林粵偉，張 濤

（青島科技大學 信息科學技術學院，山東 青島 266061）

1 教學改革背景

基于4/5G 移動通信、NB-IOT、衛(wèi)星通信等技術，人類已經(jīng)可以實現(xiàn)超高速、低時延、萬物互連的數(shù)據(jù)傳輸，也加速了AI、物聯(lián)網(wǎng)等技術的發(fā)展[1-3]。社會需要大量適應新時代發(fā)展要求的合格通信工程專業(yè)人才。進入新時代，我國高等教育也迫切需要提高工程教育質量。為此高等學校需要進行通信工程專業(yè)的教學改革，其中實驗實訓課程的教學改革首當其沖。2016 年6 月，我國加入《華盛頓協(xié)議》，極大提高了我國工程教育的國際影響力[4]。專業(yè)認證注重以學生為中心（而不是過去以教師為中心），注重“學”而不是“教”，基于OBE（成果導向教育）、學生中心、持續(xù)改進的理念[5-7]。

傳統(tǒng)的嵌入式程序設計類實驗實訓課程的教學模式存在以下若干問題：①在培養(yǎng)方案、課程體系的設置中存在因人設課、因設備設課等不合理現(xiàn)象，進而會使培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求反過來“遷就”不合理的課程體系；②高低年級學生之間彼此的學習過程割裂，缺乏實驗經(jīng)驗傳承，學生缺乏實際的項目鍛煉，且學習過程只依賴有限的實驗課內(nèi)時間，使得實驗實訓效果大打折扣，影響學生的學習興趣和信心[8]；③傳統(tǒng)的實驗實訓課程較多依賴教師主觀印象進行考核打分，雖然教師有對學生的程序和實驗報告進行驗收打分的環(huán)節(jié)，但仍存在較大主觀性（對學生借鑒甚至拷貝代碼的行為難以識別）。

2 教學改革內(nèi)容與實踐

2.1 面向專業(yè)認證的課程體系修訂

面向專業(yè)認證進行了培養(yǎng)方案和課程大綱的修訂，明確了培養(yǎng)目標，修改優(yōu)化了通信專業(yè)嵌入式實驗實訓課程體系與教學內(nèi)容，并研究嵌入式通信應用開發(fā)類實驗實訓課程的彼此聯(lián)系，使多個課程成為有機整體，進而對專業(yè)認證進行較強的支撐。對于培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求、課程體系、教學大綱的修訂，體現(xiàn)專業(yè)認證的OBE（Outcomes Based Education）“產(chǎn)出導向”教育理念。

2.1.1 培養(yǎng)目標

培養(yǎng)目標瞄準的是學生畢業(yè)5 年后所應具備的專業(yè)素質。通信工程專業(yè)培養(yǎng)目標為面向通信與信息行業(yè)，培養(yǎng)適應社會與經(jīng)濟發(fā)展需要，具有道德文化素養(yǎng)和社會責任感，掌握必備的自然科學基礎知識和通信專業(yè)知識，具備良好的學習能力、實踐能力、專業(yè)能力和創(chuàng)新意識，可從事通信及相關領域中系統(tǒng)、設備和器件的研究、設計、開發(fā)、制造、應用、維護、管理等工作的工程技術人才。

2.1.2 畢業(yè)要求

按照專業(yè)認證理念，培養(yǎng)目標決定畢業(yè)要求，進而決定支撐畢業(yè)要求的課程體系。針對上述培養(yǎng)目標，在改革過程中新制定了12 條畢業(yè)要求，即本專業(yè)學生在畢業(yè)時間點（而不是畢業(yè)5 年后）應達到的要求，具體如下。

畢業(yè)要求1：工程知識，能夠將從事本專業(yè)所需的數(shù)學、自然科學、工程基礎和專業(yè)知識用于解決通信與信息系統(tǒng)中的復雜工程問題。

畢業(yè)要求2：問題分析，能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達、并通過文獻研究等方法分析復雜通信與信息工程問題，獲得有效結論。

畢業(yè)要求3：設計/開發(fā)解決方案，能夠設計針對復雜通信與信息系統(tǒng)的工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的通信傳輸或信息處理系統(tǒng)/單元（部件）及其軟件、嵌入式實現(xiàn)或應用方案，并能夠在設計環(huán)節(jié)中體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

畢業(yè)要求4：研究，能夠基于科學原理并采用科學方法對復雜通信與信息工程問題進行研究，包括仿真、設計實驗、分析與解釋數(shù)據(jù)、并通過信息綜合得到合理有效的結論。

