基于“新工科”背景的通信类课程教学改革

卢毅，王申

（石河子大学信息科学与技术学院，新疆石河子，832003）

一、工科课程改革的实践背景

进入21 世纪之后，信息技术不断革新，通信产业发展与我国持续加快的经济增长互相发挥作用，产生交汇，工程的作用在社会中也发生了重大改变，工程领域的创新及发展在人类社会发展中的重要性日益凸显。在这一背景下，我国提出“中国制造2025”、“互联网+”等创新驱动发展战略。工程学科的教育创新改革由此出现重大机遇，这一机遇不仅仅是学生和专业数量的增加，更多可以引起我们对传统工科教育的整体反思，继而进行改革和创新，增强工科教学对社会发展的适应性。首先需要创设一批面向未来社会发展的工科专业，其次要求对原有的工科专业传统教学模式进行改革创新。为了更好的支撑新经济的发展，各领域尤其是工科相关专业需要培养一批基础能力扎实，实践创新能力卓越，综合素质优秀的科技人才，这对于建设创新型国家具有重大战略意义。2017年，复旦共识、天大行动及北京指南共同拉开了“新工科”建设的大幕，引领我国高等教育改革创新的发展[1]。

在我国的发展历程中，经济与技术的发展受到高等工程教育强有力的推动，但也存在着一些问题，如人才培养滞后于科技发展的脚步，传统的课堂教授模式与新时代工科人才对实践能力的要求不相匹配，缺乏创新性人才，学生工程实践能力不能满足就业市场对技能要求等。因此需要构建以增强实践能力为导向，培养综合素质为基础的“新工科”教学模式。

“新工科”背景下的人才培养对工科课程教学提出新的要求，在人才培养过程中需要不断革新工程人才的知识结构。当今科学技术发展日新月异，要满足市场需求，就需要在人才培养中引进行业前沿技术，不断更新专业课程体系，打造满足学科发展的课程教学资源平台，在提升学生学习兴趣的同时，培养学生的专业素质。其次在教学过程中需要引入新的教学方式及教学理念对于提升人才培养效果也具有重要作用。在课堂教学中增加师生互动，探索新的教学模式与评估方法，进而构建出以学习者为中心的教学方式。最后在教学中引进新的教学技术，利用MOOC、翻转课堂、雨课堂的教学手段[2-3]，结合信息技术与教学实践，充分利用虚拟仿真等技术来改进实验教学进而不断完善“新工科”人才培养模式。

二、“新工科”背景下学科交叉与系统融合

在对通信类专业人才培养过程中，相关行业提出了对从业者主动面对行业变化，能够进行学科交叉与系统融合的要求。紧扣通信行业业务需求培养出创新型精英人才，对于保障通信行业发展具有重大意义。石河子大学在实用创新型通信人才培养模式探索过程中，根据“新工科”的内涵要求，积极结合区域经济社会发展与行业特色，取得了一些教改成果。

“新工科”自提出以来，多位学者对其内涵及建设路径进行了探究。李培根在探讨“新工科”内涵的基础上提出了在新工程人才培养过程中应着重培养学习者的批判性思维、系统思维、想象力等传统工科忽视的能力素质，在剖析专业、知识体系及课程的基础上探讨新结构，应当把新方法新手段引进到工科教学中去[4]。钟登华提出“新工科”的内涵主要包含三个层面：（1）积极应对变化，主动塑造世界的新理念；（2）多元化的人才结构及面向未来的人才质量的新要求；（3）继承与创新及交叉与融合的新途径[5]。以上讨论对于“新工科”背景下课程体系改革具有一定的指导意义。“新工科”的提出为工程教育特别是信息类学科理论教学及创新实践提供了新视角。

随着互联网行业的飞速发展和移动互联网技术的成熟，计算机技术对传统通信行业的影响越来越大，尤其是在“互联网+”背景下，计算机技术与通信行业呈现融合趋势。行业发展同时也催动着课程内容及教学体系的改变，新的通信类课程教学体系，需要学生深入理解互联网技术与计算机技术，尤其需要培养学生对信息行业前沿技术的敏感度，以满足行业对工程人才的需求。

除了要加强学科交叉的知识融合能力之外，当前工程人才培养体系还应注重对通信人才“系统观”的培养。如何培养具有系统思维能力的通信人才在工程人才培养过程中占据重要地位，通信类行业要求研究人员具有软硬件结合的系统贯通能力，能站在系统层面去分析解决问题。

三、“新工科”背景下通信类课程教学改革思路

通信工程作为典型的工科学科，已成为很多高校的热门专业，该专业学科实用性强，学生就业率高，受到理工科考生的青睐。通信类专业课程主要包括《数字信号处理》、《通信原理》、《信号与系统》、《计算机网络与通信》等，这些课程内容抽象，系统性、实践性强，要求学生有较为深厚的数学基础，在学习过程中，极易产生倦怠情绪，影响学习积极性和教学效果。如《计算机网络与通信》这门课程，专业知识复杂，理解难度大，学习方法也与《数字信号处理》、《电路与系统》等课程有所差别。

