新工科視域下信息與通信工程拔尖人才培養模式探索與實踐

王大偉 宮予涵 閔令通

摘? 要：開展新工科視域下通信工程拔尖人才培養已經成為我國解決“卡脖子”問題的重要途徑之一。西北工業大學電子信息學院面向國家重大需求，注重人才的基礎能力、工程實踐能力培養，以實際需求為牽引，將工程應用環節的“目標點”對應知識結構的“知識點”，融入專業核心課程，培養“重基礎、強應用”新工科拔尖人才，為信息與通信工程拔尖人才培養改革提供借鑒與參考。

關鍵詞：新工科；通信原理；信息與通信工程；拔尖人才培養；實踐探索

中圖分類號：C961? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）08-0161-04

Abstract： The cultivation of top talents in communication engineering under the perspective of a new engineering discipline has become one of the important ways to solve the problem of "necklace" in China. Facing the national major demand， School of Electronics and Information Technology of Northwestern Polytechnical University pays attention to the cultivation of talents' basic ability and engineering practice ability， takes the actual demand as the guide， and puts the "target point" of the engineering application link corresponding to the "knowledge point" of the knowledge structure into the core curriculum of the specialty， so as to cultivate the? top talents with "solid foundation， strong application ability" in the new engineering discipline， providing a reference for the reform of cultivation of information and communication engineering talents.

Keywords： new engineering; Principles of Communication; Information and Communication Engineering; cultivation of top talents；practical exploration

當前，世界上越來越多的國家研究5G移動通信技術，每一個國家都在致力于利用5G技術對本國產生巨大效益，5G技術也通過實踐研究變得更加完善，更加清晰并且實現巨大的飛躍與應用。未來，通信技術的發展將在三個主要方面進行改進。首先，在無線傳輸方面，未來通信技術會進一步拓展無線移動通信的寬度，進一步提高通信頻率。其次，無線通信頻率的利用率更高，實現更好的通信功能。另外，未來移動通信在用戶體驗方面更為人性化，尤其是在交互式游戲和3D支撐能力方面可以給用戶更好的使用體驗。最后，移動通信系統在其室內移動通信業務上也會有較大的提升，無線信號的覆蓋率更高，實現更好的室內移動信號通信。

黨的二十大報告強調教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐，體現了依靠和培養拔尖人才的科教融合發展思想。2021年4月，習近平總書記在清華大學考察時強調“瞄準科技前沿和關鍵領域，推進新工科、新醫科、新農科、新文科建設，加快培養緊缺人才”[1]。拔尖創新人才的培養目標對學科課程的教學提出了更多的要求，傳統的學科課程人才培養模式已無法滿足拔尖創新人才培養的需求。清華大學原黨委書記陳希提出，拔尖創新人才應在自己的專業知識領域有很深的造詣，精通專業理論，掌握應用技能[2]。因此，在人才培養層面，專業知識的培養是根本，而專業課程的教學是學生獲得專業知識最直接有效的途徑。

一? 西北工業大學通信工程專業概況

通信工程專業作為科技前沿學科，為我國培養了大批的通信人才，也為我國在5G通信技術上取得巨大的成功及為5G通信技術的領跑提供了堅實的基礎。通信工程專業2021年入選教育部“雙萬計劃”國家級一流專業建設點，建設有國內一流的電子信息系列課程，現有國家級、省級一流課程/精品資源9門。其中，通信原理作為5G技術的基礎理論，是每個通信工程專業學生必須掌握的課程。因此，加強通信原理課程建設，構建信息領域拔尖人才的學科培養體系具有重要意義。面向世界科技前沿和國家重大需求，堅持“具有家國情懷，追求卓越、引領未來的領軍人才”的培養目標。專業聘請國際名師授課、青年教師輔導，引入全球排名前30的加拿大英屬哥倫比亞大學《信號、系統及推理》等一批國際優質教學資源，促進課程教學國際化。聘請國防院所、龍頭企業等行業領軍人才授課，開設空天信息與通信博士班、華為鴻蒙班和中興通信無線精英班，引入行業前沿課程體系，將行業先進技術和理念轉化為學校人才培養優勢。本科生生源位于國內前列，研究生推免生全部來自一流學科高校，碩、博士報錄比達4.2∶1，畢業生60%以上進入國防軍工系統就業。

