应用型本科通信工程专业实验教学改革探索

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2025）14-0033-05

Abstract：Accordingtotherequirementsoftheneweraand"EmergingEnginering Education”reform，aplication-oriented undergraduatecollgesnedtoadapttothedevelopmentdemandsoflocaleconomyandsociety，andcultivateaplicationorientedtalentsguidedbyengineringpractice.ThispapertakesthecommunicationengineeringmajorofXiamenUniversityof Technologyasanexample，takestheimprovementofstudentsabilitytosolvecomplexengineringproblemsasastartingpoint， summarizestheshortcomingsofcurrntstudentsablity，sortsouttheshortcomingsofexistingexperimentalcoursesand experimentalteaching，andformsthereformideasandreformmeasuresofexperimentalteaching.Bysortingoutthecuiculum system，refiningtheexperimentaltopics，introducingvirtualsimulationexperimentteaching，andthentheconceptofmoral education，knowledgeandactionintegrationthoughoutteholeouse，itachevesacomprehensiveimprovementofsudents practice ability，innovation ability，and ability to solve complex engineering problems.

Keywords：emergingengineringeducation;aplication-orienteduniversity；communicationengiering;experimentalteaching; virtual simulation experiment

应用型本科院校承担着为服务地方区域经济社会发展培养高素质应用型人才的职责，是推动现代职业教育高质量发展的生力军。从毕业生的能力定位来看，应用型本科院校培养的是在动手能力方面比研究型高校学生强、在专业理论知识方面比高职高专学生强的应用型技术技能型人才。这就要求应用型本科院校建立一套以职业需求为导向、以实践能力培养为重点、以产学结合为途径的专业培养模式[2-5]。

电子信息产业是我国经济的战略性、基础性和先导性支柱产业。福建省在“十四五"规划中明确提出要做大做强电子信息和数字产业，培育壮大大数据、物联网、人工智能等新一代信息技术产业。作为地方性应用型本科高校，多年以来坚持“以生为本、服务产业、培养海西一流亲产业应用型人才”的办学目标，依据地方经济社会的发展需求动态调整人才培养方案，着力培养专业能力与产业需求相对接，个人价值与国家需求相对接的应用型、创新型的新工科人才。

2022年2月25日，时任教育部高等教育司司长吴岩在全国高教处长会议上指出，我国高等教育发展下一阶段的主题是“深化新教改、打造新形态、提高新质量”。以学生为本，以实践为导向，提升学生解决复杂工程问题的能力，既是应用型本科院校在“新工科”背景下推进教育教学改革的探索，也是为了满足地方产业向高校提出的培养应用型、技能型、创新型人才的必然转型[6-7]。

一 通信工程专业实验教学现状及改革思路

通信工程作为电子信息类的工科专业，具有“实践出真知"的专业特色，学生是否具备、具备怎样的解决复杂工程问题的能力，也就成为检验专业建设质量的一块试金石。

对照“新工科"课程建设要求，以及《华盛顿协议》刻画的复杂工程问题的7个特征，总结目前对于学生能力有较大挑战的4项特征，通过分析其指向的学生能力短板[10-13]，梳理现有的实验课程、实验教学的不足，可以得到实验教学改革思路，如图1所示。

（1） 梳理实验课程承继关系，做好工具方法的前后融合

复杂工程问题的“复杂”体现在其具有较高的综合性，包含多个相互关联的子问题，要求学生必须能够进行正确拆解，逐个击破。常规的课程设置中，理论课程与实验课程往往是一一对应的配套关系，例如信号与系统对应信号与系统专题实验；另一常见形式是理论课程包含课内实验，如C语言程序设计课程包含课内编程实验。实验课程为了理论教学服务，在课程衔接上考虑了理论课程的承继关系，忽视了实验课程在学生能力培养上的连贯性，导致学生无法主动意识到后续实验课程可以使用之前学习过的编程工具或实验方法。复杂工程问题涉及多门课程工具方法的应用，联动性的缺失造成了学生能力的碎片化，学生能够解决某个实验中独立出现的简单问题，但对于多个简单问题组成的复杂工程问题，需要用到多种工具，则不知从何下手。为此，需要从工具方法的使用承继上梳理实验课程的关系，建立前后课程的融合支持[14]。

（二）从实际应用、产业项目中精炼实验课程选题

复杂工程问题的本质是必须运用深入的工程原理对实际问题进行分析才能解决，学生在面对复杂工程问题时遇到的第一个难关就是如何透过工程表象理解其对应的抽象模型与理论知识。实验课程也必须成为学生跨越这一难关最重要的推手。

传统的实验课程内容主要是围绕某一知识点或掌握某一工具进行设计的，是知识导向而非项自导向、能力导向的。例如移动通信原理中的OFDM信号收发实验，使用硬件实验箱搭建收发系统后通过示波器观察信号波形与频谱，脱离实际通信系统。学生在这个实验中意识不到OFDM技术就是自己每天使用的4G移动网络中的核心技术，感受不到如何通过这个技术提升4G网络的传输速率。学生在实验中获得了知识，但并不能将之与实际应用联系起来，这就不能满足当前工程教育对于应用型人才的培养要求。

针对这一症结，需要从教师的科研课题、企业实践经历、毕业实习和毕业设计等选题中，选出难度适中的课题，将之融合进实验设计中，做好铺垫，循序渐进地让学生在实验课程中逐步接触到实际工程问题，从而理解理论知识如何应用于工程实际。

