng)用方面的教學(xué)”一項(xiàng),2011級的百分比為55%,2012級的為67%,說明越來越多的學(xué)生意識到工程的重要性。理論必須與實(shí)際結(jié)合才有它的價(jià)值,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的一大困惑就是理論與實(shí)際的對應(yīng)關(guān)系。通信原理雖然講的幾乎都是基本工程理論,但學(xué)生畢竟實(shí)踐少,要真正將這些理論與工程實(shí)現(xiàn)一一對應(yīng),還是非常困難的。況且由于工程環(huán)境的復(fù)雜性,很多理論模型只能建立在理想環(huán)境中,實(shí)際的實(shí)現(xiàn)和分析模型差異很大。這些問題不搞清楚,學(xué)生是很難真正理解的。例如,調(diào)制理論是建立在乘法器上,乘法器如何實(shí)現(xiàn),為什么工程實(shí)現(xiàn)中的低頻調(diào)制器很少用乘法器去實(shí)現(xiàn)；相干解調(diào)在理論上實(shí)現(xiàn)很容易,為什么實(shí)際中大多采用非相干解調(diào)?理論公式與實(shí)現(xiàn)模型有什么差異?教學(xué)中清楚地闡述基本理論的實(shí)現(xiàn)手段,有助于學(xué)生更好地理解和掌握理論知識。

② “本課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)對幫助理論的理解非常大”一項(xiàng),2011級的百分比為25%,而2012級的學(xué)生,對該項(xiàng)的認(rèn)可度為81%,說明開發(fā)的配套實(shí)驗(yàn)對推動教學(xué)的作用日漸增大。通過對2011級學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo),發(fā)現(xiàn)其中存在的問題,在對2012級的實(shí)踐教學(xué)中講解更有針對性,從而使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)可度大為提高[11]。

4 結(jié)束語

課程改革立足于 “卓越工程師”培養(yǎng),有機(jī)融合 “通信原理”和 “雷達(dá)原理”課程,不是單純的壓學(xué)時(shí)減內(nèi)容,而是將兩門課程融會貫通。同時(shí),配套實(shí)驗(yàn)平臺和工程實(shí)例,將理論知識學(xué)習(xí)與實(shí)際問題的解決結(jié)合起來,激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情和能力,為 “卓越工程師”培養(yǎng)探索方法,為其他課程融合提供參考。

在以后的教學(xué)中,課程組計(jì)劃:

1)結(jié)合通信的實(shí)際需求,深入優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的配置,提高教學(xué)效率；

2)探索分層次的教學(xué)安排,區(qū)別對待不同特點(diǎn)和需求的學(xué)生；

3)在課程組老師的組織和指導(dǎo)下,讓更多學(xué)生參與或開展有助于通信原理知識學(xué)習(xí)和運(yùn)用的擴(kuò)展實(shí)踐或科研活動,讓學(xué)生接觸到當(dāng)前通信技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),了解通信發(fā)展的趨勢[12]。