時間:2023-03-21 17:03:07
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超寬帶無線電是對基于正弦載波的常規無線電的一次突破。幾十年來,無線通信都是以正弦載波為信息載體,而超寬帶無線通信則以納秒級的窄脈沖作為信息載體。其信號產生、調制解調、信號隱蔽性、系統處理增益等方面,具有獨特的優勢,尤其是能夠在密集的多徑環境下實現高速傳輸。由于脈沖持續時間很短,多徑分量在時域上不易重疊,多徑分辨能力高,通過先進的多徑分離技術或瑞克接收機,可以充分利用多徑分量。
目前,典型的超寬帶無線通信調制方式以TH-PPM、TH-PAM為主,本論文中,介紹超寬帶無線通信中的調制技術,主要討論TH-PPM、TH-PAM的基本原理,并且對比調制技術的優缺點,性能的好壞,并進行動態的仿真,從仿真圖中較清楚的研究調制方式,從而得出正確的結論,細致的研究超寬帶無線通信中的調制技術。
關鍵字:超寬帶 調制方式 PPM調制 PAM調制 OFDM調制
2 概述
2.1 總述
近幾年來,超寬帶短距離無線通信引起了全球通信技術領域極大的重視。超寬帶通信技術以其傳輸速率高、抗多徑干擾能力強等優點成為短距離無線通信極具競爭力和發展前景的技術之一。FCC(美國通信委員會) 對超寬帶系統的最新定義是:相對帶寬(在- 10dB 點處) (fH - fL)/fc > 20 %(fH ,fL ,fc分別為帶寬的高端頻率、低端頻率和中心頻率) 或者總帶寬BW> 500MHz。[1]它與現有的無線電系統比較,在花費更小的制造成本的條件下,能夠做到更高的數據傳輸速率(100~500MbPs) 、更強的抗干擾能力(處理增益50dB 以上) ,同時具有極好的抗多徑性能和十分精確的定位能力(精度在cm 以內) 。
2.2 UWB基本原理
發射超寬帶(UWB) 信號最常用和最傳統的方法是發射一種時域上很短(占空比低達0. 5 %) 的沖激脈沖。這種傳輸技術稱為“沖擊無線電( IR) ”.UWB - IR 又被稱為基帶無載波無線電,因為它不像傳統通信系統中使用正弦波把信號調制到更高的載頻上,而是用基帶信號直接驅動天線輸出的[6];由信息數據對脈沖進行調制,同時,為了形成所產生信號的頻譜而用偽隨即序列對數據符號進行編碼。因此沖擊脈沖和調制技術就是超寬帶的兩大關鍵所在。
2.2.1 脈沖信號
從本質上講,產生脈沖寬度為納秒級的信號源是UWB 技術的前提條件。目前產生脈沖信號源的方法有兩類: ①光電方法,基本原理是利用光導開關導通瞬間的陡峭上升沿獲得脈沖信號。由于作為激發源的激光脈沖信號可以有很陡的前沿,所以得到的脈沖寬度可達到皮秒(10 - 12 ) 量級。另外,由于光導開關是采用集成方法制成的,可以獲得很好的一致性,因此是最有發展前景的一種方法。②電子方法,利用微波雙極性晶體管雪崩特性,在雪崩導通瞬間,電流呈“雪崩”式迅速增長,從而獲得具有陡峭前沿的波形,成形后得到極短脈沖。在電路設計中,采用多個晶體管串行級聯,使用并行同步觸發的方式,加快了雪崩過程,從而達到進一步降低脈沖寬度的目的[7]。
沖激脈沖通常采用單周期高斯脈沖,典型的單周期高斯脈沖的時域和頻域數學模型分別表示為:
(2-1)
(2-2)
單周期脈沖的寬度在納秒級(0. 1~1. 5ns) ,重復周期為25~1000ns ,具有很寬的頻譜,如圖2-1 所示。實際通信中使用的是一長串的脈沖,由于時域中信號的周期性造成了頻譜的離散化,周期性的單脈沖序列頻譜中出現了強烈的能量尖峰。這些尖峰將會對信號構成干擾,通過數據信息和偽隨機碼來進行編碼P調制,改變脈沖與脈沖間的時間間隔,可以降低頻譜的尖峰幅度[2]。
