應(yīng)用型本科通信工程專業(yè)實驗教學(xué)改革探索

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）14-0033-05

Abstract：Accordingtotherequirementsoftheneweraand\"EmergingEnginering Education”reform，aplication-oriented undergraduatecollgesnedtoadapttothedevelopmentdemandsoflocaleconomyandsociety，andcultivateaplicationorientedtalentsguidedbyengineringpractice.ThispapertakesthecommunicationengineeringmajorofXiamenUniversityof Technologyasanexample，takestheimprovementofstudentsabilitytosolvecomplexengineringproblemsasastartingpoint， summarizestheshortcomingsofcurrntstudentsablity，sortsouttheshortcomingsofexistingexperimentalcoursesand experimentalteaching，andformsthereformideasandreformmeasuresofexperimentalteaching.Bysortingoutthecuiculum system，refiningtheexperimentaltopics，introducingvirtualsimulationexperimentteaching，andthentheconceptofmoral education，knowledgeandactionintegrationthoughoutteholeouse，itachevesacomprehensiveimprovementofsudents practice ability，innovation ability，and ability to solve complex engineering problems.

Keywords：emergingengineringeducation;aplication-orienteduniversity；communicationengiering;experimentalteaching; virtual simulation experiment

應(yīng)用型本科院校承擔著為服務(wù)地方區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展培養(yǎng)高素質(zhì)應(yīng)用型人才的職責，是推動現(xiàn)代職業(yè)教育高質(zhì)量發(fā)展的生力軍。從畢業(yè)生的能力定位來看，應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的是在動手能力方面比研究型高校學(xué)生強、在專業(yè)理論知識方面比高職高專學(xué)生強的應(yīng)用型技術(shù)技能型人才。這就要求應(yīng)用型本科院校建立一套以職業(yè)需求為導(dǎo)向、以實踐能力培養(yǎng)為重點、以產(chǎn)學(xué)結(jié)合為途徑的專業(yè)培養(yǎng)模式[2-5]。

電子信息產(chǎn)業(yè)是我國經(jīng)濟的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性支柱產(chǎn)業(yè)。福建省在“十四五\"規(guī)劃中明確提出要做大做強電子信息和數(shù)字產(chǎn)業(yè)，培育壯大大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)。作為地方性應(yīng)用型本科高校，多年以來堅持“以生為本、服務(wù)產(chǎn)業(yè)、培養(yǎng)海西一流親產(chǎn)業(yè)應(yīng)用型人才”的辦學(xué)目標，依據(jù)地方經(jīng)濟社會的發(fā)展需求動態(tài)調(diào)整人才培養(yǎng)方案，著力培養(yǎng)專業(yè)能力與產(chǎn)業(yè)需求相對接，個人價值與國家需求相對接的應(yīng)用型、創(chuàng)新型的新工科人才。

2022年2月25日，時任教育部高等教育司司長吳巖在全國高教處長會議上指出，我國高等教育發(fā)展下一階段的主題是“深化新教改、打造新形態(tài)、提高新質(zhì)量”。以學(xué)生為本，以實踐為導(dǎo)向，提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，既是應(yīng)用型本科院校在“新工科”背景下推進教育教學(xué)改革的探索，也是為了滿足地方產(chǎn)業(yè)向高校提出的培養(yǎng)應(yīng)用型、技能型、創(chuàng)新型人才的必然轉(zhuǎn)型[6-7]。

一 通信工程專業(yè)實驗教學(xué)現(xiàn)狀及改革思路

通信工程作為電子信息類的工科專業(yè)，具有“實踐出真知\"的專業(yè)特色，學(xué)生是否具備、具備怎樣的解決復(fù)雜工程問題的能力，也就成為檢驗專業(yè)建設(shè)質(zhì)量的一塊試金石。

對照“新工科\"課程建設(shè)要求，以及《華盛頓協(xié)議》刻畫的復(fù)雜工程問題的7個特征，總結(jié)目前對于學(xué)生能力有較大挑戰(zhàn)的4項特征，通過分析其指向的學(xué)生能力短板[10-13]，梳理現(xiàn)有的實驗課程、實驗教學(xué)的不足，可以得到實驗教學(xué)改革思路，如圖1所示。

