工程認證視角下信息通信類專業綜合實驗室建設實踐

李振松 職如昕 李學華

摘? 要 隨著現代信息通信技術的快速發展，對信息通信類專業學生實踐能力培養提出新的要求。基于工程認證的教育理念，綜合運用科產教融合、虛實結合、賽課合一等具體形式，形成貫徹工程認證理念、面向現代信息通信技術發展前沿、有助于培養學生解決復雜工程問題能力的信息通信類專業綜合實驗室，在培養學生工程實踐能力和創新能力、開闊專業視野、提升綜合專業技能、增強就業和深造能力等方面取得良好成效。

關鍵詞 工程認證;信息通信類專業;綜合實驗室;實踐教學;虛擬仿真實驗;創新創業

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）17-0017-04

0? 引言

隨著新一輪信息科技革命和產業變革加速推進，以信息新技術、新業態、新產業、新模式為特點的信息新經濟蓬勃發展，迫切需要培養造就一大批多樣化、創新型的信息通信卓越工程技術人才。建立工程教育專業認證制度，是實現我國工程教育全面協調可持續發展的迫切需要[1-2]。

2006年，教育部啟動工程教育專業認證試點工作。 2016年6月，我國成為《華盛頓協議》正式會員國，標志著我國的工程教育質量認證體系實現了與國際本科工程學位權威互認，推動我國工程師按照國際標準培養，提高工程技術人才培養質量，對我國工程技術領域應對國際競爭、趕上世界潮流具有重要意義[3-4]。

北京信息科技大學信息通信類專業包括通信工程、電子信息工程和物聯網工程等三個專業。其中，通信工程專業始建于1985年，是教育部第二批“卓越計劃”試點專業、北京市教委“雙培計劃”專業、北京高校“重點建設一流專業”，2017年通過教育部工程教育專業認證;電子信息工程專業為北京市特色建設專業、北京市教委“雙培計劃”專業，于2018年通過工程認證受理，于2020年迎接專家進校;物聯網專業也已經提交工程認證自評報告，正式進入工程認證申報流程。

北京信息科技大學信息通信類專業注重學生的實踐能力培養，基于工程認證、一流專業建設、科產教融合、虛實結合等先進實踐教學理念，不斷提升信息通信類綜合實驗室建設水平，在高素質應用型人才培養方面進行了持續的探索和建設，形成完整的建設思路和舉措，取得一定的實效。

1? 信息通信類實驗室建設歷程及當前面臨的挑戰

1.1? 實驗室建設歷程

北京信息科技大學信息通信類專業綜合實驗室建設主要經歷了四個發展階段，如圖1所示。

第一階段為2008年以前，主要采用與課程內容緊密聯系的課程實驗教學實驗箱為核心建立原理驗證實驗環境，實驗內容注重對基本技術原理的驗證，實驗教學定位為理論教學的補充和輔助。

第二階段從2010年投入大量教學經費建成TD-SCDMA第三代移動通信全系統實訓環境開始，通過建設與當時國內主流電信運營商相一致的全系統、全功能3G移動通信系統平臺，開展移動通信實訓獨立實踐環節，培養學生的移動通信系統架構和運營管理能力。

第三階段從2015年開始，升級建成TD-LTE第四代移動通信系統，為學生提供工程應用實踐案例，注重培養學生的工程實踐能力。

第四階段從2018年開始，面向5G通信系統異構網絡、多元場景、萬物互聯的技術和應用需求，采用創新應用場景+虛擬仿真的實踐教學模式，注重對學生把握新技術應用能力和創新能力的培養。

從北京信息科技大學信息通信類專業綜合實驗室建設發展歷程中可以看出，信息通信類專業高度重視實驗室建設，重視學生實踐能力的培養，不斷更新實踐教學理念，緊跟信息通信技術發展前沿，結合工程認證要求和學校教學實際，不斷提高專業綜合實驗室建設水平和學生工程實踐能力培養水平，為提高人才培養質量打下堅實基礎。

1.2? 實驗室建設面臨的挑戰

隨著現代信息通信技術的快速發展，專業實驗室建設也面臨諸多挑戰。

在行業發展方面看，當前產業界對于工科學生，特別是信息通信類專業學生的實踐能力要求不斷加強，不僅要求學生掌握本專業領域理論知識體系，更注重學生專業素養和工程實踐能力的提升，否則無法適應行業發展需求。

從技術更替方面看，當前信息通信技術發展呈現出技術更新迭代加速的明顯趨勢。以移動通信系統為例，從第二代移動通信系統GSM到第三代移動通信系統TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000，到如今全面商用的第四代移動通信系統LTE，以及在2019年試商用的第五代移動通信系統，無論從技術進步還是產業建設，都呈現出不斷加速的趨勢，造成學生面臨在校學習的專業知識畢業即過時的尷尬局面，無法適應現實需求。如何將學生在校學習的專業技術與產業界技術需求相結合，是新工科建設必須面對的嚴峻問題。

