基于 “卓越工程師計劃”的課程優(yōu)化建設(shè)

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)計劃”(簡稱 “卓越計劃”)是貫徹落實 《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)》的重大改革項目,也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措,旨在培養(yǎng)造就一大批創(chuàng)新能力強、適應(yīng)經(jīng)濟社會發(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)第二批實施教育部 “卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”的學(xué)院。

學(xué)院從2011年開始實施 “卓越計劃”,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,需要涵蓋計算機軟件技術(shù)以及信息處理兩個方面的基礎(chǔ)和相關(guān)專業(yè)課程,同時還要滿足教育部規(guī)定的一年以上企業(yè)實習(xí)實訓(xùn)的要求。因此,不能照搬原有的計算機軟件及信息工程專業(yè)的培養(yǎng)計劃,必須對課程進行整合,以滿足課時和知識面等各個方面的要求[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、乙方接收為典型進行介紹?！袄走_(dá)原理”講述雷達(dá)和各分機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)時以上)。如何將兩門課程有機地融合,剔除重疊部分,實現(xiàn)課時的高效利用,保留核心知識體系,成為一個重要的研究課題。

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80,其中理論授課70學(xué)時,實驗10學(xué)時。

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(含實驗教學(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個問題。

1)課程設(shè)置以系統(tǒng)性和實踐能力培養(yǎng)為主線,強調(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)計好課程中的課程實驗環(huán)節(jié),使學(xué)生在實踐中理解課程理論在工程實際中如何應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用和設(shè)計新的通信系統(tǒng)的能力。

3)目前沿用 “通信原理”以及 “雷達(dá)原理”兩本獨立教材,需在后續(xù)研究和實踐的基礎(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)生成績進行統(tǒng)計分析,以期得出教學(xué)改進的評估結(jié)論[5-6]。

2 實施方案設(shè)計

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)和實驗教學(xué)內(nèi)容的具體安排進行改革,經(jīng)過兩個年級的學(xué)生進行試行教學(xué),統(tǒng)計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)容上加強理論與工程實際相結(jié)合,加強實驗環(huán)節(jié)的教學(xué)和管理,通過實驗增強學(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,增加平時作業(yè)及實驗環(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,促進學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性,培養(yǎng)學(xué)生實踐動手能力,從實質(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)”計劃的系列教材之一。

3 成果、特色與創(chuàng)新點

課程改革完成了課程的教學(xué)模式設(shè)計,并付諸實踐；完成了與課程教學(xué)配套的實驗設(shè)計；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)生順利實施。

課程改革的特色與創(chuàng)新點體現(xiàn)在以下3個方面。

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,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,強調(diào)根據(jù)工程環(huán)境與具體要求去設(shè)計相應(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的特點,因此理論的工程背景在課程設(shè)計和教學(xué)安排中受到重視。從實際工程需求的提出,建立通信系統(tǒng)模型,用通信理論來指導(dǎo)工程實現(xiàn)措施。安排適當(dāng)?shù)尿炞C性實驗和設(shè)計性實驗,在實驗中驗證理論,用理論指導(dǎo)設(shè)計。本課程的實踐教學(xué)主要分以下兩個層次[8]。

①課程基礎(chǔ)實驗。

第一個是模擬線性調(diào)制系統(tǒng)實驗。實驗運用MATLAB軟件實現(xiàn)對AM、DSB、SSB及VSB系統(tǒng)的調(diào)制與解調(diào)的仿真。每個子實驗系統(tǒng)都是由各種模塊組成的,實驗者可以在系統(tǒng)上進行不同參數(shù)的設(shè)置或更改,可進行模擬調(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)中存在同步誤差時對解調(diào)信號的影響。實驗時學(xué)生通過觀察教師演示的DSB系統(tǒng)性能,獨立驗證SSB及VSB系統(tǒng)的性能,進一步地獨立搭建AM系統(tǒng),實現(xiàn)對其調(diào)制與解調(diào)的仿真。

第二個是QPSK信號的星座圖仿真。基于GNU Radio軟件無線電平臺,搭建一個簡單的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。要求了解實驗系統(tǒng)的各模塊組成及功能,利用軟件搭建完整的實驗框圖,并熟悉各個模塊的基本參數(shù)設(shè)置,記錄觀察到的星座圖和統(tǒng)計得到的誤碼率,分析實驗結(jié)果。

本實驗為基礎(chǔ)訓(xùn)練實驗,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)綜合實驗打下基礎(chǔ)。

②專題設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計。

通過專題設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計,培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力[9]。2012級和2013級信息工程方向的綜合設(shè)計II,總課時為32學(xué)時。兩個年級學(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,實時音頻網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)軟件設(shè)計等。

該綜合課程設(shè)計軟硬件結(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,學(xué)生對課程的基本原理、重要理論和實現(xiàn)技術(shù)有了較為完整的理解。

3)為改變學(xué)生考前臨時抱佛腳、死記硬背等現(xiàn)象,課程組實行了綜合考評模式,即總成績由平時成績和期末考試成績組成。其中,平時成績占50%,包括課程基礎(chǔ)實驗、平時作業(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]。

為了驗證這些教學(xué)方式的成效,課程組設(shè)計了一份問卷調(diào)查,在學(xué)期結(jié)束時從教學(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。

① “認(rèn)為本課程應(yīng)加強工程應(yīng)用方面的教學(xué)”一項,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。理論必須與實際結(jié)合才有它的價值,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的一大困惑就是理論與實際的對應(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)生畢竟實踐少,要真正將這些理論與工程實現(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,實際的實現(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,乘法器如何實現(xiàn),為什么工程實現(xiàn)中的低頻調(diào)制器很少用乘法器去實現(xiàn)；相干解調(diào)在理論上實現(xiàn)很容易,為什么實際中大多采用非相干解調(diào)?理論公式與實現(xiàn)模型有什么差異?教學(xué)中清楚地闡述基本理論的實現(xiàn)手段,有助于學(xué)生更好地理解和掌握理論知識。

② “本課程的實驗教學(xué)對幫助理論的理解非常大”一項,2011級的百分比為25%,而2012級的學(xué)生,對該項的認(rèn)可度為81%,說明開發(fā)的配套實驗對推動教學(xué)的作用日漸增大。通過對2011級學(xué)生的實驗指導(dǎo),發(fā)現(xiàn)其中存在的問題,在對2012級的實踐教學(xué)中講解更有針對性,從而使學(xué)生對實驗教學(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),有機融合 “通信原理”和 “雷達(dá)原理”課程,不是單純的壓學(xué)時減內(nèi)容,而是將兩門課程融會貫通。同時,配套實驗平臺和工程實例,將理論知識學(xué)習(xí)與實際問題的解決結(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,課程組計劃:

1)結(jié)合通信的實際需求,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)和運用的擴展實踐或科研活動,讓學(xué)生接觸到當(dāng)前通信技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點,了解通信發(fā)展的趨勢[12]。