新工科視角下信息工程專(zhuān)業(yè)融合式實(shí)踐教學(xué)新模式的探索與實(shí)踐

劉慶玲 關(guān)立新

摘 要 文章針對(duì)新工科背景下對(duì)工科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)提出的新要求，分析了廊坊師范學(xué)院信息工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀。基于此，構(gòu)建融合式實(shí)踐教學(xué)新模式——基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)相融合、虛擬仿真與理論教學(xué)相融合、科研與教學(xué)相融合、學(xué)校與企業(yè)相融合、實(shí)踐考核與理論考核相融合，突出學(xué)以致用的教育觀，真正實(shí)現(xiàn)以提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐能力為核心內(nèi)容的培養(yǎng)目標(biāo)，滿(mǎn)足新工科的基本要求。

關(guān)鍵詞 新工科 信息工程專(zhuān)業(yè) 融合式 實(shí)踐教學(xué) 改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2018.08.031

Abstract Based on the new training requirements for engineering majors under new Engineering， the present practice teaching situation of information engineering major of Langfang Normal University is analyzed. A new model of integrated practice teaching is built. The new teaching model including the integration between the basic experiments and comprehensive experiments， virtual simulation and theory teaching， research and teaching， university and enterprises， practice examination and theory examination. Through the new practice teaching model， to setup the view of education of learning for practice， to achieve the training goal of improving students' innovation and entrepreneurial practice ability as the core content， to meet the basic training requirements of new engineering.

Keywords new engineering； Information Engineering Major； integration； practice teaching； reform

0 引言

在高等工科教育中，實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)尤為重要，它是培養(yǎng)具有工程系統(tǒng)能力、創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力的高級(jí)專(zhuān)門(mén)技術(shù)人才的關(guān)鍵，也是學(xué)生真正掌握知識(shí)真諦及應(yīng)用價(jià)值的重要手段。[1-3]教育部高教司提出“新工科”，在“三新”（新技術(shù)、新業(yè)態(tài)、新產(chǎn)業(yè)）背景下，對(duì)工科人才培養(yǎng)有了更高的要求。“新工科”人才的特點(diǎn)就是學(xué)科交叉與綜合。探究新工科的創(chuàng)新理念及其基本要求，針對(duì)我校信息工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行改革與實(shí)踐，達(dá)到提升學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)綜合實(shí)踐能力的基本目的。

1信息工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.1 實(shí)踐教學(xué)硬件條件不足

我校屬于師范類(lèi)院校，近年來(lái)新增了工科專(zhuān)業(yè)，基礎(chǔ)薄弱。信息工程專(zhuān)業(yè)從2012年首次招生至今，設(shè)有模電/數(shù)電、信號(hào)與系統(tǒng)/數(shù)字信號(hào)處理、傳感器與檢測(cè)、計(jì)算機(jī)仿真四個(gè)實(shí)驗(yàn)室，硬件方面只是基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)箱能夠完成基礎(chǔ)的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，很難實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)型、綜合型實(shí)驗(yàn)，來(lái)滿(mǎn)足人才培養(yǎng)的需求。

1.2 實(shí)踐教學(xué)形式單一陳舊

實(shí)踐性強(qiáng)是信息工程專(zhuān)業(yè)突出的特點(diǎn)，目前的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容過(guò)于陳舊，基本是以實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)為主，缺少設(shè)計(jì)性、綜合性的實(shí)踐過(guò)程，不能形成一個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)——綜合實(shí)驗(yàn)——課外科技創(chuàng)新的多層次遞進(jìn)的完整的實(shí)踐教學(xué)體系。而且課程模塊與模塊之間、課程與課程之間不能形成一個(gè)有效依賴(lài)、互為支撐的有機(jī)整體。目前的實(shí)踐環(huán)節(jié)，學(xué)生不重視，趨于形式化，不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，更不能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，無(wú)法很好地實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)目標(biāo)。

1.3 工程教育觀念陳舊，“雙師型”師資不足

目前我校信息工程專(zhuān)業(yè)的教師基本都是單純的高校教師，理論教學(xué)能夠滿(mǎn)足教學(xué)點(diǎn)要求，由于缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法將真正的工程實(shí)踐融入到實(shí)踐教學(xué)中，仍然是“理論型”、基礎(chǔ)型的實(shí)踐教學(xué)，基于此，需要大力加強(qiáng)雙師型建設(shè)，以滿(mǎn)足工科人才培養(yǎng)的要求。

