袁 焱,周玲玲,龍滬強

(上海交通大學電子工程系,上海 200240)

0 引言

在高校人才培養(yǎng)方案中實驗教學不可或缺,是培養(yǎng)學生基本技能、工程能力、創(chuàng)新精神和提高綜合素質的重要教學環(huán)節(jié),也是體現(xiàn)各校培養(yǎng)特色的重要方面。

我校電類專業(yè)基礎教學實行大平臺模式。一些電子基礎課程和實驗,比如硬件技術(“模擬電子線路”、“數(shù)字電子線路”)、軟件技術(“程序設計”、“數(shù)據(jù)結構”、“操作系統(tǒng)”)和軟硬件結合技術(“微機/單片機原理”、“嵌入式系統(tǒng)應用”、“可編程器件”),歸屬于大平臺課程,是電類學科本科生必修的。這些課程及實驗不在本文直接討論的范圍中。本文重點論及大平臺課程之后,專門針對信息工程專業(yè)的實驗課程或項目。為便于區(qū)分,下文中稱作專業(yè)實驗。

1 構建專業(yè)實驗體系的要求

通信信息學科是一門理論性很強的學科,其基礎理論涉及比較深的數(shù)學和物理學方法。因此,信息工程專業(yè)的學生要有扎實的數(shù)學和物理學知識功底。通信信息學科的理論和方法要有效服務于社會,應通過工程技術轉化制作出相應的設備和系統(tǒng),有時還要有相應的技術來保障這些、設備和系統(tǒng)的運行維護[1]。因此,我們設置的實驗項目,讓學生經(jīng)歷設計和試制一套真實設備和系統(tǒng)的全過程,提高對工程實踐的認知度。

信息工程專業(yè)的學生必須能在團隊中合作共事,讓學生組建團隊開展實驗,以培養(yǎng)他們在團隊中克服困難和協(xié)同進取的能力。,在重新構建信息工程專業(yè)實驗教學體系時,須盡量綜合地考慮到以上各項要求。

2 原有實驗項目存在的問題

我校的信息工程專業(yè)設計比較早,經(jīng)過了一定的歷史積累和傳承,形成了比較成熟的培養(yǎng)模式。但是,原有的專業(yè)實驗教學項目存在如下問題。

(1)一些實驗項目的技術陳舊。比如,“通信原理實驗”所使用的技術方案還停留在中小規(guī)模的器件,已經(jīng)過時。

(2)驗證性實驗比例偏高,為此應適當?shù)乜刂破湔n時所占比例。

(3)各實驗項目相對獨立,未形成良好的體系化格局。比如,在“通信基本電路實驗”和“通信原理實驗”中,都設立了調制解調項目,內(nèi)容有部分重疊;此外,各項目中關于點對點通信的內(nèi)容較多,但組網(wǎng)通信則幾乎是空缺。

3 構建專業(yè)實驗項目新體系

基于前述分析和認識,我們對各實驗課程和項目進行了增減或更新,并從體系化的觀點重新構建。具體采取以下各項措施。

(1)大幅更新原本以驗證性項目為主的“通信基本電路(高頻電子線路)實驗”和“通信原理實驗”。新的“通信基本電路實驗”改為一項綜合設計項目,要求學生組建三人小組,設計并試制一個具有調制和解調的收發(fā)無線通信裝置?！巴ㄐ旁韺嶒灐钡捻椖恐?保留了約35%的驗證性實驗,而將65%的實驗更新為綜合設計項目,學生以小組為單位,分別完成糾錯編碼裝置、數(shù)碼錄音裝置和無線數(shù)傳裝置的設計制作。其中的無線數(shù)傳裝置,學生可以利用自己在通信基本電路實驗中完成的作品加以改造來實現(xiàn)。

(2)開設新課程,建立配套實驗。新課程“無線通信與移動組網(wǎng)”講授新一代移動網(wǎng)絡技術,與之配套開設ad hoc單跳和多跳移動組網(wǎng)實驗。新實驗課程“射頻電路設計訓練”則讓工作頻率進入通信射頻頻段。

(3)在課程設計系列項目中,設置建模與仿真研究課題。信息工程專業(yè)培養(yǎng)新方案中,專設了一個課程設計欄目,向學生提供問題導向的探究型項目。具體項目可按年度動態(tài)更新,靈活度比較大。例如:我們設置“多機通信系統(tǒng)穩(wěn)定性問題研究”項目,對一個常見的現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)進行建模,利用了多狀態(tài)系統(tǒng)理論、蒙特卡羅算法和遺傳算法等,讓學生求解該系統(tǒng)穩(wěn)定性度量問題,并提供系統(tǒng)優(yōu)化方案。

(4)在創(chuàng)新實踐系列課程中,設置與信息專業(yè)對口的技術任務。我校有頗具特色的科技創(chuàng)新系列課程面向全校的通選實驗課程。每個課程由一個假設的工程設計項目為主題,各專業(yè)學生可跨專業(yè)組建團隊完成,不限定技術方案。

我們在“科技創(chuàng)新(模塊)6”中,為信息工程專業(yè)設置了對口的技術任務,即運用多機組網(wǎng)通信,為整個系統(tǒng)中各部分間建立測控信息的傳輸信道。在這個項目中,信息工程專業(yè)學生可與自控、計算機技術和電器自動化等專業(yè)的學生合作,共同完成整個任務。通常,這個任務的團隊人員規(guī)?？蛇_到 15～20人。

(5)自行開發(fā)技術規(guī)格一致和通用性強的實驗電路器材。硬件電路板都設計成7×10cm或15×10cm的規(guī)格,并指定電源引線(腳)的位置。電路板接口接插件統(tǒng)一使用IDC、DB、RJ系統(tǒng)的若干類型,便于互相連接。系列的器材品種包括電路模塊(MCS51單片機模塊、AVR單片機模塊、CPLD和FPGA模塊等)、兩種尺寸的試驗板和標準電纜(板間信號電纜、程序下載電纜、通信電纜等)等。根據(jù)實驗任務的需求,學生可靈活地選擇搭配使用各品種。這套器材成本低廉,保證每個小組都擁有獨用的器材。在實驗項目進行過程中由學生自行保管。

通過上述措施構建起新的專業(yè)實驗項目體系,與新技術發(fā)展趨勢更相適應,各類項目的配置比例更趨合理。改革后,實驗項目體系性更強,表1羅列了各實驗項目的名稱和能力培養(yǎng)重點。圖1和圖2示意了改革前后各類型實驗的比重變化。

表1 信息工程專業(yè)實驗項目

圖1 驗證性/綜合設計/創(chuàng)新探究實驗比重

圖2 硬件/軟硬件結合/建模仿真實驗比重

4 結語

實驗教學是工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié),對學生知識、能力、素質的綜合培養(yǎng)具有不可替代的作用。我校電子工程系在重新制定培養(yǎng)計劃時,通過構建信息工程專業(yè)實驗新體系,實驗教學在學科專業(yè)教育中的分量得到進一步提升,學生比以往有更多的機會進入開放式管理的實驗室參與動手實踐,嘗試自己的設計創(chuàng)意,切實提高了學生的創(chuàng)新思維能力和研究能力。

[1] 余厚全,吳凌云,陳永軍.電子信息類專業(yè)實驗教學的幾點思考[J].上海:實驗室研究與探索,2009,28(6):102-104.

[2] 方愷晴,文建國,張洪杰.信息技術實驗教學示范中心的建設與改革[J].上海:實驗室研究與探索,2009,28(4):93-95,100.