强军新工科复杂工程能力培养课程体系实践

［摘 要］ 新工科视野下的军事工程教育，需同时高标准达到工程教育专业要求和军事职业特殊需求。对强军新工科的能力目标进行了解析，并以面向装备技术的工程能力培养为产出目标，分析了现行课程教学体系对工程能力培养贡献度偏弱的症结，提出了“四梁八柱”框架，完善培养体系；贯彻理实融合理念，改进课堂教学方法；以先行先试为抓手，提高教师的工程能力；以一体化保障为条件，打造先进多层次实践创新环境，从而实现工程素质大幅提高的总体思路。在部分课程中进行了尝试，取得了预期的效果。

［关键词］ 复杂工程能力；强军新工科；理实融合

［基金项目］ 2022年度安徽省高等学校省级质量工程教学研究项目“基于理实融合的创新强军新工科赋能模式探索与实践”（2022jyxm1203）；2021年度湖南省普通高等学校教学改革研究重点项目“基于SDR技术框架的复杂工程问题解决能力培养模式探索与实践”（HNJG-2021-0005）

［作者简介］ 王友瑞（1985—），男，安徽岳西人，硕士，国防科技大学电子对抗学院讲师，主要从事软件无线电、数字信号处理研究；陈 翔（1983—），男，安徽望江人，博士，国防科技大学电子对抗学院讲师，主要从事无线通信、射频电路研究；竺小松（1963—），男，浙江舟山人，硕士，国防科技大学电子对抗学院教授，主要从事软件无线电研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）41-0078-04 ［收稿日期］ 2023-07-28

一、研究背景

新一轮科技、产业变革，使工程创新成为推动社会发展的重要引擎，也将促进新的军事变革，为工程教育创新变革带来重大机遇，但也倒逼工程教育反思。新工科工程教育不仅要思考“培养什么人、怎样培养人、为谁培养人”等问题，还要回答“什么能力最有价值”。聚焦解决复杂工程问题的能力培养是高等工程教育的基本定位和核心任务［1］。军事工程教育培养的人才同样需要很高的专业水平和卓越的技术素养。

二、强军新工科能力目标要求

新工科之新，在于形势之新、需求之新、理念之新、行动之新。强军新工科，工是本质、新是取向、军是底色、强是目标。对照文献［1］提出的解决复杂工程问题能力的细化指标要求，需要关注以下几点。

（一）工程之工

工程能力的形成，发端于课堂，落实于实践，增强于闭环，深厚于反复。就电子信息工程而言，可以将其定义为具备设计完成一定技术难度的工程装置的能力。工程设计训练起到穿针引线的轴心作用。

（二）军工之工

聚焦主责主业，必须赋予工程训练“军”的底色，从任职能力需求出发，与装备相关的工程技术是重点。工程训练的深度和匹配装备技术的内容覆盖是提高专业任职能力的重要环节。

（三）工业之工

没有合理的工艺保障，难以实现和调试GHz以上的电路。因此，强军新工科要求工之精工、工之工艺。将先进制造元素引入科研和工程实践，才能真正落实工艺之工，从而实现精工之工。

（四）总工之工

能否有效赋能学生，与训练项目的高阶性、创新性、挑战度是否匹配密切相关。目标是培养具有卓越创新力，能担当科技强军的中流砥柱。“工”之总工，是与军事工程教育地位相称的赋能合理期望目标。

三、电子信息课程体系的现状分析

一个完整的信息装备技术内涵，按照现代无线电工程（软件无线电）架构成形。其涉及三大技术领域，且涉及硬件设计和软件编程两个方面，具有完全的复杂工程问题的特征，是锻造电子信息工程能力须牢牢抓住的锚点。装备技术从底层到应用层的贯通式能力架构拼图（如图1所示），是系统化工程培养体系设计的依据。在传授相关知识的同时，突出系统性的串联，并完成知识到能力的转化。但现有的培养体系无法达成，工程能力素质提高幅度以及学生的获得感达不到预期水平。

（一）课程设置情况分析

教学实施的客观表象是学时十分紧张。工科院校的课程金字塔高度越来越高，课程门类不断增加，核心课程的课时大幅压缩。虽然第二课堂、以赛促学等能够锻炼学生的工程创新能力，但第一课堂更为关键。就工程赋能而言，核心课程教学，要给学生提供在理论指导下开展实践的机会，在实践中加强对原理的理解，掌握思维方法。军校学员能自主支配的时间少，因此第一课堂应是创新的主战场，核心课程的学时和内容必须有保障。

