針對(duì)應(yīng)用型本科院校的科技前沿教學(xué)研究

韋樸++劉婷婷

【摘要】傳統(tǒng)應(yīng)用型本科院校通信工程專業(yè)以“強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)應(yīng)用”作為主要的教學(xué)特點(diǎn)。本文提出在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)本領(lǐng)域科技前沿知識(shí)的教授。授課時(shí)，注重理論聯(lián)系實(shí)際和多領(lǐng)域/學(xué)科的融合，并引入工程化的思考方式。從而通過(guò)重點(diǎn)介紹本領(lǐng)域各個(gè)方向的前沿技術(shù)知識(shí)，使學(xué)生鞏固融合先前所學(xué)知識(shí)，關(guān)注本領(lǐng)域的發(fā)展，擴(kuò)大知識(shí)面，提高學(xué)生適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的能力。

【關(guān)鍵詞】科技前沿 應(yīng)用型本科 理論教學(xué) 實(shí)踐教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）07-0010-02

一、傳統(tǒng)本科院校教改發(fā)展方向

傳統(tǒng)地方應(yīng)用型本科院校的課程體系以“依托學(xué)科、面向應(yīng)用”為特點(diǎn)，為地方培養(yǎng)應(yīng)用型本科人才。其教學(xué)目標(biāo)在給予學(xué)生足夠的基礎(chǔ)知識(shí)下，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用技能，理論與實(shí)際相結(jié)合，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，使高校培養(yǎng)的學(xué)生的技能符合社會(huì)的需求。以南京工程學(xué)院通信工程學(xué)院為例，2015年暑期對(duì)2011、2012、2013和2014屆畢業(yè)生進(jìn)行調(diào)研，已畢業(yè)的學(xué)生大多在IT領(lǐng)域主要從事軟硬件開發(fā)與設(shè)計(jì)、工程維護(hù)、測(cè)試以及生產(chǎn)等工作。在硬件領(lǐng)域，社會(huì)比較關(guān)注諸如電路設(shè)計(jì)、單片機(jī)編程、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)，F(xiàn)PGA等相關(guān)實(shí)際應(yīng)用技能的掌握。在軟件方面，比較注重實(shí)際的軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，熟練掌握一種或幾種開發(fā)語(yǔ)言，熟悉操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)等相關(guān)知識(shí)。同時(shí)，社會(huì)還希望學(xué)生對(duì)企事業(yè)單位的工作流程能有所了解，盡可能減少企業(yè)相關(guān)的培訓(xùn)，降低企業(yè)成本。因此，學(xué)院提出在教學(xué)中注重加強(qiáng)學(xué)生相關(guān)技能的訓(xùn)練，同時(shí)，在專業(yè)課程中也強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的重要性，避免簡(jiǎn)單的照本宣科。

這種改革短期內(nèi)迎合了社會(huì)對(duì)畢業(yè)生的要求，但是與國(guó)外同類高校相比，國(guó)內(nèi)高校培養(yǎng)的學(xué)生知識(shí)面狹窄、綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力較差，不了解本領(lǐng)域的發(fā)展前沿。從而導(dǎo)致學(xué)生的專業(yè)發(fā)展后勁不足，只能從事較為簡(jiǎn)單、基礎(chǔ)的專業(yè)工作，難以同國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的同行競(jìng)爭(zhēng)。

二、科技前沿知識(shí)教學(xué)方法淺談

針對(duì)上述問(wèn)題，建議針對(duì)本科高年級(jí)的學(xué)生，結(jié)合老師自身科研工作和項(xiàng)目實(shí)踐，介紹本領(lǐng)域的前沿科學(xué)技術(shù)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。作者結(jié)合本人的科研經(jīng)歷，面向大四學(xué)生開設(shè)課程“微波光子技術(shù)”，向?qū)W生介紹在微波和光子學(xué)領(lǐng)域最重要的一個(gè)分支，使學(xué)生充分了解本領(lǐng)域最優(yōu)秀同行目前所從事的工作，取得了良好的效果。課程的建設(shè)主要從以下三個(gè)方面展開：

