通信工程專業學生創新能力培養實踐教學改革探索

韓一石，孫粵輝，李偉彤，張文慧，程昱

（廣東工業大學 信息工程學院，廣東 廣州）

一 引言

近年來，通信產業目前已成為帶動國民經濟增長的、新的先導產業與支柱產業，是我國發展最快、最活躍的產業[1,2]，社會對通信工程等專業技術類人才需求不斷增加，通信工程專業教育已成為高校以及社會教育研究的重要組成部分[3,4]。《“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃》提出將新一代信息網絡領域的發展壯大作為重點推進。新一代通信技術已成為新時期國家戰略性新興產業以及粵港澳地區發展規劃重點推進方向，適應地區快速發展，培養具有創新意識、社會責任感和團隊合作精神的移動通信和網絡通信領域的工程技術人才，成為當前迫切需求[5,6]。

但是目前國內各高校通信工程專業絕大部分還停留在以專業課程為基礎，開設針對單門課程的教學實驗的階段，各門課程的實驗都是在相互孤立的情況下開展的，即使是同一門課程的各個實驗，也是針對具體的不同知識點來設計，各個課程實驗之間內在聯系很弱，難以通過實踐讓學生把各學科的知識有機聯系起來，更勿用說培養學生在系統中解決具體問題的能力[7,8]。傳統的實驗教學模式和運行機制既不能滿足培養學生實踐能力和創新能力的要求，也不能滿足學生開展創新性、設計性和科研性實驗的要求[9,10]。

為了解決上述問題，結合多年的人才培養綜合教學改革實踐，我們探索一種“牽驅互動”為特征的課程設置思路，為通信工程人才培養構建引導式課程體系，提高了學習的目標性與實效性，有效解決了學時縮減與知識面擴展的矛盾；設計一種“多維并舉”的學習資源拓展途徑，形成精品學習資源，發揮學生主體作用，實現以學生為導向的個性化教育培養；提出一種“全程全網”特征的綜合實踐平臺環境建設，開展寬帶網絡通信、無線通信、移動多媒體通信等方向的大型綜合性設計，培養分析問題能力，整體思維與創新意識，提升學生面向企業應用的綜合創新能力。

二 課程教學內容體系改革

常規的專業課程通常根據新技術熱點出現而增加新課，導致課程內容“大水漫灌、技術重疊”，學生缺少對通信技術的全貌認識。基于上述問題思考，我們圍繞社會需求和學生期望重新設定培養目標，在廣泛學習調研的基礎上，持續性優化修訂人才培養方案，并依托本學科跨專業的資源優勢梳理課程體系，形成新的基礎課程體系結構圖與專業領域課程知識導圖，如圖1 所示。同時，我們在課程教學改革中，將專業課程設置與綜合性實踐內容進行對接，提出引導式“專業基本模塊+特色拓展模塊”課程體系結構，以培養學生整體和系統的通信網觀念，提高專業知識應用能力，保障培養過程一體化實施“寬口徑、重實踐”的思路。

在課程設置中，著重提出《通信工程專業導論（大學一年級）》課程組設置，調整“老師+班級”固定模式，改為匯集本專業權威性、活躍的教授團隊擔任主講，分別講解通信工程專業最新的發展方向和專業前景，提高學生學習的目標性。同時將專業選修課進行統一設置，課程群的主講教師與《專業導論》基本一致，保持與《專業導論》課程的延續性，引導學生專業方向的個性發展，建立“大通信、大網絡”的整體概念。以上舉措構建成“牽驅互動”的引導式課程體系，即以《通信工程專業導論》為牽引、以專業基本模塊課程為核心、以特色拓展模塊課程為橋梁、以通信工程選修課程群為個性驅動的“牽驅引導、四位互動”專業課程體系，引導學生在課程學習中改變盲目學習和被動學習的狀況，有路可尋，解決知識海量增長與學時有限的矛盾。

三 實踐環節的教學改革

前面提到，我們在課程設計環節中充分與綜合性實踐環節先對接，提出一套完整的，適用于通信工程專業培養的綜合實踐平臺結構。在綜合實踐教學改革過程中，我們遵循“強化基礎、突出創新、加強實踐、提高素質”特色人才培養原則，建設“全程全網”通信工程專業綜合實踐平臺環境，系統性地將通信專業領域課程與平臺對接，體現理論認知到實踐檢驗的專業特色，在平臺環境下，以問題切入、興趣導向引領學生選擇性深入專業領域，開展大型綜合性設計項目,專業綜合實踐平臺結構如圖2 所示。

圖1 通信工程專業基礎課程體系結構圖

表1 選修課程群調整表

圖2 “全程全網”綜合實踐平臺框圖

圖3 寬帶網絡通信綜合性設計結構圖

圖2 中，根據不通的網絡層次，設計對應的專業實踐綜合實踐環節，網絡核心層重點考慮寬帶網絡通信方向，強調基于光纖的傳輸技術及基本交換原理；網絡接入層重點考慮無線通信方向，強調基于無線通信和IP 交換的寬帶通信技術；網絡應用層重點考慮移動多媒體方向建設，強調基于已有的各種設備開展的業務應用。

