基于“新工科”背景的通信類課程教學改革

盧毅，王申

（石河子大學信息科學與技術學院，新疆石河子，832003）

一、工科課程改革的實踐背景

進入21 世紀之后，信息技術不斷革新，通信產業(yè)發(fā)展與我國持續(xù)加快的經濟增長互相發(fā)揮作用，產生交匯，工程的作用在社會中也發(fā)生了重大改變，工程領域的創(chuàng)新及發(fā)展在人類社會發(fā)展中的重要性日益凸顯。在這一背景下，我國提出“中國制造2025”、“互聯(lián)網+”等創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略。工程學科的教育創(chuàng)新改革由此出現(xiàn)重大機遇，這一機遇不僅僅是學生和專業(yè)數(shù)量的增加，更多可以引起我們對傳統(tǒng)工科教育的整體反思，繼而進行改革和創(chuàng)新，增強工科教學對社會發(fā)展的適應性。首先需要創(chuàng)設一批面向未來社會發(fā)展的工科專業(yè)，其次要求對原有的工科專業(yè)傳統(tǒng)教學模式進行改革創(chuàng)新。為了更好的支撐新經濟的發(fā)展，各領域尤其是工科相關專業(yè)需要培養(yǎng)一批基礎能力扎實，實踐創(chuàng)新能力卓越，綜合素質優(yōu)秀的科技人才，這對于建設創(chuàng)新型國家具有重大戰(zhàn)略意義。2017年，復旦共識、天大行動及北京指南共同拉開了“新工科”建設的大幕，引領我國高等教育改革創(chuàng)新的發(fā)展[1]。

在我國的發(fā)展歷程中，經濟與技術的發(fā)展受到高等工程教育強有力的推動，但也存在著一些問題，如人才培養(yǎng)滯后于科技發(fā)展的腳步，傳統(tǒng)的課堂教授模式與新時代工科人才對實踐能力的要求不相匹配，缺乏創(chuàng)新性人才，學生工程實踐能力不能滿足就業(yè)市場對技能要求等。因此需要構建以增強實踐能力為導向，培養(yǎng)綜合素質為基礎的“新工科”教學模式。

“新工科”背景下的人才培養(yǎng)對工科課程教學提出新的要求，在人才培養(yǎng)過程中需要不斷革新工程人才的知識結構。當今科學技術發(fā)展日新月異，要滿足市場需求，就需要在人才培養(yǎng)中引進行業(yè)前沿技術，不斷更新專業(yè)課程體系，打造滿足學科發(fā)展的課程教學資源平臺，在提升學生學習興趣的同時，培養(yǎng)學生的專業(yè)素質。其次在教學過程中需要引入新的教學方式及教學理念對于提升人才培養(yǎng)效果也具有重要作用。在課堂教學中增加師生互動，探索新的教學模式與評估方法，進而構建出以學習者為中心的教學方式。最后在教學中引進新的教學技術，利用MOOC、翻轉課堂、雨課堂的教學手段[2-3]，結合信息技術與教學實踐，充分利用虛擬仿真等技術來改進實驗教學進而不斷完善“新工科”人才培養(yǎng)模式。

二、“新工科”背景下學科交叉與系統(tǒng)融合

在對通信類專業(yè)人才培養(yǎng)過程中，相關行業(yè)提出了對從業(yè)者主動面對行業(yè)變化，能夠進行學科交叉與系統(tǒng)融合的要求。緊扣通信行業(yè)業(yè)務需求培養(yǎng)出創(chuàng)新型精英人才，對于保障通信行業(yè)發(fā)展具有重大意義。石河子大學在實用創(chuàng)新型通信人才培養(yǎng)模式探索過程中，根據“新工科”的內涵要求，積極結合區(qū)域經濟社會發(fā)展與行業(yè)特色，取得了一些教改成果。

“新工科”自提出以來，多位學者對其內涵及建設路徑進行了探究。李培根在探討“新工科”內涵的基礎上提出了在新工程人才培養(yǎng)過程中應著重培養(yǎng)學習者的批判性思維、系統(tǒng)思維、想象力等傳統(tǒng)工科忽視的能力素質，在剖析專業(yè)、知識體系及課程的基礎上探討新結構，應當把新方法新手段引進到工科教學中去[4]。鐘登華提出“新工科”的內涵主要包含三個層面：（1）積極應對變化，主動塑造世界的新理念；（2）多元化的人才結構及面向未來的人才質量的新要求；（3）繼承與創(chuàng)新及交叉與融合的新途徑[5]。以上討論對于“新工科”背景下課程體系改革具有一定的指導意義?！靶鹿た啤钡奶岢鰹楣こ探逃貏e是信息類學科理論教學及創(chuàng)新實踐提供了新視角。