二? 新工科視域下信息與通信工程拔尖人才培養模式現狀

（一）? 通信工程拔尖人才能力需求分析

目前，我國的移動通信技術正在立足5G發展，需要進行大量5G網絡工程建設，尤其是對移動通信技術高素質人才需求量很大，并且5G時代的技術革命使通信企業對通信人才提出了新的要求，即不僅需要較好地掌握課程理論和較強的實踐動手能力，還要求有較高的思想道德水準、勇于奉獻的職業道德精神及豐厚的人文素養。因此，深入挖掘通信工程課程與思政教育的融合點，有效發揮專業課課堂育人的主體作用，已迫在眉睫[3]。

（二）? 以核心課程改革促進信息與通信工程拔尖人才培養

在新工科建設的背景下，課程體系是人才培養的主要載體，是專業培養方案的核心內容，關系到人才培養目標的實現和專業培養標準的落實[4]。通信原理作為通信工程專業的基礎課程，以數學和物理為基礎，以現代計算機技術和微電子技術為支撐，研究信息的獲取、傳輸、處理與利用。通信原理的諸多技術思想都植根于數學和物理或者可以從數學和物理的角度加以解釋；同時，通信原理的基礎理論直接應用于工程領域并在應用中發展，因此，通信原理是一門強調物理、數學等基礎，重實踐應用的課程[5-6]。

通信原理課程探索基于數學問題、物理內涵，力求學生掌握現代通信系統的一些新的技術與概念，了解和掌握現代通信的相關理論、實現技術和設計思想，使學生從基礎中來，到應用中去，成為“強基礎，重應用”的新工科拔尖人才。在教學過程中深入挖掘蘊含在課程知識體系中的思想政治教育資源，培養學生探索未知、追求真理、勇攀科學高峰的責任感和使命感。以核心專業課程促進人才培養質量，培養學生精益求精的大國工匠精神，培養學生成為具有“家國情懷”的社會主義事業合格建設者和接班人。

（三）? 面臨的問題與挑戰

通信原理課程內容豐富、概念抽象、原理較復雜、數學公式較多及綜合性強，包括通信系統的組成與基本工作原理，信息論基礎與概率數理統計基礎，信道模型與特性，模擬調制與解調理論，模擬信號數字化理論，數字基帶傳輸理論，數字頻帶傳輸理論，最佳接收機設計，先進數字通信技術等。基于學生在信號與系統課程中掌握的基礎知識，本課程通過教學使學生系統深入地掌握通信系統的基本概念，特別是數字和模擬系統的基本調制與解調的原理與方法[7-8]。此外，本課程還設置一些課程實驗內容，使學生能夠接觸實際通信系統（或其部分模塊）的設計和實現，理論聯系實際，既能加深相關理論知識的理解，又能通過這些實驗具備一定的實踐能力。基于以上特點，學生在學習通信原理時，面臨課程內容豐富、概念抽象，難以系統掌握；課程以數學、物理為基礎，需要扎實的數學、物理功底；課程應用性強，需要能在實踐中理解理論。

三? 新工科視域下信息與通信工程拔尖人才培養模式的實踐

構建以“重視基礎、強化應用、協同育人”為培養理念，支撐學校“強基計劃”，以通信工程課程為例，探索通信理論背后所蘊含的數學問題及物理內涵，研究通信原理應用過程中的改革創新，探索學校國防領域優勢工科“共享、交叉、實踐”為培養特色的工科人才培養模式。致力于在新工科和國防領域培養以“數理基礎厚、應用能力強、發展潛力大、國際視野廣”為內涵，以“家國情懷、追求卓越、引領未來”為外延的高層次創新工程領域拔尖人才。

通信原理課程意在培養具有“家國情懷”“強基礎重應用”的新工科拔尖人才。為此，本課程擬圍繞課程思政改革要求下的課程教學設計展開，利用現有的線上線下教學資源，擬在建設全過程課程思政的大背景下，探討多維度、全方位的通信專業課程與課程思政相結合的線上線下混合教學方案。以重基礎強應用為立足點，將通信原理課程與基礎課程、應用實際同向同行，形成協同效應，進而全面提高人才的數學、物理基礎和應用動手實踐能力等。同時，將思政教學中馬克思主義觀點方法的教育與精神培養相結合，融入到工程專業課程教學中，有效幫助學生提升發現問題解決問題的能力，塑造其正確的世界觀、人生觀、價值觀。

