無線通信工程專業實驗教學的改革與實踐

【摘要】針對當前通信工程專業的實驗教學中存在的問題，從教學內容和教學方法及教學的功能角度出發，提出實驗教學內容和形式的改革和創新方式，同時提出實驗教學與校外企業共創新型實驗平臺，培養適應社會發展的通信領域的專業人才。

【關鍵詞】通信工程；實驗教學；創新

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2011）03—0133—03

引言

無線通信系列課程覆蓋面廣，從傳統的專業基礎課程，如電磁場與電磁波，微波技術基礎，射頻理論設計與應用，到先進應用背景的專業型課程，如寬帶無線接入和移動通信等課程，都與電子科學技術的發展十分緊密。這些課程的應用前景非常廣泛，如電子標簽設計（RFID），物聯網中的遠程智能遙控技術，高速寬帶無線接入方法，遠程無線智能定位等領域中都得到迅速和廣泛地應用。但是受到軟硬件條件的影響，實驗教學課程不能及時跟蹤最新技術的發展，不能適應社會對人才技能的要求，造成人才的培養與社會需求之間的脫節，因此對高校的無線通信系列實驗課程的改革勢在必行，同時改革過程中也出現了一些問題，而這些問題也正成為國內高校教學改革的關注焦點[1]。

一 無線通信工程課程系列現狀分析

就目前而言，國內許多高校開設的無線通信系列課程存在的主要問題集中在以下幾個方面：

1 基礎環節薄弱，缺乏必要的授課基礎

由于上個世紀90年代對無線通信系列課程的忽視，很多學校取消了微波技術基礎等課程，師資也隨著出現斷層，以致造成國家在無線技術關鍵領域與美國相差很多年。隨著無線通信業的發展和國家對無線通信人才的迫切需求，特別為解決物聯網，電子標簽技術（RFID），以及軍事中的遙感遙測，國家北斗導航系統，國家探月工程等實際工程問題，對具有無線通信人才的需求越來越迫切，同時對專業技能的要求也越來越高。隨著社會的發展，本世紀初很多學校又恢復了無線通信系列的專業基礎課程和實驗課程，但是師資力量已經嚴重不足，實驗設備也嚴重老化，無論是理論課程還是實驗課程，都面臨著前所未有的困難，授課基礎薄弱[2]。

2 技術更新過快，授課內容難以緊跟學科發展

無線通信專業是一門實用性較強的應用型課程。一方面需要授課教師緊跟學科技術的發展，結合實際情況，因材施教，不能因循守舊，另一方面又需要授課教師注重與基礎課程的銜接，在提高基礎和專業知識的同時，滿足社會需求對專業技能的要求。教師需要通過相關的實驗課程、實踐課程和課程設計等教學方式提高學生的能力，這些要求無疑提高了對教師本身素質的要求。隨著無線通信技術越來越向高精尖方向發展，需要授課的內容同樣具有較高的廣度和深度，這一定程度上增加了授課難度。但是現在國內這類應用型課程缺乏教學實驗平臺，授課效果也很成問題[3]。

3 實驗教學環節缺乏創新性理念和工程思想的灌輸。

無線通信系列課程的實驗問題是困擾各高校的一個難點問題，無論是基礎實驗還是專業型實驗的開設，都涉及到頻譜和射頻相關的設備，而這些設備的科技技術含量都非常高，而且幾乎被國外壟斷；而國內不但生產的廠家少，而且同樣價格昂貴，因此，即使是購買基本的實驗器材，都需要投入大量的資金，這對于很多高校來說都是難以承受的；另一方面，傳統的實驗思路也對課程的開設帶來了問題，在過去，無線通信系列課程實驗不是驗證性實驗，就是演示型實驗，缺乏向上拓展空間；但是，就業市場需要學生具有創新性理念和有較強的動手能力一定的工程素養，能夠熟練地使用各種測試儀器，這與傳統的演示實驗思路格格不入[4]。所以迫切需要進行新的實驗教學的研究和探索，尋求解決的方法。

