高翔

[摘 要]通过分析“新工科”建设背景下通信工程专业中通信类课程实验实践类课程的教学理念和培养目标，制定了符合“新工科”建设要求的自顶向下和自地向上相结合的实验实践教学体系，体系中包括认知实践、基础实验、综合设计、专业实践和创新实践五个层次。对体系中关联课程的实验实践环节进行课程间打通，多门课程整体设计实验实践环节，使得学生的学习感受连贯、完整。对近两年来的实际教学和学生竞赛成绩数据进行分析和统计，统计结果表明，学生新课程体系满意度较高、实验实践成绩有所提升、学生可运用综合实践进行开发和参加竞赛时间向前推移，有效地提升了学生在“新工科”建设要求背景下的实践和创新能力。

[关键词]新工科;通信类课程;实验实践体系;多层次设计;一体化设计

[基金项目]2018年度山东大学（威海）教学研究与教学改革项目（B201807）

[作者简介]高 翔（1983—），男，内蒙古包头人，博士，山东大学（威海）机电与信息工程学院讲师，硕士生导师，主要从事认知无线电、5G通信研究。

[中图分类号] G642[文献标识码] A[文章编号] 1674-9324（2020）45-0-03[收稿日期] 2020-06-13

一、引言

近两年，国内高校“新工科”建设如火如荼。新工科建设是国家为主动应对新一轮科技革命与产业变革、支撑“服务创新驱动发展”等一系列国家战略而采取的重要举措。2017年，教育部积极推进，发布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》，全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验，助力建设高等教育强国。

通信技术以其高度的创新性和带动性，在国民经济发展中起着不可替代的作用。社会对具有工程实践能力和创新能力的通信工程专业人才的需求日益增加。本专业以培养高素质应用型人才为目标，突出实验实践教学，强化工程实践能力和创新能力的培养。因此通过研究和分析，探索建设符合“新工科”要求的新时期的通信类实验实践教学体系非常必要。

目前，对于通信类课程大多数高校都有针对课程使用的实验教学硬件和软件，同时在培养阶段不同时期开设综合设计课程和专业实践。针对实验实践教学体系，由于通信专业培养方案中需要融合电子类课程、软件类课程和信号处理类课程，各类课程配套实验实践教学环节通常针对理论教学单独设计，因此会造成学生学习过程中无整体框架概念，无专业技术层级递进概念以及没有专业课程间技术关联的概念。

针对这些存在的问题，我们探索建设了一套自顶向下和自地向上相结合的实验实践教学体系，从大一新生入校开始便进入所设计的实验实践教学体系内，连贯有序地培养学生实验实践技能、提高动手能力和建立创新思维，直至毕业前完成所有的实验实践培养环节并完成毕业设计（论文），从而实现层次化、递进化的培养。体系设计中重要且困难的地方是多门关联课程整体实验实践环节的一体化设计，我们通过整合课程、教师、实验室设备以及实践基地等资源，按照新工科培养要求，重新设计并建立新的实验实践体系。

二、实验实践教学理念和体系建设

（一）自顶向下和自底向上相结合的多层次实践教学体系

在一年级开设新生导论课程，课程分为软件类、电子类、通信类、信号处理类以及物联网类等多个模块，通过科普性教学和外出认知性参观实践使学生对专业有初步认识并提升对专业学习兴趣。将C语言、单片机技术课程提前到一年级开设，加大实验课时的比重，设计以问题和项目为导向的实验项目，使学生建立系统的概念。鼓励学生寻找和发现问题，进而提出课题。以课题实现为目标，由学生带着问题，采用主动探究的学习方式，在后续的专业课程学习和实验中不断寻找并调整课题的解决方法，自顶向下，逐步求精。这种自顶向下的实验教学，激发学生的专业兴趣，学生可以尽早开展科技创新活动，愿意积极思考、主动探索，培养学生分析解决问题的能力和工程意识。