1.4 專(zhuān)業(yè)與企業(yè)、行業(yè)協(xié)同發(fā)展不夠

我校信息工程專(zhuān)業(yè)是一個(gè)新專(zhuān)業(yè)，目前與企業(yè)的合作還是起步階段，2012級(jí)——2015級(jí)學(xué)生只是大四的畢業(yè)實(shí)習(xí)能夠到企業(yè)去了解一些企業(yè)的情況，2016級(jí)開(kāi)始，增加了企業(yè)實(shí)訓(xùn)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，時(shí)間內(nèi)容都還不太充足，加大專(zhuān)業(yè)與企業(yè)的深度融合是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

1.5 實(shí)踐教學(xué)考核不充分

考核是對(duì)學(xué)習(xí)效果重要的檢驗(yàn)手段，是教學(xué)過(guò)程不可忽視的環(huán)節(jié)。我校目前的考核方式通常采取期末閉卷的方式，考核中幾乎沒(méi)有體現(xiàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，造成考核方式只注重對(duì)知識(shí)的考核，忽視了對(duì)學(xué)生能力的考核，無(wú)法滿(mǎn)足新工科與應(yīng)用型轉(zhuǎn)型對(duì)教學(xué)的基本要求。

針對(duì)上述問(wèn)題，不同地方工科院校針對(duì)工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行了不同形式的改革與探索，[4-6]我校屬于普通師范類(lèi)院校，有著與工科院校不同的環(huán)境與特點(diǎn)，針對(duì)我校信息工程專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行探究與改革，構(gòu)建以提升學(xué)生實(shí)踐能力為核心內(nèi)容的實(shí)踐教學(xué)新模式，以滿(mǎn)足新工科以及應(yīng)用型轉(zhuǎn)型對(duì)工程類(lèi)人才的基本要求。

2 構(gòu)建信息工程專(zhuān)業(yè)融合式實(shí)踐教學(xué)新模式

基于信息工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐性強(qiáng)的突出特點(diǎn)，實(shí)踐教學(xué)改革與建設(shè)是信息工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)改革的重要組成部分。構(gòu)建“寓教于創(chuàng)、協(xié)同創(chuàng)新”的實(shí)踐能力教學(xué)體系，樹(shù)立學(xué)以致用的教育觀，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐相結(jié)合、課內(nèi)與課外相結(jié)合、專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)與科技創(chuàng)新相結(jié)合的融合式實(shí)踐教學(xué)新模式。

2.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)相融合

改變以往單一的實(shí)踐教學(xué)模式，構(gòu)建多級(jí)實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)、設(shè)計(jì)競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)各級(jí)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的逐級(jí)過(guò)渡與融合。

（1）基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)——主要完成每門(mén)課程的基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)，與課程的理論教學(xué)相呼應(yīng)，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解與掌握，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生基本的實(shí)踐技能。

（2）綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)——完成一類(lèi)課程的綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)（信號(hào)分析與處理綜合實(shí)訓(xùn)）、相關(guān)課程設(shè)計(jì)（DSP原理及應(yīng)用、圖形圖像處理）以及畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，要求學(xué)生在教師所給范圍內(nèi)，完成自主選題、自主設(shè)計(jì)、自主實(shí)踐、自主展示的整體過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的綜合能力。

學(xué)生通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，具備了一定的動(dòng)手操作能力，同時(shí)對(duì)抽象難懂的理論有了更進(jìn)一步的理解，在此基礎(chǔ)上，引入綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。具體操作：將學(xué)生分組，根據(jù)理論教學(xué)內(nèi)容將課程分成幾個(gè)模塊，針對(duì)本模塊的核心內(nèi)容，學(xué)生在總結(jié)歸納的基礎(chǔ)上自擬題目或由任課教師提供題目，由學(xué)生自行完成實(shí)驗(yàn)原理論證、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的實(shí)施，綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)能夠鍛煉學(xué)生利用所學(xué)基本理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的基本技能，同時(shí)加深對(duì)基礎(chǔ)理論的深入理解，初步體會(huì)到了理論與實(shí)踐的結(jié)合，在提升理論教學(xué)效果與激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣方面起到了很重要的作用。列舉2015級(jí)信息工程專(zhuān)業(yè)部分學(xué)生完成的綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，如表1所示。

（3）學(xué)科競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺(tái)——以校級(jí)、省級(jí)、國(guó)家級(jí)競(jìng)賽以及大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目為依托，建立專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)、學(xué)科特色、綜合素質(zhì)相結(jié)合的綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)體系，著力培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐與創(chuàng)新能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性與創(chuàng)造性，能夠使不同層次學(xué)生的潛力與優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，達(dá)到培養(yǎng)工科學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)踐技能的基本目標(biāo)。

