新工業(yè)形勢下的電子信息工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)研究

金晅宏

摘? 要： “專業(yè)課程設(shè)計(jì)”設(shè)置是高等教育教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的一項(xiàng)重要改革，為了能夠培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要，具有兼顧軟硬件基礎(chǔ)、較強(qiáng)的工程實(shí)踐和學(xué)習(xí)新事物能力的學(xué)生。文章從電子信息工程專業(yè)的“專業(yè)課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及考核方式四個(gè)方面進(jìn)行討論，結(jié)合作者的虛擬儀器課程的實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對新工業(yè)形勢下的需求，對該課程進(jìn)行研究和探討。總結(jié)出學(xué)生要了解企業(yè)需求，多動(dòng)手，多實(shí)踐，努力成為能適應(yīng) “新工業(yè)”形勢下的人才。

關(guān)鍵詞： 電子信息工程; 教學(xué)研究; 新工業(yè); 專業(yè)課程設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G648.4? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2019）02-101-04

Research on the teaching of electronic information engineering specialty course

design under the new industrial situation

Jin Xuanhong

（School of Optical-Electrical and Computer Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai 200093， China）

Abstract： The offering of the 'Specialty Course Design' course is an important reformation in the teaching practice of higher education， in order to cultivate students who can meet the needs of social development and have both hardware and software foundations， abilities to both strong engineering practice and learn new things. This paper discusses the teaching objectives， teaching contents， teaching methods and assessment methods of 'Specialty Course Design' for electronic information engineering specialty， and according to the author's practical teaching experience of virtual instrument course and the demand of under the new industrial situation， this course is studied and discussed. It is concluded that students should understand the needs of enterprises， do more and practice more， and strive to become talents who can adapt to the new industrial situation.

Key words： electronic information engineering; teaching research; new industrial; specialty course design

0 引言

高校擴(kuò)招以來，我國高等教育得到了跨越式發(fā)展。同時(shí)，隨著國際化進(jìn)程的加快，在新工業(yè)時(shí)代的影響下，工科教育也在發(fā)生變化。經(jīng)過近十年的教育建設(shè)，學(xué)校的學(xué)科、專業(yè)和學(xué)生規(guī)模都得到了較大的發(fā)展。但是另一方面，幾乎所有高校教育都遇到了同樣的新問題：培養(yǎng)出來的本科人才和社會(huì)需求的人才相差較遠(yuǎn)，特別是實(shí)踐能力方面。過去我們主要強(qiáng)調(diào)對學(xué)生理論知識(shí)的培養(yǎng)，這已經(jīng)不能滿足培養(yǎng)具有競爭力的復(fù)合型人才這一需求。這體現(xiàn)了探索新工業(yè)形勢下電子信息工程專業(yè)教學(xué)升級之路的必要性和迫切性[1-2]。

在電子信息工程專業(yè)高年級設(shè)置“專業(yè)課程設(shè)計(jì)”課程，是基于“新工科”創(chuàng)新理念對電子信息類專業(yè)實(shí)踐教學(xué)進(jìn)行改革，主要從加強(qiáng)專業(yè)基礎(chǔ)課認(rèn)識(shí)、教學(xué)模式、理論課程和實(shí)踐教學(xué)的連接等幾個(gè)方面進(jìn)行多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新嘗試[3-5]。在本篇論文中，筆者結(jié)合自己在上海理工大學(xué)光電學(xué)院針對電子信息工程專業(yè)本科生“專業(yè)課程設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)體會(huì)，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等四個(gè)方面展開對該課程的教學(xué)研究與探索。

1 教學(xué)目的

社會(huì)對于信息專業(yè)人才需求的多面性及現(xiàn)階段學(xué)校專業(yè)基礎(chǔ)課程設(shè)置的矛盾，針對電子信息工程類專業(yè)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)提出了新的課題。即如何打破傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式 ，利用現(xiàn)有的教學(xué)資源，提出改進(jìn)的教學(xué)方案， 培養(yǎng)學(xué)生具有適應(yīng)時(shí)代需要的知識(shí)結(jié)構(gòu)和實(shí)踐能力，是擺在我們面前急需解決的問題。

