新工科背景下思政教育與專業(yè)特色融合的綜合實驗設(shè)計

王 勇，張躍宇

(西安電子科技大學網(wǎng)絡(luò)與信息安全學院，陜西 西安 710071)

0 引言

在中國共產(chǎn)黨成立100周年之際，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《關(guān)于新時代加強和改進思想政治工作的意見》。《意見》指出，把思想政治工作作為治黨治國的重要方式，深入開展思想政治教育提升基層思想政治工作質(zhì)量和水平，推動新時代思想政治工作守正創(chuàng)新發(fā)展。在2019年的全國思想政治教師座談會上，習近平總書記又提到：“做好高校思想政治工作，必須用好課堂教學主渠道，增強思想政治教育的親和力和針對性，滿足學生成長發(fā)展的需要和期望，使各類課程與思想政治理論課同方向發(fā)展，共同形成協(xié)同效應(yīng)”、“辦好中國特色社會主義大學，必須堅持以德育人，把社會主義核心價值觀的培育和實踐融入教書育人全過程，實現(xiàn)全過程育人、全面育人”[1]。以上論述強調(diào)了知識傳授與價值引導(dǎo)有機結(jié)合的必要性和重要性。應(yīng)充分意識到，高校教師應(yīng)以德育為準則，以“新課程理念”為核心，以專業(yè)背景為依托，將學生能力培養(yǎng)與思政教育相結(jié)合。

《通信原理》及其配套的綜合實驗課程，作為電子與通信領(lǐng)域的骨干核心課程，在相關(guān)專業(yè)的培養(yǎng)體系中占有極其重要的地位。伴隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人類社會正在向著數(shù)字化、智能化和綜合化的方向飛速發(fā)展，必將對人們的生活方式、經(jīng)濟發(fā)展、國防現(xiàn)代化產(chǎn)生深遠的影響。為激發(fā)學生的學習興趣和學習動力，以潛移默化的方式實現(xiàn)大學生思想政治教育，倡導(dǎo)和培養(yǎng)學生樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀、榮辱觀，增強學生的責任感[2]，本文圍繞如何在《現(xiàn)代通信與安全綜合實驗》課程中開展課程思政，如何結(jié)合實驗內(nèi)容和光榮校史，提出作者的觀點和建議。同時，為加強本專業(yè)“全員育人、全程育人、全方位育人”的思想政治建設(shè)和課堂教學優(yōu)化，提供參考和借鑒。

1 思想政治教育現(xiàn)狀

1.1 知識講授和思政意識有待加強

《現(xiàn)代通信原理》課程涵蓋的各種概念、原理并不是孤立的，而是關(guān)聯(lián)的、系統(tǒng)的[3]。主要包括利用模擬幅度調(diào)制和角度調(diào)制，實現(xiàn)對系統(tǒng)的抗噪性能和相干解調(diào)的信噪比分析能力和計算能力；根據(jù)數(shù)字基帶信號的特征，分析信號的功率譜和帶寬特性；利用數(shù)字頻道傳輸技術(shù)，具備分析各類通信技術(shù)性能差異的能力，并可以根據(jù)應(yīng)用場合選擇合適的調(diào)制技術(shù)，設(shè)計復(fù)雜工程問題。面對過強的理論性和抽象性，要求教師在教學中應(yīng)該培養(yǎng)學生利用相關(guān)知識和數(shù)學模型方法對通信設(shè)備與信息系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、應(yīng)用和集成等復(fù)雜工程問題模型進行仿真和分析[4-5]。我們通過《現(xiàn)代通信與安全綜合實驗》課程引入綜合性實驗，改變過去簡單的、單一的知識點驗證實驗，提高實驗內(nèi)容的綜合性、涵蓋性，使學生能夠全流程參與小規(guī)模通信系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計和開發(fā)，擺脫過去“只見樹木，不見森林”的窘境。同時，在設(shè)計實驗具體內(nèi)容時，融入對知識背后所需的人文思維、工程思維、價值思維等的訓練。