畢業(yè)要求5：使用現(xiàn)代工具，能夠針對通信與信息系統(tǒng)中的復雜工程問題，開發(fā)、選擇與使用恰當?shù)募夹g、資源、開發(fā)環(huán)境及信息技術工具，包括進行模擬和預測，理解其局限性。

畢業(yè)要求6：工程與社會，能夠基于通信與信息工程相關的技術標準和政策法規(guī)進行合理分析，評價專業(yè)工程實踐和復雜工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律以及文化的影響，并理解應承擔的責任。

畢業(yè)要求7：環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展，在復雜通信與信息系統(tǒng)的開發(fā)、運行、更新?lián)Q代過程中，能夠理解和評價其對環(huán)境、社會可持續(xù)發(fā)展的影響。

畢業(yè)要求8：職業(yè)規(guī)范，具有人文社會科學素養(yǎng)和社會責任感，能夠在工程實踐中理解并遵守職業(yè)道德和規(guī)范，履行責任。

畢業(yè)要求9：個人和團隊，具有良好的團隊合作能力，能夠在多學科背景下的團隊中承擔個體、團隊成員以及負責人的角色。

畢業(yè)要求10：溝通，能夠就通信與信息領域復雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流，包括撰寫報告和設計文稿、陳述發(fā)言、清晰表達或回應指令。能閱讀本專業(yè)的外文資料，并具備一定的國際視野，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。

畢業(yè)要求11：項目管理，具有項目管理能力，能夠在復雜通信與信息系統(tǒng)的工程實踐中理解并掌握經(jīng)濟學與管理學方法，并能在多學科中應用。

畢業(yè)要求12：終身學習，具有自主學習和終身學習意識，以及運用現(xiàn)代信息技術獲取本專業(yè)的相關信息和新技術、新知識，持續(xù)提高自己的能力。

2.1.3 課程體系與教學大綱

在修訂培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求后，將12 條畢業(yè)要求分別分解為3～4 個畢業(yè)要求二級指標點，每條畢業(yè)要求的多個二級指標點之間在能力培養(yǎng)上是邏輯遞進而不是并列關系。然后，據(jù)此制定課程體系和教學大綱(含課程教學目標、教學活動安排、課程目標達成度評價方式、畢業(yè)要求達成度評價方式、考核方式等)，以對畢業(yè)要求二級指標點進行支撐。這就使得課程的開設更有針對性、合理性，避免了因人設課、因設備設課、拍腦門設課等不合理現(xiàn)象。以嵌入式實驗實訓課程對畢業(yè)要求3 的支撐為例進行說明。通信工程專業(yè)的畢業(yè)要求第3 條被分解為4 個二級指標點，每個二級指標點都有對應的課程進行支撐，其中第3 個二級指標見表1。

針對專業(yè)認證要求，結合專業(yè)骨干教師背景，通信工程專業(yè)提出了嵌入式通信工程專業(yè)綜合實訓、課程設計（嵌入式應用設計）等實驗實訓課程，并在電子電路EDA 課程中加大實踐力度，結合原有單片機課程，進行嵌入式通信應用特色教學。嵌入式實驗實訓類課程與通信工程專業(yè)畢業(yè)要求對應關系如表2。其中H 表示強支撐、M 表示中度支撐、L 表示弱支撐。這里單片機、電子電路EDA 等課程設置在大三，著重對學生設計/開發(fā)解決方案等方面、使用現(xiàn)代工具等基礎能力的培養(yǎng)。在此基礎上，通信工程專業(yè)綜合實訓、課程設計(嵌入式應用設計)開設在大四，既支撐問題分析能力的培養(yǎng)，也注重培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作、溝通等綜合素質。

表1 分解指標點與支撐課程示例

表2 嵌入式實驗實訓課程與畢業(yè)要求對應

2.2 貫通式教學模式改革

工程專業(yè)認證注重學生動手實踐能力和解決較為復雜工程問題能力的培養(yǎng)，因此教學改革注重培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力，提高動手實踐能力。通信工程專業(yè)的“貫通式”實驗實訓課程教學改革，是在學習其他高校經(jīng)驗的基礎上，聚焦于通信工程專業(yè)提出的“嵌入式通信應用開發(fā)”特色，將貫通的含義解釋為兩個方面：即課內(nèi)與課外貫通、低年級與高年級課程貫通。貫通式課程設置如圖1 所示。

