以卓越工程师为目标驱动人才培养方式的改革

赵同刚,刘 乐

(北京邮电大学 电子工程学院,北京 100876)

实验教学研究

以卓越工程师为目标驱动人才培养方式的改革

赵同刚,刘 乐

(北京邮电大学 电子工程学院,北京 100876)

根据教育部开展的卓越工程师教育培养计划,北京邮电大学电子工程学院开展培养电子信息类卓越工程师计划的改革和探索,进行了“以社会需求为导向,以实际工程为背景,以工程技术为主线,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力”的一系列改革实践。通过3年多的实践表明，该项改革措施不仅丰富完善了具有通信专业特色的实验内容,也使得学生的工程素质和工程实践能力有了较大的提高。

卓越工程师;目标驱动;工程实践教学;教学改革

卓越工程师教育培养计划是教育部贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》和《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年)》的重大改革项目,也是促进我国从工程教育大国迈向工程教育强国的重要举措。该计划就是要培养和造就一大批创新能力强、适应社会经济发展需要的高质量工程技术人才,为国家新型工业化发展、建设创新型国家服务。

电子信息类卓越工程师是具有一定的计算机相关理论基础、行业知识面宽、具备较强的分析问题和解决问题的能力、适于从事软件开发系统维护和项目管理等工作的工程技术型人才[1]。北京邮电大学是以通信、电子信息技术为背景的国内知名重点院校,在基础培养和科学研究上有着扎实的基础。随着行业发展对人才的需求日益增长,培养高质量的卓越工程师成为亟待解决的问题。近3年,我校以社会需求为导向、以实际工程为背景、以工程技术为主线,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力,在各个教学环节进行了以培养优秀电子信息类专业卓越工程师为目标的教学改革[2]。

1 培养卓越工程师的环境

创新能力强、适应社会发展需要的电子信息类卓越工程师,不仅需要有扎实的计算机、信息类的理论知识,更要有建立在良好理论知识基础之上的实践能力、分析和解决具体问题的综合能力。而高校的实验室资源则是连接理论和综合实践能力、培养合格的卓越工程师的最好纽带。

北京邮电大学电子工程学院电子中心承担着本院3个本科专业的实验教学工作,在传授电子科学、电子信息科学、光电信息科学等专业知识,培养学生实践创新能力方面一直发挥着重要的作用。实验中心承担计算机实习、电磁场与微波实验、数字信号处理实验、嵌入式系统设计实验、传感技术与应用实验、微波工程实验、VLSI原理与CAD技术实验、模拟集成电路、光纤通信系统实验、ASIC设计原理及应用等实验课程,这些实验课程都是通信、电子信息类专业的重要技术基础内容,成为学校培养电子信息类卓越工程师的重要基地。

该电子中心作为国家级实验示范中心的重要组成部分,在实验内容更新、学生动手能力培养方面也承担着重要的责任。在实验教学与探索中,笔者发现:在创新能力和卓越人才培养方面,存在部分基本单元实验内容重叠,通信、电子技术的理论和实践脱节的问题。两年来,在培养优秀卓越工程师目标的指引下,我校电子实验中心在专业实验、课程设置、实验内容方面进行了改革和探索,整合实验课程内容、提高实验效率。从教学反馈看,学生通过一些大型实验训练提高了实践能力,这对培养电子信息类卓越工程师是非常必要的[3]。

2 关于电子信息类卓越工程师工程素质的探索和培养目标

2.1 明确培养目标

要培养具有国际竞争力的应用型、设计型和研究型的高素质工程创新后备人才,需要有明确的培养目标。要达到这个目标,需要以学生工程实践能力、创新创业能力的培养为核心,以工程实践与科研训练为主线,通过不断地实验、实践,掌握专业知识，在实际项目的研究中增长工程实践能力和创新创业能力,充分锻炼学生在团队合作、管理、市场、沟通、服务等方面的综合素质。

我们将培养电子信息类卓越工程师的具体目标归纳如下[4]:

(1) 全面了解电子信息领域的行业背景,并能规划自己的职业方向;

(2) 通过在实验中心和企业的实验学习和实践锻炼,掌握电子信息工程领域的基础理论知识,具有工程实践能力;

(3) 具有综合运用所学科学理论知识和技术手段独立分析和解决工程问题的能力;

(4) 具有在电子信息领域的项目开发中撰写各项文档的能力;

(5) 具有产品开发、设计和工程项目集成的基本能力,以及开拓创新和创业意识;

(6) 具有信息获取、知识更新和终身学习的能力;

(7) 具有良好的组织管理能力、较强的交流沟通能力、环境适应能力和团队合作的能力。

2.2 关于卓越工程师工程素质的培养

培养卓越工程师的工程素养,需要教师关注和探索以下几方面的问题:

(1) 要培养学生良好的职业素养,不仅要加强知识的掌握,还要让学生了解企业文化和企业的核心价值观;

(2) 对学生科学思维、研究方法和求实创新意识的培养;

