面向能力培养的通信工程实践教学体系重构

韦娟 刘乃安 付卫红 李晓辉

[摘 要] 以核心能力培养为出发点，以通信工程领域学生具备工程基础、应用能力、胜任工作和持续发展的实践教育体系为目标，在新工科、智能化、大数据背景下，重新定义实践教学体系。通过实践课程重构的设计模型和设计方法进行顶层设计，将能力培养贯穿始终，形成工程思维与系统思维贯穿全链条模式，让实践体系内的各环节、各要素、各层次动起来、联起来，联动起来。

[关键词] 通信工程;实践教学;核心能力培养;重构

[中图分类号] G642    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）41-0203-03    [收稿日期] 2020-06-16

高等学校工科教育“回归工程”已成为大家的共识，从“卓越工程师计划”到“新工科”建设始终坚持能力培养为核心[1]。工程教育专业认证更是将各种能力细化，贯穿于长期的培养目标和短期的毕业要求中，毕业时以达成度来衡量学生对各种能力的掌握程度，通过毕业后五年的大闭环来检验是否达到培养目标。

关于能力培养方法，目前常用的有CDIO（构思conceive、设计design、实现implement和运作operate）方法、做中学方法、基于项目的项目设计法、基于竞赛的创新竞赛法等[2，3]，虽然都有不错的效果，但是很难适用于全部课程、全部学生、学生全部时间（时间有限），特别是很难适用于全部教师，也就是说普适性不足，不能成体系，推广起来比较困难。此外，通信工程等IT（information technology）或ICT（information and communication technology）行业发展突飞猛进，随时都有新理论的突破、新技术的出现、新应用的推广，如何抓住本质，把握日新月异的新理论、新技术和新应用，以及将其与学生的能力培养相结合，通过专业实验这样的载体实现基于能力培养的实验教学体系重构和教学资源和方法的供给侧改革，是值得深入思考和讨论的问题。

西安电子科技大学通信与信息工程国家级实验教学示范中心（以下简称实验中心）2007年获批教育部高等学校实验教学示范中心建设单位，2014年底获批国家级虚拟仿真实验教学中心。本实验中心是西安电子科技大学通信工程领域的专业实验教学基地，其教学内容涵盖了通信原理、随机信号分析、计算机通信网等课程的基础实验、综合实验和创新实验。为充分利用本校的相关实验资源，将各专业性创新实验资源纳入实验中心进行统一管理，为学生开展创新实验提供必要的条件和环境，结合多年的实践探索经验及通信工程新技术和新应用，分析专业人才培养所需的能力结构，研究各种能力之间的相互关系和重要程度，重构通信工程专业领域人才培养核心能力体系。探索构建基于能力培养的通信工程专业的专业实验系列平台，形成较为完善的基于能力培养的通信工程专业实验教学体系。

一、实践教学体系构建

实验教学体系如何构建是一个既宏观又具体的问题[4]。实验教学包括的内容很多，既有实验教学理念和原则等虚化的内容，也有实验平台、实验教材等实体内容，还有实验方法和评价方法等既实又虚的部分。本文结合西安电子科技大学通信工程专业，从实验教学体系构建原则、实验课程重构设计方法、实验教学体系、资源与平台重构、模式重构等方面进行探究。

（一）实践教学体系构建原则

通信工程技术日新月异，但深入分析后发现其本质仍然是连接与交换。根据这个思想，利用SDX（软件定义一切）的方法，构建SDR（软件定义无线电）和SRN（软件定义网络）专业实验平台，重点体现设计能力（思维）、系统能力（思维）、工程能力（思维）等。

实践教学体系构建时，一般遵循的原则是将本科与研究生的知识、能力和素质统一;将工程训练、专业实践和社会实践统一;将专业实践的几种类型和不同课程统一。通常分为层、面、类等，将资源（载波，教材、学材、习材、用材）赋予多重属性，灵活重组，平台软件可定义，通用性强。

（二）实践课程重构设计方法

在新工科、智能化、大数据背景下，以学生为主体，通过实践课程重构的设计模型和设计方法进行顶层设计，重点强化创新实践教学环节，发展开放式、自主式和差异化的多层次实验教学机制，从科研与工程环节提取体现核心技术的创新型和应用型题材作为实验课程的教学内容，建立满足课程设计、本科生实验实践能力达标测试、生产实习和毕业设计等多种实践要求的通信工程类创新实验教学平台。

面向通信工程领域实验课程进行重构设计，需要将学习目标、教学活动和学习效果分别进行分解，保持学习目标、教学活动和学习效果三者的一致性。从期望的效果到目标反向设计，以学习效果为中心设计学生的学法，以学生为中心设计教师的教法。具体可采用布鲁姆分类学的教育理论设计具体的学习目标、教法、学法和评价方法，如图1所示。

