电子信息类专业实践教学改革研究

摘要：实践教学是培养学生工程能力的重要途径。在“新工科”和工程教育专业认证等背景下，面向工程能力培养的实践教学体系优化与完善是当前教学改革的重点和难点。南京邮电大学是以电子信息为鲜明特色的高校，已有多个电子信息类专业通过了专业认证并入选首批国家一流专业。结合工程教育专业认证和“双一流”建设，以现代工程教育理念为指导，对电子信息类专业实践教学体系中包括课内实验、综合实践、创新训练、毕业设计等实践教学环节，从教学内容、教学方法、管理模式等方面开展了教学改革与实践。结果表明，实践教学改革取得了良好的效果，有效提高了实践教学在学生工程能力培养中的作用。

关键词：工程教育专业认证；新工科；电子信息；实践教学改革；工程能力培养

近年来，我国推动了一系列工程教育改革重大举措。2016年6月，中国正式加入《华盛顿协议》，表明我国的高等工程教育实现了国际实质等效[1]。2017年，教育部启动“新工科”建设，并先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”，主动布局未来科技领域人才培养[2−3]。2019年，教育部了《关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知》，明确指出要全面振兴本科教育，提高高校人才培养能力，实现高等教育内涵式发展[4]。现代工程教育强调教育目标要围绕学生工程能力培养。2015年开始，工程教育专业认证标准中重点强调了复杂工程背景下培养目标和毕业要求的达成、可量化的评价机制、持续改进的措施等。2017年6月教育部主导审议通过的《新工科研究与实践项目指南》进一步明确工程教育要结合产业需求和技术发展、瞄准国际前沿，并在此前提下推动教育教学改革[2]。在工程教育改革的大背景下，作为培养体系中的重要环节，实践教学体系的不断优化与完善以及如何更好地支撑学生工程能力的培养，成为当前高校教学改革中关注的热点[5−7]。南京邮电大学是国家“双一流”建设高校，也是国内较早开展工程教育专业认证工作的高校。通信工程等5个电子信息类专业通过了工程教育专业认证（部分专业通过两轮认证）。本文结合学校电子信息类专业工程认证和“双一流”建设工作的具体实践，介绍以工程能力培养为目标的电子信息类专业实践教学体系内涵建设的改革和探索。

1实践教学体系建设现状及改革目标

1.1实践教学体系建设现状。现代工程应用是涉及多个领域的知识集成系统，对从业者的理论知识、动手能力和工程素养有较高的要求。为培养满足社会和行业需要的工程技术人才，学生工程能力的培养应贯穿整个本科阶段，其中实践教学起到至关重要的作用。作为以电子信息为鲜明特色的工科高校，南京邮电大学在多年的教学实践中，构建了较为完整的多层次、立体化实践教学体系[8]，如图1所示。该体系在知识结构上分为通识基础教育、专业基础教育及专业教育三个阶段；在实践能力培养上分基础技能训练、综合能力训练和创新能力训练三个层次；在实验实践空间上从校内实验实践平台延伸到校外实践基地，基本覆盖了电子信息类专业学生所需的实践教学全过程。经过多年实践，该实践教学体系取得了丰硕的成果，先后获批了包括部级教学成果奖、部级教学平台、部级精品课程等成果，学生在各级各类学科竞赛中也取得了优异成绩。1.2实践教学中存在的问题。对照工程教育认证标准，现有实践教学体系实施中仍存在不足之处，归纳为以下4点。1）部分工程基础类课程（包括与之相关的实验实践环节）教学目标与所支撑的毕业要求指标关联度不够紧密，缺乏相关专业的针对性内容设置及教学方法的改革。2）个别实践环节考核不够细致，缺乏形成性评价，难以对学生学习的全过程及其效果进行有效评估，也影响了相关毕业要求指标点是否达成的准确及定量判断。3）个性化的实训环节偏少，学生综合实践的机会不足，不利于创新能力培养。4）复杂工程背景需求体现尚待加强，非技术因素毕业要求支撑偏弱，这对于培养学生解决复杂工程问题所需的综合能力形成了限制。1.3实践教学体系内涵建设目标。针对现有实践教学体系中存在的问题以及学校“新工科”和“双一流”建设的新要求，近年来围绕强化工程素养培养和复杂工程背景下实践能力训练开展了一系列改革尝试。主要建设内容包括：1）深化基础技术类课程群教学改革，加强学生基础技术应用能力训练；2）改革综合实践环节教学模式，加强学生专业应用能力训练；3）完善创新训练课程体系，加强学生创新意识和创新能力培养；4）强化毕业设计教学改革，加强学生解决复杂工程问题能力的培养。

