韋娟 劉乃安 付衛(wèi)紅 李曉輝

[摘 要] 以核心能力培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，以通信工程領(lǐng)域?qū)W生具備工程基礎(chǔ)、應(yīng)用能力、勝任工作和持續(xù)發(fā)展的實(shí)踐教育體系為目標(biāo)，在新工科、智能化、大數(shù)據(jù)背景下，重新定義實(shí)踐教學(xué)體系。通過實(shí)踐課程重構(gòu)的設(shè)計(jì)模型和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，將能力培養(yǎng)貫穿始終，形成工程思維與系統(tǒng)思維貫穿全鏈條模式，讓實(shí)踐體系內(nèi)的各環(huán)節(jié)、各要素、各層次動(dòng)起來、聯(lián)起來，聯(lián)動(dòng)起來。

[關(guān)鍵詞] 通信工程;實(shí)踐教學(xué);核心能力培養(yǎng);重構(gòu)

[中圖分類號] G642? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）41-0203-03? ? [收稿日期] 2020-06-16

高等學(xué)校工科教育“回歸工程”已成為大家的共識，從“卓越工程師計(jì)劃”到“新工科”建設(shè)始終堅(jiān)持能力培養(yǎng)為核心[1]。工程教育專業(yè)認(rèn)證更是將各種能力細(xì)化，貫穿于長期的培養(yǎng)目標(biāo)和短期的畢業(yè)要求中，畢業(yè)時(shí)以達(dá)成度來衡量學(xué)生對各種能力的掌握程度，通過畢業(yè)后五年的大閉環(huán)來檢驗(yàn)是否達(dá)到培養(yǎng)目標(biāo)。

關(guān)于能力培養(yǎng)方法，目前常用的有CDIO（構(gòu)思conceive、設(shè)計(jì)design、實(shí)現(xiàn)implement和運(yùn)作operate）方法、做中學(xué)方法、基于項(xiàng)目的項(xiàng)目設(shè)計(jì)法、基于競賽的創(chuàng)新競賽法等[2，3]，雖然都有不錯(cuò)的效果，但是很難適用于全部課程、全部學(xué)生、學(xué)生全部時(shí)間（時(shí)間有限），特別是很難適用于全部教師，也就是說普適性不足，不能成體系，推廣起來比較困難。此外，通信工程等IT（information technology）或ICT（information and communication technology）行業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，隨時(shí)都有新理論的突破、新技術(shù)的出現(xiàn)、新應(yīng)用的推廣，如何抓住本質(zhì)，把握日新月異的新理論、新技術(shù)和新應(yīng)用，以及將其與學(xué)生的能力培養(yǎng)相結(jié)合，通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)這樣的載體實(shí)現(xiàn)基于能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系重構(gòu)和教學(xué)資源和方法的供給側(cè)改革，是值得深入思考和討論的問題。

西安電子科技大學(xué)通信與信息工程國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（以下簡稱實(shí)驗(yàn)中心）2007年獲批教育部高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)單位，2014年底獲批國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心。本實(shí)驗(yàn)中心是西安電子科技大學(xué)通信工程領(lǐng)域的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地，其教學(xué)內(nèi)容涵蓋了通信原理、隨機(jī)信號分析、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)等課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。為充分利用本校的相關(guān)實(shí)驗(yàn)資源，將各專業(yè)性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)資源納入實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行統(tǒng)一管理，為學(xué)生開展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)提供必要的條件和環(huán)境，結(jié)合多年的實(shí)踐探索經(jīng)驗(yàn)及通信工程新技術(shù)和新應(yīng)用，分析專業(yè)人才培養(yǎng)所需的能力結(jié)構(gòu)，研究各種能力之間的相互關(guān)系和重要程度，重構(gòu)通信工程專業(yè)領(lǐng)域人才培養(yǎng)核心能力體系。探索構(gòu)建基于能力培養(yǎng)的通信工程專業(yè)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)系列平臺(tái)，形成較為完善的基于能力培養(yǎng)的通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

一、實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建

實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系如何構(gòu)建是一個(gè)既宏觀又具體的問題[4]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)包括的內(nèi)容很多，既有實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念和原則等虛化的內(nèi)容，也有實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)教材等實(shí)體內(nèi)容，還有實(shí)驗(yàn)方法和評價(jià)方法等既實(shí)又虛的部分。本文結(jié)合西安電子科技大學(xué)通信工程專業(yè)，從實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系構(gòu)建原則、實(shí)驗(yàn)課程重構(gòu)設(shè)計(jì)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、資源與平臺(tái)重構(gòu)、模式重構(gòu)等方面進(jìn)行探究。

