面向能力培養(yǎng)的通信工程實踐教學體系重構

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，以通信工程領域學生具備工程基礎、應用能力、勝任工作和持續(xù)發(fā)展的實踐教育體系為目標，在新工科、智能化、大數(shù)據(jù)背景下，重新定義實踐教學體系。通過實踐課程重構的設計模型和設計方法進行頂層設計，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，讓實踐體系內(nèi)的各環(huán)節(jié)、各要素、各層次動起來、聯(lián)起來，聯(lián)動起來。

[關鍵詞] 通信工程;實踐教學;核心能力培養(yǎng);重構

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

高等學校工科教育“回歸工程”已成為大家的共識，從“卓越工程師計劃”到“新工科”建設始終堅持能力培養(yǎng)為核心[1]。工程教育專業(yè)認證更是將各種能力細化，貫穿于長期的培養(yǎng)目標和短期的畢業(yè)要求中，畢業(yè)時以達成度來衡量學生對各種能力的掌握程度，通過畢業(yè)后五年的大閉環(huán)來檢驗是否達到培養(yǎng)目標。

關于能力培養(yǎng)方法，目前常用的有CDIO（構思conceive、設計design、實現(xiàn)implement和運作operate）方法、做中學方法、基于項目的項目設計法、基于競賽的創(chuàng)新競賽法等[2，3]，雖然都有不錯的效果，但是很難適用于全部課程、全部學生、學生全部時間（時間有限），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，隨時都有新理論的突破、新技術的出現(xiàn)、新應用的推廣，如何抓住本質，把握日新月異的新理論、新技術和新應用，以及將其與學生的能力培養(yǎng)相結合，通過專業(yè)實驗這樣的載體實現(xiàn)基于能力培養(yǎng)的實驗教學體系重構和教學資源和方法的供給側改革，是值得深入思考和討論的問題。

西安電子科技大學通信與信息工程國家級實驗教學示范中心（以下簡稱實驗中心）2007年獲批教育部高等學校實驗教學示范中心建設單位，2014年底獲批國家級虛擬仿真實驗教學中心。本實驗中心是西安電子科技大學通信工程領域的專業(yè)實驗教學基地，其教學內(nèi)容涵蓋了通信原理、隨機信號分析、計算機通信網(wǎng)等課程的基礎實驗、綜合實驗和創(chuàng)新實驗。為充分利用本校的相關實驗資源，將各專業(yè)性創(chuàng)新實驗資源納入實驗中心進行統(tǒng)一管理，為學生開展創(chuàng)新實驗提供必要的條件和環(huán)境，結合多年的實踐探索經(jīng)驗及通信工程新技術和新應用，分析專業(yè)人才培養(yǎng)所需的能力結構，研究各種能力之間的相互關系和重要程度，重構通信工程專業(yè)領域人才培養(yǎng)核心能力體系。探索構建基于能力培養(yǎng)的通信工程專業(yè)的專業(yè)實驗系列平臺，形成較為完善的基于能力培養(yǎng)的通信工程專業(yè)實驗教學體系。

一、實踐教學體系構建

實驗教學體系如何構建是一個既宏觀又具體的問題[4]。實驗教學包括的內(nèi)容很多，既有實驗教學理念和原則等虛化的內(nèi)容，也有實驗平臺、實驗教材等實體內(nèi)容，還有實驗方法和評價方法等既實又虛的部分。本文結合西安電子科技大學通信工程專業(yè)，從實驗教學體系構建原則、實驗課程重構設計方法、實驗教學體系、資源與平臺重構、模式重構等方面進行探究。

（一）實踐教學體系構建原則

通信工程技術日新月異，但深入分析后發(fā)現(xiàn)其本質仍然是連接與交換。根據(jù)這個思想，利用SDX（軟件定義一切）的方法，構建SDR（軟件定義無線電）和SRN（軟件定義網(wǎng)絡）專業(yè)實驗平臺，重點體現(xiàn)設計能力（思維）、系統(tǒng)能力（思維）、工程能力（思維）等。

實踐教學體系構建時，一般遵循的原則是將本科與研究生的知識、能力和素質統(tǒng)一;將工程訓練、專業(yè)實踐和社會實踐統(tǒng)一;將專業(yè)實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、學材、習材、用材）賦予多重屬性，靈活重組，平臺軟件可定義，通用性強。

（二）實踐課程重構設計方法

在新工科、智能化、大數(shù)據(jù)背景下，以學生為主體，通過實踐課程重構的設計模型和設計方法進行頂層設計，重點強化創(chuàng)新實踐教學環(huán)節(jié)，發(fā)展開放式、自主式和差異化的多層次實驗教學機制，從科研與工程環(huán)節(jié)提取體現(xiàn)核心技術的創(chuàng)新型和應用型題材作為實驗課程的教學內(nèi)容，建立滿足課程設計、本科生實驗實踐能力達標測試、生產(chǎn)實習和畢業(yè)設計等多種實踐要求的通信工程類創(chuàng)新實驗教學平臺。