2实践教学体系内涵建设实践

2.1技术基础类课程群教学改革。以嵌入式处理器及FPGA为代表的应用技术是电子信息行业的主流应用技术，相关的技术基础类课程在培养学生解决工程问题的基本技能方面占有十分重要的地位[9−10]。我们根据专业培养要求建立技术基础类课程群，并对课程的教学内容、教学方法进行改革。以嵌入式系统系列课程为例，课程内容选取力图精炼，围绕硬件系统设计、驱动程序开发、应用软件开发3个应用方向的必备知识组织教学内容；教学设计力图脉络清晰，每个知识点的介绍讲清楚“是什么”“为什么”“怎么用”。以上过程教会学生“应该怎么做”，而通过问题导向则可帮助学生学会“我怎么做”[11]。结合嵌入式系统的典型应用设计一些小型课题，让学生带着任务学习，随着课程学习的深入逐步形成课题的解决方案。教师通过组织讨论、主动质询等方式，引导学生注重相关领域的知识贯通，了解不同技术或方法的应用场合及局限性。表1给出了部分典型课题示例。技术基础类课程群的教学改革提高了课程的教学效果，在帮助学生建立系统设计概念、培养基本工程素养等方面起到了重要作用。2.2改革综合实践环节教学模式。根据培养方案，学生在完成部分专业基础和专业课程学习后会安排两门综合实践课程的学习，一门是软件设计，另一门是课程设计。综合实践课程要求学生将专业理论知识和具体的实现技术结合起来，使学生得到较全面的工程实践训练[12−13]。为了提高教学效果，我们在教学内容、师资队伍建设和教学管理等方面开展教学改革。1）丰富教学内容，建立立体式培养路线两个实践环节中，软件设计注重编程能力和软件仿真能力训练，课程设计侧重软硬件结合的工程能力培养或针对专业领域的应用仿真能力培养。教学内容既涵盖当前电子信息领域的主流技术，又充分体现技术及知识应用的完整性。为此，我们设置了包括通信系统设计仿真、数字信号处理、网络程序设计、移动应用设计、数据库技术应用等多个教学模块供学生选择学习。此外，尽可能使软、硬两条主线的模块设置在内容上具有延续性，使学生通过两个实践环节的训练全面掌握相关技术的运用。表2给出了综合实践课程教学内容及层次关系。2）优化师资、管理和评价机制综合实践教学不仅涉及专业理论还涉及应用技术，其中最重要的是指导教师及团队建设[14]。为了提供有效的指导，每个模块的教学由3~5名专业理论教师和实验技术教师共同组成的教学团队承担，其中至少有1名教师具有工程实践背景（具有企业工作经历或在企业完成完整工程培训、企业挂职1年以上等）。学生以小组为单位完成规定课题的设计。设计课题既要体现知识综合，也要反映技术发展趋势。具体任务要求则需考虑学生的水平差异，设置基本要求、提高要求和发挥要求，以提高成绩的区分度。在教学过程管理上，通过细化评价机制调动学生的主观能动性。学生完成设计后，教师现场验收设计结果，并根据方案的合理性、课题的完成度及设计的创新点等对学生的工作进行评价。经过几年的改革实践，每学年课题的更新率保持在10%。学生在现代信息技术工具使用、解决工程问题的方法、团队合作、沟通交流及报告撰写等方面的能力得到了较好的训练。2.3完善创新训练课程体系。为了解决个性化实训环节偏少的问题，设计开发了创新实训课程体系，陆续开设了包括电子设计基础能力训练、通信电路模块设计与实训、微处理器应用设计与实训、传感器应用设计与实训、综合通信系统设计与实训等10余门创新类实训课程。这类课程按任选课设置，授课对象不受年级限制，授课形式以动手实践为主。课程训练内容由模拟电路到数字电路，由基本应用单元设计到综合系统应用，由简单功能实现到复杂电路联调。从一年级的基础认知和实操训练，到创新冬令营集训、电子信息类小制作为代表的创新综合设计、创新夏令营、学院电子设计竞赛、各级学科竞赛训练营等多种形式，构建了4年不间断的创新实训体系，营造了浓厚的创新氛围，开拓了学生的视野，达到了提高能力、树立自信、鼓励创新的目的。如表3所示，竞赛结果从侧面反映出创新实训课对强化学生动手能力、培养团队合作精神及创新意识起到了很大作用。近年来学生在各类电子设计竞赛中也取得了较好成绩。2018和2019两年通信工程与电子信息工程专业参赛学生获国家一等奖2人、国家二等奖3人、省一等奖19人、省二等奖50人。2.4改革毕业设计管理模式。毕业设计是本科阶段实践性教学的最后一个环节，旨在培养学生综合运用所学理论知识和技能解决实际工程问题的能力[15−18]。为了充分发挥人才培养最后一个实践环节在工程能力培养中的作用，结合多个专业第二轮认证工作，一方面拓宽思路引入团队毕业设计、校企联合指导毕业设计等创新模式，另一方面以工程教育专业认证标准对毕业设计环节的要求为基本导向，对毕业设计管理与质量监控进行持续改进。1）把关课题质量，强调复杂工程问题要素采取系、院、校三级审核方式共同把关课题质量，保证毕业设计课题具有电子信息类专业领域复杂工程问题的基本要素。课题以工程设计、技术（学术）研究和软件设计三大类为主。工程设计类课题要求与经济建设和生产实际中的问题紧密结合，以将技术原理转化为技术现实，或者为将科研成果转化为生产力创造基础为设计目标；技术（学术）研究类课题要求涉及专业领域的热点问题，重在探索新方法、新技术、新理论以及新设备的研制方向等；软件设计类课题主要包括编制应用工程软件，根据已有硬件功能编写硬件控制、信息交换、管理或显示程序等。为了保证毕业设计更符合工程能力培养的要求，规定工程实践和产品开发类课题不少于50%，鼓励教师结合科研、工程和实验室建设确定毕业设计课题。近3年电子信息类专业毕业设计课题类型占比统计如图2所示。2）调动学生潜能，培养独立思考能力学生选题后，给学生充裕的时间进行调研和开题准备。学生对课题有充分的理解、能提出较详细的设计方案才是完成设计的基本保障，所以允许学生根据自身的能力对课题要求提出修改意见，确定合适的设计目标。在毕业设计进行过程中也允许对设计目标作适当调整，从而充分发挥学生的主动性，培养独立思考能力。3）加强过程管理，保证教学质量采取有效措施加强过程管理：一是抓住开题、中期和答辩3个重点环节，采用自查、互查、抽查、督查等多种形式督导毕业设计进程；二是注重论文评阅和答辩工作的质量检查。学院和学校每年按毕业生总数10%~15%的比例随机抽检论文质量，近3年共抽检252份毕业论文。来自学校、学院和指导教师的严格要求使得毕业设计教学质量稳步提升。在江苏省普通高校本科毕业设计评选中，通信工程和电子信息工程专业近3年共有13人及3个毕业设计团队评为优秀（学院按4%比例推优至学校，再由学校评选，推优至江苏省）。