（1） 梳理實驗課程承繼關(guān)系，做好工具方法的前后融合

復(fù)雜工程問題的“復(fù)雜”體現(xiàn)在其具有較高的綜合性，包含多個相互關(guān)聯(lián)的子問題，要求學(xué)生必須能夠進行正確拆解，逐個擊破。常規(guī)的課程設(shè)置中，理論課程與實驗課程往往是一一對應(yīng)的配套關(guān)系，例如信號與系統(tǒng)對應(yīng)信號與系統(tǒng)專題實驗；另一常見形式是理論課程包含課內(nèi)實驗，如C語言程序設(shè)計課程包含課內(nèi)編程實驗。實驗課程為了理論教學(xué)服務(wù)，在課程銜接上考慮了理論課程的承繼關(guān)系，忽視了實驗課程在學(xué)生能力培養(yǎng)上的連貫性，導(dǎo)致學(xué)生無法主動意識到后續(xù)實驗課程可以使用之前學(xué)習(xí)過的編程工具或?qū)嶒灧椒?。?fù)雜工程問題涉及多門課程工具方法的應(yīng)用，聯(lián)動性的缺失造成了學(xué)生能力的碎片化，學(xué)生能夠解決某個實驗中獨立出現(xiàn)的簡單問題，但對于多個簡單問題組成的復(fù)雜工程問題，需要用到多種工具，則不知從何下手。為此，需要從工具方法的使用承繼上梳理實驗課程的關(guān)系，建立前后課程的融合支持[14]。

（二）從實際應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)項目中精煉實驗課程選題

復(fù)雜工程問題的本質(zhì)是必須運用深入的工程原理對實際問題進行分析才能解決，學(xué)生在面對復(fù)雜工程問題時遇到的第一個難關(guān)就是如何透過工程表象理解其對應(yīng)的抽象模型與理論知識。實驗課程也必須成為學(xué)生跨越這一難關(guān)最重要的推手。

傳統(tǒng)的實驗課程內(nèi)容主要是圍繞某一知識點或掌握某一工具進行設(shè)計的，是知識導(dǎo)向而非項自導(dǎo)向、能力導(dǎo)向的。例如移動通信原理中的OFDM信號收發(fā)實驗，使用硬件實驗箱搭建收發(fā)系統(tǒng)后通過示波器觀察信號波形與頻譜，脫離實際通信系統(tǒng)。學(xué)生在這個實驗中意識不到OFDM技術(shù)就是自己每天使用的4G移動網(wǎng)絡(luò)中的核心技術(shù)，感受不到如何通過這個技術(shù)提升4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率。學(xué)生在實驗中獲得了知識，但并不能將之與實際應(yīng)用聯(lián)系起來，這就不能滿足當前工程教育對于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求。

針對這一癥結(jié)，需要從教師的科研課題、企業(yè)實踐經(jīng)歷、畢業(yè)實習(xí)和畢業(yè)設(shè)計等選題中，選出難度適中的課題，將之融合進實驗設(shè)計中，做好鋪墊，循序漸進地讓學(xué)生在實驗課程中逐步接觸到實際工程問題，從而理解理論知識如何應(yīng)用于工程實際。

（三）虛實結(jié)合、以虛補實，拓展實驗課程內(nèi)容，提高創(chuàng)新能力

復(fù)雜工程問題的特征之一是不能僅靠常用方法完全解決，需要一定的創(chuàng)造性、創(chuàng)新性思維。而受限于應(yīng)用型本科院校的辦學(xué)條件和實體硬件約束，目前的實驗課程中驗證性課題的占比偏大，按部就班的內(nèi)容和流程嚴重影響了對學(xué)生設(shè)計能力、研究能力和創(chuàng)新思維的養(yǎng)成。虛擬仿真實驗可以突破實體約束，通過虛實結(jié)合的方式極大地拓展課程設(shè)計的空間，提升內(nèi)容和流程的自由度，為學(xué)生打造高質(zhì)量的設(shè)計性、研究性實驗課程。

（四） 將全面培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)貫徹到日常實踐教學(xué)活動中

解決復(fù)雜工程問題還對工程師本人的素質(zhì)提出了高要求，必須通盤考慮多方面的非技術(shù)因素，如環(huán)境保護、社會影響等，同時恪守工程師的職業(yè)道德。常規(guī)實驗課程的考核評價一般是以實驗結(jié)果、實驗報告為評判基準，師生在實驗過程中往往只重視如何做出高質(zhì)量的成果而忽視了非技術(shù)因素。其實，實驗課程因其溝通理論知識與實際應(yīng)用的橋梁作用，是學(xué)生在進入工作崗位之前，提前了解工程師角色與其社會責任的最好平臺，理論課程同樣是開展課程思政、落實立德育人根本任務(wù)的主陣地之一。因此，更加需要實驗課程專任教師在教學(xué)活動中將科學(xué)態(tài)度、工匠精神、愛國情懷傳遞給學(xué)生，幫助學(xué)生建立正確的價值觀。

二 實驗課程改革舉措

按照“思政領(lǐng)航、專業(yè)為基、產(chǎn)教融合、能力導(dǎo)向”的教學(xué)理念，和\"虛實結(jié)合、以虛補實\"的實驗課程設(shè)計思想，將前述改革思路落實為具體的改革措施。

