新工科背景下思政教育与专业特色融合的综合实验设计

王 勇，张跃宇

(西安电子科技大学网络与信息安全学院，陕西 西安 710071)

0 引言

在中国共产党成立100周年之际，中共中央、国务院印发了《关于新时代加强和改进思想政治工作的意见》。《意见》指出，把思想政治工作作为治党治国的重要方式，深入开展思想政治教育提升基层思想政治工作质量和水平，推动新时代思想政治工作守正创新发展。在2019年的全国思想政治教师座谈会上，习近平总书记又提到：“做好高校思想政治工作，必须用好课堂教学主渠道，增强思想政治教育的亲和力和针对性，满足学生成长发展的需要和期望，使各类课程与思想政治理论课同方向发展，共同形成协同效应”、“办好中国特色社会主义大学，必须坚持以德育人，把社会主义核心价值观的培育和实践融入教书育人全过程，实现全过程育人、全面育人”[1]。以上论述强调了知识传授与价值引导有机结合的必要性和重要性。应充分意识到，高校教师应以德育为准则，以“新课程理念”为核心，以专业背景为依托，将学生能力培养与思政教育相结合。

《通信原理》及其配套的综合实验课程，作为电子与通信领域的骨干核心课程，在相关专业的培养体系中占有极其重要的地位。伴随着计算机技术、微电子技术和网络技术的发展，人类社会正在向着数字化、智能化和综合化的方向飞速发展，必将对人们的生活方式、经济发展、国防现代化产生深远的影响。为激发学生的学习兴趣和学习动力，以潜移默化的方式实现大学生思想政治教育，倡导和培养学生树立正确的世界观、人生观、价值观、荣辱观，增强学生的责任感[2]，本文围绕如何在《现代通信与安全综合实验》课程中开展课程思政，如何结合实验内容和光荣校史，提出作者的观点和建议。同时，为加强本专业“全员育人、全程育人、全方位育人”的思想政治建设和课堂教学优化，提供参考和借鉴。

1 思想政治教育现状

1.1 知识讲授和思政意识有待加强

《现代通信原理》课程涵盖的各种概念、原理并不是孤立的，而是关联的、系统的[3]。主要包括利用模拟幅度调制和角度调制，实现对系统的抗噪性能和相干解调的信噪比分析能力和计算能力；根据数字基带信号的特征，分析信号的功率谱和带宽特性；利用数字频道传输技术，具备分析各类通信技术性能差异的能力，并可以根据应用场合选择合适的调制技术，设计复杂工程问题。面对过强的理论性和抽象性，要求教师在教学中应该培养学生利用相关知识和数学模型方法对通信设备与信息系统设计、开发、应用和集成等复杂工程问题模型进行仿真和分析[4-5]。我们通过《现代通信与安全综合实验》课程引入综合性实验，改变过去简单的、单一的知识点验证实验，提高实验内容的综合性、涵盖性，使学生能够全流程参与小规模通信系统各环节的设计和开发，摆脱过去“只见树木，不见森林”的窘境。同时，在设计实验具体内容时，融入对知识背后所需的人文思维、工程思维、价值思维等的训练。

1.2 能力训练和职业素养有待提高

《现代通信原理》内容复杂，逻辑性强，课程对学生的培养最终将落实到专业能力实践上。实验教学自身的系统性和体系性欠缺，缺乏合理的实验内容和实验条件等不利因素，对系统性的培养学生的创新能力、实际动手能力和解决实际问题能力都将产生消极影响。现有实验内容更多的是验证性或观察性实验，学生只能按部就班去做，自主发挥较少。也正由于缺少设计型、分析型和综合型的实验项目，实验内容不够贴近工程实践，导致学生的学习兴趣不浓，限制了学生的灵感和创造性发挥。

1.3 教学内容和教学形式有待改进

近年来，信息技术与教育教学深度融合。线上线下教学工具和助教软件为我们完成教学任务提供了有力保障。但是，目前大多数教师偏爱采用多媒体PPT按照课本方式进行教学，较少采用互联网设计在线虚拟仿真实验或结合软件无线电平台开展信号处理设计。因此，难以满足当代学生的个性化需求，更难以激发学生参与教学互动的积极性。此外，部分教师知识结构陈旧，缺乏生动典型案例丰富教学内容；没有根据新技术发展现状、学生实际情况和思政发展动态调整教学内容；教学内容缺乏与时事和社会现实的联系，甚至缺乏思想政治教育的意识。

2 思想政治教育新途径

开展形式多样的立德树人、教书育人是教育的神圣职责。这里所说的“德”，是指马克思主义道德和社会主义道德，以及我国人民在长期实践中培养和形成的传统美德[6]。为使思想政治教育贯穿于通信综合实验课程学习的全过程，有必要探索课程的教学和实践途径，开展思想政治教学和德育培养的融合。

