工程认证视角下信息通信类专业综合实验室建设实践

李振松 职如昕 李学华

摘  要 随着现代信息通信技术的快速发展，对信息通信类专业学生实践能力培养提出新的要求。基于工程认证的教育理念，综合运用科产教融合、虚实结合、赛课合一等具体形式，形成贯彻工程认证理念、面向现代信息通信技术发展前沿、有助于培养学生解决复杂工程问题能力的信息通信类专业综合实验室，在培养学生工程实践能力和创新能力、开阔专业视野、提升综合专业技能、增强就业和深造能力等方面取得良好成效。

关键词 工程认证;信息通信类专业;综合实验室;实践教学;虚拟仿真实验;创新创业

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）17-0017-04

0  引言

随着新一轮信息科技革命和产业变革加速推进，以信息新技术、新业态、新产业、新模式为特点的信息新经济蓬勃发展，迫切需要培养造就一大批多样化、创新型的信息通信卓越工程技术人才。建立工程教育专业认证制度，是实现我国工程教育全面协调可持续发展的迫切需要[1-2]。

2006年，教育部启动工程教育专业认证试点工作。 2016年6月，我国成为《华盛顿协议》正式会员国，标志着我国的工程教育质量认证体系实现了与国际本科工程学位权威互认，推动我国工程师按照国际标准培养，提高工程技术人才培养质量，对我国工程技术领域应对国际竞争、赶上世界潮流具有重要意义[3-4]。

北京信息科技大学信息通信类专业包括通信工程、电子信息工程和物联网工程等三个专业。其中，通信工程专业始建于1985年，是教育部第二批“卓越计划”试点专业、北京市教委“双培计划”专业、北京高校“重点建设一流专业”，2017年通过教育部工程教育专业认证;电子信息工程专业为北京市特色建设专业、北京市教委“双培计划”专业，于2018年通过工程认证受理，于2020年迎接专家进校;物联网专业也已经提交工程认证自评报告，正式进入工程认证申报流程。

北京信息科技大学信息通信类专业注重学生的实践能力培养，基于工程认证、一流专业建设、科产教融合、虚实结合等先进实践教学理念，不断提升信息通信类综合实验室建设水平，在高素质应用型人才培养方面进行了持续的探索和建设，形成完整的建设思路和举措，取得一定的实效。

1  信息通信类实验室建设历程及当前面临的挑战

1.1  实验室建设历程

北京信息科技大学信息通信类专业综合实验室建设主要经历了四个发展阶段，如图1所示。

第一阶段为2008年以前，主要采用与课程内容紧密联系的课程实验教学实验箱为核心建立原理验证实验环境，实验内容注重对基本技术原理的验证，实验教学定位为理论教学的补充和辅助。

第二阶段从2010年投入大量教学经费建成TD-SCDMA第三代移动通信全系统实训环境开始，通过建设与当时国内主流电信运营商相一致的全系统、全功能3G移动通信系统平台，开展移动通信实训独立实践环节，培养学生的移动通信系统架构和运营管理能力。

第三階段从2015年开始，升级建成TD-LTE第四代移动通信系统，为学生提供工程应用实践案例，注重培养学生的工程实践能力。

第四阶段从2018年开始，面向5G通信系统异构网络、多元场景、万物互联的技术和应用需求，采用创新应用场景+虚拟仿真的实践教学模式，注重对学生把握新技术应用能力和创新能力的培养。

从北京信息科技大学信息通信类专业综合实验室建设发展历程中可以看出，信息通信类专业高度重视实验室建设，重视学生实践能力的培养，不断更新实践教学理念，紧跟信息通信技术发展前沿，结合工程认证要求和学校教学实际，不断提高专业综合实验室建设水平和学生工程实践能力培养水平，为提高人才培养质量打下坚实基础。

1.2  实验室建设面临的挑战

随着现代信息通信技术的快速发展，专业实验室建设也面临诸多挑战。

在行业发展方面看，当前产业界对于工科学生，特别是信息通信类专业学生的实践能力要求不断加强，不仅要求学生掌握本专业领域理论知识体系，更注重学生专业素养和工程实践能力的提升，否则无法适应行业发展需求。

从技术更替方面看，当前信息通信技术发展呈现出技术更新迭代加速的明显趋势。以移动通信系统为例，从第二代移动通信系统GSM到第三代移动通信系统TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000，到如今全面商用的第四代移动通信系统LTE，以及在2019年试商用的第五代移动通信系统，无论从技术进步还是产业建设，都呈现出不断加速的趋势，造成学生面临在校学习的专业知识毕业即过时的尴尬局面，无法适应现实需求。如何将学生在校学习的专业技术与产业界技术需求相结合，是新工科建设必须面对的严峻问题。