（一）改变教学理念，突破教育壁垒

在人才培养过程中，教师与学生是整个教学活动中的主体。传统教学理念以教师为中心，以教师的“教”来决定学生的“学”，未能很好发挥学生的主观能动性，对于挖掘学生潜能和拓展学生知识能力方面有一定的局限性。这就要求在“新工科”背景下开展通信类课程教学，必须从“以教师为中心”向“以学生为中心”转变。在教学过程中，加强师生互动，引导学生主动探索学习，动手实践，增强学生求知过程的趣味性，激发学习热情，在主动学习的过程中解决问题，从而培养动手能力强的实践创新型人才。

（二）面向市场需求，提升创新能力

通信类科学技术发展迅速，知识体系更新换代频率往往快于其他学科，高校的专业知识体系难以紧跟前沿技术发展，因此要培养出适合于市场需求的毕业生就显得尤为关键。“新工科”背景下，市场要求工程人才应具有较高的创新能力，从而满足国家战略发展的迫切需求，而且提高工程人才的工程创新能力也是“新工科”的内涵之一。近年来国家鼓励大学生创新创业，并在2015年政府工作报告中提出“大众创业，万众创新”，努力营造整个社会的创新氛围。作为国家未来的建设者，大学生需要紧跟“万众创新”的市场浪潮，在校期间努力提升创新能力。但是当前的人才培养体系，以终结性评价为主，学生们的学习目的单一，创新热情低。除此之外，大部分高校缺乏创新氛围，政策引导和具体措施力度不够、投入不足，对于学生创新能力的培养效果不佳。这就使得在校学习与市场需求脱节，在经过大学的通信类课程学习之后，不能很快投入到实际工程应用中去，更不必谈其创新精神和创新能力培养。因此，通信类课程需要革新教学模式，将教育目标由传统的以知识为导向转向创新实践能力培养，加大过程评价比重，通过课程考核更好地分配“学”与“教”的比重，鼓励学生参加各种创新实践活动，提升实践创新能力。同时，根据市场需求，优化教学环境，有针对性加大对教学软硬件的投入，也是提升培养质量的重要因素。

（三）创新教学手段，提高学习动力

随着网络及信息技术的飞速发展，新一代信息技术如移动互联网、云计算、人工智能等不断改变着人们的工作与生活，“互联网+”的提出也为工程类学科教育提供了新方法和新思路。借助于信息技术，知识获取突破了时间与空间的限制，可以打通线上线下两个教学空间，深度融合信息技术与课堂教学，引进最新教学手段，丰富教学内容，优化培养过程，从而提升教学效果。

要在工程类教学中实现教学创新，一方面需要打造优质课程资源，将翻转课堂引入通信类的教学中。例如，利用线上空间的MOOC 教学模式来拓展学习的时间跨度，另外SPOC 模式也可以深度融合线上线下教学空间，增强教学效果。这也可以让高校的线上课堂接受全社会监督，让教师以更严谨的态度来进行课程教学。另一方面还需要打造以学生为中心的教学环境。通过推进通信类学科的课程改革，加大教学手段和教学方法的改革力度，通过线上课堂来呈现优质教学资源，探究构建以学制、学分、学科考核为基础的教学管理制度。学生可以根据各自不同的学习目标，选择适合自己的线上学习环境、学习内容与课程安排，也可利用在线课程模式打造课程群，把各门通信类课程通过相近内容进行有机联接，更有利于学生对通信类课程的整体学习与掌握。这不仅在降低教师课堂工作量的同时实现了学生个性化的学习需求，同时也将传统的满堂灌教学模式转换为课堂内外主动探究的学习模式。学生可以就自主学习过程中遇到的问题与教师进行在线互动，或者在线下课堂有针对性的对问题进行讨论，践行“以学习者为中心”的教学理念。

（四）结合产业需求，增强校企合作

工程人才的培养终究要服务于工程本身，而只有在“新工科”背景下，结合区域经济社会发展需求和高校学科优势，高校才能形成自己的办学特色。因此，由政府、企业、高校等多方参与，打造校企结合的产学研培养体系，将高校育人、市场用人有机结合起来，就成为一种有效的工程人才培养途径。

首先，信息类人才培养强调产学研协同育人，而通信在越来越多的行业中发挥着重要作用，将产业需求和高校人才培养相结合，根据通信类课程特点及行业需求构建可行的实践教学模式，打造学科融合的“新工科”培养体系，从而形成复合型通信类人才培养的新模式。其次需要优化企业实践平台，以企业为主体，以满足行业需求为目标来培养学生的工程实践能力，综合利用高校与企业资源，实施双导师培养制度，聘请企业专家为学生授课，企业工程师担任学生的实践导师。企业与高校共同承担人才培养过程中的实践教学，从不同维度分析课程重难点，同时实施校企学术交流制度，打造协同育人平台。另外，从人才培养、科研合作、成果产出等各方面不断深化校企合作，互利共赢，打造多维度、深层次的校企合作机制。

