以卓越工程師為目標驅動人才培養方式的改革

趙同剛,劉 樂

(北京郵電大學 電子工程學院,北京 100876)

實驗教學研究

以卓越工程師為目標驅動人才培養方式的改革

趙同剛,劉 樂

(北京郵電大學 電子工程學院,北京 100876)

根據教育部開展的卓越工程師教育培養計劃,北京郵電大學電子工程學院開展培養電子信息類卓越工程師計劃的改革和探索,進行了“以社會需求為導向,以實際工程為背景,以工程技術為主線,著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力”的一系列改革實踐。通過3年多的實踐表明，該項改革措施不僅豐富完善了具有通信專業特色的實驗內容,也使得學生的工程素質和工程實踐能力有了較大的提高。

卓越工程師;目標驅動;工程實踐教學;教學改革

卓越工程師教育培養計劃是教育部貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》和《國家中長期人才發展規劃綱要(2010—2020年)》的重大改革項目,也是促進我國從工程教育大國邁向工程教育強國的重要舉措。該計劃就是要培養和造就一大批創新能力強、適應社會經濟發展需要的高質量工程技術人才,為國家新型工業化發展、建設創新型國家服務。

電子信息類卓越工程師是具有一定的計算機相關理論基礎、行業知識面寬、具備較強的分析問題和解決問題的能力、適于從事軟件開發系統維護和項目管理等工作的工程技術型人才[1]。北京郵電大學是以通信、電子信息技術為背景的國內知名重點院校,在基礎培養和科學研究上有著扎實的基礎。隨著行業發展對人才的需求日益增長,培養高質量的卓越工程師成為亟待解決的問題。近3年,我校以社會需求為導向、以實際工程為背景、以工程技術為主線,著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力,在各個教學環節進行了以培養優秀電子信息類專業卓越工程師為目標的教學改革[2]。

1 培養卓越工程師的環境

創新能力強、適應社會發展需要的電子信息類卓越工程師,不僅需要有扎實的計算機、信息類的理論知識,更要有建立在良好理論知識基礎之上的實踐能力、分析和解決具體問題的綜合能力。而高校的實驗室資源則是連接理論和綜合實踐能力、培養合格的卓越工程師的最好紐帶。

北京郵電大學電子工程學院電子中心承擔著本院3個本科專業的實驗教學工作,在傳授電子科學、電子信息科學、光電信息科學等專業知識,培養學生實踐創新能力方面一直發揮著重要的作用。實驗中心承擔計算機實習、電磁場與微波實驗、數字信號處理實驗、嵌入式系統設計實驗、傳感技術與應用實驗、微波工程實驗、VLSI原理與CAD技術實驗、模擬集成電路、光纖通信系統實驗、ASIC設計原理及應用等實驗課程,這些實驗課程都是通信、電子信息類專業的重要技術基礎內容,成為學校培養電子信息類卓越工程師的重要基地。

該電子中心作為國家級實驗示范中心的重要組成部分,在實驗內容更新、學生動手能力培養方面也承擔著重要的責任。在實驗教學與探索中,筆者發現:在創新能力和卓越人才培養方面,存在部分基本單元實驗內容重疊,通信、電子技術的理論和實踐脫節的問題。兩年來,在培養優秀卓越工程師目標的指引下,我校電子實驗中心在專業實驗、課程設置、實驗內容方面進行了改革和探索,整合實驗課程內容、提高實驗效率。從教學反饋看,學生通過一些大型實驗訓練提高了實踐能力,這對培養電子信息類卓越工程師是非常必要的[3]。

2 關于電子信息類卓越工程師工程素質的探索和培養目標

2.1 明確培養目標

要培養具有國際競爭力的應用型、設計型和研究型的高素質工程創新后備人才,需要有明確的培養目標。要達到這個目標,需要以學生工程實踐能力、創新創業能力的培養為核心,以工程實踐與科研訓練為主線,通過不斷地實驗、實踐,掌握專業知識，在實際項目的研究中增長工程實踐能力和創新創業能力,充分鍛煉學生在團隊合作、管理、市場、溝通、服務等方面的綜合素質。