2.1 “半部电台”开启校史

西安电子科技大学的校史是与中国革命史紧密联系在一起的[7]。战争年代，她自强不息，坚忍不拔，在第一次反“围剿”战斗中，缴获半部电台（发信机损坏），此后红一方面军组成了无线电队，人民军队从此有了无线电通信。从“中央军委无线电学校”，到“中国人民解放军军事电信工程学院”，再到如今的“西安电子科技大学”，在中国革命发展的每一个时期，她都是党中央、中央军委的“千里眼”和“顺风耳”，红色的电波传遍了大江南北。当谈论起西电的红色校史，每一个西电人都能娓娓道来，充满了自豪感和使命感。这不仅是学校的宝贵财富，西电人的精神脊梁，同时也是通信类课程开展思政教育的珍惜资源。充分利用西电的光荣红色校史，在通信实验设计中引入无线电台通信实验，让西电学子在学习专业知识的同时，感受革命先烈当年的革命工具和工作方法，实现科学知识辨人、高尚德育和魅力人格说服人，进而潜移默化地影响学生的价值观和人生观。

2.2 实验案例设计与光荣校史的弘扬

一部电台通常既是发射机（发射信号），又是接收机（接收信号），当然也有功能单一的发射机和接收机。利用电台可以多种方式通联，常见的通联方式有五种，分别是：语音方式、摩尔斯电码方式、无线电传方式、电视方式和数字方式。摩尔斯电码也被称作摩斯密码[8]，是一种时通时断的信号代码，通过不同的排列顺序来表达不同的英文字母、数字和标点符号。它是一种早期的数字化通信形式，不同于现代化的数字通讯，摩尔斯电码只使用“0”和“1”两种状态的二进制代码。

在先修的《现代通信原理》随堂实验中，同学们已经完成了GNU Radio平台安装和流程图编程，针对课堂内容开展了信号源生成及波形分析、AM调制与解调、ASK信号调制与解调、PSK多径效应和时钟恢复、AM广播电台接收机、FM广播电台发射机等实验内容，初步具备了通信项目的开发能力；同时，根据已学的《现代密码学》和《无线通信网络安全》知识，可以有意识的在通信实验中引入安全理念，采用合理的安全技术实现可靠传输。

因此，在莫尔斯码电台收发实验设计中，为了使学生更好的体验真实无线电波的发送和接收，我们使用软件无线电（SDR），实验过程中涉及的频带、空中接口协议和功能等可通过软件下载和更新来升级，而不用完全更换硬件。首先，根据编码手册编写摩尔斯电码与英文字母、数字及部分标点符号互译的Python程序；其次，基于GNU Radio平台绘制信号处理流程图，实现无线电波的发送和接收，主要功能模块包含：信源编码、符号调制、抑制码间干扰、载波调制、滤波等；最后，利用 PC声卡的音频捕捉播放功能，编程实现摩尔斯电码的可视化收/发。同时，我院的主要专业特色是信息安全和网络空间安全，在摩尔斯码收发过程中有意识的引入密码学知识，对发送的电码进行加密并以密文的方式传输，可以有效对抗窃听和中间人攻击，实现信息的安全传输。具体实现时，初期可以利用键盘或鼠标作为输入设备进行摩尔斯电码发报练习，为了进一步更逼近于真实操作场景，我们还可以使用3.5 mm接口接入K4电手键进行发报操作，如图1所示。

该实验内容改变过去简单的、单一的知识点验证实验，提高实验内容的综合性、涵盖性，使学生能够全流程参与小规模通信系统各环节的设计和开发。

2.3 政治元素融入应用实践

随着现代教育技术的发现，教师应采取多种教学方式，将创新性内容纳入课程设计，适时采用翻转课堂形式，发布开放题目，让学生参与到自主实践中[9-10]。比如，针对选课同学举办业余无线电发报比赛，利用实验课中实现的无线电发报机，组队同学分隔两地分别完成发报和译码，既锻炼了摩尔斯码发报速度和准确性，又锻炼了抄报译码水平，如图2所示。

通过团队合作，培养学生的团结、合作、交流意识，开阔视野，提高荣誉感和使命感。基于互联网架构，学院开发了在线虚拟仿真实验平台（如图2所示），基于该平台学生可以随时随地的开展通信创新性实验，培养学生的创新思维，提高他们的学习主动性和课程自信心，鼓励学生探索学科前沿，甚至可以规划适合自己兴趣的学习生涯。此外，还可以鼓励学生参与教师的科研项目，并积极创造条件去聆听企业工程师讲解工程案例和经验，提升职业认同感。

3 结论

高校思想政治教育不仅是思想政治教师和辅导员的责任，也是每一位专业课程授课教师的共同责任。要达到立德树人、教书育人的效果，高校教师必须深刻认识课程思政教育的重要性和必要性，潜心积累思政教材，巧妙设计思政教学环节，实行教学内容多元化、教学手段多样化和思政教育亲民化的有机融合。我们设计的实验内容从西电的光荣红色校史入手，在紧贴培养目标和课程达成度的前提下，让我院学子在学习专业知识的同时，感受革命先烈当年的工作方法，既身临其境又教学相长，进而潜移默化地影响学生的价值观和人生观。