信息獲取、信息處理、信息傳輸和控制是信息技術(shù)及系統(tǒng)的重要組成部分[6-7]。虛擬儀器則是儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，電子信息工程專業(yè)的專業(yè)課程設(shè)計(jì)是在虛擬儀器的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化的硬件和軟件平臺(tái)上，利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、傳感器技術(shù)等基礎(chǔ)理論及專業(yè)知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生完成建立一個(gè)具有信號(hào)采集、處理與分析數(shù)據(jù)采集回放發(fā)布系統(tǒng)，旨在訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的基本技能及工程實(shí)踐能力，鞏固和進(jìn)一步理解基礎(chǔ)理論知識(shí)，初步形成和掌握信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、應(yīng)用和開發(fā)能力。

2 教學(xué)內(nèi)容

新工科教育建設(shè)背景下電子信息工程以電路與系統(tǒng)、信號(hào)與信息處理、傳感器技術(shù)等理論為基礎(chǔ)，“研究”各種信息如語音、文字、圖像、遙感信息等處理和交換，以及無線、電纜、光纜等傳輸[8-10]。作為大三、大四學(xué)生的綜合實(shí)踐性的課程，旨在結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課程所學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力和動(dòng)手能力，在課程學(xué)習(xí)過程中建立系統(tǒng)集成的基本思維，提高學(xué)生分析問題解決問題的能力。

本文專業(yè)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容為設(shè)計(jì)一個(gè)雙通道數(shù)據(jù)采集回放系統(tǒng)，內(nèi)容如下。

⑴ 首先是實(shí)現(xiàn)基本波形模擬發(fā)生、數(shù)據(jù)采集記錄、其次是對記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行回放、分析處理。

以下就每一個(gè)部分進(jìn)行原理介紹。一個(gè)虛擬的波形發(fā)生器，它能實(shí)現(xiàn)基本波形的發(fā)生，用循環(huán)來控制波形發(fā)生的頻率。頻譜分析是信號(hào)處理中一個(gè)非常重要的分析手段。一般的頻譜分析都依靠傳統(tǒng)頻譜分析儀來完成，價(jià)格昂貴，體積龐大。虛擬頻譜分析改變了原有頻譜分析的整體設(shè)計(jì)思路，用軟件代替了硬件。使工程技術(shù)人員可以用一部筆記本電腦到現(xiàn)場就可輕松完成信號(hào)的采集、處理及頻譜分析。

⑵ 課程設(shè)計(jì)編程工具的掌握。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國NI公司研制的一個(gè)功能強(qiáng)大的儀器系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá)[11-12]。

LabVIEW是一種圖形程序設(shè)計(jì)語言，它采用了工程人員所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)等圖形化符號(hào)來代替常規(guī)基于文字的程序語言，把復(fù)雜繁瑣、費(fèi)時(shí)的語言編程簡化成簡單、直觀、易學(xué)的圖形編程，同傳統(tǒng)的程序語言相比，可以節(jié)省約80%的程序開發(fā)時(shí)間。這一特點(diǎn)也為那些不熟悉C、C++等計(jì)算機(jī)語言的開發(fā)者帶來了很大的方便[13-14]。LabVIEW還提供了調(diào)用庫函數(shù)及代碼接口節(jié)點(diǎn)等功能，方便了用戶直接調(diào)用由其他語言編制成的可執(zhí)行程序，使得LabVIEW編程環(huán)境具有一定的開放性。

快速學(xué)習(xí)一門新的編程語言同時(shí)運(yùn)用開發(fā)系統(tǒng)，不但可以使學(xué)生在短期內(nèi)掌握一門新的編程語言，也可以使學(xué)生提高自身學(xué)習(xí)新知識(shí)的能力，對自身的學(xué)習(xí)能力做個(gè)定位。

