面向電子信息類的新工科專業(yè)教育體系研究

李永華 林家儒

北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院 北京 100876

新工科是經(jīng)過共識[1]、行動[2]和指南[3]取得的成果，新工科建設(shè)是應(yīng)對未來社會科技發(fā)展、服務(wù)國家戰(zhàn)略、滿足產(chǎn)業(yè)升級、培養(yǎng)高素質(zhì)人才而進(jìn)行的重大教育改革[4]。新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)迫切需要高素質(zhì)復(fù)合型人才，新工科專業(yè)建設(shè)迫在眉睫，并且已經(jīng)形成行動路線[5]。

在新工科專業(yè)建設(shè)的過程中，對有專業(yè)基礎(chǔ)進(jìn)行升級改造可以快速形成教學(xué)體系、完成人才培養(yǎng)，適應(yīng)新經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)從工程教育大國走向工程教育強(qiáng)國。針對北京郵電大學(xué)信息工程專業(yè)新工科課程體系的具體方案進(jìn)行了深入研究，以供借鑒。

1 教育體系

北京郵電大學(xué)信息工程專業(yè)的教育體系可以分為通識教育體系、基礎(chǔ)教育體系、專業(yè)教育體系、實(shí)踐創(chuàng)新教育體系、激勵(lì)促進(jìn)教育體系(如圖1所示)。下面對每個(gè)教育體系分別進(jìn)行詳細(xì)闡述。

圖1 信息工程專業(yè)教育體系

1.1 通識教育體系

通識教育重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生在道德、情感、理智等方面全面發(fā)展。具體包括：思想政治教育、外語教育、軍事理論教育、心理健康教育、綜合素質(zhì)教育、國際合作交流以及各類講座等。鼓勵(lì)學(xué)生積極參加社會實(shí)踐、課外活動，設(shè)定相應(yīng)學(xué)分。

1.2 基礎(chǔ)教育體系和專業(yè)教育體系

基礎(chǔ)教育體系和專業(yè)教育體系重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識和基本能力，使學(xué)生具有扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生具有批判精神、獨(dú)立思考問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造激情。

基礎(chǔ)教育體系和專業(yè)教育體系主要包括數(shù)理基礎(chǔ)教育、學(xué)科基礎(chǔ)教育、專業(yè)基礎(chǔ)教育。數(shù)理基礎(chǔ)教育旨在培養(yǎng)學(xué)生良好的數(shù)理基礎(chǔ)和科學(xué)素養(yǎng)，主要包括數(shù)學(xué)分析、大學(xué)物理、線性代數(shù)、復(fù)變函數(shù)、概率論與隨機(jī)過程等課程。學(xué)科基礎(chǔ)教育著重建立深厚的學(xué)科知識基礎(chǔ)，拓寬知識面，奠定學(xué)生今后學(xué)業(yè)發(fā)展的基石，主要包括計(jì)算機(jī)、電路、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理、隨機(jī)信號分析、信息處理、信息論等課程。

專業(yè)課程分為兩部分，一部分是專業(yè)基礎(chǔ)課程，包括網(wǎng)絡(luò)理論基礎(chǔ)、通信原理、信息網(wǎng)絡(luò)建模與仿真、人工智能導(dǎo)論、數(shù)據(jù)科學(xué)基礎(chǔ)和信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)；另一部分是專業(yè)課，分為多個(gè)模塊，學(xué)生通過一組相對集中的專業(yè)知識學(xué)習(xí)，能夠較為深入地了解某一專業(yè)的知識。同時(shí)，在專業(yè)課程中設(shè)置若干門雙語課程。

1.3 實(shí)踐創(chuàng)新教育體系

實(shí)踐創(chuàng)新教育體系是信息工程專業(yè)教育教學(xué)的重要組成部分，是深化課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，也是學(xué)生獲取、掌握知識的重要途徑，更是新工科專業(yè)建設(shè)的重中之重。通過實(shí)踐創(chuàng)新教育，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)際操作能力。

專業(yè)實(shí)踐創(chuàng)新教育體系包括獨(dú)立設(shè)置學(xué)分的實(shí)驗(yàn)課、思想政治理論課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)、大學(xué)英語實(shí)踐課、軍訓(xùn)、計(jì)算機(jī)實(shí)習(xí)、認(rèn)知實(shí)習(xí)、金工實(shí)習(xí)、電子工藝實(shí)習(xí)、社會調(diào)查、綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)等。