從學生群體變化方面看，隨著“00”后大學生成為本科生主體，學生的成長環境、思維模式、興趣愛好甚至人生觀、世界觀都與以往學生有顯著差異。現在的大學生普遍存在物質條件相對優越、思想眼界開闊、學習自主選擇性強等特點，有針對性地設置相關專業課程內容特別是實踐課程，吸引學生學習興趣和投入，是增強課程教學效果的重要條件。此外，隨著專業技術的快速發展，對實驗教師的專業技能和教學能力也提出嚴峻的挑戰[5]。

2? 信息通信類專業綜合實驗室建設思路

信息通信類專業綜合實驗室建設過程中，堅持以學生為中心，以輸出為導向，基于信息通信類產業技術發展特點，采取校企緊密合作、專業群協作、賽課合一、科教融合、虛實結合以及一流實驗室建設等全方位立體化舉措，結合人工智能和通信傳輸、分析、應用工程技術要求，圍繞努力建成市屬高校一流專業的建設發展目標，形成一整套行之有效的實驗室建設思路和機制，為專業學生實踐能力培養發揮了積極作用，如圖2所示。

2.1? 基于工程認證理念，以學生為中心，實踐教學注重工程性和輸出導向理念

在實驗室建設過程中，全面深入貫徹工程認證的要求，堅持以學生為中心、成果輸出導向、持續改進的核心理念，注重實踐教學的工程性[6]。工程認證明確提出，工科類專業應培養學生具有解決復雜工程問題的能力。如何在人才培養過程中體現教學內容的工程性和培養學生解決復雜工程問題的能力，是達成工程教育認證目標的核心問題。建設符合工程教育認證理念要求的專業綜合實驗室是貫徹工程教育認證理念的重要舉措[7]。

根據工程教育專業認證補充標準對實驗條件給出的定量要求：專業課實驗開出率應至少達到90%，綜合性、設計性和創新性實驗課程占實驗課程總數的比例應大于60%;基礎實驗每組學生數不能超過2人，專業實驗每組學生數不能超過3人，大型儀器實驗每組學生數不能超過8人[8-9]。 近兩年，根據工程教育專業認證要求，信息通信類專業新投入設備經費達450多萬元，建成5G蜂窩物聯網虛擬仿真實驗、基于大數據的電信業務分析系統、5G安全云存和融合通信實訓等先進教學環境，保障了實驗室具有行業領先的技術條件;更新教學理念，明確人才培養目標，以智能融合通信為專業建設新方向，建設先進的育人環境和高素質應用型人才培養體系，強調實驗課程的技術先進性和工程性，契合工程應用需求，增強對學生實踐能力培養的有效性;引入實踐教學反饋機制，不斷迭代優化實踐教學環節，真正將工程認證理念落實到實踐教學全流程。

2.2? 基于信息通信產業技術發展特點，打造虛實結合泛在網絡化實踐教學環境

虛擬仿真技術具有沉浸性、交互性、虛幻性和逼真性等基本特性，能夠讓人獲得身臨其境的感受。隨著虛擬仿真實驗技術的成熟，人們開始認識到虛擬仿真實驗室在教育領域的應用價值，在實驗教學方面具有利用率高、易維護等諸多優點[10-12]，如圖3所示。

通信學院在2015年完成4G TD-LTE移動通信系統建設后，緊跟通信技術發展，同時響應教育部建立虛擬仿真實驗項目的要求，積極開展虛擬仿真實驗項目建設，先后建設電子競技的虛擬網絡規劃與優化實驗環境、基于物聯網創新應用+5G異構化網絡的虛擬仿真實驗、基于大數據的電信業務分析系統，打造虛實結合泛在網絡化實踐教學環境，重構實踐教學的內容和方向。

通過金課建設、虛擬仿真實驗項目建設，實現實踐教學方式和內容的全面更新和升級。在實踐教學內容上，通過開發與最新技術發展相協調的虛擬仿真實驗內容，可以充分利用虛擬仿真軟件的迭代升級來適應不斷發展的通信新技術，給學生創建最新的實驗環境，提升實驗資源的使用效率和實現實驗內容的不斷進化。在實踐教學方式上，通過采用虛擬實驗與實際設備操作，線上線下教學相結合的個性化、智能化、泛在化實驗教學新模式，可以極大增強實驗教學效果，強化學生發現問題、分析問題、提出解決方案、創造性解決問題的能力，提高實踐教學的靈活性和有效性[13]。

2.3? 積極開展專業群建設，以賽促教、賽課合一的模式培養學生的創新實踐能力

大力推動學生參加各類學科競賽和創新創業項目，從2014年開始積極開展北京地區電子信息專業群建設，打造以“新生導論課+創客大賽”為品牌的課程創新模式，以賽促教、以賽促學、賽課合一，提升學生創新實踐能力培養水平[14]。從2015年開始，對大一新生專業導論課開展課程改革，引入口袋實驗室和創客資源，將專業導論課與新生創客競賽結合起來，在導論課中嵌入創客實踐教學，引導學生掌握從理論到實踐的綜合專業能力。同時，在學生通過專業導論課實踐作品設計的基礎上，組織學生以專業導論課中實現的創客作品參加新生創客競賽，以競賽形式檢驗課程教學成果，真正形成以賽促學、賽課合一的模式，極大地提高學生創新實踐能力培養水平。在創新創業實踐活動中引入學生助教制度和激勵機制，開展朋輩教育，形成傳幫帶的優良學風和濃厚的創新創業氛圍。