二、通信工程领域实践教学体系

实践教学体系需要覆盖通信工程领域的全程全网。该体系以核心能力培养为出发点，从通信工程领域“传输”和“网络”两個重点方向入手，着重构建两条线的实验平台。在此基础上，建设综合性的通信与网络综合开发平台，将实验内容、实验方法与实验过程统筹考虑。

各实践知识体系按照原理—技术—系统—网络逻辑建立内在联系。具体实践环节中利用软件可定义技术体现实验平台的可设计性和可重构性。考虑到我校通信工程专业学生较多，可利用“实物+远程网络”的形式解决学生规模问题。对于不断涌现的新技术问题，采用创新实验的模式进行解决。

三、模式重构

模式重构主要将以验证性实验为主的实验教学模式改为以设计性实验为主，如图2所示。该模式以能力训练为主，注重课程之间的关系，侧重培养目标与实验内容之间的一致性，兼顾实验学时与实验项目数量、学生层次与难度系数之间的均衡。因此教师进行实验题目设计时，需要多设置可选做的实验项目数，这样学生选题时，可根据每类题型的难度系数，自由选择基础性、设计性或综合性实验。

此外，还可利用运营级网络级别的仿真，实现全网视野灵活配置，实现资源与平台重构，具有去厂商化、普适性教学，以及在线实验、实验数据灵活管理等特点。如我中心建立的实验平台有5G网络综合虚拟仿真实验平台、三网融合网络综合虚拟仿真实验平台、SDN与网络测量仿真实验平台、无线通信系统综合实验平台等。

四、设计性实验案例

综合设计性实验是学生根据所学知识的基本理论、方法和应用实例，设计、分析、解决实际工程问题。就综合实验内容来说，题目是多样的，且要随着工程应用及时更新，要贴近实际，最好选择一些与我们生活密切相关的内容，让学生走出课堂，去实际采集数据，寻找方案。

以雾霾分析为例进行综合实验设计与实现。学生分析、查阅资料后自行选择下列任务之一：①针对某省市的具体环境进行雾霾成因分析，并给出降低雾霾影响的相应措施。②设计一款手机端雾霾APP探测系统，要求实现定位功能、界面设计及天气详情和空气质量指数。③以软硬件结合，利用开发板为控制中心，采用雾霾传感器测量空气中PM2.5浓度，并进行数据分析，得到当前区域的雾霾浓度时空分布图。

三个任务的难度系数依次增加，所以在教学指导环节，教师需通过典型综合实验的案例思路说明综合实验的选题、研究和开发等关键步骤，让学生了解综合实验的实施步骤，自行寻找适合自己的选题进行研究，激发学生的创新思维。教师对学生的选题和完成能力进行协调引导，以让学生能独立完成自己的选题为佳。其次，指导学生将题目分解为几个相对独立的模块，清楚各模块的功能，分析整理实现各功能模块的思路、实现步骤及需要借助的工具，然后在小组中分任务进行研究和开发。最后，在研究和开发阶段，能够理顺学生的逻辑思维能力以及项目管控和协调能力，加深学生对所学知识实际应用的理解，提高学生分析问题、解决问题和综合知识运用能力。

通过新构建的综合实验，极大地提升了学生的综合实践能力。该综合实验主要针对通信工程领域的学生，获得一定成效后，2018年和2019年在西安电子科技大学的B级实验达标测试中，面向全校开放该题目，起到了很好的拓展推广作用。

五、结语

在多年教学实践的基础上进行改革研究，对我校的通信工程领域教学进行试点实践，取得了较好效果。所采用的基于能力培养的实验教学体系和教学模式构建理念与方法完全可以推广到其他专业的实验教学。相关实验平台和实验教学模式与方法可以直接推广至其他学校的相同或相似专业，相关内容可以根据需要和各学校實际情况模块化重组，构建不同的实验课程。对有效解决高等教育教学改革与人才培养中的重点和难点问题具有重要的引领和指导意义，对我国通信工程领域人才的培养具有重要的推广价值和借鉴意义。

参考文献

[1]薛永毅，苏利敏.通信工程专业人才培养体系改革研究与实践[J].教育教学论坛2017（25）：155-156.

[2]戴宏明，戴宏亮.新工科背景下基于CDIO理念的软件工程应用型人才培养方案研究[J].计算机教育，2020（1）：64-67.

[3]黄炳超.基于能力培养的应用型本科实践教学体系构建[J].实验室研究与探索，2019，38（5）：164-168.

[4]黄晓寸.校企合作背景下通信工程专业实践教学的改革与分析[J].沧州师范学院学报，2018，34（1）：104-106.