从学生群体变化方面看，随着“00”后大学生成为本科生主体，学生的成长环境、思维模式、兴趣爱好甚至人生观、世界观都与以往学生有显著差异。现在的大学生普遍存在物质条件相对优越、思想眼界开阔、学习自主选择性强等特点，有针对性地设置相关专业课程内容特别是实践课程，吸引学生学习兴趣和投入，是增强课程教学效果的重要条件。此外，随着专业技术的快速发展，对实验教师的专业技能和教学能力也提出严峻的挑战[5]。

2  信息通信类专业综合实验室建设思路

信息通信类专业综合实验室建设过程中，坚持以学生为中心，以输出为导向，基于信息通信类产业技术发展特点，采取校企紧密合作、专业群协作、赛课合一、科教融合、虚实结合以及一流实验室建设等全方位立体化举措，结合人工智能和通信传输、分析、应用工程技术要求，围绕努力建成市属高校一流专业的建设发展目标，形成一整套行之有效的实验室建设思路和机制，为专业学生实践能力培养发挥了积极作用，如图2所示。

2.1  基于工程认证理念，以学生为中心，实践教学注重工程性和输出导向理念

在实验室建设过程中，全面深入贯彻工程认证的要求，坚持以学生为中心、成果输出导向、持续改进的核心理念，注重实践教学的工程性[6]。工程认证明确提出，工科类专业应培养学生具有解决复杂工程问题的能力。如何在人才培养过程中体现教学内容的工程性和培养学生解决复杂工程问题的能力，是达成工程教育认证目标的核心问题。建设符合工程教育认证理念要求的专业综合实验室是贯彻工程教育认证理念的重要举措[7]。

根据工程教育专业认证补充标准对实验条件给出的定量要求：专业课实验开出率应至少达到90%，综合性、设计性和创新性实验课程占实验课程总数的比例应大于60%;基础实验每组学生数不能超过2人，专业实验每组学生数不能超过3人，大型仪器实验每组学生数不能超过8人[8-9]。 近两年，根据工程教育专业认证要求，信息通信类专业新投入设备经费达450多万元，建成5G蜂窝物联网虚拟仿真实验、基于大数据的电信业务分析系统、5G安全云存和融合通信实训等先进教学环境，保障了实验室具有行业领先的技术条件;更新教学理念，明确人才培养目标，以智能融合通信为专业建设新方向，建设先进的育人环境和高素质应用型人才培养体系，强调实验课程的技术先进性和工程性，契合工程应用需求，增强对学生实践能力培养的有效性;引入实践教学反馈机制，不断迭代优化实践教学环节，真正将工程认证理念落实到实践教学全流程。

2.2  基于信息通信产业技术发展特点，打造虚实结合泛在网络化实践教学环境

虚拟仿真技术具有沉浸性、交互性、虚幻性和逼真性等基本特性，能够让人获得身临其境的感受。随着虚拟仿真实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟仿真实验室在教育领域的应用价值，在实验教学方面具有利用率高、易维护等诸多优点[10-12]，如图3所示。

通信学院在2015年完成4G TD-LTE移动通信系统建设后，紧跟通信技术发展，同时响应教育部建立虚拟仿真实验项目的要求，积极开展虚拟仿真实验项目建设，先后建设电子竞技的虚拟网络规划与优化实验环境、基于物联网创新应用+5G异构化网络的虚拟仿真实验、基于大数据的电信业务分析系统，打造虚实结合泛在网络化实践教学环境，重构实践教学的内容和方向。

通过金课建设、虚拟仿真实验项目建设，实现实践教学方式和内容的全面更新和升级。在实践教学内容上，通过开发与最新技术发展相协调的虚拟仿真实验内容，可以充分利用虚拟仿真软件的迭代升级来适应不断发展的通信新技术，给学生创建最新的实验环境，提升实验资源的使用效率和实现实验内容的不断进化。在实践教学方式上，通过采用虚拟实验与实际设备操作，线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式，可以极大增强实验教学效果，强化学生发现问题、分析问题、提出解决方案、创造性解决问题的能力，提高实践教学的灵活性和有效性[13]。

2.3  积极开展专业群建设，以赛促教、赛课合一的模式培养学生的创新实践能力

大力推动学生参加各类学科竞赛和创新创业项目，从2014年开始积极开展北京地区电子信息专业群建设，打造以“新生导论课+创客大赛”为品牌的课程创新模式，以赛促教、以赛促学、赛课合一，提升学生创新实践能力培养水平[14]。从2015年开始，对大一新生专业导论课开展课程改革，引入口袋实验室和创客资源，将专业导论课与新生创客竞赛结合起来，在导论课中嵌入创客实践教学，引导学生掌握从理论到实践的综合专业能力。同时，在学生通过专业导论课实践作品设计的基础上，组织学生以专业导论课中实现的创客作品参加新生创客竞赛，以竞赛形式检验课程教学成果，真正形成以赛促学、赛课合一的模式，极大地提高学生创新实践能力培养水平。在创新创业实践活动中引入学生助教制度和激励机制，开展朋辈教育，形成传帮带的优良学风和浓厚的创新创业氛围。