在教育部課題CDIO試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對于綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)習(xí)，也包括一些專業(yè)課程，采取CDIO(構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作)工程教育模式。以實(shí)際案例或項(xiàng)目為基礎(chǔ)，以“構(gòu)想→設(shè)計(jì)→實(shí)現(xiàn)→運(yùn)行”為主線，以培養(yǎng)學(xué)生具備在現(xiàn)代工程環(huán)境下生存的工程技術(shù)基礎(chǔ)知識、個(gè)人能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和工程系統(tǒng)能力為目的，引導(dǎo)學(xué)生掌握正確的思想方法，指導(dǎo)學(xué)生增強(qiáng)克服困難的勇氣，使得學(xué)生收獲屬于自己的創(chuàng)新成果。為了促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，將創(chuàng)新實(shí)踐與社會實(shí)踐納入課程體系，設(shè)立學(xué)分制，具體是指學(xué)生參加各類科技創(chuàng)新實(shí)踐活動、社會實(shí)踐、課外活動等，按規(guī)定獲得相應(yīng)分值。

1.4 激勵(lì)促進(jìn)教育體系

激勵(lì)促進(jìn)教育體系主要包括兩個(gè)方面：一是，因材施教、培養(yǎng)優(yōu)秀人才；二是，激勵(lì)教師、積極參與本科教育教學(xué)。

1.4.1 因材施教 培養(yǎng)優(yōu)秀人才

(1)分級教學(xué)機(jī)制。從學(xué)生入學(xué)開始，對于理論課程實(shí)行分級教學(xué)。數(shù)學(xué)、物理學(xué)科基礎(chǔ)類的理論課程教學(xué)分為加快和常規(guī)兩級班。兩級班的教學(xué)內(nèi)容、教材和考試都一樣。加快班的區(qū)別在于使用較短的時(shí)間完成所學(xué)內(nèi)容，學(xué)生剩余時(shí)間參加實(shí)踐創(chuàng)新、國際和國內(nèi)各類競賽、自主實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、國家本科創(chuàng)新項(xiàng)目以及(本科)導(dǎo)師的科研項(xiàng)目等。

(2)學(xué)分替代機(jī)制。對于實(shí)踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)，設(shè)立不同級別、不同層次的多個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程，學(xué)生根據(jù)自身情況和自己愛好從中選擇。建立實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)分替代機(jī)制，可用競賽獲獎(jiǎng)學(xué)分、創(chuàng)新項(xiàng)目學(xué)分、發(fā)表論文學(xué)分、獲得專利學(xué)分替代培養(yǎng)方案所要求的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐學(xué)分。

1.4.2 激勵(lì)教師積極參與本科教育教學(xué)

(1)設(shè)立教學(xué)崗位教授、副教授。擬定教師職稱晉升制度，對于積極參與各種本科教育教學(xué)活動的教師，滿足教學(xué)工作量總和達(dá)到一定數(shù)量、受到學(xué)生評價(jià)高的教師，聘任為(教學(xué)崗位)教授或副教授。

(2)完善本科導(dǎo)師機(jī)制。新工科建設(shè)很重要的方面就是因材施教、培養(yǎng)優(yōu)秀人才，其中本科導(dǎo)師制將起著決定性作用。在新工科培養(yǎng)方案的修訂中，減少總學(xué)分，實(shí)踐創(chuàng)新環(huán)節(jié)的學(xué)分有所增加。優(yōu)秀學(xué)生將有較多的時(shí)間參與實(shí)踐創(chuàng)新、各類競賽、自主實(shí)驗(yàn)實(shí)踐、國家本科創(chuàng)新項(xiàng)目以及(本科)導(dǎo)師的科研項(xiàng)目。在這些教育教學(xué)活動中，(本科)導(dǎo)師的指導(dǎo)是必不可少的。因此，應(yīng)在新工科建設(shè)中，進(jìn)一步完善本科導(dǎo)師機(jī)制，建立完善的考核制度。

(3)建立科研促進(jìn)教學(xué)機(jī)制。鼓勵(lì)教師接收本科生參與其科研項(xiàng)目。設(shè)立獎(jiǎng)勵(lì)制度，獎(jiǎng)勵(lì)教師指導(dǎo)學(xué)生在科研中獲得專利、發(fā)表各類檢索論文；鼓勵(lì)教師將科研成果應(yīng)用到教學(xué)；鼓勵(lì)教師根據(jù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢及時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容和實(shí)踐創(chuàng)新教學(xué)。