隨著互聯(lián)網行業(yè)的飛速發(fā)展和移動互聯(lián)網技術的成熟，計算機技術對傳統(tǒng)通信行業(yè)的影響越來越大，尤其是在“互聯(lián)網+”背景下，計算機技術與通信行業(yè)呈現(xiàn)融合趨勢。行業(yè)發(fā)展同時也催動著課程內容及教學體系的改變，新的通信類課程教學體系，需要學生深入理解互聯(lián)網技術與計算機技術，尤其需要培養(yǎng)學生對信息行業(yè)前沿技術的敏感度，以滿足行業(yè)對工程人才的需求。

除了要加強學科交叉的知識融合能力之外，當前工程人才培養(yǎng)體系還應注重對通信人才“系統(tǒng)觀”的培養(yǎng)。如何培養(yǎng)具有系統(tǒng)思維能力的通信人才在工程人才培養(yǎng)過程中占據重要地位，通信類行業(yè)要求研究人員具有軟硬件結合的系統(tǒng)貫通能力，能站在系統(tǒng)層面去分析解決問題。

三、“新工科”背景下通信類課程教學改革思路

通信工程作為典型的工科學科，已成為很多高校的熱門專業(yè)，該專業(yè)學科實用性強，學生就業(yè)率高，受到理工科考生的青睞。通信類專業(yè)課程主要包括《數(shù)字信號處理》、《通信原理》、《信號與系統(tǒng)》、《計算機網絡與通信》等，這些課程內容抽象，系統(tǒng)性、實踐性強，要求學生有較為深厚的數(shù)學基礎，在學習過程中，極易產生倦怠情緒，影響學習積極性和教學效果。如《計算機網絡與通信》這門課程，專業(yè)知識復雜，理解難度大，學習方法也與《數(shù)字信號處理》、《電路與系統(tǒng)》等課程有所差別。

（一）改變教學理念，突破教育壁壘

在人才培養(yǎng)過程中，教師與學生是整個教學活動中的主體。傳統(tǒng)教學理念以教師為中心，以教師的“教”來決定學生的“學”，未能很好發(fā)揮學生的主觀能動性，對于挖掘學生潛能和拓展學生知識能力方面有一定的局限性。這就要求在“新工科”背景下開展通信類課程教學，必須從“以教師為中心”向“以學生為中心”轉變。在教學過程中，加強師生互動，引導學生主動探索學習，動手實踐，增強學生求知過程的趣味性，激發(fā)學習熱情，在主動學習的過程中解決問題，從而培養(yǎng)動手能力強的實踐創(chuàng)新型人才。

（二）面向市場需求，提升創(chuàng)新能力

通信類科學技術發(fā)展迅速，知識體系更新?lián)Q代頻率往往快于其他學科，高校的專業(yè)知識體系難以緊跟前沿技術發(fā)展，因此要培養(yǎng)出適合于市場需求的畢業(yè)生就顯得尤為關鍵?！靶鹿た啤北尘跋?，市場要求工程人才應具有較高的創(chuàng)新能力，從而滿足國家戰(zhàn)略發(fā)展的迫切需求，而且提高工程人才的工程創(chuàng)新能力也是“新工科”的內涵之一。近年來國家鼓勵大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)，并在2015年政府工作報告中提出“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”，努力營造整個社會的創(chuàng)新氛圍。作為國家未來的建設者，大學生需要緊跟“萬眾創(chuàng)新”的市場浪潮，在校期間努力提升創(chuàng)新能力。但是當前的人才培養(yǎng)體系，以終結性評價為主，學生們的學習目的單一，創(chuàng)新熱情低。除此之外，大部分高校缺乏創(chuàng)新氛圍，政策引導和具體措施力度不夠、投入不足，對于學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)效果不佳。這就使得在校學習與市場需求脫節(jié)，在經過大學的通信類課程學習之后，不能很快投入到實際工程應用中去，更不必談其創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。因此，通信類課程需要革新教學模式，將教育目標由傳統(tǒng)的以知識為導向轉向創(chuàng)新實踐能力培養(yǎng)，加大過程評價比重，通過課程考核更好地分配“學”與“教”的比重，鼓勵學生參加各種創(chuàng)新實踐活動，提升實踐創(chuàng)新能力。同時，根據市場需求，優(yōu)化教學環(huán)境，有針對性加大對教學軟硬件的投入，也是提升培養(yǎng)質量的重要因素。