3结束语

结合工程教育专业认证和“双一流”建设工作实践，南京邮电大学主动适应工程教育面临的新形势和新需求，对电子信息类专业技术基础类课程教学、综合实践教学、创新能力实训以及毕业设计等与工程能力培养密切相关的教学环节，从教学内容、教学方法、管理模式、教师队伍建设等方面开展改革探索与实践。具体方法行之有效，具有较强的实用性和可操作性。实践教学改革提升了实践教学水平，保证了全体学生获得有效的工程实践能力锻炼，有力地支撑了人才培养目标的达成。近年来的就业统计表明，南京邮电大学电子信息类专业毕业生的就业率保持在97.69%~100%的高水平，用人单位对学校电子信息类毕业生反映良好，尤其是毕业生与工程素养相关的如敬业精神、实践能力、创新能力和创新意识、团队协作能力、组织管理能力、文字及口头表达能力、工作业绩等均获得了较高评价[17]。通信工程、电子信息工程、电子科学与技术等电子信息类专业均以优异成绩通过了第二轮专业认证，2020年通信工程等4个电子信息类专业入选首批国家一流专业，在国内多个排行榜中居于领先地位。现代工程教育理念强调的以产出为导向、以学生为中心，持续改进的思想要真正落实到教育实践中还需要一个较长的过程，特别是课堂教学和实践教学具体实施的微观层面。因此，围绕实践教学体系内涵建设的教学改革将是一项长期的工作。后续，结合“新工科”建设要求，着眼于学生工程能力培养，针对教学目标、教学方法、评价机制、师资建设等仍将进行持续改进，以适应国家对高素质工程专业人才的需求。

作者:王奇1 范山岗 戴海鸿 赵海涛 沈建华1,2单位:1.南京邮电大学通信与信息工程学院 2.南京邮电大学信息与通信工程部级实验教学示范中心