⑶ 虛擬儀器技術(shù)基本概念的掌握。虛擬儀器系統(tǒng)的概念是測控系統(tǒng)的抽象。不管是傳統(tǒng)的還是虛擬的儀器，它們的功能都是相同的。它們之間的不同主要體現(xiàn)在靈活性方面。虛擬儀器的功能由用戶自己定義，不強(qiáng)調(diào)每一個(gè)儀器功能模塊就是一臺(tái)儀器，而是強(qiáng)調(diào)選配一個(gè)或幾個(gè)帶共性的基本儀器硬件來組成一個(gè)通用硬件平臺(tái)，通過調(diào)用不同的軟件來擴(kuò)展或組成各種功能的儀器或系統(tǒng)。

本課程需要學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)雙通道數(shù)據(jù)采集回放系統(tǒng)，需要學(xué)生綜合運(yùn)用前期知識(shí)，具有系統(tǒng)集成的概念，體驗(yàn)系統(tǒng)需求分析、系統(tǒng)方案確定、軟硬件詳細(xì)方案、硬件搭建、軟件編程、調(diào)試等一個(gè)完整的系統(tǒng)開發(fā)過程，是對學(xué)生綜合能力的一種培養(yǎng)。

3 教學(xué)方法

首先，本課程的教學(xué)采用多媒體化的授課方式。跟傳統(tǒng)的編程語言教學(xué)方式不同，直接在教學(xué)中用軟件界面作為教學(xué)的主界面，課件PPT只是提綱挈領(lǐng)的作用，通過在課堂上講解一個(gè)個(gè)實(shí)際的軟件程序，來講解編程語言中特色點(diǎn)和重點(diǎn)。比如在講解LabVIEW語言的基本結(jié)構(gòu)語句綜合運(yùn)用過程中，引用軟件本身所帶的例子庫中的一個(gè)例子進(jìn)行全面分析圖如圖1及圖2所示。

從人性化的交互軟件界面、嚴(yán)密的邏輯結(jié)構(gòu)、軟件語句的正確選擇及程序防錯(cuò)機(jī)制的設(shè)置等幾個(gè)方面詳細(xì)的講解這個(gè)例子，讓學(xué)生學(xué)習(xí)這個(gè)例子，不但掌握最基本的編程語言，而且了解系統(tǒng)整體架構(gòu)的概念。

其次，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)時(shí)代事物，建立專業(yè)課程設(shè)計(jì)群。課程群的建立，不但使得教師有一個(gè)資料存放的平臺(tái)，把課堂上所講的案例資料及課件及時(shí)的上傳至群，上傳相關(guān)資料對課堂講解做一定補(bǔ)充，同時(shí)更給師生之間，同學(xué)之間建立一個(gè)課程學(xué)習(xí)交流的平臺(tái)。學(xué)生可以在此平臺(tái)上提出問題，教師判斷學(xué)生的問題，如果問題具有普遍性，應(yīng)及時(shí)在平臺(tái)上解答，同時(shí)上傳相關(guān)資料供學(xué)生查閱。這樣可以增加學(xué)生對本課程學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)習(xí)氛圍變得濃厚，課程學(xué)習(xí)效果得到很大提升。

第三，本課程在上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)學(xué)院開設(shè)為32學(xué)時(shí)（或在兩周的短學(xué)期內(nèi)完成）。每部分的教學(xué)安排如表1所示。

編程語言授課的三天里，對傳統(tǒng)理論教授方法做了一定改革：一個(gè)理論點(diǎn)，一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，即對每個(gè)理論點(diǎn)都開設(shè)一個(gè)相關(guān)的上機(jī)實(shí)踐，讓學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)，及時(shí)通過實(shí)踐環(huán)節(jié)消化理論知識(shí)，在實(shí)踐環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)問題，帶著問題上理論課，在課堂上自主的抓住老師上課的知識(shí)重點(diǎn)，加深對知識(shí)點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，很大程度上提高了對編程語言的學(xué)習(xí)的效率。

第四，除由任課老師講解課程內(nèi)容和指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)外，為了增加與學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作，專業(yè)課程設(shè)計(jì)的設(shè)置了小組討論演示環(huán)節(jié)，具體形式為每 3-4 位學(xué)生分成一個(gè)小組，以小組為單位對系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的某個(gè)程序算法方案進(jìn)行討論、資料和文獻(xiàn)的查找、程序設(shè)計(jì)中的分工合作，同時(shí)需要以小組的形式對他們的工作向所有同學(xué)進(jìn)行公開演示講解，這種分組合作的方式可培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的調(diào)研和表達(dá)能力，也可增強(qiáng)學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作精神。