构建“认知实践→基础实验→综合设计→专业实践→创新实践”的层次化实验实践教学体系。基础实验紧密结合理论课程，开设原理性验证实验和少量设计实验，培养基本的实验技能;课程设计通过综合设计课题，培养综合设计能力;专业实践以行业企业的实际工程项目为内容，培养工程实践能力;创新实践中通过参加各类学科竞赛和科研项目培养创新能力。这种层次化的实践教学环节，自底向上、由浅入深、循序渐进地完成从基础实验、综合设计到研究创新的实验实践训练和动手实践能力、创新能力的培养。

（二）将科技创新活动引入实践教学体系

采取多种措施，鼓励和引导学生开展课外科技创新活动，将大学生电子设计竞赛等课外科技活动纳入实验教学体系。专业教師为学生开设科技竞赛的培训课程，担任科研项目的指导教师，组织学生的创新实践活动;聘任科研、创新能力强的优秀高年级学生担任低年级学生的科研班主任;开展校企合作，聘请行业专家到学校来举办各种专业技术实训课程，指导学生完成实际工程项目;对学生开放实验室、建立校外实践实习基地、搭建创新实践平台。通过采用多元化的创新实践教学模式，着重培养了学生的工程素养和创新精神，人才培养效果显著。

（三）打通相关课程建立一体化的实验实践教学体系

以高频电子线路、通信原理、信息论及编码、移动通信四门课程实验实践教学体系一体化设计为例。四门课程层次不同，教学目的不同，配套实验环境不同，且课程配套实验中有大量重复部分，但都围绕通信系统完成高效且准确的信息发送和接收这一目的。因此，我们整合了教师、实验设备和实践环节，打破原本相互独立的实验课程体系，构建了一体化的实验实践教学体系。

体系中，高频电子线路的课程实验以multisim软件电路模块仿真和硬件实验为主，培养学生电路软件使用和设计能力、硬件电路测试和搭建能力，所有实验围绕模拟通信系统框架展开。通信原理的课程实验以matlab软件仿真和设计虚拟仪器方式完成，实验中剔除高频电子线路中涉及的模拟通信系统相关实验内容，主要以数字通信系统框架为主进行展开。信息论及编码的课程实验主要以Matlab软件仿真方式完成，但要求学生要以编辑代码的方式完成相关通信编码、译码的过程，对编译码实现的深层次机理要较高的要求，移动通信的课程实验和专业实践相结合，有校内教师和企业工程师共同承担授课任务，使用国内通信研发和运营企业使用的设备，以小组化、项目化方式进行专业实践。

三、實验实践教学体系的实施与反思

通过构建“认知实践→基础实验→综合设计→专业实践→创新实践”的层次化实验实践教学体系。学生可以更快进入专业课程学习状态，提高学生对于专业知识的认知、专业主要研究方向以及专业前景的了解。提高了学习专业知识的兴趣，学生更加善于发现问题和提出问题，目前每年有超过50%的大一新生在一年级课程学习结束前提炼出自己感兴趣的研究方向和题目，并得到学院科研立项支持。带着这些题目有的放矢地进行后续专业课程学习，不断充实和完善自己的研究题目，20%左右的学生在毕业前将自己的研究成果整理并刊发出了专业论文。通过对学生在该培养体系下的学习感受调查，学生好评率超过95%。

通过在二、三年级将各类大学生科技竞赛引入实践教学体系，新实验实践教学体系培养下的学生在全国大学生电子设计大赛、智能汽车大赛、挑战杯以及5G技术大赛中取得了优异的成绩，每年平均60人次左右获得国家级、省级奖励。学生在科技创新中取得的部分成果申请并获批了国家专利，发表了科研论文。

将部分课程实验实践教学体系打通后形成的一体化实验实践教学体系也越来越受到学生们的欢迎，且实验实践成绩逐年稳步提升。一体化实验实践教学体系在不增加原有课时的基础上，通过减少不同课程之间重复实验内容所节省下的课时，可以为学生更多开设综合实验和实践项目，是学生对专业知识的整体运用和创新设计有更多的动手实践机会。一体化实验实践教学体系的设计还使得学生对专业研究的手段和工具有全方位的认识和学习，体系中包括针对通信电路认识的硬件实验，包括针对通信电路设计的图形化设计软件，包括针对通信系统方法的软件实验，还包括面向工程实现的软硬件综合实验以及借助使用商用型设备进行的专业实践。这样的实验实践教学体系可以使学生构建通信系统的总体知识框架;不但可以具备测试和验证能力，还可以具备创新和设计能力;不但可以掌握硬件设计能力，还可以掌握软件设计能力;不但可以具备作为一名学生所需要具备的实践动手能力，还可以具备作为一名更贴近社会所需要的通信工程师所需要具备的实践动手能力。