圖2-1 單周期脈沖的時間域和頻率域的表示
2.2.2 UWB的調制技術
超寬帶系統中信息數據對脈沖的調制方法可以有多種。脈沖位置調制( PPM) 和脈沖幅度調制(PAM) 是UWB 最常用的兩種調制方式。通常UWB信號模型為:
(2-3)
其中,w ( t) 表示發送的單周期脈沖, dj , tj 分別表示單脈沖的幅度和時延。
a PAM- UWB
PAM是一種通過改變那些基于需傳輸數據的傳輸脈沖幅度的調制技術。在PAM調制系統中,一系列的脈沖幅度被用來代表需要傳輸的數據。任何形狀的脈沖都是通過其幅度調制使傳輸數據在{ - 1 , + 1}之間變化(對于雙極性信號) 或在M 個值之間變化(對于M 元PAM) 。增加傳輸脈沖所占的帶寬或減少脈沖重復頻率,都可以增加一個固定平均功率譜密度的UWB 系統所能達到的吞吐量和傳輸距離,可以看出這一效果與增加傳輸功率的峰值的效果是相似的。[8]
采用脈沖幅度調制(PAM)的超寬帶信號波形如下:[4]
(2-4)
其中, dj 是信息序列, Tf 是脈沖重復周期。根據dj 的不同取值, 可將PAM調制方式分為以下三種:
(1) OOK(發送數據為1 ,UWB 信號的幅度為1 ;發送數據為0 ,UWB 信號的幅度為0) ;
(2)PPAM(發送數據為1 ,UWB 信號的幅度為β1 ;發送數據為0 ,UWB 信號的幅度為β2) ;
(3)BPSK(發送數據為1 ,UWB 信號的幅度為1 ;發送數據為0 ,UWB 信號的幅度為- 1) 。
對于這三種方式,在超寬帶的PAM調制方式中多采用BPSK方式。
b PPM- UWB
脈沖位置調制(PPM) 又稱時間調制(TM) ,是用每個脈沖出現的位置落后或超前某一標準或特定時刻來表示某個特定信息的[3]。二進制PPM 是超寬帶無線通信系統經常使用的一種調制方法,相對其它調制方法來說也是較早使用的一種方法。采用PPM的一個重要原因是它能夠使用零相差的相關接收機來接收檢測信號,而這種接收機有著非常好的性能。采用脈沖位置調制( PPM) 的超寬帶信號波形如下:
(2-5)
其中, dj 取0 或1 ,δ為調制因子, 與脈沖寬度Tm (1/Tf ) 是一個數量級。當發送數據為1 時脈沖就會相應滯后一個時延δ。
圖2-2 給出了上述四種調制方法的信號波形圖,對這四種調制方式給出了一個比較直觀的描述。
除了這些對脈沖的調制方法外,用偽隨機碼或偽隨機噪聲(PN) 對數據符號進行編碼以得到所產生信號的頻譜時,根據編碼的不同即擴頻和多址技術不同,超寬帶系統又被分為跳時的超寬帶系統(TH - UWB) 、直擴的超寬帶系統(DS - UWB) 、跳頻的超寬帶系統(FH - UWB) 和基帶多載波超寬帶系統(MC - UWB) 等[9]。
圖2-2 不同調制方式的信號波形[4]
2.3 UWB 技術特點
由于UWB 與傳統通信系統相比,工作原理迥異,因此UWB 具有如下傳統通信系統無法比擬的技術特點[4]:
(1)系統容量大。香農公式給出C = Blog2 (1 +S/N) 可以看出,帶寬增加使信道容量的升高遠遠大于信號功率上升所帶來的效應,這一點也正是提出超寬帶技術的理論機理。超寬帶無線電系統用戶數量大大高于3G系統。
(2)高速的數據傳輸。UWB 系統使用上GHz 的超寬頻帶,根據香農信道容量公式,即使把發送信號功率密度控制得很低,也可以實現高的信息速率。一般情況下,其最大數據傳輸速度可以達到幾百Mbps~1Gbps。
(3)多徑分辨能力強。UWB 由于其極高的工作頻率和極低的占空比而具有很高的分辨率,窄脈沖的多徑信號在時間上不易重疊,很容易分離出多徑分量,所以能充分利用發射信號的能量。實驗表明,對常規無線電信號多徑衰落深達10~30dB 的多徑環境,UWB 信號的衰落最多不到5dB。