2 課程體系

以北京郵電大學(xué)信息工程專業(yè)為例，該專業(yè)是北京市特色專業(yè)和國家第一、二類特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，是教育部CDIO工程教育模式研究與實(shí)踐課題的試點(diǎn)專業(yè)。根據(jù)新工科專業(yè)建設(shè)的要求，對課程與教學(xué)資源進(jìn)行升級改造，以滿足培養(yǎng)人才的需求。

北京郵電大學(xué)信息工程專業(yè)的課程體系如圖2所示。具體包括兩個(gè)平面：培養(yǎng)平面以興趣培養(yǎng)、知識培養(yǎng)、能力培養(yǎng)和創(chuàng)新培養(yǎng)為主線；教育平面以通識教育、基礎(chǔ)教育、專業(yè)教育和個(gè)性教育為主線。4個(gè)層次包括：以歷史文化、哲學(xué)藝術(shù)、科學(xué)探索和自然環(huán)境為主的通識教育層；以人文、數(shù)學(xué)和技術(shù)為主的基礎(chǔ)教育層；以通信類、網(wǎng)絡(luò)類和智能類為主的專業(yè)教育層；以實(shí)踐創(chuàng)新為主的個(gè)性教育層。以通識教育為基礎(chǔ)，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，充分展示學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

圖2 課程體系建設(shè)示意圖

以興趣培養(yǎng)為主的通識教育是加強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)的最佳方案。新工科專業(yè)要求培養(yǎng)人的綜合素質(zhì)，而并非是某一領(lǐng)域的專業(yè)技能。強(qiáng)調(diào)整合不同領(lǐng)域的專業(yè)知識，重視培養(yǎng)學(xué)生的思維方法及敏銳的洞察力；強(qiáng)調(diào)對不同文化的了解，重視學(xué)生的情志培養(yǎng)；拓展學(xué)生的知識面，建立完整的人生哲學(xué)體系。加強(qiáng)課程內(nèi)容與生活中需求的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的信息理解能力。避免只熟悉狹窄的專業(yè)知識、獲得殘缺的知識碎片等片面教育?？傊ㄗR教育旨在培養(yǎng)完整的“人”，為學(xué)生未來的人生做鋪墊。

在通識教育的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)學(xué)科的教育是保持學(xué)習(xí)創(chuàng)新的理論基礎(chǔ)。按照未來的需求進(jìn)行課程建設(shè)，規(guī)劃總體思路，統(tǒng)籌兼顧，優(yōu)化和完善學(xué)校基礎(chǔ)教育公共平臺，培養(yǎng)學(xué)生的知識體系。以學(xué)科大類系列課程作支撐，通信類、網(wǎng)絡(luò)類和智能類為特色，完整覆蓋信息、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相關(guān)理論和行業(yè)最新發(fā)展的課程體系。以求全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)，使學(xué)生知識基礎(chǔ)深厚、社會適應(yīng)面寬，在就業(yè)和生存競爭中處于優(yōu)勢地位。

跟蹤技術(shù)前沿，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研的結(jié)合力度是保持課程體系先進(jìn)性的直接動力。開設(shè)由知名教授、學(xué)者主講前沿技術(shù)講座的優(yōu)良傳統(tǒng)；加強(qiáng)前沿課程的設(shè)置，例如數(shù)據(jù)科學(xué)基礎(chǔ)、人工智能導(dǎo)論、機(jī)器學(xué)習(xí)、信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)、信息與通信工程前沿講座等具有廣泛應(yīng)用前景及強(qiáng)烈時(shí)代感的課程。加強(qiáng)科研項(xiàng)目與教學(xué)相結(jié)合，從科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)需求的角度，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識，以產(chǎn)業(yè)需求為目的，充分理解產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，提出對產(chǎn)品開發(fā)的見解。真正做到學(xué)為所用，學(xué)以致用，學(xué)而后思的教學(xué)效果。