就目前的就業市場而言，對通信工程專業人才的需求十分可觀，與移動通信、網絡通信相關的各公司企業，特別是對無線通信方面的學生尤其青睞[5]。因此國內各大高校都十分重視無線通信方向發展，無線通信不僅僅是高校研究者的重點關注對象，也成為教學過程中的重點發展對象，各高校都投入大量人力、物力，對無線通信的教學體系展開研究，以期迎合就業市場的需求[6]。

二 構建新的無線通信系列實驗課程體系

根據無線通信系列課程體系，研究實驗內容，以及系列課程實驗的銜接問題，開發相關的專業實驗平臺，從廣度和深度兩個方面對現有的實驗內容進行擴充。首先開發與寬帶無線接入技術、下一代無線物聯網互聯技術、衛星通信系統技術等國家發展規劃相關的實驗課程體系。其次結合社會的實際要求，開發RFID設計和無線智能遙控鄰域等具有一定應用前景的實用型實驗課程，構建完整的無線通信實驗基礎教學和應用教學體系。最后需要根據學科發展的要求，并結合其他學科的發展，融合不同學科的知識，構建交叉性的大型實驗，并設立為期兩周以上的課程設計教學體系，培養具有扎實理論基礎和熟練操作技能的專業人才。

在構建上述三大類實驗內容體系的過程中，要建立相應的實驗課程的實施方式，也就是實驗課程的具體的實現方法體系。整個實驗體系將以現有的基礎性、綜合性和設計性實驗為基礎，在應用型課程中推出創新性實驗環節，通過引導教學法，培養學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，同時增加實驗學時的比例，實現理論與實踐的充分結合，并通過創新性平臺，培養學生的工程素養。

根據上述的實驗內容體系和具體實施方法體系，需要進行具體的實驗教學體系規劃。國內各高校根據實際情況也有不同的具有實現方式。根據自身狀況，各高校形成了各自的實驗課程體系，并針對具體的課程教學和具體的實驗教學內容進行了大量的研究，并根據實際教學基礎和人才培養的目標分別實施了具體的實驗教學內容和方式。譬如清華大學、北京大學、北京郵電大學、上海交通大學、成都電子科技大學、東南大學、浙江大學、復旦大學等多所名牌大學都擁有陣容非常強大無線通信系列課程教學群，開設了電磁波、微波技術、射頻技術、遙感技術、無線微控制技術、醫療電磁技術、能源電磁轉化技術等具體的實驗課程體系，并且還在不斷擴充中，為了能適應社會對專業人才的技能要求，對無線通信系列的實驗課程改革和研究正在成為教學改革關注的熱點。

從純粹的知識基礎角度分析，無線通信系列課程必須包括電磁場與電磁波、微波技術基礎、寬帶無線接入、鎖相技術、天線與電波、射頻電路設計、移動通信系統、衛星通信系統等課程。目前，重慶大學具體實施的無線通信課程系列的主要實驗教學架構如圖1所示。該課程體系包括三個層次，第一個層次為理論基礎課，課程包括電磁場與電磁波、微波技術基礎和射頻電路設計與應用，第二個層次為實驗教學課程，課程包括為微波技術基礎實驗、射頻電路設計實驗、數字通信實驗和移動通信實驗，第三個層次為無線通信的應用環節。以微波技術基礎實驗和射頻電路設計實驗為基礎，學習相關的硬件和軟件后，進行較為綜合的課程設計，設計時間連續兩周。設計的內容涵蓋射頻電路知識，射頻電路的仿真、寬帶無線接入、移動通信和衛星通信課程等相關的實驗課程。

三 適時引入實驗課程的創新機制

在構建實驗課程體系時還需要引入創新機制。利用已有的實驗教學平臺，綜合分析實驗課程的內容和形式，進行合理的調整，建立實驗課程的創新機制。

一方面通過各種獎勵措施和鼓勵措施提高教師開設新的實驗教學課程，提供必要的實驗教學經費和設備，激發教師的創新能力。

另一方面在學生中征集有意向的志愿者參與平臺開發，針對不同層次的學生，構建實驗體系，并確定基礎性，綜合性和設計性實驗為基礎，三個層次的實驗在整個體系中的分布情況和切入深度，構造立體交叉性實驗平臺，并檢驗實驗平臺的設計思想的可實現性，積累經驗，完成創新平臺建設。

