新工科理念下通信工程專業(yè)實踐教學改革研究

唐萬偉，姚明林，姜凌紅，王麗俠

(唐山學院a.智能與信息工程學院；b.科技處，河北 唐山 063000)

為主動應對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展、“中國制造2025”等一系列國家戰(zhàn)略，自2017年2月以來，教育部積極推進新工科建設，先后形成了“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”，并發(fā)布了《關于開展新工科研究與實踐的通知》《關于推薦新工科研究與實踐項目的通知》，全力探索形成領跑全球工程教育的中國模式、中國經(jīng)驗，助力高等教育強國建設(1)新工科_百度百科https：//baike.baidu.com/item/%E6%96%B0%E5%B7%A5%E7%A7%91/20597803?fr=aladdin.。對于新工科的理解大體可以分為三個層面：一是新興、新型和新生的工程學科；二是新理念、新要求、新途徑；三是學科專業(yè)“新結(jié)構(gòu)”、人才培養(yǎng)“新模式”和工程教育“新質(zhì)量”。新工科理念是順應新時代、新環(huán)境、新形勢需求，對新時期工程人才培養(yǎng)達成的初步共識，對于高等工程教育改革具有重大的指導意義。

作為傳統(tǒng)工科專業(yè)，通信工程專業(yè)在新工科建設中的發(fā)展最為迅速。通信技術的研究和發(fā)展水平也成為一個國家科技實力的重要標志[1]?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》強調(diào)：教育要堅持能力為重，著力提高學生的學習能力、實踐能力、創(chuàng)新能力。這對于通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)來說，既是更高的要求，也是更大的挑戰(zhàn)。本文以唐山學院通信工程專業(yè)實踐教學改革為例，針對人才培養(yǎng)過程中普遍存在的共性問題，如工程實踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)薄弱[2-3]，實踐教學體系合理性、可行性和系統(tǒng)性不足[4-8]，校企合作[9]、項目教學法推廣不夠深入等[10]，對新工科理念下通信工程專業(yè)實踐教學改革的要求、方案及效果等進行研究和探討。

1 新工科理念對通信工程專業(yè)實踐教學改革的要求

新工科理念要求人才培養(yǎng)必須以學生為本，從“以教師為中心”的“傳道、授業(yè)、解惑”逐步走向“以學生為中心”的“悟道、求業(yè)、生惑”的新境界。結(jié)合通信工程專業(yè)特點，新工科核心理念可從以下四個方面加以概括。如圖1所示。

圖1 新工科核心理念

1.1 新標準

要求進一步明確通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標，對專業(yè)課程體系進行重構(gòu)，依托大類通識教育，突出通信工程專業(yè)教育，培養(yǎng)復合型、創(chuàng)新型通信工程專業(yè)人才。

1.2 新模式

要求轉(zhuǎn)變僅以課堂教學為主的教學模式，積極探索校企合作、產(chǎn)教融合等多方協(xié)同育人新模式，增強學校育人與社會需求的有效對接。

1.3 新方法

要求教師成為導師，引導學生主動實踐、拓展知識；要求探索形成教學新形態(tài)和人才培養(yǎng)“人文+科學+工程+其他”新方向。

1.4 新技術

要求根據(jù)通信領域科技發(fā)展前沿，不斷更新實踐教學內(nèi)容。針對相關教材及課程內(nèi)容滯后問題，在教學中隨時引進新技術、新成果，引導學生及時了解專業(yè)領域內(nèi)最新的技術、設備、理念等。

2 新工科理念下通信工程專業(yè)實踐教學改革方案

實踐教學與理論教學是一體兩面，二者相輔相成。對于通信工程專業(yè)來說，由于學校定位和培養(yǎng)目標及所在區(qū)域行業(yè)發(fā)展水平的不同，不同學校的理論和實踐課程體系均有差異。