（一）實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建原則

通信工程技術(shù)日新月異，但深入分析后發(fā)現(xiàn)其本質(zhì)仍然是連接與交換。根據(jù)這個(gè)思想，利用SDX（軟件定義一切）的方法，構(gòu)建SDR（軟件定義無線電）和SRN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）專業(yè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，重點(diǎn)體現(xiàn)設(shè)計(jì)能力（思維）、系統(tǒng)能力（思維）、工程能力（思維）等。

實(shí)踐教學(xué)體系構(gòu)建時(shí)，一般遵循的原則是將本科與研究生的知識、能力和素質(zhì)統(tǒng)一;將工程訓(xùn)練、專業(yè)實(shí)踐和社會(huì)實(shí)踐統(tǒng)一;將專業(yè)實(shí)踐的幾種類型和不同課程統(tǒng)一。通常分為層、面、類等，將資源（載波，教材、學(xué)材、習(xí)材、用材）賦予多重屬性，靈活重組，平臺(tái)軟件可定義，通用性強(qiáng)。

（二）實(shí)踐課程重構(gòu)設(shè)計(jì)方法

在新工科、智能化、大數(shù)據(jù)背景下，以學(xué)生為主體，通過實(shí)踐課程重構(gòu)的設(shè)計(jì)模型和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，重點(diǎn)強(qiáng)化創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，發(fā)展開放式、自主式和差異化的多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)機(jī)制，從科研與工程環(huán)節(jié)提取體現(xiàn)核心技術(shù)的創(chuàng)新型和應(yīng)用型題材作為實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容，建立滿足課程設(shè)計(jì)、本科生實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力達(dá)標(biāo)測試、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等多種實(shí)踐要求的通信工程類創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。

面向通信工程領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)課程進(jìn)行重構(gòu)設(shè)計(jì)，需要將學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)活動(dòng)和學(xué)習(xí)效果分別進(jìn)行分解，保持學(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)活動(dòng)和學(xué)習(xí)效果三者的一致性。從期望的效果到目標(biāo)反向設(shè)計(jì)，以學(xué)習(xí)效果為中心設(shè)計(jì)學(xué)生的學(xué)法，以學(xué)生為中心設(shè)計(jì)教師的教法。具體可采用布魯姆分類學(xué)的教育理論設(shè)計(jì)具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)、教法、學(xué)法和評價(jià)方法，如圖1所示。

二、通信工程領(lǐng)域?qū)嵺`教學(xué)體系

實(shí)踐教學(xué)體系需要覆蓋通信工程領(lǐng)域的全程全網(wǎng)。該體系以核心能力培養(yǎng)為出發(fā)點(diǎn)，從通信工程領(lǐng)域“傳輸”和“網(wǎng)絡(luò)”兩個(gè)重點(diǎn)方向入手，著重構(gòu)建兩條線的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在此基礎(chǔ)上，建設(shè)綜合性的通信與網(wǎng)絡(luò)綜合開發(fā)平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法與實(shí)驗(yàn)過程統(tǒng)籌考慮。

各實(shí)踐知識體系按照原理—技術(shù)—系統(tǒng)—網(wǎng)絡(luò)邏輯建立內(nèi)在聯(lián)系。具體實(shí)踐環(huán)節(jié)中利用軟件可定義技術(shù)體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的可設(shè)計(jì)性和可重構(gòu)性。考慮到我校通信工程專業(yè)學(xué)生較多，可利用“實(shí)物+遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)”的形式解決學(xué)生規(guī)模問題。對于不斷涌現(xiàn)的新技術(shù)問題，采用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的模式進(jìn)行解決。

三、模式重構(gòu)

模式重構(gòu)主要將以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改為以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主，如圖2所示。該模式以能力訓(xùn)練為主，注重課程之間的關(guān)系，側(cè)重培養(yǎng)目標(biāo)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的一致性，兼顧實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量、學(xué)生層次與難度系數(shù)之間的均衡。因此教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)題目設(shè)計(jì)時(shí)，需要多設(shè)置可選做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)，這樣學(xué)生選題時(shí)，可根據(jù)每類題型的難度系數(shù)，自由選擇基礎(chǔ)性、設(shè)計(jì)性或綜合性實(shí)驗(yàn)。