在教學活動設計中融入思政元素，主要方案將選取適合的網絡通信課程的內容結合設計思政專題，以引導學生了解國情、民情，在學習知識的同時增強對我國信息科學發展歷程和創新理論的政治認同、思想認同、情感認同，堅定“四個自信”。在此過程中，采用多維度教學手段進行教學支撐與實現，有效利用學習強國平臺等線上資源，實現線上線下、課內課外的靈活多渠道引導與影響學生，探索建立富有院校特色的課程思政教學結構框架與教學活動實踐（圖1）。

（一）? 建設目標

1? 建設面向通信工程專業本科生的通信原理教學模式

使學生掌握通信中最基本和最核心的概念、理論與方法，完善培養方案中工程信息類課程的課程體系，為學生今后從事科學研究和技術研發工作打下堅實的理論基礎。

2? 培養學生“重基礎、強應用”

將數學方法、物理概念、工程觀點相結合，引導學生思考基礎理論背后的物理內涵，并與實際工程問題相結合，從工程的角度出發理解通信原理。同時，用數學分析的觀點對相關專業基礎課和專業課的知識點做統一的闡釋，幫助學生重構專業知識體系，實現基礎課與專業課的平滑過渡。

3? 思政同行、厚植情懷

以培養學生家國情懷為重點融入思政，針對不同模塊的教學內容思考融入相應的思政專題，并進行相應的課程教學設計。讓學生學習的同時，感受到我國通信技術的領先地位，培養民族自豪感。

4? 提升創新實踐能力

將實際工程中的具體問題引入課堂教學，培養學生利用基礎理論描述和解決工程問題的能力，同時向學生展示信息工程的前沿方向，幫助學生建立專業認同感，增強學生的學習興趣。基于學科培養目標，結合以往的教學大綱、資料和學生學習成果反饋，劃分不同教學內容模塊。

（二）? 建設重點

1? 探索與現有通信原理課程教學體系兼容的新型教學模式

通信原理具有內容繁雜、理論性強、抽象程度高等特點，對于本科生而言學習起來有相當難度。另一方面，課程內容的設計還必須充分體現面向工程應用的特點，使學生能夠學以致用。針對這些問題，我們在課程內容的建設上擬采用的思路是：首先，重點講授通信原理理論中最為基礎、最為核心，同時又與信號與系統銜接最為緊密的內容作為課程主體，主要包括隨機信號、信道、模擬調制、數字調制等；其次，將工程應用與理論教學融為一體，在每一部分基礎理論講解的過程中，都介紹與之密切相關的工程應用實例，主要包括信道估計、信息速率提升、快速傅里葉變換、多天線通信系統、波束賦形和預編碼等。

2? 設計具有足夠深度和廣度，同時又符合學生認知能力的“激勵式問題集”

設計具有一定容量的激勵式數學、物理、工程問題集，用于學生思考。所設計的問題必須具有相當的深度，透過這些問題應當能夠揭示出這一學科的本質；同時，激勵學生從沉湎于紛繁復雜知識點的狀態中跳出，站在更高的角度重新審視所學的知識。此外，這些問題還需要具有時代性的特征，能夠體現科學研究的前沿并融入數學、物理、工程設計的基本要素。

3? 研究轉變學生學習理念和學習習慣的有效方法

通信原理從課程性質來說屬于工程類課程，以往此類課程的考核多采用閉卷考試方式進行。但該課程開設的目的并不是簡單地進行知識點的傳授，而是強調理論思維和數學素養的養成。此外，該課程是一門面向工程應用的基礎課程，不僅具有較強的理論性，還具有鮮明的工程性和實踐性，對于課程中所講述的很多理論和方法，學生只有在解決實際工程問題的過程中才能夠真正掌握。因此，我們將探索全新的課程考核評價方法，建立一種以問題描述能力和問題解決能力為依據的考核評價機制，通過閉卷考試、專題研究、開放式研討相結合的方法進行全面考核，激勵學生真正做到理論聯系實際。

（三）? 建設成效

1? 提高教育教學質量，思政融入課堂

在課程中融入思政，同時使學生樹立“數學方法、物理概念、工程觀點”相統一的學習理念，從而形成“三元一體”的授課體系，使學生學會利用數學解決工程問題，同時能夠從物理涵義和實際工程的角度闡釋數學概念。