我們將培養電子信息類卓越工程師的具體目標歸納如下[4]:

(1) 全面了解電子信息領域的行業背景,并能規劃自己的職業方向;

(2) 通過在實驗中心和企業的實驗學習和實踐鍛煉,掌握電子信息工程領域的基礎理論知識,具有工程實踐能力;

(3) 具有綜合運用所學科學理論知識和技術手段獨立分析和解決工程問題的能力;

(4) 具有在電子信息領域的項目開發中撰寫各項文檔的能力;

(5) 具有產品開發、設計和工程項目集成的基本能力,以及開拓創新和創業意識;

(6) 具有信息獲取、知識更新和終身學習的能力;

(7) 具有良好的組織管理能力、較強的交流溝通能力、環境適應能力和團隊合作的能力。

2.2 關于卓越工程師工程素質的培養

培養卓越工程師的工程素養,需要教師關注和探索以下幾方面的問題:

(1) 要培養學生良好的職業素養,不僅要加強知識的掌握,還要讓學生了解企業文化和企業的核心價值觀;

(2) 對學生科學思維、研究方法和求實創新意識的培養;

(3) 工程實踐環節不斷深入,要注重工程技術標準,使學生掌握扎實的工程基礎知識,具有解決工程技術問題的知識和能力;

(4) 對學生工程管理能力的培養,使他們能綜合運用經濟、管理等知識進行信息安全項目的組織及工程管理,具有很好的溝通與交流能力、團隊協作能力和領導能力;

(5) 加強工程研究能力培養,使學生能夠學會從工程實踐中探尋知識、查閱文獻,具有工程推理和解決工程問題的能力、工程創新能力、創造性思維能力和創新創業能力。

3 工程實踐環節的改革之路

3.1 實驗教學和理論課程教學融合

在培養卓越工程師的過程中,不僅要注重結合理論教學,也要注重前瞻性和創新性教育。所以,我們將實驗教學分為3個層次:基本理論驗證實驗,實驗技巧訓練實驗和創新能力型實驗,特別要求學生掌握基礎理論的實驗。堅實的基礎是進行創新能力培養的保障。理論教學與實驗教學的有機結合，做到教與學的統一,通過在學校實驗中心和企業的實踐學習和鍛煉,使學生深入領會和掌握電子信息工程領域的基礎理論知識,培養工程實踐能力與創新創業能力,增強工程意識[5-6]。

例如我院開設的“模擬電子電路”,“通信電子電路”,“電磁場與電磁波”,“微波工程”和“天線理論”等無線通信類課程,理論教學難度大,但工程實用性強,與這一類理論課程配套的綜合實驗應貼近工程實際。傳統的教學模式是理論課和實驗課分開,理論教學和實踐教學結合得不緊密。

針對這個問題,學校鼓勵理論課任課教師參加實驗教學改革，和實驗課教師共同對該類課程中的實驗項目進行整合,并參與實驗教學,讓學生切實掌握關于電磁和微波的基礎理論知識,同時培養他們的工程意識、工程實踐能力與創新創業能力,以及綜合運用所學科學理論方法和技術手段獨立地分析和解決工程問題的能力。

在工程訓練的同時,理論課教師和實驗課教師共同引導學生理論聯系實際地學習;在講授原理的同時,結合實驗實例,對工程測試指標進行重點介紹,加強微波技術課程的實驗教學環節。實驗課教師和理論課教師一起整合這幾門課程的實驗學分和實驗內容,使學生完成實踐環節的學習。從近幾年的教學效果來看,學生不僅對知識點難度大的“電磁場與電磁波”、“矢量分析與場論”、“特殊函數與數理方程”等課程的理論難點掌握得更好,而且對微波器件、微波電路設計、射頻工作原理、天線工作原理等復雜的理論知識用實驗進行驗證,使理論和實踐相互補充,為培養出優秀射頻工程師打下堅實基礎。