圖3 中，以光傳輸網絡和數據交換網絡兩部分實驗內容為主，構建寬帶網絡通信綜合性設計，最終實現核心網絡中IP 數據流傳送過程，基于此平臺的綜合設計項目主要培養學生整體的、系統的現代通信網絡觀念。

圖4 中，以信息采集平臺和信息處理兩部分實驗內容為主，構建無線通信大型綜合性設計，利于學生理解無線、物聯網通信技術在實際工程場景中應用。

圖5 中，以多媒體信息處理和基于移動通信網絡傳輸兩部分實驗內容為主，構建移動多媒體通信大型綜合性設計，基于此平臺的綜合設計項目意在擴展學生在移動通信、多媒體通信領域理解。

通過以上設計，從根本上打破理論教學為主、實驗驗證為輔的傳統教學模式，將通信工程專業相關的多門課程有機融合，使學生在掌握專業課程的基礎上，通過“網際互通”環境下的實踐，包括從獲取信息到處理、傳輸、存儲和展示等部分，涉及通信工程專業17 門課程內容和絕大部分實驗內容，強化學生的系統觀念，加深課程之間關聯性的理解，形成完備的通信專業知識結構，將原含于通信專業理論教學中的實驗課嵌入到“多網融合”通信專業實驗環境平臺中，并按照“理論認知—實驗驗證—綜合設計—探究創新”的層次安排具有通信系統整體性與工程性的大型綜合設計項目，以改善原有實驗課用試驗箱驗證原理的實驗模式，使學生在一個完整的、綜合現有各種通信業務平臺的通信系統上，完成原理驗證和綜合性實驗。充分考慮通信行業技術的發展與粵港澳地區的企事業單位人才需求，形成相對獨立，多層次以及有機結合理論教學的實踐教學體系，達到解決“大通信、大系統”對學生工程實踐能力的要求與傳統課堂教學之間的矛盾，培養實踐創新意識能力的目的。

圖4 無線通信大型綜合性設計項目

圖5 移動多媒體通信大型綜合性設計項目

四 學習資源建設

為培養知識面寬廣的復合型通信創新人才，適應地域發展的需求，從課程設置、教學環節和教學環境等多個維度進行探索，建設學習資源，達成“以學生為中心”因材施教。

（1）針對“理論基礎”和“技術應用”不同需求，根據工程教育認證標準設計分級分類課程的教學方案。

（2）將創新創業教育學院開發的課程納入專業人才培養方案，作為選修課程，使學生接受專業化創業培訓。

（3）將創新創業等活動作為實踐學分納入培養方案，借鑒粵港機器人聯合學院設立本科生導師制，指導學生參與創造性學術研究、參加創新性科技競賽。

（4）綜合運用教師與珠三角眾多企業關于物聯網、移動互聯網、大數據以及人工智能等前沿技術省部產學研方面的研究，有機結合課題教學和培養現代應用型實踐人才，通過全方位全周期收集和分析師生教學行為數據，構建具有多維化互動、泛在化感知、精準化評價、數據化決策、個性化引導的教學環境。

通過分級分類的課程設置，形成立體融合的培養方案，給學生自主選擇的空間；通過創新、創業等實踐教學環節，建立了多維導向的培養模式，適應學生個性化發展；通過智慧教學2.0 構建教學環境，網絡化虛擬化等多種學習渠道，豐富學生的學習資源，促使學生成為學習的主體。上述改革有效解決學生個體素質和個性化需求與統一的教學培養的矛盾。

五 結語

經過多年的探索與持續改進，通信工程專業教學改革取得一定的效果，主要包括：

（1）成果的核心思路與舉措，諸如，人才培養方案，課程體系，特色模塊拓展課程、綜合實踐平臺等等，已在全院其他專業的本科教學之中進行推廣。學生的科技創新活動在全校全院形成良好的創新氛圍，起到良好的示范性效果。

（2）通過有組織、有計劃的大學生科研訓練計劃和科技創新活動，在大量高水平科研骨干教師的指導下，本專業超過50%的本科生參與到各類科研項目創新活動中，形成勇于探索、敢于實踐的學術創新氛圍，在各類重大科技競賽中獲得優異成績，學生在各次競賽上的作品得到了同行專家的好評，創新意識和綜合素質顯著提高。

（3）通信工程專業學生以專業知識扎實全面、創新能力強、后勁足等鮮明特點受到用人單位廣泛認可。根據近三年的統計數據，反映通信工程專業的學生的就業競爭優勢，說明培養目標的制定既符合社會經濟發展的需求，同時也滿足行業領域技術發展的需求，實現了就業率與就業質量的雙高。

綜上所述，針對目前信息通信相關專業高等教育教學中對全面發展人才觀認識不足，人才培養的系統性不夠和培養模式單一等問題，提出的系統解決方案覆蓋信息通信眾多關鍵技術和核心專業領域，方法有效，效果顯著，特色鮮明，在通信工程技術人才培養方面具有不可替代的地位，為特色鮮明的創新型人才培養提供成功范例，具有重要的示范作用和重大的推廣價值。