(3) 工程实践环节不断深入,要注重工程技术标准,使学生掌握扎实的工程基础知识,具有解决工程技术问题的知识和能力;

(4) 对学生工程管理能力的培养,使他们能综合运用经济、管理等知识进行信息安全项目的组织及工程管理,具有很好的沟通与交流能力、团队协作能力和领导能力;

(5) 加强工程研究能力培养,使学生能够学会从工程实践中探寻知识、查阅文献,具有工程推理和解决工程问题的能力、工程创新能力、创造性思维能力和创新创业能力。

3 工程实践环节的改革之路

3.1 实验教学和理论课程教学融合

在培养卓越工程师的过程中,不仅要注重结合理论教学,也要注重前瞻性和创新性教育。所以,我们将实验教学分为3个层次:基本理论验证实验,实验技巧训练实验和创新能力型实验,特别要求学生掌握基础理论的实验。坚实的基础是进行创新能力培养的保障。理论教学与实验教学的有机结合，做到教与学的统一,通过在学校实验中心和企业的实践学习和锻炼,使学生深入领会和掌握电子信息工程领域的基础理论知识,培养工程实践能力与创新创业能力,增强工程意识[5-6]。

例如我院开设的“模拟电子电路”,“通信电子电路”,“电磁场与电磁波”,“微波工程”和“天线理论”等无线通信类课程,理论教学难度大,但工程实用性强,与这一类理论课程配套的综合实验应贴近工程实际。传统的教学模式是理论课和实验课分开,理论教学和实践教学结合得不紧密。

针对这个问题,学校鼓励理论课任课教师参加实验教学改革，和实验课教师共同对该类课程中的实验项目进行整合,并参与实验教学,让学生切实掌握关于电磁和微波的基础理论知识,同时培养他们的工程意识、工程实践能力与创新创业能力,以及综合运用所学科学理论方法和技术手段独立地分析和解决工程问题的能力。

在工程训练的同时,理论课教师和实验课教师共同引导学生理论联系实际地学习;在讲授原理的同时,结合实验实例,对工程测试指标进行重点介绍,加强微波技术课程的实验教学环节。实验课教师和理论课教师一起整合这几门课程的实验学分和实验内容,使学生完成实践环节的学习。从近几年的教学效果来看,学生不仅对知识点难度大的“电磁场与电磁波”、“矢量分析与场论”、“特殊函数与数理方程”等课程的理论难点掌握得更好,而且对微波器件、微波电路设计、射频工作原理、天线工作原理等复杂的理论知识用实验进行验证,使理论和实践相互补充,为培养出优秀射频工程师打下坚实基础。

3.2 重点课程实验改革中的综合实验内容整合

对于重点课程实验,利用现有的资源进行大型实验内容的优化和整合。对原来的单元型实验,根据知识关系,进行整合和优化,突出工程实践环节的训练,使学生不仅掌握扎实的工程基础知识,还拥有解决工程技术问题的操作技能。

通信、电子学的实践课程在基础知识点上互有交叉,很多难度较大的知识点综合在一起,就是一个大型通信和电子类工程题目。

我们打破传统的教学模式,以1个班为实验班,在保持总实验学分不变情况下,为该实验班量身定做实验内容,整合实验方案,分组进行大型实验项目的学习。每个大实验项目就类似于一个工程项目,每个组设项目负责人,软件部分和硬件部分分工明确。教师指导学生先进行基础单元的验证实验,然后进行综合型、创新型实验。

学生可以打破传统实验报告的撰写模式,以工程文档的形式撰写,力求达到卓越工程师培养计划的基本要求。通过这些改革,学生在创新创业能力方面的综合素质得到提升。

3.3 工程素质培养过程中实验改革和最新科研成果相结合的探索

教师在教学和实践中如果能始终注重将教学与科研紧密结合,及时把学科最新发展成果和教改教研成果引入到教学中,通过最新成果的讲解,将有利于培养学生的创新思维和独立分析问题、解决问题的能力,有效促进学生学习能力的提高,并调动起学生主动学习的积极性。教学与科研的结合,也使课程实验与实践教学内容、方法和手段得到创新。我们在专业实验教学中进行了尝试,在通信、集成电路设计、光电检测、光通信系统、智能卡技术、电磁波、微波、天线等密切联系实际的相关实验内容中引入综合性创新实验,使学生有更大的受益[7-9]。

以光信息专业为例,近几年光与无线通信相融合的技术是光信息领域的研究热点。我们将开放综合科研平台和新的科研成果用于实验教学,学生既有参观,也有动手操作。通过这些实践环节,让学生对该领域的科学前沿研究有更加直观的认识。这对电子信息类卓越工程师的培养非常有益。

又例如,我们在光纤通信系统教学中引入了自行研发的2套教学平台[10-11]。

一是SDH-WDM光通信系统实验平台。我们将传统的实验箱、交换机设备、SDH传输设备、WDM设备等结合起来,不仅克服了传统通信实验设备原理性强、系统性弱和商用设备系统性强、原理性弱的缺点,也满足了新的光通信实验教学的需求。该实验系统不仅作为通信原理、光通信等相关课程的配套实验设备,也可以作为课程实践和创新项目研究的工作平台,能够帮助学生深入理解SDH-WDM光通信系统相关概念、原理、实现方式和关键性能指标及测试方法。