2.2.1 課內(nèi)與課外貫通

用“口袋實驗室”的方法（給部分優(yōu)秀學生分發(fā)開發(fā)實驗板并允許帶回宿舍）將學生的課內(nèi)學習與課外自學時間貫通。并發(fā)揮高年級對低年級學生的傳幫帶作用，高低年級混合組隊參加嵌入式電子類科技創(chuàng)新競賽，以此作為橋梁將過去高低年級之間彼此割裂、缺乏實驗經(jīng)驗傳承的學習鴻溝消除。

首先，淘汰過去使用的老式實驗箱，改用方便攜帶、易于擴展外設的新購置的“口袋”實驗開發(fā)板。對于學習嵌入式通信應用類課程的本科生，可以對其借出“口袋”實驗開發(fā)板。實驗的時間地點上不再局限于課內(nèi)和實驗室：學生能利用自己的電腦和開發(fā)板在課余時間，在圖書館、宿舍等地點自主完成設計項目，強化學習效果。實踐表明，這種安排使得實驗課時得到有效延長，教學成效明顯。其次，在大三選取部分優(yōu)秀和對嵌入式技術感興趣的學生將“口袋”實驗板帶回宿舍，并在大三和暑假參加嵌入式科技創(chuàng)新大賽或大創(chuàng)項目，從而將課堂教學與課外競賽貫通。采取大四、大三學生混合組隊的模式，達到知識經(jīng)驗傳承、以老帶新的傳幫帶效果，使得不同年級學生之間的學習與實踐經(jīng)驗也得到了貫通。

圖1 貫通式課程設置

需要指出的是，按照專業(yè)認證的理念，理想情況應當是100%的畢業(yè)生都參加科技創(chuàng)新大賽，而不是聚焦于部分優(yōu)秀生。另外，考慮到與一流名校的生源和課程設置差異，沒有在大二、甚至大一入校時就分發(fā)實驗板，而是通過嵌入式課程設計、綜合實訓等環(huán)節(jié)讓所有學生對大賽過程進行模擬體驗（分組完成設計、完成和比賽相同或類似的題目）。

2.2.2 低年級與高年級課程貫通

學生在大一、大二低年級課程先修C 語言、數(shù)電、模電、通信原理等基礎課程。在大三學習電子電路EDA，該課程將培養(yǎng)學生初步的FPGA嵌入式開發(fā)和Verilog HDL 語言編程能力，熟悉Vivado 現(xiàn)代開發(fā)工具，使用入門級實驗開發(fā)板，以驗證性實驗為主，輔以少量綜合性實驗。為了體現(xiàn)“通信應用開發(fā)”特色，在此階段開發(fā)藍牙、WiFi 等數(shù)據(jù)通信實驗項目。大三EDA 課程使用的是新購置的Xilinx Artix7 芯片為主控芯片的FPGA 口袋實驗板。

在電子電路EDA 課程的基礎上，在大四上學期的通信工程專業(yè)綜合實訓課程中進一步訓練，提高學生的FPGA 嵌入式通信應用開發(fā)能力，從而實現(xiàn)低年級與高年級課程貫通。使用中高端實驗開發(fā)板，如圖1 藍色開發(fā)板所示，學生在大三打基礎的電子電路EDA 課程中對其核心芯片（都是Xilinx 公司FPGA 芯片）、開發(fā)工具（都是Vivado）、開發(fā)語言（都是Verilog HDL）皆重點訓練過，從而避免學生多次花時間精力熟悉新平臺和工具的問題。此時實驗類型完全是綜合設計型。為了體現(xiàn)“通信應用開發(fā)”特色，為學生指定的設計題目中，將要求必須至少應用1～2 種通信傳輸模式，比如藍牙、WiFi、以太網(wǎng)、ZigBee、GPS、NFC、GSM/GPRS、4G/LTE、NB-IOT、5G 等。

在大四上學期期末的課程設計（嵌入式應用設計）、大四下學期的畢業(yè)設計環(huán)節(jié)繼續(xù)進行嵌入式通信應用開發(fā)訓練。此時不再局限于FPGA，而是基于單片機、ARM、嵌入式Linux 等平臺，并與Android APP、PC 服務器、微信等上位機、云平臺結合，完成軟硬結合的綜合設計，以進一步訓練、提高學生解決較為復雜信息與通信工程問題的能力。

