新征程背景下“电子信息系统综合实验”教学改革

［摘 要］ 党的二十大报告指出，必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力。实验教学是提升人才培养质量和激发创新意识的重要阵地。在新征程背景下，立足教学改革新基建，对“电子信息系统综合实验”教学改革举措、实验内容创新、发展思路等进行详细分析和总结。信息化教学模式下，如何设计良好的综合实验教学内容、考核形式、质量评价、量化反馈等显得极为重要。如何不忘初心、以学生为本，以学习成果和用人单位满意度评价为导向，推动专业人才培养质量不断提升，是需要持续关注的问题。

［关键词］ 新征程；电子信息系统；综合实验；教学改革

［基金项目］ 2021年度西安电子科技大学新实验开发与新实验设备研制项目“电磁频谱感知系统实验”（SY21123N）；2022年度西安电子科技大学研究生教育教学改革研究项目“线上线下国际接轨教学方式创新研究与实践”（JGYB2205）；2022年度西安电子科技大学研究生教育教学改革研究项目“学位研究生案例教学探索”（JGYB2203）

［作者简介］ 李 林（1980—），男，陕西咸阳人，博士，西安电子科技大学电子工程学院教授，主要从事电子信息工程专业实验室和实验体系建设研究；臧 博（1983—），男，河北衡水人，博士，西安电子科技大学电子工程学院副教授，主要从事电子信息系统开发设计与集成研究；张文博（1985—），男，陕西西安人，博士，西安电子科技大学电子工程学院副教授，主要从事创新创业理论与实践研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）04-0055-04 ［收稿日期］ 2022-10-14

引言

西安电子科技大学是毛泽东等老一辈革命家亲手创办的第一所工程技术学校、中国红色通信人才培养摇篮，延续着中国高校的红色根脉［1］。西安电子科技大学始终把握高等教育高质量内涵的发展要求，坚持信息特色，聚力深耕信息领域，在通信、雷达、计算机等国家急需领域具有鲜明特色和独特优势。我校开设的“电子信息系统综合实验”以雷达系统为对象，从信息获取、信息度量、信号传输、信息处理和系统控制的电子信息系统概念出发，培养学生的系统概念和系统设计能力。“半部电台起家，长征路上办学”，雷达系统是我校的特色专业方向，实践教学是我校的光荣传统，我校在雷达系统方面具有非常悠久的教学历史和丰硕的科研成果，积累了丰富的教学经验［2-6］。培养学生解决具有综合性、多样性、跨学科交融性等特点的复杂工程问题的能力，是以培养目标和毕业出口要求为导向的工程教育专业认证的重要内涵。随着电子信息科学与技术的快速发展，不断涌现出新的设计工具、开发系统、测试仪器，由于教学形式和内容过时，缺乏新设计开发和测试的实验条件，影响了学生工程实践能力的培养和创新能力的发挥［7］。因此，需要优化电子信息类专业实验教学内容，完善实践能力培养体系［8］，提升电子信息类实验教学体系［9］。传统的综合性实验课程一般仅基于某一门课程内容，具有局限性，而在实际工作中，电子信息系统的分析与设计需要多门类知识的综合［10］。

随着数字化、网络化概念的快速发展，信息化教育技术和教育信息化已成为当前教育发展的重要方向［2］。以计算机、多媒体、大数据、人工智能和网络通信为基础的现代信息技术及信息化社会的发展需求，正在极大地促进信息化教育改革，对素质教育和创新能力的培养提出了更高要求。各种虚实结合、线上线下一体化、虚拟仿真实验等实验教学模式改革与创新探索如雨后春笋，在各个高校进行了大量的推广和实践，有效提升了学生的创新实践能力［11］。考虑到实验课程本身的特殊性，如何最大限度地培养实践创新能力至关重要，学生实践创新能力和可持续学习能力的提升，是对实验教学质量评价的关键标准。

一、“电子信息系统综合实验”教学改革举措

“电子信息系统综合实验”是我校电子信息工程专业的核心课程，以雷达系统为对象，从信息获取、信息度量、信号传输、信息处理和系统控制的电子信息系统概念出发，培养学生的综合思想和系统设计能力。其中，重点强调实验的“系统性”和“综合性”，基于此，提出以下改革措施。