（二）课程体系的结构性分析

按照工程专业的毕业要求，要在技术素养上满足文献［1］提出的WA1～WA5指标。但大部分课堂教学只能完成WA1，即知识接受，达不到应用层级。参照文献［2］中的评价模型，不难发现，现行课堂教学对WA2～WA5的贡献率偏低。首先，理论与实践在时间上是分割的。理论课先讲授，实践课安排在最后，造成课堂知识不能及时消化理解，转化成能力素养。“理”应理实伴随，“实”则理实分段。这两者的实践频度、强度、难度截然不同，教学效果也差别很大。工程能力需日积月累，各门课程的实践环节就是积累的过程，积累得不及时，效果将大打折扣。其次，对课程实践的重视程度不够。长期以来课程教学的着力点基本在理论教学，尝试各种教学方法，但效果的提升曲线却趋于饱和。究其原因，课程实践不是相伴相随，难度要求不高，考核不严格、不细化，内容未能覆盖前面的课程。这是课程体系的结构性问题，也是教育赋能效率的核心问题。

（三）课程体系的关联性分析

现行课程体系的系统性关联不紧密，各阶段课程教学各行其是，未实质考虑课程衔接。（1）在教学内容上，课程之间不能有机联系。群内课程在内容上应该有密切的联系和内在的逻辑统一性，既互相补充又相互融合，课程群建设应当作一个有机整体来持续推进。（2）课程群间没有加强知识串联关系，开课次序有不合理之处。一些专业基础课程的授课内容鲜有涉及体系支柱课程的应用，无法形成有效闭环和有效知识体系，对能力的贡献度低。（3）设计环节明显缺失。文献［2］提供的研究数据表明，设计对工程运用方面的能力提升明显。设计能力需要时间打磨，而学时总数非常紧张，没有大量专门的时间练习设计工具的使用，需要在合适的课程中起步，靠课余练习和后续课程设计应用加以提高。

（四）教师能力需求分析

新工科力求达到的目标，对理论课教学为主的教师提出了挑战。从培养学生分析解决复杂工程问题能力的视角，需要教师熟悉工程专业、具有工程实践经历，自身要具有分析解决复杂工程问题的能力［1］。教师如果没有实践经验，很难做到内容“营养丰富”“色香味俱全”，难以把握高阶性、创新性和挑战度。现行高等教育有“重科学、轻工程”的习惯思维，对教师评价导向，是重论文不重技术，导致课程教学重理论、轻实践。“屈从论文、难下工厂”是近来被屡屡诟病的工科理科化现象。吴汉明院士指出，仅从科学研究的角度出发，老师只写论文，不到产业上动手实践，是培养不出优秀工程师的；要求研究生必须发表多少篇论文才能毕业，必然会导致其不愿意动手做产品，工程问题难发论文，解决的动力不足［3］。

四、强军新工科工程能力培养体系的探索实践

（一）以“四梁八柱”为框架，完善现有培养体系

基于OBE理念，以信息对抗装备软件无线电技术体系框架为主线，本文梳理了电子对抗学院电子信息课程体系的“四梁八柱”，将课程群中的知识统领起来，进一步探索制定产出统领、分类精进、理实融合、复合驱动、层级衔接、分层递进、认知循环、能力迭代、多措并举、厚基创新的总体方案，设计一种四年不间断、能力持续增强的创新培养模式。“梁”为贯穿应用于课程体系始终的能力进步，“柱”为支撑完整的知识体系的认知积累。

1.四梁。软件编程，对应复杂工程系统设计与开发能力；系统仿真，对应多学科知识应用能力与复杂工程问题分析能力；射频电路设计，对应复杂工程系统设计与开发能力；可编程芯片设计，对应复杂工程系统设计与开发能力。还有和上述能力匹配的系统论证、电子工艺技能和仪器操作技能，分别对应文献研究、实验分析能力和现代工具使用能力。由于“四梁”是贯穿始终的全过程，因此在大一开设的计算机类和数学建模课程中，有意识标定软件编程和系统仿真两项能力目标，尽早起步，后两项技术在后续模拟电路和数字电路相应的课堂教学中逐步加入，并在后续的专业持续应用。