2.1 修訂專業(yè)培養(yǎng)目標

通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)目標不僅需要體現(xiàn)工科專業(yè)特點，而且受所在區(qū)域行業(yè)發(fā)展水平及人才需求的影響。因此，作為專業(yè)培養(yǎng)目標修訂重點的實踐教學體系要充分考量專業(yè)設置特點及學校的內(nèi)外部條件?；谝陨霞靶鹿た菩聵藴室?，對唐山學院通信工程本科專業(yè)培養(yǎng)目標進行修訂，在原有基礎上增加了勞動教育，重點培養(yǎng)學生的動手能力，重點強化學生的工程實踐能力，可具體表述為：培養(yǎng)專業(yè)基礎扎實、知識面寬，具有較強的分析、設計與應用能力，特別是在現(xiàn)代通信技術與系統(tǒng)、通信網(wǎng)與計算機網(wǎng)絡及多媒體信息傳輸與處理、無線通信、物聯(lián)網(wǎng)通信等領域從事科學研究、設計開發(fā)、制造及網(wǎng)絡運行維護、分析等技術工作的能力，具有較強的創(chuàng)新意識、工程實踐能力及自主創(chuàng)業(yè)能力，文化修養(yǎng)較高、敬業(yè)精神和社會責任感強，德、智、體、美、勞全面發(fā)展的應用型高級專門人才。

2.2 優(yōu)化實踐課程體系

基于新工科新標準要求，根據(jù)教育部教育指導委員會制定的專業(yè)規(guī)范及通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)面向，將實踐教學貫穿通信工程專業(yè)整個本科教育階段，實踐學時數(shù)占總學時數(shù)的百分比達到25%以上。

2.2.1 增加課內(nèi)實驗學時

根據(jù)課程難易程度及教學需要，在相關專業(yè)課中增加課內(nèi)實驗學時，以提高教學效果。例如，“電磁場與電磁波”是后續(xù)相關專業(yè)課程的基礎課程，理論性較強，學生掌握的程度直接影響后續(xù)專業(yè)課程的學習效果，因此有必要適度增加實驗環(huán)節(jié)以幫助學生扎實掌握相關理論。為此，我們組建了“電磁場與電磁波”實驗室，增加了“電磁場與電磁波”實驗8學時。實踐證明，這8學時實驗課對學生理解并掌握電磁場與電磁波的傳播特性發(fā)揮了重要作用。此外，部分核心專業(yè)基礎課也視需要增加了實訓、實踐學時。

2.2.2 優(yōu)化集中實踐環(huán)節(jié)

對于課程設計、實習、畢業(yè)設計等集中實踐環(huán)節(jié)的設置如圖2所示。如基于Matlab是“通信原理”課程重要分析工具的考慮，在該專業(yè)第二學年增加了2周Matlab實踐實訓；根據(jù)“移動通信”課程需要，增加了2周LTE實訓。通過加強部分核心專業(yè)基礎課的實踐實訓學時，學生對專業(yè)理論知識的理解更加深入透徹，同時提高了動手能力和技術水平。

圖2 集中實踐課程體系

2.3 強化具有科研優(yōu)勢的相關課程實踐

基于新工科新技術要求，依托我校智能與信息工程學院在移動通信方面的科研優(yōu)勢，新建了LTE綜合實驗室，并且在相關課程中增加了移動通信課內(nèi)實驗學時，讓學生在實驗環(huán)境中了解更多先進的科研成果。參加相關認證考試和移動通信大賽等是激勵學生學習專業(yè)知識和拓展實踐內(nèi)容的重要途徑，將課程教學與之有機結(jié)合，鼓勵并指導學生積極參與其中也是增強相關課程實踐教學效果的重要環(huán)節(jié)。通過依托優(yōu)勢、強化實踐，學生能夠更快速、更熟練地掌握通信信息系統(tǒng)研究分析以及設計、開發(fā)的集成方法。