構架基礎性實驗、驗證性實驗、綜合性實驗、設計性實驗和創新性實驗的五個層次的實驗教學體系。以基礎性實驗為基礎和驗證性實驗為基礎，培養學生設計能力和創新能力為最終目標，建立實驗課程發展體系。緊跟前沿無線通信技術，建立最新實驗內容。實驗中引入最新實驗內容和實驗儀器，緊跟技術發展的趨勢，培養出能為企業帶來技術革新和提高效率的人才，同時將實驗內容和企業提供的項目結合起來，鍛煉學生的實際動手能力。

針對理論教學的課程改革，對實驗教學進行同步改革，我們引入更多的設計性環節，并加入先進技術發展趨勢講座。通過趨勢分析，引導學生的思維方式轉變，使之能逐漸完成從被動接受到主動思考的轉變，這是引導學生形成創新性意識基礎環節，實現理論和實驗教學改革相結合的方式，避免實驗教學與理論教學的脫節。以培養學生“厚基礎、寬口徑、動手能力強、有創新意識”為目標，堅持以理論與實際、基礎與先進、經典與現代技術統一，面向不同專業要求，優化教學內容，建成具有鮮明的時代特征的合理的實驗教學課程體系。

四 加強科研和實習的教學實踐活動

實驗體系涉及到大量的工程設計問題，而這些問題有些不能在實驗室中完全解決，需要依靠校外實習基地，進一步提高學生對學習這些課程知識的認識。為此，我們每年專門組織學生參觀“中國移動公司科技生活館”、“中國聯通公司科技中心”“重慶大學電信機房”、“重慶有線電視中心”、“重慶鐵通公司發射中心”和“重慶廣播電視中心”等基地。但是在很長一段時間里，校外基地并未真正發揮其優勢，學生在校外基地的活動也僅僅是走馬觀花似的參觀，難以真正涉及工程問題的解決，也達不到培養學生工程素養的目的。

隨著越來越多的企業與高校進行合作，設立研究中心和交流基地。教師在理論教學的同時要求進行相關的科研工作，這兩方面都促進了教師對本學科領域的發展狀態，也為理論知識聯系實際提供了一個良好的平臺。因此，研究實驗教學和科研工作的具體問題，抓住學校本身的有利條件，進一步提高實驗教學的質量，是一個非常值得探討的問題。

另外也不能以創新實踐為名，盲目將本科生引入科研活動，必須進行細致周密的安排。一般情況下，低年級本科生主要進行基礎性的實驗，結合理論知識的學習，加深對知識的理解和運用；而高年級學生需要結合教師實際項目或者學生感興趣的問題，進行相關的研究。總體上本科階段的學生還是缺乏實際科研能力，還需要誘導，因此安排學生參與哪類科學研究，參與到什么程度，都是需要研究的。

總之，研究面向應用和創新的實驗課程體系是實驗課程體系改革的目標和研究的主要內容。其中，構建適應社會需求的實驗課程體系建設，是無線通信實驗課程改革和發展的一個重點。

參考文獻

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The Innovation and Experiment of Teaching for Wireless Communication Engineering

CHEN Jian-junJIANG YangHAN Qing-wenFENG Wen-jiangWU Yu-cheng

（College of Communication Engineering， Chongqing University， Chongqing 400044， China）

Abstract: The problem of the communication engineering experimental teaching is discussed in this paper. The content of experimental teaching method and the function of experimental teaching are proposed firstly. Then the innovation of the experimental teaching is suggested. Finally we propose to create the experimental platform for experimental teaching with companies together and bring up many experts in the communication engineering with the development of the society.

Keywords: communication engineering; experimental teaching; innovation