（一）贯彻翻转课堂教学模式，让学生全程参与课堂

重新构建学习流程，促进学生对知识的吸收内化过程。与本课程相关的雷达原理与系统理论知识是在工程经验和实际科研中逐步积累，进而形成的一套系统理论和专门知识。首先，结合“学在西电”线上平台，布置课前视频学习环节，使学生了解天线、发射机、接收机、信号处理机、数据录取与显示和伺服控制等模块及系统的实际设计和开发过程，了解威力、性能、价格、稳定性、用途等关键设计指标，培养学生的“系统性”思想。其次，加强课堂讨论，由教师与学生共同主导课堂内容和讨论话题。结合DSP与FPGA基础实验、直接数字信号波形产生、数字相干检波器设计与实现、数字信号处理综合实验、雷达电磁环境仿真与信号处理等重点实验内容，指导教师安排任务分配，学生在课前观看视频资料并查阅文献，制作PPT讲稿。在任课教师的主导下，学生实验小组通过PPT分享学习过程，提出问题疑惑，全班进行讨论。在讨论过程中，提高学习的动机和成就感，从而实现知识的吸收内化。

（二）学生自主实验设计，感受亲自动手完成实验的快乐

实验过程中特别强调学生自主设计、自主搭建、自主讨论和自主完成，深入参与实验的各个环节，让学生感受亲自动手完成实验的快乐。培养学生深度分析、大胆质疑、勇于创新的精神和能力，引导学生进行探究式学习与个性化学习。考虑到系统实验的复杂性和学生个体的兴趣专长，实验分组进行，学生自由组合，讨论学习、相互协作，共同完成。组长负责小组成员分工，并进行组内评价。小组中的分工一般包括总体设计与软件仿真、系统硬件资源分析与综合调试、DSP软件编程与调试、FPGA软件编写与配置等。同时，以小组为单位进行实验的PPT分享学习，并完成实验验收。

实验过程中学生自主选择实验参数，搭建实验测试平台。实验平台包含由天线、发射机、接收机、信号处理机、数据录取与显示和伺服控制等构成的完整雷达系统，可对各种地面和空中目标进行探测。学生设计、测试雷达发射波形、功率、天线扫描速度等系统指标，自主设计、实现与系统指标相适应的信号系统。以线性调频连续波雷达为例，需要选择利用实验室的射频信号源、功率计、频谱分析仪、宽带示波器等仪器设备，对接收通道的接收机灵敏度、噪声系数、动态范围、射频带宽、中频带宽、视频带宽、自动增益控制范围、带宽等指标进行测试，进而自主确定参数指标，利用调频连续波雷达对地面运动的人员、车辆，空中的无人机、其他飞行器等进行检测和跟踪，利用目标的方位、多普勒、雷达截面积等特征对目标进行识别。

（三）“虚”“实”结合，适用各种教学环境

“电子信息系统综合实验”是一门综合性非常强的实验课程，是对本科所学专业基础知识和专业知识，以及设计开发与实验技能的综合学习和提升。所谓“虚”“实”结合，“虚”包括理论学习、视频学习、虚拟实验、计算机仿真、线上课堂、线上教学等；“实”包括由信号源、示波器、直流稳压电源、信号产生板卡、信号处理板卡、FPGA与DSP仿真系统构成的硬件实验平台，以及实验室教学、线下指导与讨论、硬件系统搭建、硬件实验等实际教学环节。

在“虚”“实”结合的过程中，特别强调理论与实践相结合、计算机仿真与板卡硬件模拟实验相结合。针对“数字电路基础”“信号与系统”“数字信号处理”“随机信号分析”“雷达原理与系统”等课程所学的基础理论知识需要通过实验进行再学习、再理解和再提升。在实验过程中，学生可根据现代雷达技术的发展，设计线性调频、Barker码、伪随机码、调频信号、非线性连续频率调制等多种信号产生实验；根据复杂电磁环境的特性，可设计高斯分布、瑞利分布、相关对数正态分布等随机噪声和杂波的模拟实验；根据带通采样原理，可设计低通滤波、贝塞尔插值、多相滤波等数字下变频与正交解调实验；根据雷达信号脉冲压缩原理，可设计匹配滤波、信号积累、目标检测、恒虚警处理等现代雷达信号处理实验。