2.4 強化實踐引導機制

基于新工科新方法的要求實行導師制，由導師全面負責學生在校期間的學習并引導學生開展全方位的實踐活動。為提升實踐教學效果，積極與大唐移動通信有限公司等企業(yè)合作，建立模擬實踐環(huán)境、搭建仿真實驗平臺等，做到課內(nèi)與課外實踐相結(jié)合、本專業(yè)與交叉專業(yè)實踐內(nèi)容相結(jié)合、校內(nèi)與校外實踐相結(jié)合、競賽和實踐課結(jié)合。如與大唐移動通信有限公司合作建立了模擬實際運營商網(wǎng)絡的實踐環(huán)境，搭建了LTE核心網(wǎng)平臺。實踐平臺按真實電信機房環(huán)境搭建了4G通信實驗室，分成室外天饋系統(tǒng)、室內(nèi)分布系統(tǒng)、室內(nèi)主設備以及操作維護系統(tǒng)等幾部分，包含EPC，OMC-R，eNodeB等主要網(wǎng)元及配套的無線信號收發(fā)和傳輸設備。通過這一實踐平臺，學生能夠直觀感受無線高速數(shù)據(jù)通信功能，同時可在實訓時利用LMT軟件工具，通過BBU接口進行系統(tǒng)的操作維護和管理工作，從而迅速熟悉實際工作內(nèi)容及工作環(huán)境。

2.5 對接企業(yè)需求深化產(chǎn)教融合

基于新工科新模式要求，與相關企業(yè)簽訂協(xié)同育人協(xié)議，共同確定實踐內(nèi)容等，并且結(jié)合社會需求熱點隨時調(diào)整教學及實踐方向。如基于Labview的串口通信設計、嵌入式開發(fā)及物聯(lián)網(wǎng)技術實踐等，進一步強化學生針對通信系統(tǒng)和通信設備的科學研究及實踐能力。又如綜合設計電子線路類課程和信號與通信系統(tǒng)類課程的理論知識和實踐技能體系，改革原有通信技術綜合實踐教學內(nèi)容，融合前期基礎課程相關理論知識，既對前期知識進行復習，又對新學知識加以運用，使學生具備電子、計算機技術應用方面的設計開發(fā)能力。此外，通過校企深度融合，把一些企業(yè)科研和生產(chǎn)基地引進實踐教學及“雙師型”教師隊伍培養(yǎng)全過程，打造了集實踐訓練、工程創(chuàng)新、科學研究、社會服務于一體的專業(yè)實踐育人平臺，建成了集教育、培訓、研發(fā)于一體的共享型協(xié)同育人實踐平臺。近年先后與唐山朗源科技有限公司等多家企業(yè)合作建設了實習、實訓基地，這些平臺、基地的引進和建設，使學生在扎實掌握專業(yè)理論的同時，大大提高了實踐能力，同時使“雙師型”教師隊伍建設得到不斷加強。

3 新工科理念下通信工程專業(yè)實踐教學改革實施效果

新工科理念下實踐教學改革方案在我校2016級通信工程專業(yè)開始實施，效果主要體現(xiàn)在以下幾方面。

(1)強化了實踐教學環(huán)節(jié)，提高了學生實踐能力培養(yǎng)與人才社會需求的契合度。畢業(yè)設計題目30%以上來自企業(yè)需求，這使學生上崗后能很快勝任工作，普遍得到用人單位的認可。畢業(yè)生就業(yè)率顯著提高，一次就業(yè)率達到95%以上。

(2)學生在課堂教學及實習實訓中逐漸產(chǎn)生對科研和創(chuàng)新的興趣，參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)小組的人數(shù)逐年增加，截至2020年達到34%。

(3)認知、競賽、實習、學術交流等實踐教學平臺面向本專業(yè)所有學生，覆蓋率達到100%。自2016年至今，在歷屆“大唐杯全國大學生移動通信技術大賽”上，通信工程專業(yè)教師和學生屢獲殊榮，多位教師多次獲得全國教師賽一等獎，學生獲得國家級二、三等獎及省級一、二、三等獎數(shù)十組，充分展現(xiàn)了實踐教學改革的良好效果。