1.2 能力訓練和職業(yè)素養(yǎng)有待提高

《現(xiàn)代通信原理》內(nèi)容復(fù)雜，邏輯性強，課程對學生的培養(yǎng)最終將落實到專業(yè)能力實踐上。實驗教學自身的系統(tǒng)性和體系性欠缺，缺乏合理的實驗內(nèi)容和實驗條件等不利因素，對系統(tǒng)性的培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、實際動手能力和解決實際問題能力都將產(chǎn)生消極影響。現(xiàn)有實驗內(nèi)容更多的是驗證性或觀察性實驗，學生只能按部就班去做，自主發(fā)揮較少。也正由于缺少設(shè)計型、分析型和綜合型的實驗項目，實驗內(nèi)容不夠貼近工程實踐，導(dǎo)致學生的學習興趣不濃，限制了學生的靈感和創(chuàng)造性發(fā)揮。

1.3 教學內(nèi)容和教學形式有待改進

近年來，信息技術(shù)與教育教學深度融合。線上線下教學工具和助教軟件為我們完成教學任務(wù)提供了有力保障。但是，目前大多數(shù)教師偏愛采用多媒體PPT按照課本方式進行教學，較少采用互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計在線虛擬仿真實驗或結(jié)合軟件無線電平臺開展信號處理設(shè)計。因此，難以滿足當代學生的個性化需求，更難以激發(fā)學生參與教學互動的積極性。此外，部分教師知識結(jié)構(gòu)陳舊，缺乏生動典型案例豐富教學內(nèi)容；沒有根據(jù)新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、學生實際情況和思政發(fā)展動態(tài)調(diào)整教學內(nèi)容；教學內(nèi)容缺乏與時事和社會現(xiàn)實的聯(lián)系，甚至缺乏思想政治教育的意識。

2 思想政治教育新途徑

開展形式多樣的立德樹人、教書育人是教育的神圣職責。這里所說的“德”，是指馬克思主義道德和社會主義道德，以及我國人民在長期實踐中培養(yǎng)和形成的傳統(tǒng)美德[6]。為使思想政治教育貫穿于通信綜合實驗課程學習的全過程，有必要探索課程的教學和實踐途徑，開展思想政治教學和德育培養(yǎng)的融合。

2.1 “半部電臺”開啟校史

西安電子科技大學的校史是與中國革命史緊密聯(lián)系在一起的[7]。戰(zhàn)爭年代，她自強不息，堅忍不拔，在第一次反“圍剿”戰(zhàn)斗中，繳獲半部電臺（發(fā)信機損壞），此后紅一方面軍組成了無線電隊，人民軍隊從此有了無線電通信。從“中央軍委無線電學校”，到“中國人民解放軍軍事電信工程學院”，再到如今的“西安電子科技大學”，在中國革命發(fā)展的每一個時期，她都是黨中央、中央軍委的“千里眼”和“順風耳”，紅色的電波傳遍了大江南北。當談?wù)撈鹞麟姷募t色校史，每一個西電人都能娓娓道來，充滿了自豪感和使命感。這不僅是學校的寶貴財富，西電人的精神脊梁，同時也是通信類課程開展思政教育的珍惜資源。充分利用西電的光榮紅色校史，在通信實驗設(shè)計中引入無線電臺通信實驗，讓西電學子在學習專業(yè)知識的同時，感受革命先烈當年的革命工具和工作方法，實現(xiàn)科學知識辨人、高尚德育和魅力人格說服人，進而潛移默化地影響學生的價值觀和人生觀。

2.2 實驗案例設(shè)計與光榮校史的弘揚

一部電臺通常既是發(fā)射機（發(fā)射信號），又是接收機（接收信號），當然也有功能單一的發(fā)射機和接收機。利用電臺可以多種方式通聯(lián)，常見的通聯(lián)方式有五種，分別是：語音方式、摩爾斯電碼方式、無線電傳方式、電視方式和數(shù)字方式。摩爾斯電碼也被稱作摩斯密碼[8]，是一種時通時斷的信號代碼，通過不同的排列順序來表達不同的英文字母、數(shù)字和標點符號。它是一種早期的數(shù)字化通信形式，不同于現(xiàn)代化的數(shù)字通訊，摩爾斯電碼只使用“0”和“1”兩種狀態(tài)的二進制代碼。