四、“新工科”背景下通信类课程教学改革措施

（一）基于项目教学，培养创新能力

通信类课程具有较强的实践性，在实践过程中需要综合运用计算机软硬件理论。实验课程作为学生在校期间为数不多的动手操作课程，针对某一知识点的简单验证性实验难以真正提升学生的实践能力及对理论知识的内化学习。基于项目的学习（Project-Based-Learning，简称“PBL”）是以完成工程项目为基础，学生自我引导的学习模式,在教学中对提升学生的自学能力、团队协作能力及专业技能具有显著作用。基于项目教学的最终目标是需要通过实践过程中完成一项或多项任务，切实提升学生的实践动手能力。在该教学模式中，项目既是教学活动的出发点，也是学生在未来工作中可能遇到的实际问题，此类问题一般具有开放性，解决方法并不唯一，学生需要在完成项目的过程中自主探索，教师在教学过程中引导学生在完成项目的同时掌握课程的相关知识，并学会综合运用，同时鼓励学生使用不同的方法实现项目，培养学生创新能力，也增强学生的学习兴趣。

新的教学体系以完成最终项目为目的来开展教学活动，在通信类课程PBL 教学过程中，教师给予确定的课题范围，要求学生根据不同的课程进行知识综合或者使用不同学科方法进行实现。除此之外教师还应处理好教学进度与教学难度之间的关系，就学生的项目计划进行可行性分析，评估项目实现难度与工作量，其次对项目中所用专业知识与课程相关程度进行对比分析，最后就项目计划的难易程度进行总体把握。

（二）借助翻转课堂，提升教学效果

翻转课堂的教学模式最早由美国两名教师提出，近年来在国内应用也越发广泛，这一教学模式是对传统教学模式的颠覆，学习活动由教师引导，学生自主进行，这种教学模式使学生在接受知识过程中不再处于被动地位。重视学生在学习过程中的主体地位，引导其对知识的应用进行主动思考，不但增强了课堂的趣味性，让学生更易于吸收知识，也丰富了教学活动的开展形式，活跃了课堂氛围。

石河子大学通信课程教研室对开展翻转课堂教学进行了长期的研究与实践，并获得教学效果的提升。课程组综合当前混合式教学相关理论及国内外翻转课堂的教学案例，结合本校通信类课程教学实践，设计了通信类翻转课堂实施体系，并在2016 级电子信息工程的两个班进行实践，取得了较好的教学效果。

该教学模式设计主要分为课前，课中和课后三个模块，各自功能分别设计如下：

课前模块主要由教师进行，教师需要在该阶段安排教学内容，根据教学中的重难点建立知识库与试题库，针对每个知识点制作微课视频，一般控制在10 分钟以内，然后将教学资源发布至线上平台，学生根据需要自行学习，线上完成课前练习，就学习过程中的问题进行线上交流。

课中模块是教学活动实施的重点，此环节遵循“以学生为中心”的教学理念，教师就课前学习中学生遇到的普遍问题进行解答，增加小组讨论环节，学生主观能动性得以发挥。与传统教学模式不同，翻转课堂模式下教师理论讲授只占课堂时间的小部分，大部分时间由学生进行小组讨论或师生进行问题探讨。该方法使得师生互动增强，教师对学生的学习情况把握更加清晰，能够有针对性地帮助学生进行知识消化吸收，也可据此给出学生的平时分数，更全面地评价学生。

在课后模块中，学生可针对教师在课堂上对问题的解答及讨论，加深对所学内容的理解，还可以反复学习线上资源，练习课后习题对存在疑问的知识点加强学习并对学习效果及时进行验证。教师可以对学生课堂表现及线上学习情况进行针对性指导。教学行为从课上扩展到课下，不仅强了师生交流，也更好地检验了教学效果。

（三）构建多元考核，评估教学效果

评价体系是课程教学的指挥棒，也是教学活动中的最后一个环节。传统的课程评价体系较为单一，仅采取“平时分+期末成绩”加权成绩模式，忽视了对学生学习态度、过程表现、实践能力提升等方面的考察。本文提出的新通信类课程，使用项目教学法并结合现代教育手段，在教学实践中引入翻转课堂并进行综合性评价。新的考核方式尽可能多元化，以“过程性评价+综合性评价”为主，辅以终结性评价，全面评估教学效果。

五、结语

当前国家正在努力构建“创新驱动”发展模式，“互联网+”、“一带一路”等重大战略的实现，需要结合“新工科”的发展建设，高校在这一建设过程中承担着重要角色。通信类课程作为工程学科开设的普遍课程，将继续在创新型工程人才培养中发挥重要作用。以提升创新实践能力为目标，市场需求为导向，结合现代教育理念进行的课程教学改革探索，也将为兄弟高校加强工程类课程建设、培养工程人才提供可借鉴的经验。