2.4? 突出通信特色，采用科產教融合，科研反哺教學，校企緊密合作，提高實驗室建設水平

為了進一步提升學校信息通信類專業綜合實驗室辦學實力，建立教學科研聯合實驗室，開闊教學實驗室建設視野，開展前沿課題研究，引領教學實驗室建設方向。依托通信學院科研基地無線通信新技術實驗室，將科研項目與教學實驗和學生實踐能力培養結合起來，如圖4所示。目前，無線通信新技術實驗室在研項目包括國家自然科學基金項目兩項、北京市自然科學基金項目三項。通過將這些科研項目內容引入實驗教學中，開闊了教學實驗室建設視野，明確了信息通信技術發展趨勢，指明了教學實驗室建設方向。在學生實踐能力培養上，通過引導實驗教學教師參與科研項目具體研究，提升教學科研水平，將科研成果體現在日常教學過程中，開闊學生專業視野。同時，鼓勵具有科研興趣和基礎科研能力的學生承擔具體的科研任務，提升學生的實踐能力和新技術掌握能力，培養學生的綜合專業素質[15-16]。

隨著信息通信技術產業的快速發展，學校通信工程專業在大力建設校內專業綜合實驗室的基礎上，積極探索校企緊密合作、聯合育人培養模式，先后與中興、大唐、普天等知名企業簽署校企合作培養協議，共建校內外實習實踐教學中心，獲批國家級工程實踐教育中心一個、北京市級校外人才培養基地兩個。充分利用知名企業的行業背景、設施設備、師資資源、工程需求導向等學校缺乏的教學資源，校企緊密合作，通過企業課程、工程項目合作、實習實踐、畢業設計等企業教學環節，共同培養學生的工程實踐能力[17-18]。

3? 建設成效

通過開展信息通信類專業綜合實驗室建設，形成學校信息通信類專業立足工程認證理念、符合專業技術發展和學生需要、注重工程實踐能力培養的實驗教學體系。通過持續建設，通信工程專業在2017年順利通過工程認證，獲得六年有效期，2019年入選北京高校“重點建設一流專業”;電子信息工程專業在2019年通過工程認證受理，迎來專家進校考察;物聯網工程專業已提交工程認證自評報告，正式進入工程認證實質流程。

在工程教育認證、一流專業建設、校企合作、科教融合的基礎上，專業教師通過參加技術培訓獲得中興通訊4G工程師認證、工信部移動互聯網開發工程師認證等行業工程師認證證書，提高了工程實踐教學水平。學生獲得現代移動通信系統應用場景設計能力和創新實踐能力，提高了解決復雜工程問題的能力。近三年來，有超過100名通信工程專業學生獲得中興移動工程師認證證書，10%以上的學生順利進入中國移動、中國聯通等電信運營商工作。移動通信實訓課程為學生進一步深入專業領域的研究和就業提供了堅實的支撐，獲得良好的教學效果。

2015年以來，組織學生參加各類學科競賽獲獎120余項，其中市級以上獎項40余項;2010—2019年連續九年獲得華北五省（市、自治區）及港澳臺大學生計算機應用大賽優秀組織獎;開展大學生科技創新計劃項目60余項，其中國家級11項、市級45項，參加人數近300人，取得良好的效果。2019年，學校“雙創”教育與課程思政教育相結合的創新舉措被《中國教育報》和中國教育電視臺報道，吸引了北京建筑大學、北京聯合大學等院校前來學習交流，取得良好的輻射和示范效應。

在科研項目引領作用下，信息通信類專業實驗室明確了以“人工智能+通信”為專業建設的新方向，建設先進的實踐育人環境，努力實現建成市屬高校一流專業的建設發展目標，在提高人才培養質量上發揮更大的積極作用。

4? 結束語

現代信息通信技術高速發展的客觀實際決定了新工科教育的教學模式和實驗室建設必須緊跟技術發展前沿，與時俱進，不斷引入新的建設理念和新的教學技術手段，提高實驗室建設的先進性和學生實踐能力培養的有效性。北京信息科技大學信息與通信工程學院基于工程認證的教育理念，運用科產教融合、虛實結合、賽課合一等教學形式，形成了貫徹工程認證理念、面向現代信息通信技術發展前沿、有助于培養學生解決復雜工程問題能力的信息通信類專業綜合實驗室;以“人工智能+通信”為專業建設的新方向，建設先進的實踐育人環境，支撐市屬高校一流專業的建設發展目標，在培養學生工程實踐能力和創新能力、開闊專業視野、提升綜合專業技能、增強就業和深造能力等方面進行積極嘗試，積累了有益的經驗，取得了良好的成效。

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