此外，還可利用運(yùn)營級網(wǎng)絡(luò)級別的仿真，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)視野靈活配置，實(shí)現(xiàn)資源與平臺(tái)重構(gòu)，具有去廠商化、普適性教學(xué)，以及在線實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)靈活管理等特點(diǎn)。如我中心建立的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)有5G網(wǎng)絡(luò)綜合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)綜合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、SDN與網(wǎng)絡(luò)測量仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、無線通信系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等。

四、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)案例

綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識的基本理論、方法和應(yīng)用實(shí)例，設(shè)計(jì)、分析、解決實(shí)際工程問題。就綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來說，題目是多樣的，且要隨著工程應(yīng)用及時(shí)更新，要貼近實(shí)際，最好選擇一些與我們生活密切相關(guān)的內(nèi)容，讓學(xué)生走出課堂，去實(shí)際采集數(shù)據(jù)，尋找方案。

以霧霾分析為例進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。學(xué)生分析、查閱資料后自行選擇下列任務(wù)之一：①針對某省市的具體環(huán)境進(jìn)行霧霾成因分析，并給出降低霧霾影響的相應(yīng)措施。②設(shè)計(jì)一款手機(jī)端霧霾APP探測系統(tǒng)，要求實(shí)現(xiàn)定位功能、界面設(shè)計(jì)及天氣詳情和空氣質(zhì)量指數(shù)。③以軟硬件結(jié)合，利用開發(fā)板為控制中心，采用霧霾傳感器測量空氣中PM2.5濃度，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得到當(dāng)前區(qū)域的霧霾濃度時(shí)空分布圖。

三個(gè)任務(wù)的難度系數(shù)依次增加，所以在教學(xué)指導(dǎo)環(huán)節(jié)，教師需通過典型綜合實(shí)驗(yàn)的案例思路說明綜合實(shí)驗(yàn)的選題、研究和開發(fā)等關(guān)鍵步驟，讓學(xué)生了解綜合實(shí)驗(yàn)的實(shí)施步驟，自行尋找適合自己的選題進(jìn)行研究，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。教師對學(xué)生的選題和完成能力進(jìn)行協(xié)調(diào)引導(dǎo)，以讓學(xué)生能獨(dú)立完成自己的選題為佳。其次，指導(dǎo)學(xué)生將題目分解為幾個(gè)相對獨(dú)立的模塊，清楚各模塊的功能，分析整理實(shí)現(xiàn)各功能模塊的思路、實(shí)現(xiàn)步驟及需要借助的工具，然后在小組中分任務(wù)進(jìn)行研究和開發(fā)。最后，在研究和開發(fā)階段，能夠理順學(xué)生的邏輯思維能力以及項(xiàng)目管控和協(xié)調(diào)能力，加深學(xué)生對所學(xué)知識實(shí)際應(yīng)用的理解，提高學(xué)生分析問題、解決問題和綜合知識運(yùn)用能力。

通過新構(gòu)建的綜合實(shí)驗(yàn)，極大地提升了學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。該綜合實(shí)驗(yàn)主要針對通信工程領(lǐng)域的學(xué)生，獲得一定成效后，2018年和2019年在西安電子科技大學(xué)的B級實(shí)驗(yàn)達(dá)標(biāo)測試中，面向全校開放該題目，起到了很好的拓展推廣作用。

五、結(jié)語

在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行改革研究，對我校的通信工程領(lǐng)域教學(xué)進(jìn)行試點(diǎn)實(shí)踐，取得了較好效果。所采用的基于能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和教學(xué)模式構(gòu)建理念與方法完全可以推廣到其他專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與方法可以直接推廣至其他學(xué)校的相同或相似專業(yè)，相關(guān)內(nèi)容可以根據(jù)需要和各學(xué)校實(shí)際情況模塊化重組，構(gòu)建不同的實(shí)驗(yàn)課程。對有效解決高等教育教學(xué)改革與人才培養(yǎng)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)問題具有重要的引領(lǐng)和指導(dǎo)意義，對我國通信工程領(lǐng)域人才的培養(yǎng)具有重要的推廣價(jià)值和借鑒意義。

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