针对应用型本科院校的科技前沿教学研究

韦朴++刘婷婷

【摘要】传统应用型本科院校通信工程专业以“强调基础，强调应用”作为主要的教学特点。本文提出在此基础上，进一步加强本领域科技前沿知识的教授。授课时，注重理论联系实际和多领域/学科的融合，并引入工程化的思考方式。从而通过重点介绍本领域各个方向的前沿技术知识，使学生巩固融合先前所学知识，关注本领域的发展，扩大知识面，提高学生适应社会发展的能力。

【关键词】科技前沿 应用型本科 理论教学 实践教学

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）07-0010-02

一、传统本科院校教改发展方向

传统地方应用型本科院校的课程体系以“依托学科、面向应用”为特点，为地方培养应用型本科人才。其教学目标在给予学生足够的基础知识下，强调培养学生的应用技能，理论与实际相结合，提高学生的动手能力，使高校培养的学生的技能符合社会的需求。以南京工程学院通信工程学院为例，2015年暑期对2011、2012、2013和2014届毕业生进行调研，已毕业的学生大多在IT领域主要从事软硬件开发与设计、工程维护、测试以及生产等工作。在硬件领域，社会比较关注诸如电路设计、单片机编程、嵌入式系统开发，FPGA等相关实际应用技能的掌握。在软件方面，比较注重实际的软件开发经验，熟练掌握一种或几种开发语言，熟悉操作系统，计算机网络、数据库等相关知识。同时，社会还希望学生对企事业单位的工作流程能有所了解，尽可能减少企业相关的培训，降低企业成本。因此，学院提出在教学中注重加强学生相关技能的训练，同时，在专业课程中也强调实验的重要性，避免简单的照本宣科。

这种改革短期内迎合了社会对毕业生的要求，但是与国外同类高校相比，国内高校培养的学生知识面狭窄、综合运用所学知识的能力较差，不了解本领域的发展前沿。从而导致学生的专业发展后劲不足，只能从事较为简单、基础的专业工作，难以同国内外优秀的同行竞争。

二、科技前沿知识教学方法浅谈

针对上述问题，建议针对本科高年级的学生，结合老师自身科研工作和项目实践，介绍本领域的前沿科学技术，扩大学生的知识面。作者结合本人的科研经历，面向大四学生开设课程“微波光子技术”，向学生介绍在微波和光子学领域最重要的一个分支，使学生充分了解本领域最优秀同行目前所从事的工作，取得了良好的效果。课程的建设主要从以下三个方面展开：

1.多领域融合

目前最新的科技前沿多数属于多个科目的交叉，在分析、处理相关问题时，往往会综合使用多个领域的知识。因此，在课堂介绍时，着重突出多领域的知识交叉，加强课程之间的联系，使学生感受到平时所学的看似独立的课程，其内在具有各种联系。“微波光子技术”就是一门综合性的交叉学科，其涉及的知识牵涉“高等数学”、“大学物理”、“信号与线性系统”、“通信原理”、“光纤通信”、“固体物理”和“半导体物理”等多个学科。在讲解相关技术时，有意融入其它课程中所学的知识和方法。这样，一方面适当恢复原先学过但渐渐遗忘的知识，另一方面向学生展示如何综合使用所学知识去分析问题、解决问题。例如，在分析基于微波光子技术进行上变频问题时。首先从通信原理和微波通信技术原理出发，介绍上变频的原理和在微波通信中的作用，然后提出传统上变频技术存在的问题和不足。在此基础上，引出基于微波光子技术来实现上变频的设想。微波光子上变频技术的核心是基于一个光学Mach-Zehnder调制器实现载波抑制的多边带调制。为了解释工作机理，首先从通信原理中的模拟调制技术出发，引出多边带调制理论。然后从大学物理和光纤通信中干涉理论出发，推导Mach-Zehnder调制器的输出函数，分析如何基于该调制器实现多边带调制。最后，导出系统整体结构。并通过文献结论，告诉学生采用不同的系统结构方案，产生的结果有何差别。

因此，通过介绍微波光子上变频技术，将学生已经学习过的大学物理、通信原理、光纤通信，信号与系统等多个领域的知识有机结合在一起。在课堂讲解时，可适当回顾之前所学的知识，帮助学生回复记忆。同时，还可以使学生感受和初步掌握如何利用所学知识解决问题的方法。

2.工程化思维训练

传统高校教育主要是从知识和技能方面入手，学生在实际分析问题时，仅仅从技术入手，在实际工程中往往是不够的。针对这个问题，在传授相关技术时，不采用简单的知识灌输，引导学生从实际工程化方面考虑问题。设计具体的方案时，不是单一考虑技术本身，还需要考虑成本、采购等一系列环节。培养学生从一个项目经理的角度思考问题，而不是仅仅做一个技术员。