（三）虚实结合、以虚补实，拓展实验课程内容，提高创新能力

复杂工程问题的特征之一是不能仅靠常用方法完全解决，需要一定的创造性、创新性思维。而受限于应用型本科院校的办学条件和实体硬件约束，目前的实验课程中验证性课题的占比偏大，按部就班的内容和流程严重影响了对学生设计能力、研究能力和创新思维的养成。虚拟仿真实验可以突破实体约束，通过虚实结合的方式极大地拓展课程设计的空间，提升内容和流程的自由度，为学生打造高质量的设计性、研究性实验课程。

（四） 将全面培养学生素质贯彻到日常实践教学活动中

解决复杂工程问题还对工程师本人的素质提出了高要求，必须通盘考虑多方面的非技术因素，如环境保护、社会影响等，同时恪守工程师的职业道德。常规实验课程的考核评价一般是以实验结果、实验报告为评判基准，师生在实验过程中往往只重视如何做出高质量的成果而忽视了非技术因素。其实，实验课程因其沟通理论知识与实际应用的桥梁作用，是学生在进入工作岗位之前，提前了解工程师角色与其社会责任的最好平台，理论课程同样是开展课程思政、落实立德育人根本任务的主阵地之一。因此，更加需要实验课程专任教师在教学活动中将科学态度、工匠精神、爱国情怀传递给学生，帮助学生建立正确的价值观。

二 实验课程改革举措

按照“思政领航、专业为基、产教融合、能力导向”的教学理念，和"虚实结合、以虚补实"的实验课程设计思想，将前述改革思路落实为具体的改革措施。

（一）以工程认证为抓手，做好顶层设计，重新修订通信工程专业实践类课程的课程目标

在2018版《工程教育认证通用标准》的12项毕业要求中，5项技术能力要求均明确提出了以解决复杂工程问题为目标。以通信工程专业的工程认证为契机，全面修订通信工程专业的培养方案，梳理现有实验课程的课程目标和内容，新增开设一批高阶实验课程，调整一批实验课程的定位及其课程目标，理顺一批实验课程的能力承继关系。从而建设通信工程专业课程矩阵，以4年的专业培养为依托，设置合理的能力培养路线，有计划、有步骤地引导学生循序渐进地完成对复杂工程问题的认识、分析、尝试、实践和总结，获得成功解决问题的体验，提高技术自信，从而持续提升解决复杂工程问题的能力。

（二）精炼实践项目选题，建设融合多门课程的综合性实践案例库

要解决学生能力碎片化的问题，需要在实验课程中让学生掌握对复杂问题的拆解与综合

“拆解”，要求在课程设计时有目的地将复杂问题分解至不同课程或不同实践课题中，让学生了解自己掌握的工具方法能够解决一个大型复杂工程问题的哪一部分。如图2所示，温湿度智能监控项目是目前智能家居、智能楼宇、智能温室等物联网技术的常见应用之一，该项目可分解为信号处理、硬件系统设计、软件系统设计、实现与测试几个部分，分别融入对应实验课程中。学生在信号与系统专题实验中学习MATLAB编程进行模拟信号采样，验证奈奎斯特采样准则；在通信原理实验中观察到采样信号的频谱与波形，进一步理解采样频率不合适时出现的失真现象；在单片机技术课程设计中学习单片机控制系统开发，温湿度传感器硬件模块选型，搭建硬件电路进行温湿度信号采集和模数转换；在嵌人式系统课程中学习构建基于硬件开发板的Linux系统，能够通过远程控制程序进行信号传输与控制；在专业综合实践课程中通过分组合作，完成整个系统的制作和测试，撰写专题报告。

实验课程选题有丰富的来源：毕业设计、毕业实习、各级学科竞赛和教师科研项目等。从中精选难度适中、与专业培养目标契合性强、适合在实验课程矩阵中进行拆解综合的复杂工程问题形成实验案例库。

其中，重点关注教师横向课题，从企业的实际需求中提炼选题，为培养满足产业需求的应用型人才打好实践基础。

（三）以虚补实，利用虚拟仿真实验提升课程高阶性和挑战度

虚拟仿真实验作为新的数字化实验教学手段，能够有效解决大型实体实验做不了、不能做的问题，非常适合用于开发综合性实验课题，学生可以便利地尝试多种解决方案，极大地提升了实验课程的高阶性和挑战度，培养学生的研究能力和创新思维。

本着“以虚补实、能实不虚”的原则，通信工程专业在移动通信原理、专业综合实践等高阶课程实验中开发精品虚拟仿真实验案例。其中，移动通信原理课程淘汰了原有的硬件箱验证实验，而将学生就业中的一大职业方向一一网络优化、网络测试工程师所需要的移动通信网络测试和优化能力作为课内实验的训练重点，结合虚拟仿真实验软件重新开发了一批密切贴合学生实际生活的实验案例。

例如以校园网络覆盖优化为主题开发的虚拟仿真实验，以学生们最熟悉的校园为实验场景，以现实中存在的通信基站位置为参考，要求学生完成布站设计、覆盖测试与网络优化。该课题于2021年季学期首次引入课程即获得学生积极响应。图3和表1节选了历届学生的部分实验结果，有学生提出并论证在学校最高点建一个基站覆盖全校的利弊，有学生为了验证不同功率组合的效果反复测试，有学生在实验中验证了校园某处位置为何长期信号不良，等等，这都是实体实验中无法完成的设想，但在虚拟仿真实验平台上可以得到实践。虚拟仿真实验突破了硬件约束，使得学生们可以在极高的自由度下充分试验自己的设想，在不断的试错、研究与改进中提高了学生的研究与创新能力。