（三）創(chuàng)新教學手段，提高學習動力

隨著網絡及信息技術的飛速發(fā)展，新一代信息技術如移動互聯(lián)網、云計算、人工智能等不斷改變著人們的工作與生活，“互聯(lián)網+”的提出也為工程類學科教育提供了新方法和新思路。借助于信息技術，知識獲取突破了時間與空間的限制，可以打通線上線下兩個教學空間，深度融合信息技術與課堂教學，引進最新教學手段，豐富教學內容，優(yōu)化培養(yǎng)過程，從而提升教學效果。

要在工程類教學中實現(xiàn)教學創(chuàng)新，一方面需要打造優(yōu)質課程資源，將翻轉課堂引入通信類的教學中。例如，利用線上空間的MOOC 教學模式來拓展學習的時間跨度，另外SPOC 模式也可以深度融合線上線下教學空間，增強教學效果。這也可以讓高校的線上課堂接受全社會監(jiān)督，讓教師以更嚴謹?shù)膽B(tài)度來進行課程教學。另一方面還需要打造以學生為中心的教學環(huán)境。通過推進通信類學科的課程改革，加大教學手段和教學方法的改革力度，通過線上課堂來呈現(xiàn)優(yōu)質教學資源，探究構建以學制、學分、學科考核為基礎的教學管理制度。學生可以根據各自不同的學習目標，選擇適合自己的線上學習環(huán)境、學習內容與課程安排，也可利用在線課程模式打造課程群，把各門通信類課程通過相近內容進行有機聯(lián)接，更有利于學生對通信類課程的整體學習與掌握。這不僅在降低教師課堂工作量的同時實現(xiàn)了學生個性化的學習需求，同時也將傳統(tǒng)的滿堂灌教學模式轉換為課堂內外主動探究的學習模式。學生可以就自主學習過程中遇到的問題與教師進行在線互動，或者在線下課堂有針對性的對問題進行討論，踐行“以學習者為中心”的教學理念。

（四）結合產業(yè)需求，增強校企合作

工程人才的培養(yǎng)終究要服務于工程本身，而只有在“新工科”背景下，結合區(qū)域經濟社會發(fā)展需求和高校學科優(yōu)勢，高校才能形成自己的辦學特色。因此，由政府、企業(yè)、高校等多方參與，打造校企結合的產學研培養(yǎng)體系，將高校育人、市場用人有機結合起來，就成為一種有效的工程人才培養(yǎng)途徑。

首先，信息類人才培養(yǎng)強調產學研協(xié)同育人，而通信在越來越多的行業(yè)中發(fā)揮著重要作用，將產業(yè)需求和高校人才培養(yǎng)相結合，根據通信類課程特點及行業(yè)需求構建可行的實踐教學模式，打造學科融合的“新工科”培養(yǎng)體系，從而形成復合型通信類人才培養(yǎng)的新模式。其次需要優(yōu)化企業(yè)實踐平臺，以企業(yè)為主體，以滿足行業(yè)需求為目標來培養(yǎng)學生的工程實踐能力，綜合利用高校與企業(yè)資源，實施雙導師培養(yǎng)制度，聘請企業(yè)專家為學生授課，企業(yè)工程師擔任學生的實踐導師。企業(yè)與高校共同承擔人才培養(yǎng)過程中的實踐教學，從不同維度分析課程重難點，同時實施校企學術交流制度，打造協(xié)同育人平臺。另外，從人才培養(yǎng)、科研合作、成果產出等各方面不斷深化校企合作，互利共贏，打造多維度、深層次的校企合作機制。

四、“新工科”背景下通信類課程教學改革措施

（一）基于項目教學，培養(yǎng)創(chuàng)新能力

通信類課程具有較強的實踐性，在實踐過程中需要綜合運用計算機軟硬件理論。實驗課程作為學生在校期間為數(shù)不多的動手操作課程，針對某一知識點的簡單驗證性實驗難以真正提升學生的實踐能力及對理論知識的內化學習?；陧椖康膶W習（Project-Based-Learning，簡稱“PBL”）是以完成工程項目為基礎，學生自我引導的學習模式,在教學中對提升學生的自學能力、團隊協(xié)作能力及專業(yè)技能具有顯著作用。基于項目教學的最終目標是需要通過實踐過程中完成一項或多項任務，切實提升學生的實踐動手能力。在該教學模式中，項目既是教學活動的出發(fā)點，也是學生在未來工作中可能遇到的實際問題，此類問題一般具有開放性，解決方法并不唯一，學生需要在完成項目的過程中自主探索，教師在教學過程中引導學生在完成項目的同時掌握課程的相關知識，并學會綜合運用，同時鼓勵學生使用不同的方法實現(xiàn)項目，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，也增強學生的學習興趣。