2.2 虛擬仿真與理論教學(xué)相融合

“信號(hào)與系統(tǒng)”、“數(shù)字信號(hào)處理”、“自動(dòng)控制原理”等是信息工程專(zhuān)業(yè)重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論課程，涉及的理論多而且抽象，單純的理論教學(xué)會(huì)使學(xué)生感到枯燥難懂，失去學(xué)習(xí)的興趣。[7]Matlab是信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)不可缺少的仿真工具，在理論講授的同時(shí)，將Matlab仿真引入課堂，將抽象的理論通過(guò)Matlab的仿真結(jié)果展示給學(xué)生，使得學(xué)生對(duì)抽象難懂的理論有直觀的認(rèn)識(shí)，同時(shí)在演示過(guò)程中，能夠增強(qiáng)教學(xué)過(guò)程中教師與學(xué)生之間的互動(dòng)，使學(xué)生由被動(dòng)變主動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，大大改善了教學(xué)效果。

以“數(shù)字信號(hào)處理”課程為例，其中離散傅里葉變換（ DFT）是理論性最為抽象難懂的一部分，在講述離散傅里葉變換在頻譜分析中的應(yīng)用這部分內(nèi)容時(shí)，提出了計(jì)算分辨率、物理分辨率的概念，以及如何真正提高信號(hào)頻譜的分辨率的問(wèn)題，學(xué)生總是難以理解上述兩個(gè)分辨率之間的區(qū)別，進(jìn)而難以理解高密度頻譜與高分辨率頻譜的真正含義。通過(guò)Matlab仿真實(shí)例的引入，能夠使學(xué)生輕松理解上述概念的區(qū)別與聯(lián)系。

例：采用Matlab，對(duì)比對(duì)信號(hào)：，對(duì)比分析采用不同的截短以及對(duì)信號(hào)補(bǔ)零得到的頻譜。仿真結(jié)果如圖1所示。

2.3 科研與教學(xué)相融合

課程是科研的基礎(chǔ)，科研是教學(xué)的延伸與應(yīng)用，二者相互融合，相互滲透?？蒲袑?duì)教學(xué)能夠起到很好的提升與促進(jìn)作用。目前學(xué)院設(shè)有模式識(shí)別與智能系統(tǒng)研究所、大數(shù)據(jù)智能交通實(shí)驗(yàn)室、校級(jí)B類(lèi)科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)——計(jì)算智能與智能系統(tǒng)，承擔(dān)各級(jí)科研項(xiàng)目同時(shí)定期開(kāi)展學(xué)術(shù)討論與交流，對(duì)老師的素質(zhì)提升與教學(xué)研討都能起到良好的促進(jìn)作用。

借助上述科研平臺(tái)，選擇能力較強(qiáng)的優(yōu)秀學(xué)生進(jìn)入老師的科研團(tuán)隊(duì)，參與科研項(xiàng)目，參加從科技文獻(xiàn)的查閱、資料整理、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題直到撰寫(xiě)學(xué)術(shù)論文的整個(gè)科研過(guò)程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行個(gè)性化培養(yǎng)，接受較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲泄ぷ饔?xùn)練，一方面能夠深入理解所學(xué)專(zhuān)業(yè)的相關(guān)理論，并學(xué)會(huì)如何將理論合理地運(yùn)用到解決問(wèn)題的實(shí)踐中，改變學(xué)生認(rèn)為所學(xué)專(zhuān)業(yè)課程不知所用的迷茫狀態(tài)，更加激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與主動(dòng)性；另一方面及早了解科研工作的具體過(guò)程，為部分繼續(xù)深造的學(xué)生提供良好的機(jī)會(huì)與平臺(tái)。