(4)隱蔽性好。因為UWB 的頻譜非常寬,能量密度非常低,因此信息傳輸安全性高。另一方面,由于能量密度低,UWB 設備對于其他設備的干擾就非常低。
(5)定位精確。沖激脈沖具有很高的定位精度,采用超寬帶無線電通信,可在室內和地下進行精確定位,而GPS 定位系統只能工作在GPS 定位衛星的可視范圍之內。與GPS 提供絕對地理位置不同,超短脈沖定位器可以給出相對位置, 其定位精度可達厘米級。
(6)抗干擾能力強。UWB 擴頻處理增益主要取決于脈沖的占空比和發送每個比特所用的脈沖數。UWB 的占空比一般為0. 01~0. 001 ,具有比其它擴頻系統高得多的處理增益,抗干擾能力強。一般來說,UWB 抗干擾處理增益在50dB 以上。
(7)低成本和低功耗。UWB 無線通信系統接收機沒有本振、功放、鎖相環( PLL) 、壓控振蕩器(VCO) 、混頻器等, 因而結構簡單,設備成本將很低。由于UWB 信號無需載波,而是使用間歇的脈沖來發送數據,脈沖持續時間很短,一般在0. 20ns~1. 5ns之間,有很低的占空因數,所以它只需要很低的電源功率。一般UWB 系統只需要50~70mW 的電源,是藍牙技術的十分之一[10]。盡管如此,UWB 在技術上面臨一定的挑戰, 還有諸多技術的問題有待研究解決,比如需要更好地理解UWB 傳播信道的特點,建立信道模型,解決多徑傳播;需要進一步研究高速脈沖信號的生成、處理等技術;研究新的調制技術,進一步降低收發結構的復雜度等。
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2.4 UWB發射機和接收機組成框圖
2.4.1 UWB發射機組成框圖
UWB發射機直接發送納秒級脈沖來傳輸數據而不需使用載波電路。所以,UWB發射機比現有的無線發射設備要簡單得多。TH-UWB發射機組成框圖如圖2-3所示[5]。
圖2-3 UWB發射機組成框圖
調制后的數據與偽碼產生器生成的偽碼一起送入可編程延遲電路,可編程延遲電路產生的時延控制脈沖信號發生器的發送時刻,脈沖信號發生器輸出的UWB信號由天線輻射出去。脈沖信號產生電路的一個關鍵部分是天線,它的作用相當于一個濾波器。
2.4.2 UWB接收機組成框圖
TH-UWB接收機采用相關接收方式,接收機框圖如圖4所示。圖4中虛線內的部分是相關器。它由乘法器、積分器和取樣/保持電路三部分組成[5]。
接收機與發射機類似,兩者的區別在于接收機的基帶信號處理器從取樣/保持電路中解調數據,基帶信號處理器的輸出控制可編程時延電路,為可編程時延電路提供定時跟蹤信號,保證相關器正確解調出數據。
圖2-4 UWB接收機組成框圖
2.5 UWB 技術的應用前景
UWB 系統在很低的功率譜密度的情況下,UWB具有巨大的數據傳輸速率優勢,最大可以提供高達1000Mbps 以上的傳輸速率,使UWB 同其它短距離無線通信系統的技術優勢非常明顯,如表1 所示。現有的各種無線解決方案(例如802. 11 ,Bluetooth等) 的速率均低于100Mbit/s ,UWB 則在10m 左右的范圍之內打破了這一限制,UWB 的應用將使人們可以擺脫更多線纜的牽絆,通信因而變得更為方便[6]。
2.6 結束語
無線通信已經迅速滲入我們的生活當中,對容量不斷增長的要求需要一種不對現有的通信系統造成影響的新的無線通信方案,超寬帶脈沖無線電系統正好滿足了這一要求。UWB 技術對于無線短距離的高速數據通信是非常有競爭力的,隨著研究的深入,憑借多方面的優勢,它將在很多領域占有一席之地。特別是短距離傳輸的后3G領域,UWB 將有廣闊的發展空間[8]。