新的教學體系以完成最終項目為目的來開展教學活動，在通信類課程PBL 教學過程中，教師給予確定的課題范圍，要求學生根據不同的課程進行知識綜合或者使用不同學科方法進行實現(xiàn)。除此之外教師還應處理好教學進度與教學難度之間的關系，就學生的項目計劃進行可行性分析，評估項目實現(xiàn)難度與工作量，其次對項目中所用專業(yè)知識與課程相關程度進行對比分析，最后就項目計劃的難易程度進行總體把握。

（二）借助翻轉課堂，提升教學效果

翻轉課堂的教學模式最早由美國兩名教師提出，近年來在國內應用也越發(fā)廣泛，這一教學模式是對傳統(tǒng)教學模式的顛覆，學習活動由教師引導，學生自主進行，這種教學模式使學生在接受知識過程中不再處于被動地位。重視學生在學習過程中的主體地位，引導其對知識的應用進行主動思考，不但增強了課堂的趣味性，讓學生更易于吸收知識，也豐富了教學活動的開展形式，活躍了課堂氛圍。

石河子大學通信課程教研室對開展翻轉課堂教學進行了長期的研究與實踐，并獲得教學效果的提升。課程組綜合當前混合式教學相關理論及國內外翻轉課堂的教學案例，結合本校通信類課程教學實踐，設計了通信類翻轉課堂實施體系，并在2016 級電子信息工程的兩個班進行實踐，取得了較好的教學效果。

該教學模式設計主要分為課前，課中和課后三個模塊，各自功能分別設計如下：

課前模塊主要由教師進行，教師需要在該階段安排教學內容，根據教學中的重難點建立知識庫與試題庫，針對每個知識點制作微課視頻，一般控制在10 分鐘以內，然后將教學資源發(fā)布至線上平臺，學生根據需要自行學習，線上完成課前練習，就學習過程中的問題進行線上交流。

課中模塊是教學活動實施的重點，此環(huán)節(jié)遵循“以學生為中心”的教學理念，教師就課前學習中學生遇到的普遍問題進行解答，增加小組討論環(huán)節(jié)，學生主觀能動性得以發(fā)揮。與傳統(tǒng)教學模式不同，翻轉課堂模式下教師理論講授只占課堂時間的小部分，大部分時間由學生進行小組討論或師生進行問題探討。該方法使得師生互動增強，教師對學生的學習情況把握更加清晰，能夠有針對性地幫助學生進行知識消化吸收，也可據此給出學生的平時分數(shù)，更全面地評價學生。

在課后模塊中，學生可針對教師在課堂上對問題的解答及討論，加深對所學內容的理解，還可以反復學習線上資源，練習課后習題對存在疑問的知識點加強學習并對學習效果及時進行驗證。教師可以對學生課堂表現(xiàn)及線上學習情況進行針對性指導。教學行為從課上擴展到課下，不僅強了師生交流，也更好地檢驗了教學效果。

（三）構建多元考核，評估教學效果

評價體系是課程教學的指揮棒，也是教學活動中的最后一個環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的課程評價體系較為單一，僅采取“平時分+期末成績”加權成績模式，忽視了對學生學習態(tài)度、過程表現(xiàn)、實踐能力提升等方面的考察。本文提出的新通信類課程，使用項目教學法并結合現(xiàn)代教育手段，在教學實踐中引入翻轉課堂并進行綜合性評價。新的考核方式盡可能多元化，以“過程性評價+綜合性評價”為主，輔以終結性評價，全面評估教學效果。

五、結語

當前國家正在努力構建“創(chuàng)新驅動”發(fā)展模式，“互聯(lián)網+”、“一帶一路”等重大戰(zhàn)略的實現(xiàn)，需要結合“新工科”的發(fā)展建設，高校在這一建設過程中承擔著重要角色。通信類課程作為工程學科開設的普遍課程，將繼續(xù)在創(chuàng)新型工程人才培養(yǎng)中發(fā)揮重要作用。以提升創(chuàng)新實踐能力為目標，市場需求為導向，結合現(xiàn)代教育理念進行的課程教學改革探索，也將為兄弟高校加強工程類課程建設、培養(yǎng)工程人才提供可借鑒的經驗。