二、“电子信息系统综合实验”内容创新

雷达及雷达系统是我校的特色专业方向，有非常悠久的教学历史和丰硕的科研成果，实验课程教师的主要科研课题或研究方向都与雷达有密切联系。为了进一步将我校在雷达及雷达系统的特色优势和科研攻关能力转化为教学资源，在科研反哺教学的思路和我校大力发展本科素质教育背景的支持下，课程教学团队搭建了电子信息系统综合实验硬件平台，如图1所示。可开设的实验包括：雷达发射波形设计与发射机性能指标测试实验；雷达接收机性能指标测试实验；雷达数据录取、显示与伺服控制实验；雷达信号处理算法设计与实现；雷达运动及静止目标探测。

教学内容具有较强的专业及工程应用背景，突出了学校特色，经过试点教学，学生普遍反映良好，也得到了空军工程大学、西北工业大学、国防科技大学、南京理工大学、西安邮电大学等省内外兄弟院校的高度关注和评价。

三、未来发展思路

（一）加强落实课程思政，在新征程道路上努力提高人才培养质量

“半部电台起家，长征路上办学”“永不消逝的电波”“革命的千里眼顺风耳”等精神激励着一代又一代“西电人”不断奋进。课程教学内容和研究对象具有鲜明的红色元素，需要进一步挖掘和打磨，将这些元素润物无声地融入课堂、融入教学内容。培养学生在掌握电子信息系统复杂工程问题解决方法的基础上，树立崇高的精神追求与社会主义核心价值观。

（二）创新教学模式，探索“多域”“多元”“多模态”混合式教学

在理论教学和实验操作上，借助“中国大学MOOC学校云SPOC”“西电超星课堂”“学在西电”等制作课程的视频资料、课件、扩展资料等电子资源，以及随堂练习、主题讨论、分组任务等课堂活动，形成空间和时间的“多域”教学模式。建立实验群，利用微信、QQ、“学在西电”等形式加强与学生的沟通联系。推广线上、线下一体化的“多模态”混合式教学，线上测试，线下答疑指导，及时掌握学生对课堂内容的理解情况，有针对性地进行强化学习。

（三）打造虚拟仿真实验教学平台，融合Web、AI、3D等最新技术

充分发挥虚拟仿真实验在实验教学中的优势，结合相关科研项目，课程组搭建用于无人机监测的区域安防雷达虚拟仿真实验平台。实验教学平台融合Web、AI、3D等最新技术，在虚拟仿真条件下能够自主模拟实验条件设置、信号处理方法研究和实验效果评价，同时能够支持引入外部测试数据或设备接收信号，构建射频辐射式、射频注入式和GPU实时处理虚拟仿真平台，更加贴近教学理论的实践应用，能够切实提高实践教学效果。

结语

本文在深入学习贯彻党的二十大精神的基础上，理解科教兴国战略、人才强国战略和创新驱动发展战略，对“电子信息系统综合实验”教学的改革举措、实验内容创新、发展思路等进行了详细分析和总结。总结了翻转课堂、自主设计、虚实结合等改革举措，提出了加强落实课程思政、创新教学模式、打造虚拟仿真实验教学平台等发展思路。

参考文献

［1］查显友.走建设中国特色世界一流大学的新路［J］.中国高等教育，2022（17）：20-21.

［2］保铮.知识经济与人才培养［J］.西安电子科技大学学报（社会科学版），1999（1）：1-3.

［3］保铮.关于提高研究生培养质量的思考［J］.中国研究生，2003（2）：6-7.

［4］石光明，王松林，周佳社，等.塔式电工电子实验教学新体系的建设与探索［J］.实验室研究与探索，2006（12）：1543-1546.

［5］杨宗凯，姬红兵，田聪.需求导向培养高层次人才：以西安电子科技大学为例［J］.大学与学科，2021，2（1）：5-12.