2.八柱。“射频及非线性电子线路”“天线与电波传播”“信号与系统”“软件无线电原理与技术”“通信原理”“雷达原理”“导航原理与技术”“电子对抗原理”。前四门课程属于专业基础课，服务于通用的无线电设备技术基础；后四门课程属于专业课，是前四门课程知识和技术在特定系统中的应用，既包含对抗目标原理与系统，又包含对抗装备原理与系统。就现代无线电设备完整体系而言，信息对抗装备是其中一个实例，上述八门课程支撑着整个技术架构的知识体系，因此知识和能力的培养应与完整性相匹配，将这些课程作为一个系统完整地串联起来，形成前后接续的支撑关系。

（二）以理实融合为理念，改进课堂教学方法

以路类课程“射频电子技术”教学为抓手，开展理实融合的课程教学改革试点工作。“射频电子技术”是模拟路类的最后一门课程，也是无线电工程的重要落脚点课程。该课程是本项目组成员长期教授的课程，其对提高学生工程能力乃至部队岗位任职能力，具有很重要的意义，因而其理实融合课改效果具有很好的示范性、检验性作用。

对应工程能力成长的各阶段性要求，依据知识体系导图和各理论课知识导图，探索高效形式的“教学做合一”教学模式，精讲多悟、习领作随，采用课后实践作业（编程、仿真、实验）、阶段课程设计、课程综合仿真等多层次高密集课程实践方式，达成知识点跟进、核心点强化、中枢点夯实、落脚点牢固的良好效果。

针对电子对抗学院学生一日生活制度化，大块课余时间进入实验室不现实的问题，设计了一种背囊式实验室的工程实践训练解决方案。即为学生选配齐套的袖珍式便携仪器和相关实验器材，在自习和课余其他零碎时间，非实验室环境下都可开展各类课程实验和自主实验。与理论课密切协同，通过设计和理论课知识点相匹配的实验内容，并以作业实验的方式布置和完成，来增加理论知识的感性认识，巩固所学内容。通过增加实验的频次、强度，切实提高工程实践能力。背囊式实验室的整体技术水准已达到甚至超过一般标准实验室，如图2所示。该背囊式实验室具有很好的可实施性和可推广性，已在刚结束的一个教学班中试用，获得了很好的效果。本项目组正继续扩大试点班队，开展推广研究，以探索一套成熟可复制的运行模式。

（三）以先行先试为抓手，提高教师的工程能力

结合理实融合的课程改革试点，项目组组织任课教师集体进行课程实验备课，根据知识点、知识群、知识块，设计课后作业实验、课程章节实验、课程综合实验，并先行先试一遍。通过这一方式，提高教师的实践教学能力和工程基本技术。根据射频微波电路的工程特点和电路模块特点，开展专题培训，使教师逐步形成电路设计和开发的技术能力，成为理论工程并重的“两栖”教师，这样使课堂教学更加生动感性，学生的学习兴趣和积极性被激发。鼓励任课教师参加科研项目，并在其中落实技术成长要求。

（四）以一体化保障为条件，打造先进实践创新环境

按照工程实践的规律和适应未来新装备技术的能力素质要求，项目组持续不断充实高端设备和环境条件，探索利用软件无线电技术框架下的从硬件设计到应用层设计的贯穿式“落实到工”的技术特点，打造覆盖三大技术要素、涵盖低中高技术层级、能够激发创新想象力和创造活力的新工科一体化工程教学和实践平台。

在探索课程体系理实融合模式的同时，项目组在建设中紧紧围绕人才培养方案，进行各层级的工程实践设计，使之不是仅仅增加一些创新的训练科目，而是深度融入课堂教学的各个层级的课程实践。项目组遵循系统化的原则，开展综合实践项目群的建设；遵循贯通渐进化的原则，制定综合实践项目群分层实施方案；坚持突出设计+强化实践的原则，落实CDIO实施方法；遵循先进性原则，将这一特质覆盖贯穿工程训练全域全程。

结语

从底层到应用层的穿透式复杂工程能力的培养，不断精进的工程实践是最佳途径。逻辑统一的课程群体系、理实高度融合的教学理念、教师自身的工程实践能力、先进的实践创新环境是突破长期以来工程教育桎梏的有效手段。充分的实践训练、扎实的技术积累、完整的知识结构凝聚为卓越的工程技术能力，从而赋予新型军事人才高技术理解力以及由此产生的对未来作战形态变化的敏锐洞察力和创新作战形态的高度想象力。