3.2 重點課程實驗改革中的綜合實驗內容整合

對于重點課程實驗,利用現有的資源進行大型實驗內容的優化和整合。對原來的單元型實驗,根據知識關系,進行整合和優化,突出工程實踐環節的訓練,使學生不僅掌握扎實的工程基礎知識,還擁有解決工程技術問題的操作技能。

通信、電子學的實踐課程在基礎知識點上互有交叉,很多難度較大的知識點綜合在一起,就是一個大型通信和電子類工程題目。

我們打破傳統的教學模式,以1個班為實驗班,在保持總實驗學分不變情況下,為該實驗班量身定做實驗內容,整合實驗方案,分組進行大型實驗項目的學習。每個大實驗項目就類似于一個工程項目,每個組設項目負責人,軟件部分和硬件部分分工明確。教師指導學生先進行基礎單元的驗證實驗,然后進行綜合型、創新型實驗。

學生可以打破傳統實驗報告的撰寫模式,以工程文檔的形式撰寫,力求達到卓越工程師培養計劃的基本要求。通過這些改革,學生在創新創業能力方面的綜合素質得到提升。

3.3 工程素質培養過程中實驗改革和最新科研成果相結合的探索

教師在教學和實踐中如果能始終注重將教學與科研緊密結合,及時把學科最新發展成果和教改教研成果引入到教學中,通過最新成果的講解,將有利于培養學生的創新思維和獨立分析問題、解決問題的能力,有效促進學生學習能力的提高,并調動起學生主動學習的積極性。教學與科研的結合,也使課程實驗與實踐教學內容、方法和手段得到創新。我們在專業實驗教學中進行了嘗試,在通信、集成電路設計、光電檢測、光通信系統、智能卡技術、電磁波、微波、天線等密切聯系實際的相關實驗內容中引入綜合性創新實驗,使學生有更大的受益[7-9]。

以光信息專業為例,近幾年光與無線通信相融合的技術是光信息領域的研究熱點。我們將開放綜合科研平臺和新的科研成果用于實驗教學,學生既有參觀,也有動手操作。通過這些實踐環節,讓學生對該領域的科學前沿研究有更加直觀的認識。這對電子信息類卓越工程師的培養非常有益。

又例如,我們在光纖通信系統教學中引入了自行研發的2套教學平臺[10-11]。

一是SDH-WDM光通信系統實驗平臺。我們將傳統的實驗箱、交換機設備、SDH傳輸設備、WDM設備等結合起來,不僅克服了傳統通信實驗設備原理性強、系統性弱和商用設備系統性強、原理性弱的缺點,也滿足了新的光通信實驗教學的需求。該實驗系統不僅作為通信原理、光通信等相關課程的配套實驗設備,也可以作為課程實踐和創新項目研究的工作平臺,能夠幫助學生深入理解SDH-WDM光通信系統相關概念、原理、實現方式和關鍵性能指標及測試方法。

二是寬帶、高速光通信系統實驗平臺。該實驗平臺用于寬帶、高速光通信系統新技術的演示與設計,主要包括聲音和圖像的光纖傳輸系統和光正交頻分復用技術綜合實驗平臺2部分。通過演示實驗，可以幫助學生認識模擬視頻信號光纖傳輸系統的組成,熟悉圖像信號在光纖通信系統中的傳輸過程,了解光纖波分復用技術的工作原理,還可用作光正交頻分復用技術綜合內容的實驗操作。

通過這2套平臺,光信息專業的學生可加深理解SDH-WDM光通信系統相關概念,掌握系統工作原理及實現方式,了解其關鍵性能指標的含義及相應的測試方法。學生通過對在線實際光傳輸設備的操作,能更透徹地了解SDH、WDM誤碼率、消光比、接收靈敏度等概念。高速光通信實驗平臺可以演示無線與光通信融合新技術,使學生認識、理解光正交頻分復用、光無線融合新技術的基本原理和實現方式,掌握關鍵參數的配置。通過熟練運用光傳輸技術原理配置光傳輸設備,可以滿足大運營商網絡建設對優秀工程師的應用需求[12]。