加強(qiáng)雙語教學(xué)和教材建設(shè)、培養(yǎng)學(xué)生國際化視野是新工科發(fā)展的必然趨勢。提升雙語教學(xué)的質(zhì)量，跟蹤目前國外的學(xué)科發(fā)展，保持先進(jìn)技術(shù)的不斷追蹤。通過閱讀高水平的科研論文，不斷加強(qiáng)雙語的認(rèn)知能力，以更好實(shí)現(xiàn)和國際接軌的目標(biāo)。提高雙語出版教材的深度和影響力，加強(qiáng)與最新技術(shù)和科技前沿有關(guān)教材的撰寫與出版，注重與國際知名高校教材的同步。

3 課程建設(shè)

教材建設(shè)和精品課程建設(shè)項(xiàng)目是我國高等教育質(zhì)量工程的重要組成部分，也是以實(shí)現(xiàn)本科生名師名課教學(xué)資源網(wǎng)絡(luò)共享提高大學(xué)教學(xué)質(zhì)量和水平的創(chuàng)新之舉。信息工程專業(yè)計(jì)劃從一個(gè)核心：即以現(xiàn)有的國家級和北京市精品課程為核心；三個(gè)體系：包括通信類、網(wǎng)絡(luò)類和智能類進(jìn)行建設(shè)。具體在以下幾方面展開。

首先，鞏固發(fā)展優(yōu)化已有的國家級精品課程和精品教材是課程建設(shè)的核心基礎(chǔ)。不斷完善通信原理、信息論、電子電路基礎(chǔ)、移動通信以及數(shù)字邏輯電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程建設(shè)，確保精品課程建設(shè)與時(shí)俱進(jìn)，緊跟時(shí)代的步伐；不斷改進(jìn)教學(xué)方法、調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和更新教學(xué)理念；并在課程建設(shè)團(tuán)隊(duì)人員構(gòu)成上，充分考慮延續(xù)性、繼承性的問題，培育、擴(kuò)大精品教師隊(duì)伍，進(jìn)一步發(fā)揮精品課程在新工科建設(shè)中的作用。

其次，基于精品課程平臺，帶動三大體系教材建設(shè)是豐富教學(xué)內(nèi)容的快速通道。在已建成資源平臺的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)精品課程在實(shí)踐教學(xué)改革方面的輻射作用，完善實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和背景。教學(xué)內(nèi)容要實(shí)現(xiàn)與科研的有效結(jié)合，通過教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、前沿性和時(shí)代性，體現(xiàn)以有效知識為主體，構(gòu)建支持學(xué)生終身學(xué)習(xí)知識的基礎(chǔ)，反映本學(xué)科領(lǐng)域的最新科技成果，加強(qiáng)人才培養(yǎng)的針對性、應(yīng)用性、實(shí)踐性，提高學(xué)生的知識能力以及調(diào)整學(xué)生的素質(zhì)結(jié)構(gòu)，正確處理單門課程建設(shè)與系列課程改革的關(guān)系。

最后，加快教材建設(shè)是適應(yīng)新工科專業(yè)建設(shè)與發(fā)展的重要部分，起到發(fā)揮精品課程和精品教材的龍頭作用，選用國家級優(yōu)秀教材和國外高水平原版教材，鼓勵(lì)教師自行編寫、制作具有特色的相關(guān)教材和課件，鼓勵(lì)建設(shè)一體化設(shè)計(jì)、多種媒體有機(jī)結(jié)合的立體化模式。以國家級精品課程和精品教材為基礎(chǔ)，完善專業(yè)課程及基礎(chǔ)課程的教學(xué)建設(shè)，形成一批輻射性強(qiáng)、影響力大的課程和教材，適應(yīng)新工科發(fā)展的需要。

4 結(jié)語

針對新工科時(shí)代的發(fā)展，對電子信息類的新工科建設(shè)的必要性進(jìn)行了分析，根據(jù)北京郵電大學(xué)信息工程專業(yè)特點(diǎn)，提出了新工科建設(shè)的教育體系、課程體系、課程建設(shè)的方案。從不同層面對新工科專業(yè)的教育體系建設(shè)方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并形成了新工科專業(yè)的教學(xué)體系，從而指導(dǎo)新工科課程建設(shè)。依據(jù)課題建設(shè)方案已出版系列教材，促進(jìn)了新工科專業(yè)教學(xué)體系的進(jìn)一步發(fā)展。通過將不同學(xué)科知識的交叉融合，結(jié)合CDIO工程教育方法，為培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，取得了良好的效果。