针对新设计的实验实践教学体系实施过程中，也有一些不足和困难存在，需要在今后的实施过程中不断进行反思和完善。首先是学生个性化的需求满足程度不够高。新实验实践教学体系可以满足大部分同学对于专业实验实践学习的要求，但少部分同学对围绕通信类课程外围的相关课程非常感兴趣，例如对于软件开发类课程中的面向对象技术、JAVA技术、Android编程技术或者Python编程技术等。如果完全按照所设计的新教学体系强制学生完成所有实验和实践环节，恐怕会压制或扼杀学生对所感兴趣研究领域的探索和深入学习，因此需要制定更多个性化的培养模块。其次，完全实验室化的教学模式不能适应新时期实验教学的要求以及学生培养的特点。新时期的实验教学应该配合有多种教学模式和手段，例如开发口袋式硬件实验系统，使学生不但可以在实验室进行硬件实验和开发，还可以将实验带出实验室，随时随地进行实验和开发;开发基于云端的线上虚拟仿真实验平台，使学生不但可以在实验机房进行软件实验和开发，还可以借助云端的虚拟仿真实验平台，随时随地利用网络接入便可以进行学习和实验。

四、结语

我们所设计的“新工科”建设要求下的通信类课程实验实践教学体系是在充分理解“新工科”建设的要求下、在充分调研了新时期学生对于实验实践学习的要求和教师同行的教学理念下经过多次修订后形成的新的实验实践教学体系。经过几年来教学体系的实施，学生对于新体系的满意度很高，同时实验和实践动手能力也有很大程度的提高，这些可以从学生实验实践成绩的提高和越来越多的学生在全国和省级竞赛中取得佳绩上得以体现。因此，所设计的新实验实践教学体系在众多高校探索“新工科”背景下如何进行实验实践教学改革方面有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]陈燕.新工科研究进展与前瞻[J].天津大学学报（社会科学版），2020：214-222.

[2]陈宏滨，赵响.对照新工科的产业需求实施现代通信技术研讨式教学[J].教育教学论坛，2020（15）：254-256.

[3]王徐芳，吴怡，郑云.新工科理念下“扩频通信技术与应用”课程教学实践[J].电气电子教学学报，2019（6）：58-60，69.

[4]杨宝华，周琼，陈祎琼，等.面向新工科的通信工程专业实践体系建设及探索[J].电脑知识与技术，2019（33）：110-112.

[5]赵响，陈宏滨，陈冬梅，等.新工科理念下通信原理课程教学改革探索[J].教育现代化，2019（8）：54-56.

[6]王毅，王雨晗，郭慧.面向“新工科”建设的移动通信课程教学模式研究[J].科技风，2019（2）：73-74.

Research on the Experimental Teaching System of Communication

Courses under the Background of "Emerging Engineering"

GAO Xiang

（School of Mechatronic & Information Engineering， Shandong University， Weihai， Shandong 264209， China）

Abstract： This paper studies and analyzes the teaching concepts and training objectives of the experimental and practice courses in the communication engineering specialty under the background of the construction of "emerging engineering"， and establishes the top-down and ground-up experimental and practice teaching system that meets the requirements of the construction of "emerging engineering". The system includes five levels： cognitive practice， basic experiment， comprehensive design， professional practice and innovative practice. The experimental practice links of related courses in the system are opened between courses， and multiple courses are designed as a whole to make students experience coherent and complete. Through the analysis and statistics of the actual teaching and student competition performance data in the past two years， the statistical results show that the students' satisfaction with the new system is high， the experimental and practice performance has been improved， the students can use the comprehensive practice to develop and participate in the competition time to move forward， effectively improving the students' practice and innovation ability under the background of the "emerging engineering" construction requirements.

Key words： "emerging engineering"; communication courses; experimental practice system; multiple level design; integrated design