二是宽带、高速光通信系统实验平台。该实验平台用于宽带、高速光通信系统新技术的演示与设计,主要包括声音和图像的光纤传输系统和光正交频分复用技术综合实验平台2部分。通过演示实验，可以帮助学生认识模拟视频信号光纤传输系统的组成,熟悉图像信号在光纤通信系统中的传输过程,了解光纤波分复用技术的工作原理,还可用作光正交频分复用技术综合内容的实验操作。

通过这2套平台,光信息专业的学生可加深理解SDH-WDM光通信系统相关概念,掌握系统工作原理及实现方式,了解其关键性能指标的含义及相应的测试方法。学生通过对在线实际光传输设备的操作,能更透彻地了解SDH、WDM误码率、消光比、接收灵敏度等概念。高速光通信实验平台可以演示无线与光通信融合新技术,使学生认识、理解光正交频分复用、光无线融合新技术的基本原理和实现方式,掌握关键参数的配置。通过熟练运用光传输技术原理配置光传输设备,可以满足大运营商网络建设对优秀工程师的应用需求[12]。

3.4 工程素质培养过程中软硬结合

工程素质的培养要注重软硬结合。学校力求开发、设计一批与现代科学研究结合紧密的创新型实验项目,实现传统教学与现代化实验手段的结合,对系列课程的理论教学和研究、应用型人才的培养起到更有力的推动作用。

工程素质培养是个长期过程,在改革初期会面临经费、场地困难等问题。因此,学校应加大对专业实验室建设的投入,构建一个以培养学生综合能力为目的、软硬件相结合的实验教学环境,并根据经费情况,有计划地开设分层次的基础、设计和综合性实验。

例如,对电子信息和电子科学技术专业的学生,可以先进行专业实验中软件仿真类内容的更新,既能减少实验室的先期投入,又使学生在集成电路、通信电子电路、嵌入式系统等基本硬件系统分析和设计能力、智能卡开发应用能力等方面得到提升,更利于卓越工程师基本素质的培养。

4 探索实践的总结

通过以卓越工程师为目标驱动下人才培养方式的改革和探索,我们对电子信息类相关专业实验进行了设计与整合。从教学效果上看,学生不仅能很好地完成单元实验,又能根据通信技术、电子技术的发展趋势,不断进行综合性实验。实验内容的整合,也促进了我校在信息、电子、光电领域培养出设计型和研究型的高素质工程技术人才。通过这些改革,更好地提高了实验教学效率、对理论教学的整体质量有很好的促进作用,也逐步摸索出一条创新实验与理论课程互相融合的培养电子信息类卓越工程师的新思路。

References)

[1] 范剑波,于华,刘良旭,等.卓越软件工程师3C立体培养体系的探索[J].计算机教育,2011(16):22-25.

[2] 吕庆文,曹蕾,李远念,等.基于CDIO模式培养复合型卓越软件工程师的探索[J].高教探索,2013(1):71-76.

[3] 王蔷,凌丹,洪兴楠,等.电磁场与微波通信教学实验新体系[J].实验技术与管理,2005,22(2):110-113.

[4] 林健.“卓越工程师教育培养计划”通用标准研制[J].高等工程教育研究,2010(4):21-29.

[5] 郭伟强,杜志强.开放式实验教学模式的新探索[J]．实验室研究与探索,2003,22(5):7-10.

[6] 吴新开,于立言,俞建中.电工电子创新实验教学体系的研究与实践[J].实验室研究与探索,2004,23(3):51-53.

[7] 吕栋梁,王其军,舒运德,等.如何让本科生在实验教学中体会和学习创新[J].实验室科学,2009,12(1):71-73.

[8] 张鹏飞,龚书喜,徐云学,等.大型阵列天线辐射的近似分析[J].微波学报,2009,25(1):46-50.

[9] Agrawal G,Radic S. Phase-shifted fiber Bragg gratings and their applications for wavelength demultiplexing[J]. IEEE Photon Technol Lett,1994,6(8):995-997.

[10] 吴飞斌,张晋平,刘冰.激光通信综合实验演示仪设计[J].实验技术与管理,2012,29(2):55-58.

[11] 廖庆敏,秦钢年,蒙艳玫.把自制设备作为实验教学示范中心的特色来建设[J].实验技术与管理,2010,27(7):121-123.

[12] 赵同刚,任建华,崔岩松,等.通信光电子器件测量及仿真[M].北京:科学出版社,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

北京市级教改项目“以卓越工程师为目标驱动的电子信息类专业实验课程改革”资金支持

赵同刚(1972—),男,河北廊坊,博士,副教授,电子工程学院实验中心主任,主要研究方向为光电检测与传感技术.

E-mail：zhaotg@bupt.edu.cn

G642

A

1002-4956(2015)1- 0164- 03