2.4  突出通信特色，采用科产教融合，科研反哺教学，校企紧密合作，提高实验室建设水平

为了进一步提升学校信息通信类专业综合实验室办学实力，建立教学科研联合实验室，开阔教学实验室建设视野，开展前沿课题研究，引领教学实验室建设方向。依托通信学院科研基地无线通信新技术实验室，将科研项目与教学实验和学生实践能力培养结合起来，如图4所示。目前，无线通信新技术实验室在研项目包括国家自然科学基金项目两项、北京市自然科学基金项目三项。通过将这些科研项目内容引入实验教学中，开阔了教学实验室建设视野，明确了信息通信技术发展趋势，指明了教学实验室建设方向。在学生实践能力培养上，通过引导实验教学教师参与科研项目具体研究，提升教学科研水平，将科研成果体现在日常教学过程中，开阔学生专业视野。同时，鼓励具有科研兴趣和基础科研能力的学生承担具体的科研任务，提升学生的实践能力和新技术掌握能力，培养学生的综合专业素质[15-16]。

随着信息通信技术产业的快速发展，学校通信工程专业在大力建设校内专业综合实验室的基础上，积极探索校企紧密合作、联合育人培养模式，先后与中兴、大唐、普天等知名企业签署校企合作培养协议，共建校内外实习实践教学中心，获批国家级工程实践教育中心一个、北京市级校外人才培养基地两个。充分利用知名企业的行业背景、设施设备、师资资源、工程需求导向等学校缺乏的教學资源，校企紧密合作，通过企业课程、工程项目合作、实习实践、毕业设计等企业教学环节，共同培养学生的工程实践能力[17-18]。

3  建设成效

通过开展信息通信类专业综合实验室建设，形成学校信息通信类专业立足工程认证理念、符合专业技术发展和学生需要、注重工程实践能力培养的实验教学体系。通过持续建设，通信工程专业在2017年顺利通过工程认证，获得六年有效期，2019年入选北京高校“重点建设一流专业”;电子信息工程专业在2019年通过工程认证受理，迎来专家进校考察;物联网工程专业已提交工程认证自评报告，正式进入工程认证实质流程。

在工程教育认证、一流专业建设、校企合作、科教融合的基础上，专业教师通过参加技术培训获得中兴通讯4G工程师认证、工信部移动互联网开发工程师认证等行业工程师认证证书，提高了工程实践教学水平。学生获得现代移动通信系统应用场景设计能力和创新实践能力，提高了解决复杂工程问题的能力。近三年来，有超过100名通信工程专业学生获得中兴移动工程师认证证书，10%以上的学生顺利进入中国移动、中国联通等电信运营商工作。移动通信实训课程为学生进一步深入专业领域的研究和就业提供了坚实的支撑，获得良好的教学效果。

2015年以来，组织学生参加各类学科竞赛获奖120余项，其中市级以上奖项40余项;2010—2019年连续九年获得华北五省（市、自治区）及港澳台大学生计算机应用大赛优秀组织奖;开展大学生科技创新计划项目60余项，其中国家级11项、市级45项，参加人数近300人，取得良好的效果。2019年，学校“双创”教育与课程思政教育相结合的创新举措被《中国教育报》和中国教育电视台报道，吸引了北京建筑大学、北京联合大学等院校前来学习交流，取得良好的辐射和示范效应。

在科研项目引领作用下，信息通信类专业实验室明确了以“人工智能+通信”为专业建设的新方向，建设先进的实践育人环境，努力实现建成市属高校一流专业的建设发展目标，在提高人才培养质量上发挥更大的积极作用。

4  结束语

现代信息通信技术高速发展的客观实际决定了新工科教育的教学模式和实验室建设必须紧跟技术发展前沿，与时俱进，不断引入新的建设理念和新的教学技术手段，提高實验室建设的先进性和学生实践能力培养的有效性。北京信息科技大学信息与通信工程学院基于工程认证的教育理念，运用科产教融合、虚实结合、赛课合一等教学形式，形成了贯彻工程认证理念、面向现代信息通信技术发展前沿、有助于培养学生解决复杂工程问题能力的信息通信类专业综合实验室;以“人工智能+通信”为专业建设的新方向，建设先进的实践育人环境，支撑市属高校一流专业的建设发展目标，在培养学生工程实践能力和创新能力、开阔专业视野、提升综合专业技能、增强就业和深造能力等方面进行积极尝试，积累了有益的经验，取得了良好的成效。

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