在介绍微波光子技术的历史发展时，学生常有疑问：微波光子技术属于模拟通信和信号处理技术，它的发展似乎有悖于电子信息领域的发展趋势——数字化。为了解释这个问题，笔者首先回顾历史，充分展现现有无线通信技术发展的趋势——无线化、宽带化。接着充分比较了现有技术的优缺点，尤其是在实现成本、维护成本方面。通过现实的实例（比如摩托罗拉的铱星计划）使学生明白，社会接收或拒绝使用一项技术，并不仅仅取决于其先进性，与其实现/维护成本也存在着很大的关系。现有成熟的商业技术和方案，肯定是技术先进性和成本双方妥协的结果。未来的无线通信技术，为了满足大宽带的需求，其通信主频会进一步的提高，因此其无线基站的设置密度会更大。而如果未来的无线通信系统仍采用现有架构的话，其构建和运营维护成本将极高，从而影响该技术的实用化。但是如果采用模拟微波光子技术，将传统基站的功能归并至中心局，基站只承担电光/光电转换和上下变频等基本功能，从而可显著降低基站成本，使通信系统的成本达到可接受的范围。最后引导学生得出结论：所谓数字化，并不一定是电子信息技术发展的唯一趋势，在很多特殊应用场合，综合考虑技术需求和成本等各方面的因素，采用微波光子技术是未来无线通信技术发展的一个重要的方向。是依据实际的社会需求而产生的一个新的交叉学科。

在技术方案讲解时，尽量避免传统的知识灌输的方法。采用“提出问题”—“分析问题”—“解决问题”的思路。从器件的应用及相关技术指标入手，引导学生主动的去思考， 而非被动接受知识。例如在介绍高速光电探测技术，在介绍光电探测技术的原理和核心性能指标的基础上，对现有器件的基本结构及其在性能参数（响应度，带宽）的影响做了介绍。启发学生独自思考，如何根据所学的知识，设计新型的器件结构，对探测器件的各项参数之间进行权衡。

3.扩大学生知识面

通过介绍现在的前沿科学技术，使学生了解自己所处的专业的发展趋势，知道自己优秀的同行目前所从事的工作。进一步，在课堂上介绍相关知识的同时，可以合理穿插目前社会上的技术热点，扩大学生的知识面，并且也可以激发学生的学习兴趣。例如，在讲授“微波光子技术”的无线接入部分时，除了介绍目前现有的无线技术方案，还可以就目前比较流行的光学WiFi （LiFi）技术向学生做介绍。其主要机理是将照明用的LED等作为无线信号发射源，由于光波的频率更高，LiFi技术理论上的带宽更大，可以满足家庭高速无线接入的需求。不过，该技术也存在问题：即光波信号的“穿墙”难题，是困扰其应用的一个难点。当然，任何问题都有两面性，光波“穿墙”难题，也可以保证信号传输的保密性，“蹭网”将成为过去。

所以，通过短时的这种不影响教学进度的穿插，揭开目前热点技术的神秘面纱，可扩大学生知识面，并激发起学生兴趣。

4.理论联系实际

目前，应用型本科教学越来越多的强调实践能力和动手能力的培养。这一方面很好弥补了传统工科教学中对实践能力的忽视，另一方面也切合社会对人才的基本需求。同时，在实际的教学过程中，也发现学生普遍青睐技能型学科，比如单片机、DSP、编程相关的课程，对与枯燥乏味的理论分析课程缺乏兴趣，理论课程教学效果欠佳。这种短视的行为对学生将来的职业发展将带来深远的负面影响。这主要是由于目前科学技术的发展和进步的速度极快，复杂性和多学科的交融并存。如果学生在高校不能打下扎实的数理和专业基础，那将来从事技术工作时，往往难以对所从事的工作有更为广泛和深刻的了解。从而导致学生只能从事相对简单、低级的工作，缺乏晋升的能力和资本。

因此，在课程介绍时，并不回避理论分析，而是通过简化的理论推导分析，得出有用的结论。强调通过理论分析所得的结论指导实践和工程设计。通过实例使学生了解看似枯燥乏味的理论分析和推导，在工程项目中的重要性和必要性。例如， 在分析微波光子系统的色散问题时，首先从理论出发，通过简化的数学推导，分析色散对通信系统的影响。并且，通过向学生展示论文中发表的实验结果，证明理论分析的准确性。其次，在分析问题的基础上，提出了色散问题的解决方案，通过理论和实际相结合的方法论证方案的实际效果。课堂实践表明。由于课堂中强调了理论分析的重要性并简化了理论分析过程，学生不再抵触公式推导，该方案收到较好的教学效果

三、结论

地方应用型本科院校长期以“依托学科，面向应用”作为课程体系建设标准，为社会输送了大量有用人才。本文面对新时期高技术井喷式发展的现状，提出针对社会发展的热点和科技前沿，依托教师的科研方向，开设新型的科技前沿课程，从而扩大学生的知识面。并给出了开设科技前沿课程的教学方法和教学思路。在实际的教学中，该方法取得了良好的教学效果和学生反馈。

参考文献：

[1]刘婷婷，张健.应用型本科院校通信工程专业人才培养方案研究[J].中国电力教育，2013，28：37-41.

[2]朱科蓉.地方应用型本科院校课程体系改革思路[J].中国电力教育，2010，3：104-106.

[3]刘光灿，张刚林，黄飞江.通信工程专业应用型人才培养方案的研究[J].长沙大学学报，2009，23（2）.