在先修的《現(xiàn)代通信原理》隨堂實驗中，同學們已經(jīng)完成了GNU Radio平臺安裝和流程圖編程，針對課堂內(nèi)容開展了信號源生成及波形分析、AM調(diào)制與解調(diào)、ASK信號調(diào)制與解調(diào)、PSK多徑效應(yīng)和時鐘恢復(fù)、AM廣播電臺接收機、FM廣播電臺發(fā)射機等實驗內(nèi)容，初步具備了通信項目的開發(fā)能力；同時，根據(jù)已學的《現(xiàn)代密碼學》和《無線通信網(wǎng)絡(luò)安全》知識，可以有意識的在通信實驗中引入安全理念，采用合理的安全技術(shù)實現(xiàn)可靠傳輸。

因此，在莫爾斯碼電臺收發(fā)實驗設(shè)計中，為了使學生更好的體驗真實無線電波的發(fā)送和接收，我們使用軟件無線電（SDR），實驗過程中涉及的頻帶、空中接口協(xié)議和功能等可通過軟件下載和更新來升級，而不用完全更換硬件。首先，根據(jù)編碼手冊編寫摩爾斯電碼與英文字母、數(shù)字及部分標點符號互譯的Python程序；其次，基于GNU Radio平臺繪制信號處理流程圖，實現(xiàn)無線電波的發(fā)送和接收，主要功能模塊包含：信源編碼、符號調(diào)制、抑制碼間干擾、載波調(diào)制、濾波等；最后，利用 PC聲卡的音頻捕捉播放功能，編程實現(xiàn)摩爾斯電碼的可視化收/發(fā)。同時，我院的主要專業(yè)特色是信息安全和網(wǎng)絡(luò)空間安全，在摩爾斯碼收發(fā)過程中有意識的引入密碼學知識，對發(fā)送的電碼進行加密并以密文的方式傳輸，可以有效對抗竊聽和中間人攻擊，實現(xiàn)信息的安全傳輸。具體實現(xiàn)時，初期可以利用鍵盤或鼠標作為輸入設(shè)備進行摩爾斯電碼發(fā)報練習，為了進一步更逼近于真實操作場景，我們還可以使用3.5 mm接口接入K4電手鍵進行發(fā)報操作，如圖1所示。

該實驗內(nèi)容改變過去簡單的、單一的知識點驗證實驗，提高實驗內(nèi)容的綜合性、涵蓋性，使學生能夠全流程參與小規(guī)模通信系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的設(shè)計和開發(fā)。

2.3 政治元素融入應(yīng)用實踐

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，教師應(yīng)采取多種教學方式，將創(chuàng)新性內(nèi)容納入課程設(shè)計，適時采用翻轉(zhuǎn)課堂形式，發(fā)布開放題目，讓學生參與到自主實踐中[9-10]。比如，針對選課同學舉辦業(yè)余無線電發(fā)報比賽，利用實驗課中實現(xiàn)的無線電發(fā)報機，組隊同學分隔兩地分別完成發(fā)報和譯碼，既鍛煉了摩爾斯碼發(fā)報速度和準確性，又鍛煉了抄報譯碼水平，如圖2所示。

通過團隊合作，培養(yǎng)學生的團結(jié)、合作、交流意識，開闊視野，提高榮譽感和使命感。基于互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，學院開發(fā)了在線虛擬仿真實驗平臺（如圖2所示），基于該平臺學生可以隨時隨地的開展通信創(chuàng)新性實驗，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，提高他們的學習主動性和課程自信心，鼓勵學生探索學科前沿，甚至可以規(guī)劃適合自己興趣的學習生涯。此外，還可以鼓勵學生參與教師的科研項目，并積極創(chuàng)造條件去聆聽企業(yè)工程師講解工程案例和經(jīng)驗，提升職業(yè)認同感。

3 結(jié)論

高校思想政治教育不僅是思想政治教師和輔導(dǎo)員的責任，也是每一位專業(yè)課程授課教師的共同責任。要達到立德樹人、教書育人的效果，高校教師必須深刻認識課程思政教育的重要性和必要性，潛心積累思政教材，巧妙設(shè)計思政教學環(huán)節(jié)，實行教學內(nèi)容多元化、教學手段多樣化和思政教育親民化的有機融合。我們設(shè)計的實驗內(nèi)容從西電的光榮紅色校史入手，在緊貼培養(yǎng)目標和課程達成度的前提下，讓我院學子在學習專業(yè)知識的同時，感受革命先烈當年的工作方法，既身臨其境又教學相長，進而潛移默化地影響學生的價值觀和人生觀。