面向通信工程領域實驗課程進行重構設計，需要將學習目標、教學活動和學習效果分別進行分解，保持學習目標、教學活動和學習效果三者的一致性。從期望的效果到目標反向設計，以學習效果為中心設計學生的學法，以學生為中心設計教師的教法。具體可采用布魯姆分類學的教育理論設計具體的學習目標、教法、學法和評價方法，如圖1所示。

二、通信工程領域實踐教學體系

實踐教學體系需要覆蓋通信工程領域的全程全網(wǎng)。該體系以核心能力培養(yǎng)為出發(fā)點，從通信工程領域“傳輸”和“網(wǎng)絡”兩個重點方向入手，著重構建兩條線的實驗平臺。在此基礎上，建設綜合性的通信與網(wǎng)絡綜合開發(fā)平臺，將實驗內(nèi)容、實驗方法與實驗過程統(tǒng)籌考慮。

各實踐知識體系按照原理—技術—系統(tǒng)—網(wǎng)絡邏輯建立內(nèi)在聯(lián)系。具體實踐環(huán)節(jié)中利用軟件可定義技術體現(xiàn)實驗平臺的可設計性和可重構性?？紤]到我校通信工程專業(yè)學生較多，可利用“實物+遠程網(wǎng)絡”的形式解決學生規(guī)模問題。對于不斷涌現(xiàn)的新技術問題，采用創(chuàng)新實驗的模式進行解決。

三、模式重構

模式重構主要將以驗證性實驗為主的實驗教學模式改為以設計性實驗為主，如圖2所示。該模式以能力訓練為主，注重課程之間的關系，側重培養(yǎng)目標與實驗內(nèi)容之間的一致性，兼顧實驗學時與實驗項目數(shù)量、學生層次與難度系數(shù)之間的均衡。因此教師進行實驗題目設計時，需要多設置可選做的實驗項目數(shù)，這樣學生選題時，可根據(jù)每類題型的難度系數(shù)，自由選擇基礎性、設計性或綜合性實驗。

此外，還可利用運營級網(wǎng)絡級別的仿真，實現(xiàn)全網(wǎng)視野靈活配置，實現(xiàn)資源與平臺重構，具有去廠商化、普適性教學，以及在線實驗、實驗數(shù)據(jù)靈活管理等特點。如我中心建立的實驗平臺有5G網(wǎng)絡綜合虛擬仿真實驗平臺、三網(wǎng)融合網(wǎng)絡綜合虛擬仿真實驗平臺、SDN與網(wǎng)絡測量仿真實驗平臺、無線通信系統(tǒng)綜合實驗平臺等。

四、設計性實驗案例

綜合設計性實驗是學生根據(jù)所學知識的基本理論、方法和應用實例，設計、分析、解決實際工程問題。就綜合實驗內(nèi)容來說，題目是多樣的，且要隨著工程應用及時更新，要貼近實際，最好選擇一些與我們生活密切相關的內(nèi)容，讓學生走出課堂，去實際采集數(shù)據(jù)，尋找方案。

以霧霾分析為例進行綜合實驗設計與實現(xiàn)。學生分析、查閱資料后自行選擇下列任務之一：①針對某省市的具體環(huán)境進行霧霾成因分析，并給出降低霧霾影響的相應措施。②設計一款手機端霧霾APP探測系統(tǒng)，要求實現(xiàn)定位功能、界面設計及天氣詳情和空氣質量指數(shù)。③以軟硬件結合，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，并進行數(shù)據(jù)分析，得到當前區(qū)域的霧霾濃度時空分布圖。

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

通過新構建的綜合實驗，極大地提升了學生的綜合實踐能力。該綜合實驗主要針對通信工程領域的學生，獲得一定成效后，2018年和2019年在西安電子科技大學的B級實驗達標測試中，面向全校開放該題目，起到了很好的拓展推廣作用。

五、結語

在多年教學實踐的基礎上進行改革研究，對我校的通信工程領域教學進行試點實踐，取得了較好效果。所采用的基于能力培養(yǎng)的實驗教學體系和教學模式構建理念與方法完全可以推廣到其他專業(yè)的實驗教學。相關實驗平臺和實驗教學模式與方法可以直接推廣至其他學校的相同或相似專業(yè)，相關內(nèi)容可以根據(jù)需要和各學校實際情況模塊化重組，構建不同的實驗課程。對有效解決高等教育教學改革與人才培養(yǎng)中的重點和難點問題具有重要的引領和指導意義，對我國通信工程領域人才的培養(yǎng)具有重要的推廣價值和借鑒意義。

參考文獻

[1]薛永毅，蘇利敏.通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)體系改革研究與實踐[J].教育教學論壇2017（25）：155-156.

[2]戴宏明，戴宏亮.新工科背景下基于CDIO理念的軟件工程應用型人才培養(yǎng)方案研究[J].計算機教育，2020（1）：64-67.

[3]黃炳超.基于能力培養(yǎng)的應用型本科實踐教學體系構建[J].實驗室研究與探索，2019，38（5）：164-168.

[4]黃曉寸.校企合作背景下通信工程專業(yè)實踐教學的改革與分析[J].滄州師范學院學報，2018，34（1）：104-106.