构建信息工程实验教学新体系

袁 焱,周玲玲,龙沪强

(上海交通大学电子工程系,上海 200240)

0 引言

在高校人才培养方案中实验教学不可或缺,是培养学生基本技能、工程能力、创新精神和提高综合素质的重要教学环节,也是体现各校培养特色的重要方面。

我校电类专业基础教学实行大平台模式。一些电子基础课程和实验,比如硬件技术(“模拟电子线路”、“数字电子线路”)、软件技术(“程序设计”、“数据结构”、“操作系统”)和软硬件结合技术(“微机/单片机原理”、“嵌入式系统应用”、“可编程器件”),归属于大平台课程,是电类学科本科生必修的。这些课程及实验不在本文直接讨论的范围中。本文重点论及大平台课程之后,专门针对信息工程专业的实验课程或项目。为便于区分,下文中称作专业实验。

1 构建专业实验体系的要求

通信信息学科是一门理论性很强的学科,其基础理论涉及比较深的数学和物理学方法。因此,信息工程专业的学生要有扎实的数学和物理学知识功底。通信信息学科的理论和方法要有效服务于社会,应通过工程技术转化制作出相应的设备和系统,有时还要有相应的技术来保障这些、设备和系统的运行维护[1]。因此,我们设置的实验项目,让学生经历设计和试制一套真实设备和系统的全过程,提高对工程实践的认知度。

信息工程专业的学生必须能在团队中合作共事,让学生组建团队开展实验,以培养他们在团队中克服困难和协同进取的能力。,在重新构建信息工程专业实验教学体系时,须尽量综合地考虑到以上各项要求。

2 原有实验项目存在的问题

我校的信息工程专业设计比较早,经过了一定的历史积累和传承,形成了比较成熟的培养模式。但是,原有的专业实验教学项目存在如下问题。

(1)一些实验项目的技术陈旧。比如,“通信原理实验”所使用的技术方案还停留在中小规模的器件,已经过时。

(2)验证性实验比例偏高,为此应适当地控制其课时所占比例。

(3)各实验项目相对独立,未形成良好的体系化格局。比如,在“通信基本电路实验”和“通信原理实验”中,都设立了调制解调项目,内容有部分重叠;此外,各项目中关于点对点通信的内容较多,但组网通信则几乎是空缺。

3 构建专业实验项目新体系

基于前述分析和认识,我们对各实验课程和项目进行了增减或更新,并从体系化的观点重新构建。具体采取以下各项措施。

(1)大幅更新原本以验证性项目为主的“通信基本电路(高频电子线路)实验”和“通信原理实验”。新的“通信基本电路实验”改为一项综合设计项目,要求学生组建三人小组,设计并试制一个具有调制和解调的收发无线通信装置。“通信原理实验”的项目中,保留了约35%的验证性实验,而将65%的实验更新为综合设计项目,学生以小组为单位,分别完成纠错编码装置、数码录音装置和无线数传装置的设计制作。其中的无线数传装置,学生可以利用自己在通信基本电路实验中完成的作品加以改造来实现。

(2)开设新课程,建立配套实验。新课程“无线通信与移动组网”讲授新一代移动网络技术,与之配套开设ad hoc单跳和多跳移动组网实验。新实验课程“射频电路设计训练”则让工作频率进入通信射频频段。

(3)在课程设计系列项目中,设置建模与仿真研究课题。信息工程专业培养新方案中,专设了一个课程设计栏目,向学生提供问题导向的探究型项目。具体项目可按年度动态更新,灵活度比较大。例如:我们设置“多机通信系统稳定性问题研究”项目,对一个常见的现场总线通信系统进行建模,利用了多状态系统理论、蒙特卡罗算法和遗传算法等,让学生求解该系统稳定性度量问题,并提供系统优化方案。

(4)在创新实践系列课程中,设置与信息专业对口的技术任务。我校有颇具特色的科技创新系列课程面向全校的通选实验课程。每个课程由一个假设的工程设计项目为主题,各专业学生可跨专业组建团队完成,不限定技术方案。

我们在“科技创新(模块)6”中,为信息工程专业设置了对口的技术任务,即运用多机组网通信,为整个系统中各部分间建立测控信息的传输信道。在这个项目中,信息工程专业学生可与自控、计算机技术和电器自动化等专业的学生合作,共同完成整个任务。通常,这个任务的团队人员规模可达到 15～20人。

(5)自行开发技术规格一致和通用性强的实验电路器材。硬件电路板都设计成7×10cm或15×10cm的规格,并指定电源引线(脚)的位置。电路板接口接插件统一使用IDC、DB、RJ系统的若干类型,便于互相连接。系列的器材品种包括电路模块(MCS51单片机模块、AVR单片机模块、CPLD和FPGA模块等)、两种尺寸的试验板和标准电缆(板间信号电缆、程序下载电缆、通信电缆等)等。根据实验任务的需求,学生可灵活地选择搭配使用各品种。这套器材成本低廉,保证每个小组都拥有独用的器材。在实验项目进行过程中由学生自行保管。

通过上述措施构建起新的专业实验项目体系,与新技术发展趋势更相适应,各类项目的配置比例更趋合理。改革后,实验项目体系性更强,表1罗列了各实验项目的名称和能力培养重点。图1和图2示意了改革前后各类型实验的比重变化。

表1 信息工程专业实验项目

图1 验证性/综合设计/创新探究实验比重

图2 硬件/软硬件结合/建模仿真实验比重

4 结语

实验教学是工程专业创新人才培养的重要环节,对学生知识、能力、素质的综合培养具有不可替代的作用。我校电子工程系在重新制定培养计划时,通过构建信息工程专业实验新体系,实验教学在学科专业教育中的分量得到进一步提升,学生比以往有更多的机会进入开放式管理的实验室参与动手实践,尝试自己的设计创意,切实提高了学生的创新思维能力和研究能力。

[1] 余厚全,吴凌云,陈永军.电子信息类专业实验教学的几点思考[J].上海:实验室研究与探索,2009,28(6):102-104.

[2] 方恺晴,文建国,张洪杰.信息技术实验教学示范中心的建设与改革[J].上海:实验室研究与探索,2009,28(4):93-95,100.