4 考核方式

具體的考核方式由三個(gè)方面來綜合確定：①課堂表現(xiàn);②系統(tǒng)程序及設(shè)計(jì)報(bào)告;③一對一驗(yàn)收答辯。這三個(gè)方面占最終考核成績的比重分別為：30%、30%、40%。具體而言，課堂表現(xiàn)主要由出勤率和課堂及上機(jī)實(shí)踐的表現(xiàn)。其中出勤率是學(xué)習(xí)時(shí)間的保證，因此是考核的最基本要素之一。作為實(shí)踐類課程，課堂及上機(jī)實(shí)踐中互動(dòng)的表現(xiàn)反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和最終成果中的實(shí)際參與度。

本專業(yè)課程設(shè)計(jì)最終需要學(xué)生提交系統(tǒng)的軟件及設(shè)計(jì)報(bào)告的內(nèi)容包括：設(shè)計(jì)目的和意義、設(shè)計(jì)任務(wù)分析、設(shè)計(jì)思路和程序結(jié)構(gòu)分析（說明文字和程序設(shè)計(jì)報(bào)告的情況是對學(xué)生專業(yè)知識(shí)的理解能力、動(dòng)手查找資料的能力、專業(yè)寫作和總結(jié)能力的體現(xiàn)）。

最后要進(jìn)行師生一對一驗(yàn)收答辯，學(xué)生首先要對自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行演示及講解，教師對學(xué)生的設(shè)計(jì)作品進(jìn)行提問，教師能直觀的看到學(xué)生的作品，同時(shí)通過與學(xué)生一對一交流，準(zhǔn)確地掌握學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，也能相對清楚學(xué)生完成設(shè)計(jì)的程度，一定程度上杜絕了以往設(shè)計(jì)類作業(yè)相互抄襲的現(xiàn)象，相對客觀的反映學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)成果。這個(gè)過程雖然耗時(shí)比較多，教師花費(fèi)的精力和投入也很大，卻能給學(xué)生一個(gè)比較客觀的評判，還能讓教師在跟學(xué)生溝通的過程中及時(shí)獲知教學(xué)的薄弱點(diǎn)，為以后教學(xué)積累參考數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步改革課程教授，提高教學(xué)效率。

通過上面三個(gè)方面的評估、打分、統(tǒng)計(jì)并加權(quán)，可得到學(xué)生該門課程的最終成績。這種綜合性的考核方式避免了傳統(tǒng)僅以卷面成績來評價(jià)的弊端，也避免了僅提交程序可能存在拷貝復(fù)制的問題，可較好地提高學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的積極性，也較為客觀地反映了學(xué)生課程學(xué)習(xí)情況。

5 結(jié)束語

與傳統(tǒng)工科相比，本課強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性，尤其注重信息通訊、電子控制、軟件設(shè)計(jì)等新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合，是“新工科”典型特征。本文對“專業(yè)課程設(shè)計(jì)”的教學(xué)進(jìn)行了深入的研究與探索。本文從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式四個(gè)方面進(jìn)行了研究，主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要，在電子信息領(lǐng)域掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)理論和基本技能;具有兼顧軟硬件基礎(chǔ)、較強(qiáng)的工程實(shí)踐能力;具備學(xué)習(xí)新事物的能力，能夠在信號(hào)與信息處理、信息獲取與檢測等領(lǐng)域從事設(shè)計(jì)與開發(fā)。

今后將進(jìn)一步深入探索該課程在教學(xué)中值得改進(jìn)的方面，例如在該課程的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的內(nèi)容中引入最新的人工智能和深度學(xué)習(xí)技術(shù);將實(shí)際案例引入專業(yè)課程設(shè)計(jì)中來。真正的在專業(yè)課程設(shè)計(jì)這門課程上做到校企合作，最終培養(yǎng)出符合企業(yè)需求的新工業(yè)形勢下的新興人才。

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