（一）以工程認證為抓手，做好頂層設(shè)計，重新修訂通信工程專業(yè)實踐類課程的課程目標

在2018版《工程教育認證通用標準》的12項畢業(yè)要求中，5項技術(shù)能力要求均明確提出了以解決復(fù)雜工程問題為目標。以通信工程專業(yè)的工程認證為契機，全面修訂通信工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，梳理現(xiàn)有實驗課程的課程目標和內(nèi)容，新增開設(shè)一批高階實驗課程，調(diào)整一批實驗課程的定位及其課程目標，理順一批實驗課程的能力承繼關(guān)系。從而建設(shè)通信工程專業(yè)課程矩陣，以4年的專業(yè)培養(yǎng)為依托，設(shè)置合理的能力培養(yǎng)路線，有計劃、有步驟地引導(dǎo)學(xué)生循序漸進地完成對復(fù)雜工程問題的認識、分析、嘗試、實踐和總結(jié)，獲得成功解決問題的體驗，提高技術(shù)自信，從而持續(xù)提升解決復(fù)雜工程問題的能力。

（二）精煉實踐項目選題，建設(shè)融合多門課程的綜合性實踐案例庫

要解決學(xué)生能力碎片化的問題，需要在實驗課程中讓學(xué)生掌握對復(fù)雜問題的拆解與綜合

“拆解”，要求在課程設(shè)計時有目的地將復(fù)雜問題分解至不同課程或不同實踐課題中，讓學(xué)生了解自己掌握的工具方法能夠解決一個大型復(fù)雜工程問題的哪一部分。如圖2所示，溫濕度智能監(jiān)控項目是目前智能家居、智能樓宇、智能溫室等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的常見應(yīng)用之一，該項目可分解為信號處理、硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、實現(xiàn)與測試幾個部分，分別融入對應(yīng)實驗課程中。學(xué)生在信號與系統(tǒng)專題實驗中學(xué)習(xí)MATLAB編程進行模擬信號采樣，驗證奈奎斯特采樣準則；在通信原理實驗中觀察到采樣信號的頻譜與波形，進一步理解采樣頻率不合適時出現(xiàn)的失真現(xiàn)象；在單片機技術(shù)課程設(shè)計中學(xué)習(xí)單片機控制系統(tǒng)開發(fā)，溫濕度傳感器硬件模塊選型，搭建硬件電路進行溫濕度信號采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換；在嵌人式系統(tǒng)課程中學(xué)習(xí)構(gòu)建基于硬件開發(fā)板的Linux系統(tǒng)，能夠通過遠程控制程序進行信號傳輸與控制；在專業(yè)綜合實踐課程中通過分組合作，完成整個系統(tǒng)的制作和測試，撰寫專題報告。

實驗課程選題有豐富的來源：畢業(yè)設(shè)計、畢業(yè)實習(xí)、各級學(xué)科競賽和教師科研項目等。從中精選難度適中、與專業(yè)培養(yǎng)目標契合性強、適合在實驗課程矩陣中進行拆解綜合的復(fù)雜工程問題形成實驗案例庫。

其中，重點關(guān)注教師橫向課題，從企業(yè)的實際需求中提煉選題，為培養(yǎng)滿足產(chǎn)業(yè)需求的應(yīng)用型人才打好實踐基礎(chǔ)。

（三）以虛補實，利用虛擬仿真實驗提升課程高階性和挑戰(zhàn)度

虛擬仿真實驗作為新的數(shù)字化實驗教學(xué)手段，能夠有效解決大型實體實驗做不了、不能做的問題，非常適合用于開發(fā)綜合性實驗課題，學(xué)生可以便利地嘗試多種解決方案，極大地提升了實驗課程的高階性和挑戰(zhàn)度，培養(yǎng)學(xué)生的研究能力和創(chuàng)新思維。

本著“以虛補實、能實不虛”的原則，通信工程專業(yè)在移動通信原理、專業(yè)綜合實踐等高階課程實驗中開發(fā)精品虛擬仿真實驗案例。其中，移動通信原理課程淘汰了原有的硬件箱驗證實驗，而將學(xué)生就業(yè)中的一大職業(yè)方向一一網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)測試工程師所需要的移動通信網(wǎng)絡(luò)測試和優(yōu)化能力作為課內(nèi)實驗的訓(xùn)練重點，結(jié)合虛擬仿真實驗軟件重新開發(fā)了一批密切貼合學(xué)生實際生活的實驗案例。