2.3 以學生為中心的考核評價方式改革

專業(yè)認證重視對學生非技術綜合素質的培養(yǎng)，因此，以學生為中心，進行分組式、項目式實驗實訓。模擬企業(yè)、競賽場景，學生分組完成實驗題目。每組推舉出一名組長，模擬企業(yè)研發(fā)部門項目經(jīng)理的角色。其他成員模擬企業(yè)研發(fā)部門程序開發(fā)員、測試員等角色，進而訓練學生的團隊領導、協(xié)作、分工、溝通能力，這也與通信工程專業(yè)針對專業(yè)認證新修訂的畢業(yè)要求二級指標點相對應。

專業(yè)認證的核心思想是以學生為中心，注重“學”而不是“教”，改革了傳統(tǒng)的考核評價方式，研究、引入了新穎的實驗實訓課程考核評價方式，給予學生對實驗課程的考核打分權利（通過同組成員互評）。旨在一定程度上降低教師單純憑個人主觀印象打分的影響，盡可能將實驗實訓課程中真正的主力、學霸與打醬油者、搭便車者、一般參與人員區(qū)分出來。借鑒企業(yè)對員工360 度全方位打分考核的評價方式。在企業(yè)中，年底員工考核時，不僅主管會對下級打分，平級同事之間也會互評打分，最終考核成績綜合上級和平級打分分數(shù)形成。如此能一定程度上降低主管主觀印象分的比例，通過同事互評將真正敬業(yè)、水平高的員工盡可能甄別出來。同組的學生之間可以互相打分，由于所有學生被賦予了考核打分權，體現(xiàn)了以學生為中心這一專業(yè)認證的重要理念。

在實驗實訓課程分組完成設計題目的基礎上，通過給教師發(fā)郵件、私信、紙條等方式讓同組學生彼此匿名打分，該分數(shù)最終結合任課教師的打分形成最終考核總成績。同組學生互評分數(shù)采取強制分布，避免“人情分”（給別人都打高分或低分的情況）。比如某組有4 位同學甲乙丙丁，甲給其他3 位同學打分（不給自己打分）之和必須強制為0 分，比如乙-10分，丙0 分，丁10 分，則給同組其他所有成員打分之和為-10分+0 分+10 分=0 分。如此，小組所有學生自然的將同組的每名同學都分成了優(yōu)（10 分）、良（0 分）、中/差（-10分）3 個等級的一種。完全客觀公平的考核方式個人認為是不存在的，但采取這種方式能增加考核的客觀性，一定程度降低教師個人相對片面的主觀印象的影響。由于所有學生被賦予了考核打分權，體現(xiàn)了“以學生為中心”這一專業(yè)認證的重要理念。

3 效果分析

通過4 年的教學改革實踐，通信工程專業(yè)學生的嵌入式程序編程開發(fā)能力、工程實踐、團隊協(xié)作、溝通等綜合能力得到提高，取得較好成效。以電子電路EDA 課程為例，通信2014 級80 分以上比例為16.7%，采用新培養(yǎng)方案后通信2015 級80 分以上比例為27.1%，成績有較大提升。通信2019 屆畢業(yè)生考研率突破30%，達32.2%，為專業(yè)設置以來最高。通信專業(yè)本科生就業(yè)率近年維持在95%左右，其中2018 屆畢業(yè)生就業(yè)率達98%以上。2017 年以來獲得省級大學生科技競賽獎項2 項、省級優(yōu)秀學士學位論文1 篇、校級大創(chuàng)項目3 項。通信工程專業(yè)獲評青島科技大學“品牌與特色專業(yè)”等。

當然，在本次教改實踐中也存在一定問題，比如大三的電子電路EDA 課程為選修課（限選），雖然近年選課率皆為100%，但畢竟無法從制度上徹底保證100%的學生都選此課，這與專業(yè)認證關注與所有畢業(yè)生而不是部分學生的理念并不完全吻合。需要在后續(xù)課程改革和培養(yǎng)方案修訂過程中持續(xù)改進與完善。

4 結 語

基于工程教育專業(yè)認證理念對嵌入式程序開發(fā)類實驗實訓課程采取貫通式的實驗實訓課程設置，引入學生互評的新穎的考核模式，取得較好教學效果。誠然，教學改革實踐過程中由于各種原因尚未完全做到專業(yè)認證理念的理想化實施。今后將持續(xù)改進，完善培養(yǎng)方案，使得通信工程專業(yè)的專業(yè)認證人才培養(yǎng)模式不斷完善，不滿足于專業(yè)認證培養(yǎng)模式與專業(yè)認證理念的“形似”，不斷提高“神似”程度。