1.多領(lǐng)域融合

目前最新的科技前沿多數(shù)屬于多個(gè)科目的交叉，在分析、處理相關(guān)問(wèn)題時(shí)，往往會(huì)綜合使用多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)。因此，在課堂介紹時(shí)，著重突出多領(lǐng)域的知識(shí)交叉，加強(qiáng)課程之間的聯(lián)系，使學(xué)生感受到平時(shí)所學(xué)的看似獨(dú)立的課程，其內(nèi)在具有各種聯(lián)系?！拔⒉ü庾蛹夹g(shù)”就是一門綜合性的交叉學(xué)科，其涉及的知識(shí)牽涉“高等數(shù)學(xué)”、“大學(xué)物理”、“信號(hào)與線性系統(tǒng)”、“通信原理”、“光纖通信”、“固體物理”和“半導(dǎo)體物理”等多個(gè)學(xué)科。在講解相關(guān)技術(shù)時(shí)，有意融入其它課程中所學(xué)的知識(shí)和方法。這樣，一方面適當(dāng)恢復(fù)原先學(xué)過(guò)但漸漸遺忘的知識(shí)，另一方面向?qū)W生展示如何綜合使用所學(xué)知識(shí)去分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。例如，在分析基于微波光子技術(shù)進(jìn)行上變頻問(wèn)題時(shí)。首先從通信原理和微波通信技術(shù)原理出發(fā)，介紹上變頻的原理和在微波通信中的作用，然后提出傳統(tǒng)上變頻技術(shù)存在的問(wèn)題和不足。在此基礎(chǔ)上，引出基于微波光子技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)上變頻的設(shè)想。微波光子上變頻技術(shù)的核心是基于一個(gè)光學(xué)Mach-Zehnder調(diào)制器實(shí)現(xiàn)載波抑制的多邊帶調(diào)制。為了解釋工作機(jī)理，首先從通信原理中的模擬調(diào)制技術(shù)出發(fā)，引出多邊帶調(diào)制理論。然后從大學(xué)物理和光纖通信中干涉理論出發(fā)，推導(dǎo)Mach-Zehnder調(diào)制器的輸出函數(shù)，分析如何基于該調(diào)制器實(shí)現(xiàn)多邊帶調(diào)制。最后，導(dǎo)出系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)。并通過(guò)文獻(xiàn)結(jié)論，告訴學(xué)生采用不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，產(chǎn)生的結(jié)果有何差別。

因此，通過(guò)介紹微波光子上變頻技術(shù)，將學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)的大學(xué)物理、通信原理、光纖通信，信號(hào)與系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)有機(jī)結(jié)合在一起。在課堂講解時(shí)，可適當(dāng)回顧之前所學(xué)的知識(shí)，幫助學(xué)生回復(fù)記憶。同時(shí)，還可以使學(xué)生感受和初步掌握如何利用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的方法。

2.工程化思維訓(xùn)練

傳統(tǒng)高校教育主要是從知識(shí)和技能方面入手，學(xué)生在實(shí)際分析問(wèn)題時(shí)，僅僅從技術(shù)入手，在實(shí)際工程中往往是不夠的。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在傳授相關(guān)技術(shù)時(shí)，不采用簡(jiǎn)單的知識(shí)灌輸，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)際工程化方面考慮問(wèn)題。設(shè)計(jì)具體的方案時(shí)，不是單一考慮技術(shù)本身，還需要考慮成本、采購(gòu)等一系列環(huán)節(jié)。培養(yǎng)學(xué)生從一個(gè)項(xiàng)目經(jīng)理的角度思考問(wèn)題，而不是僅僅做一個(gè)技術(shù)員。