例如以校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)化為主題開發(fā)的虛擬仿真實驗，以學(xué)生們最熟悉的校園為實驗場景，以現(xiàn)實中存在的通信基站位置為參考，要求學(xué)生完成布站設(shè)計、覆蓋測試與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。該課題于2021年季學(xué)期首次引入課程即獲得學(xué)生積極響應(yīng)。圖3和表1節(jié)選了歷屆學(xué)生的部分實驗結(jié)果，有學(xué)生提出并論證在學(xué)校最高點建一個基站覆蓋全校的利弊，有學(xué)生為了驗證不同功率組合的效果反復(fù)測試，有學(xué)生在實驗中驗證了校園某處位置為何長期信號不良，等等，這都是實體實驗中無法完成的設(shè)想，但在虛擬仿真實驗平臺上可以得到實踐。虛擬仿真實驗突破了硬件約束，使得學(xué)生們可以在極高的自由度下充分試驗自己的設(shè)想，在不斷的試錯、研究與改進中提高了學(xué)生的研究與創(chuàng)新能力。

第一食堂 極美院子民宿基7_知行4號模小區(qū)：甲 2期自A達5明理9_小區(qū)：X425海翔大道 小區(qū)：教工食堂 理8號教學(xué)表 天馬路O L血 8工 藝術(shù) 手機：RSPP：-8：24血 血 行政樓廈門理工學(xué) 4A2工校小區(qū)： 地/實工1號區(qū)D 血 32XA 廈門理工文化傳播系 學(xué)院實驗樓血 蓋站4_明眼4號樓_小區(qū)：明理園2號樓AS 血明理園7號校學(xué)樓資源，包括電子信息類虛擬仿真實驗121個，其中國家級一流課程14個，省級一流課程51個。后續(xù)將從中選取符合應(yīng)用型本科定位及通信工程專業(yè)培養(yǎng)目標的精品實驗案例，引入對應(yīng)的課程，通過優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享取長補短，進一步提升通信工程專業(yè)實驗課程教學(xué)水平。

（四） 以立德樹人為導(dǎo)向，實踐課程思政，實現(xiàn)知行合一

一名合格的工程師不僅需要扎實的技術(shù)能力，更需要正確的價值觀和職業(yè)素養(yǎng)。實驗相比于理論講授，更能讓學(xué)生通過親力親為，感受并踐行社會主義核心價值觀，實現(xiàn)知行合一。在實驗過程中向?qū)W生傳達實事求是的科學(xué)精神，一絲不茍的工匠精神和精益求精的創(chuàng)新精神。同時在課程設(shè)計中通過情境構(gòu)建和還原，引導(dǎo)學(xué)生體會非技術(shù)因素對于工程實踐活動的影響。例如在移動通信原理課程的負載均衡案例中，以古田會議紅色文旅為背景，要求學(xué)生必須考慮景區(qū)節(jié)假日與非旅游旺季時段業(yè)務(wù)流量的不同進行彈性的負載均衡；計算提升基站發(fā)射功率增加的能耗和干擾，理解綠色通信的內(nèi)涵。學(xué)生在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方案時還需要考慮周圍環(huán)境的限制，不能在高壓電站和加油站附近建設(shè)新基站，景區(qū)的基站站點需要合適的外觀偽裝從而不破壞人文景觀。實驗場景中的人文、社會、環(huán)境和道德等因素不僅豐富了實驗設(shè)計也更加貼合實際，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三 改革成效

2020年以來，通信工程專業(yè)通過實驗教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容改革，顯著提升了學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維。既有挑戰(zhàn)性又有吸引力的實驗項目還提升了學(xué)生的專業(yè)興趣，提高了學(xué)生參加學(xué)科競賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目的積極性。2020一2023年，在“互聯(lián)網(wǎng) + ”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、大學(xué)生電子設(shè)計競賽、大學(xué)生新一代信息通信技術(shù)大賽等學(xué)科競賽中獲獎56項；獲批大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目63項，其中國家級項目6項；建設(shè)省級虛擬仿真實驗教學(xué)一流課程1門，省級線上線下混合式一流本科課程5門。2022年，通信工程專業(yè)獲批成為福建省級一流本科專業(yè)建設(shè)點。

四 結(jié)束語

在“新工科”建設(shè)理念的指導(dǎo)下，通信工程專業(yè)明確自身定位，從應(yīng)用型本科的人才培養(yǎng)目標出發(fā)，以提升解決復(fù)雜工程問題的能力為切入點，以學(xué)生為主體，以工程實踐為導(dǎo)向，開展實驗課程和教學(xué)體系改革，激發(fā)了學(xué)生的實驗興趣，提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。為應(yīng)用型本科走出特色發(fā)展之路，提升學(xué)生工程應(yīng)用能力和工程素養(yǎng)做出了有益探索。

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