2.4 學(xué)校與企業(yè)相融合

以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力為目標(biāo)，同時(shí)融入CDIO工程教育的理念，構(gòu)建“三進(jìn)三出”的校企融合模式，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)與企業(yè)之間的雙向聯(lián)系，具體包括：企業(yè)導(dǎo)師進(jìn)課堂參與教學(xué)、校企共建實(shí)驗(yàn)室、企業(yè)課程進(jìn)學(xué)校；派出學(xué)校老師進(jìn)企業(yè)學(xué)習(xí)、派出學(xué)生進(jìn)企業(yè)實(shí)習(xí)、派出學(xué)生進(jìn)企業(yè)畢設(shè)。建立學(xué)校、專(zhuān)業(yè)與企業(yè)的深度融合，一方面，加強(qiáng)高校教師的雙師型培養(yǎng)，同時(shí)學(xué)生走進(jìn)企業(yè)，了解企業(yè)文化、項(xiàng)目運(yùn)作和管理的基本模式以及了解就業(yè)需求和對(duì)崗位素質(zhì)的基本要求，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技能，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力；另一方面，企業(yè)導(dǎo)師進(jìn)駐專(zhuān)業(yè)，與專(zhuān)業(yè)共建實(shí)驗(yàn)室，共同參與專(zhuān)業(yè)教學(xué)，使得教學(xué)內(nèi)容更加符合企業(yè)的需求，提升教學(xué)的針對(duì)性，也更加符合新工科人才培養(yǎng)的基本要求。

2.5實(shí)踐考核與理論考核相融合

改變以往單一的只注重理論知識(shí)考核的模式，建立能力化、多元化、過(guò)程化的課程考核新機(jī)制。根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)以及理論與實(shí)踐的學(xué)時(shí)分配，合理設(shè)置理論與實(shí)踐的分值比例。其中實(shí)踐環(huán)節(jié)的考核可以采取靈活多樣的形式，考核內(nèi)容涉及實(shí)驗(yàn)的整體設(shè)計(jì)、操作過(guò)程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)與答辯陳述幾個(gè)方面，制定評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行綜合評(píng)定。加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)的考核，一方面考查學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的基本能力，同時(shí)考查學(xué)生實(shí)踐操作的能力、文字表達(dá)與綜述的綜合能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作的能力，真正實(shí)現(xiàn)考核方式的多樣化、過(guò)程化，實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生綜合能力與綜合素質(zhì)的考核與評(píng)價(jià)。

3 結(jié)論

在師范院校中，打破現(xiàn)有的文、理學(xué)科的教學(xué)模式，尋求一種新型的適用于工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)模式與策略，具有一定的實(shí)用價(jià)值。以信息工程專(zhuān)業(yè)為例，構(gòu)建融合式實(shí)踐教學(xué)新模式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生利用知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，提升學(xué)生的工程素養(yǎng)。實(shí)現(xiàn)教育技術(shù)與教育方法協(xié)同、教學(xué)、科研協(xié)同、校內(nèi)資源與校外資源協(xié)同、專(zhuān)業(yè)技能教育與實(shí)踐創(chuàng)新教育協(xié)同，真正打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的核心目標(biāo)，滿(mǎn)足新時(shí)代對(duì)工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才的需求。

融合式實(shí)踐教學(xué)新模式首先在信息工程專(zhuān)業(yè)適用，進(jìn)而在我校其他工科類(lèi)專(zhuān)業(yè)的實(shí)踐教學(xué)中進(jìn)行推廣，讓學(xué)生在做中學(xué)，學(xué)中做，同時(shí)對(duì)于提升學(xué)生的思維能力、綜合素質(zhì)以及團(tuán)隊(duì)合作的基本能力都將具有重要的作用，以適應(yīng)新工科提出的人才培養(yǎng)的基本要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 肖軍華，胡釙，陶勁松，李夢(mèng)嬌.卓越工程師實(shí)踐教學(xué)體系的探索與實(shí)踐[J].當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2017.10：154-155.

[2] 郭冬巖，申志永，袁素娟.基于創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的工程教育實(shí)踐教學(xué)改革研究[J].工業(yè)技術(shù)與職業(yè)教育，2014.12（2）：53-55.

[3] 張維維，李敏，許爽，李婷.工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證背景下集群式信息處理課群建設(shè)[J].現(xiàn)代教育科學(xué)，2017.7：104-108.

[4] 曲強(qiáng)，楊永輝，遲濤.基于創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力培養(yǎng)的電子信息工程專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)體系研究[J].教育教學(xué)論壇，2017.2：137-138.

[5] 王云秀，沈歡，劉漢奎.師范院校電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)模式研究[J].高校論壇，2017.7：18-20.

[6] 趙東旭，孫立權(quán)，楊建梅，楊新芳，田虹，李勤.工科類(lèi)綜合型專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的新模式[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016.35（7）：214-217.

[7] 陳姿羽，喻德曠，楊豐，黃靖.信號(hào)處理類(lèi)課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革之探討與實(shí)踐[J].科教導(dǎo)刊，2017.22：111-112.