在介紹微波光子技術(shù)的歷史發(fā)展時(shí)，學(xué)生常有疑問(wèn)：微波光子技術(shù)屬于模擬通信和信號(hào)處理技術(shù)，它的發(fā)展似乎有悖于電子信息領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)——數(shù)字化。為了解釋這個(gè)問(wèn)題，筆者首先回顧歷史，充分展現(xiàn)現(xiàn)有無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)——無(wú)線化、寬帶化。接著充分比較了現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，尤其是在實(shí)現(xiàn)成本、維護(hù)成本方面。通過(guò)現(xiàn)實(shí)的實(shí)例（比如摩托羅拉的銥星計(jì)劃）使學(xué)生明白，社會(huì)接收或拒絕使用一項(xiàng)技術(shù)，并不僅僅取決于其先進(jìn)性，與其實(shí)現(xiàn)/維護(hù)成本也存在著很大的關(guān)系?，F(xiàn)有成熟的商業(yè)技術(shù)和方案，肯定是技術(shù)先進(jìn)性和成本雙方妥協(xié)的結(jié)果。未來(lái)的無(wú)線通信技術(shù)，為了滿足大寬帶的需求，其通信主頻會(huì)進(jìn)一步的提高，因此其無(wú)線基站的設(shè)置密度會(huì)更大。而如果未來(lái)的無(wú)線通信系統(tǒng)仍采用現(xiàn)有架構(gòu)的話，其構(gòu)建和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本將極高，從而影響該技術(shù)的實(shí)用化。但是如果采用模擬微波光子技術(shù)，將傳統(tǒng)基站的功能歸并至中心局，基站只承擔(dān)電光/光電轉(zhuǎn)換和上下變頻等基本功能，從而可顯著降低基站成本，使通信系統(tǒng)的成本達(dá)到可接受的范圍。最后引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：所謂數(shù)字化，并不一定是電子信息技術(shù)發(fā)展的唯一趨勢(shì)，在很多特殊應(yīng)用場(chǎng)合，綜合考慮技術(shù)需求和成本等各方面的因素，采用微波光子技術(shù)是未來(lái)無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要的方向。是依據(jù)實(shí)際的社會(huì)需求而產(chǎn)生的一個(gè)新的交叉學(xué)科。

在技術(shù)方案講解時(shí)，盡量避免傳統(tǒng)的知識(shí)灌輸?shù)姆椒?。采用“提出?wèn)題”—“分析問(wèn)題”—“解決問(wèn)題”的思路。從器件的應(yīng)用及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)入手，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)的去思考， 而非被動(dòng)接受知識(shí)。例如在介紹高速光電探測(cè)技術(shù)，在介紹光電探測(cè)技術(shù)的原理和核心性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有器件的基本結(jié)構(gòu)及其在性能參數(shù)（響應(yīng)度，帶寬）的影響做了介紹。啟發(fā)學(xué)生獨(dú)自思考，如何根據(jù)所學(xué)的知識(shí)，設(shè)計(jì)新型的器件結(jié)構(gòu)，對(duì)探測(cè)器件的各項(xiàng)參數(shù)之間進(jìn)行權(quán)衡。

3.擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面

通過(guò)介紹現(xiàn)在的前沿科學(xué)技術(shù)，使學(xué)生了解自己所處的專業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，知道自己優(yōu)秀的同行目前所從事的工作。進(jìn)一步，在課堂上介紹相關(guān)知識(shí)的同時(shí)，可以合理穿插目前社會(huì)上的技術(shù)熱點(diǎn)，擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，并且也可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講授“微波光子技術(shù)”的無(wú)線接入部分時(shí)，除了介紹目前現(xiàn)有的無(wú)線技術(shù)方案，還可以就目前比較流行的光學(xué)WiFi （LiFi）技術(shù)向?qū)W生做介紹。其主要機(jī)理是將照明用的LED等作為無(wú)線信號(hào)發(fā)射源，由于光波的頻率更高，LiFi技術(shù)理論上的帶寬更大，可以滿足家庭高速無(wú)線接入的需求。不過(guò)，該技術(shù)也存在問(wèn)題：即光波信號(hào)的“穿墻”難題，是困擾其應(yīng)用的一個(gè)難點(diǎn)。當(dāng)然，任何問(wèn)題都有兩面性，光波“穿墻”難題，也可以保證信號(hào)傳輸?shù)谋Ｃ苄?，“蹭網(wǎng)”將成為過(guò)去。