3.4 工程素質培養過程中軟硬結合

工程素質的培養要注重軟硬結合。學校力求開發、設計一批與現代科學研究結合緊密的創新型實驗項目,實現傳統教學與現代化實驗手段的結合,對系列課程的理論教學和研究、應用型人才的培養起到更有力的推動作用。

工程素質培養是個長期過程,在改革初期會面臨經費、場地困難等問題。因此,學校應加大對專業實驗室建設的投入,構建一個以培養學生綜合能力為目的、軟硬件相結合的實驗教學環境,并根據經費情況,有計劃地開設分層次的基礎、設計和綜合性實驗。

例如,對電子信息和電子科學技術專業的學生,可以先進行專業實驗中軟件仿真類內容的更新,既能減少實驗室的先期投入,又使學生在集成電路、通信電子電路、嵌入式系統等基本硬件系統分析和設計能力、智能卡開發應用能力等方面得到提升,更利于卓越工程師基本素質的培養。

4 探索實踐的總結

通過以卓越工程師為目標驅動下人才培養方式的改革和探索,我們對電子信息類相關專業實驗進行了設計與整合。從教學效果上看,學生不僅能很好地完成單元實驗,又能根據通信技術、電子技術的發展趨勢,不斷進行綜合性實驗。實驗內容的整合,也促進了我校在信息、電子、光電領域培養出設計型和研究型的高素質工程技術人才。通過這些改革,更好地提高了實驗教學效率、對理論教學的整體質量有很好的促進作用,也逐步摸索出一條創新實驗與理論課程互相融合的培養電子信息類卓越工程師的新思路。

References)

[1] 范劍波,于華,劉良旭,等.卓越軟件工程師3C立體培養體系的探索[J].計算機教育,2011(16):22-25.

[2] 呂慶文,曹蕾,李遠念,等.基于CDIO模式培養復合型卓越軟件工程師的探索[J].高教探索,2013(1):71-76.

[3] 王薔,凌丹,洪興楠,等.電磁場與微波通信教學實驗新體系[J].實驗技術與管理,2005,22(2):110-113.

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[7] 呂棟梁,王其軍,舒運德,等.如何讓本科生在實驗教學中體會和學習創新[J].實驗室科學,2009,12(1):71-73.

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[10] 吳飛斌,張晉平,劉冰.激光通信綜合實驗演示儀設計[J].實驗技術與管理,2012,29(2):55-58.

[11] 廖慶敏,秦鋼年,蒙艷玫.把自制設備作為實驗教學示范中心的特色來建設[J].實驗技術與管理,2010,27(7):121-123.

[12] 趙同剛,任建華,崔巖松,等.通信光電子器件測量及仿真[M].北京:科學出版社,2010.

Reform of cultivation pattern of talents taking outstanding engineers as a target

Zhao Tonggang,Liu Le

(School of Electronic & Engineering,Beijing University of Posts and Telecommunications,Beijing 100876 ,China)

According to the National Ministry of Education to cultivate the outstanding engineers plan,School of Electronic Engineering of Beijing University of Posts and Telecommunications has carried out the reform and exploration for training outstanding engineers of electronic information engineering. A series of policies and practices are formulated and carried out, such as “ With social demand as the guide,with the actual project as the background,with engineering technology as the main line,and with taking great pains to improve the students’ engineering consciousness,engineering quality and engineering practice ability.” The innovation and practice not only perfect the experiment content with communication background but also improve the students’ engineering quality and practice ability.

outstanding engineer; target drive;engineering practical teaching;teaching reform

2014- 05- 20

北京市級教改項目“以卓越工程師為目標驅動的電子信息類專業實驗課程改革”資金支持

趙同剛(1972—),男,河北廊坊,博士,副教授,電子工程學院實驗中心主任,主要研究方向為光電檢測與傳感技術.

E-mail：zhaotg@bupt.edu.cn

G642

A

1002-4956(2015)1- 0164- 03