信息工程作為一門工程類的學科，是以解決工程實際問題為目標的，因此，學生不僅需要有扎實的理論基礎，還必須善于透過理論公式理解其背后所蘊含的工程內涵。然而，目前在課程教學和學生學習中，存在著兩種截然相反但都違背學科特點的做法，一是過分強調理論，“為理論而理論”，將理論完全作為一種符號的游戲，而忽視了對理論公式中所包含的物理含義的剖析；二是忽視理論的基礎作用，脫離基礎理論空談物理概念和工程應用，導致學生眼高手低，缺乏扎實的基礎，后續發展乏力。本課程建設的一個重要目標，就是希望通過大量的實例，使學生樹立“數學方法、物理概念、工程觀點”相統一的理念，將理論和工程有機結合起來。同時，通過挖掘、提煉課程專業知識體系中所蘊含的科學規律，使之與思政教育進行有效結合，有針對性地協同規劃課程內容，進一步拓展課程的廣度、深度。

2? 完善信息工程專業工程基礎課程體系，樹立主動運用基礎理論工具理解專業課程相關內容的強烈意識

信息工程專業所對應的一級學科是信息與通信工程，對該學科的科學研究來說，通信原理是最為重要的基礎理論課程。如果在本科期間沒有扎實學習掌握，在進入研究生階段之后，學生還需要花費大量的精力來自學通信原理的相關內容或選修研究生層次的相應課程，嚴重影響了科研效率。為此，我們希望通過面向本科生的通信原理課程來幫助學生強化這一知識短板。我們計劃對通信原理中最為基礎、最為核心，同時也是與信息工程專業關系最密切的若干內容向學生重點講授，使學生熟悉用基礎理論理解工程問題，形成主動運用基礎理論理解工程應用中相關內容的意識及能力[9]。同時，我們將思政教學中馬克思主義觀點方法的教育與精神培養相結合，融入到工程專業課程培養中，有效幫助學生提升發現問題解決問題的能力，塑造其正確的世界觀、人生觀、價值觀。

3? 探索工程信息類課程新的教學模式，研究以問題驅動為特征的教學方法的可行性

工程信息類課程在信息工程專業培養計劃中早已有之，但從內容選取和講授方式來說，都更偏重基礎理論，工程背景明顯不足。本課程希望探索一種全新的工程理論課授課模式，堅持以工程的觀點講授基礎理論，以信息科學的視角解讀公式[10]。為此，我們將在每一講設置1～2個實際工程中的問題，由這些問題牽引，引出相應的概念和方法，體現“問題驅動”的教學方式，讓學生在分析和解決實際問題的過程中體會基礎方法所蘊含的思想。

四? 結束語

未來新技術、新產業、新業態與新模式的產生與發展，將會給人類的生活和生產帶來前所未有的變化，電子科學與技術作為新技術、新產業、新業態與新模式原生動力，已經成為各國優先發展的重要技術之一。要加快我國通信的發展，就要求我們必須加快新工科的建設，培養更多實踐能力強、綜合素質高、具有全球競爭力的工程拔尖人才。

西北工業大學通信工程專業致力于以信息引領未來為指導思想，把推動國家科技進步、服務國防現代化和地方經濟建設作為宗旨，面向“三航”與信息交叉融合領域的數字化、網絡化、智能化等發展趨勢，按照“強基、固優、扶新”的發展思路，發揮學科特色，優化學科布局，為適應現代信息與通信技術的發展，滿足國防、行業以及區域經濟對信息與通信人才的需求，培養理論基礎扎實、工程能力強、基本素質好、有社會責任感，以及具有國際化大視野、富有創新實踐能力和精益求精的工匠精神，能夠勝任研究機構、高等院校和產業部門在信息與通信工程及其相關領域的研究、教學、工程開發或技術管理工作的高層次人才。

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[10] 劉歡，秦立靜.新農科背景下信息類課程混合式教學模式的改革[J].黑河學院學報，2023，14（5）：103-105.

基金項目：國家自然科學基金“面向6G的空間動態網絡物理層內生安全傳輸理論與方法”（62271399）；2022年西北工業大學教育教學改革研究項目“新工科拔尖人才培養模式探索與實踐——以通信原理課程為例”（2023JGZ11）

第一作者簡介：王大偉（1988-），男，漢族，河南新野人，工學博士，副教授。研究方向為無線通信技術。