所以，通過(guò)短時(shí)的這種不影響教學(xué)進(jìn)度的穿插，揭開目前熱點(diǎn)技術(shù)的神秘面紗，可擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面，并激發(fā)起學(xué)生興趣。

4.理論聯(lián)系實(shí)際

目前，應(yīng)用型本科教學(xué)越來(lái)越多的強(qiáng)調(diào)實(shí)踐能力和動(dòng)手能力的培養(yǎng)。這一方面很好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)工科教學(xué)中對(duì)實(shí)踐能力的忽視，另一方面也切合社會(huì)對(duì)人才的基本需求。同時(shí)，在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)學(xué)生普遍青睞技能型學(xué)科，比如單片機(jī)、DSP、編程相關(guān)的課程，對(duì)與枯燥乏味的理論分析課程缺乏興趣，理論課程教學(xué)效果欠佳。這種短視的行為對(duì)學(xué)生將來(lái)的職業(yè)發(fā)展將帶來(lái)深遠(yuǎn)的負(fù)面影響。這主要是由于目前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步的速度極快，復(fù)雜性和多學(xué)科的交融并存。如果學(xué)生在高校不能打下扎實(shí)的數(shù)理和專業(yè)基礎(chǔ)，那將來(lái)從事技術(shù)工作時(shí)，往往難以對(duì)所從事的工作有更為廣泛和深刻的了解。從而導(dǎo)致學(xué)生只能從事相對(duì)簡(jiǎn)單、低級(jí)的工作，缺乏晉升的能力和資本。

因此，在課程介紹時(shí)，并不回避理論分析，而是通過(guò)簡(jiǎn)化的理論推導(dǎo)分析，得出有用的結(jié)論。強(qiáng)調(diào)通過(guò)理論分析所得的結(jié)論指導(dǎo)實(shí)踐和工程設(shè)計(jì)。通過(guò)實(shí)例使學(xué)生了解看似枯燥乏味的理論分析和推導(dǎo)，在工程項(xiàng)目中的重要性和必要性。例如， 在分析微波光子系統(tǒng)的色散問(wèn)題時(shí)，首先從理論出發(fā)，通過(guò)簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，分析色散對(duì)通信系統(tǒng)的影響。并且，通過(guò)向?qū)W生展示論文中發(fā)表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明理論分析的準(zhǔn)確性。其次，在分析問(wèn)題的基礎(chǔ)上，提出了色散問(wèn)題的解決方案，通過(guò)理論和實(shí)際相結(jié)合的方法論證方案的實(shí)際效果。課堂實(shí)踐表明。由于課堂中強(qiáng)調(diào)了理論分析的重要性并簡(jiǎn)化了理論分析過(guò)程，學(xué)生不再抵觸公式推導(dǎo)，該方案收到較好的教學(xué)效果

三、結(jié)論

地方應(yīng)用型本科院校長(zhǎng)期以“依托學(xué)科，面向應(yīng)用”作為課程體系建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，為社會(huì)輸送了大量有用人才。本文面對(duì)新時(shí)期高技術(shù)井噴式發(fā)展的現(xiàn)狀，提出針對(duì)社會(huì)發(fā)展的熱點(diǎn)和科技前沿，依托教師的科研方向，開設(shè)新型的科技前沿課程，從而擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面。并給出了開設(shè)科技前沿課程的教學(xué)方法和教學(xué)思路。在實(shí)際的教學(xué)中，該方法取得了良好的教學(xué)效果和學(xué)生反饋。

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