表1 幾種短距離無線通信比較
家庭和辦公室互連
筆記本、臺式電腦、掌上電腦、因特網網關
無線電視、DVD , 高速因特網網關
3 MATLAB 軟件工具介紹
3.1 MATLAB語言的概述
MATLAB是一種科學計算軟件,適用于工程應用各領域的分析設計與復雜計算,它使用方便,輸入簡捷,運算高效且內容豐富,很容易由用戶自行擴展。因此,它已成為大學教學和科學研究中最常用且必不可少的工具。
MATLAB是“矩陣實驗室”(MATrix LABoratoy)的縮寫,它是一種以矩陣運算為基礎的交互式程序語言,著重針對科學計算、工程計算和繪圖的需求。與其他計算機語言相比,其特點是簡潔和智能化,適應科技專業人員的思維方式和書寫習慣,使得編程和調試效率大大提高。它用解釋方式工作,鍵入程序立即得出結果,人機交互性能好,為科技人員所樂于接受。特別是它可適應多種平臺,并且隨計算機硬、軟件的更新而用時升級。因而,MATLAB語言是數值計算用得最頻繁的電子信息類學科工具。它大大提高了課程教學、解題作業、分析研究的效率。
3.2 MATLAB的歷史
在1980年前后,美國的Cleve Moler博士在New Mexico大學講授線性代數課程時,發現應用其他高級語言編程極為不便,便構思并開發了MATLAB(MATrix LABoratory,矩陣實驗室),它是集命令翻譯、科學計算于一身的一套交互式軟件系統,經過在該大學進行了幾次的試用之后,于1984年推出了該軟件的正式版本。它是以著名的線性代數軟件包LINPACK和特征計算軟件包EISPACK中的子程序為基礎發展而成的一種開放型程序設計語言,其基本的數據單元是一個維數不加限制的矩陣,這就允許用戶可以根據數值計算問題的復雜程序,對問題進行分段甚至逐句編程處理,顯然這與C、FORTRAN等傳統高級語言完全不同。在MATLAB下,矩陣的運算變得異常的容易,后來的版本中又增添了豐富多彩的圖形圖像處理及多媒體功能,使得MATLAB的應用范圍越來越廣泛,Moler博士等一批數學家與軟件專家組建了名為MathWorks的軟件開發公司,專門擴展并改進MATLAB。
為了準確地把一個控制系統的復雜模型輸入給計算機,然后對之進行進一步的分析與仿真,1990年MathWorks軟件公司為MATLAB提供了新的控制系統模型圖形輸入與仿真工具,并定名為SIMULAB,該工具很快在控制界得致函廣泛的使用。但因其名字與著名的軟件SIMULA類似,所以在1992年正式改名為SIMULINK。此軟件有兩個明顯的功能:仿真與連接,亦即可以利用鼠標在模型窗口上畫出所需的控制系統模型,然后利用該軟件提供的功能來對系統直接進行仿真。很明顯,這種做法使得一個很復雜系統的輸入變得相當容易。SIMULINK的出現,更使得MATLAB的控制系統的仿真與其在CAD中的應用打開了嶄新的局面。
3.3 MATLAB語言的特點
MATLAB語言有以下特點。
(1) 起點高
每個變量代表一個矩陣,以矩陣運算見長。當前的科學計算中,幾乎無處不用矩陣運算,這使它的優勢得到了充分的體現。
(2) 人機界面適合科技人員
MATLAB的語言規則與筆算式相似。MATLAB的程序與科技人員的書寫習慣相近,因此,易寫易讀,易于在科技人員之間交流。矩陣的行列數無需定義。MATLAB不必有階數定義,輸入數據的行列數就決定了它的階數。鍵入算式立即得到結果,無需編譯。MATLAB是以解釋方式工作的,即它對每條語句解釋后立即執行,若有錯誤也立即做出反應,便于編程者立即改正。這些都大大減輕了編程和調試的工作量。
(3) 強大而簡易的做圖功能
能根據輸入數據自動確定坐標繪圖,能規定多種坐標系,(極坐標系、對數坐標系等),能繪制三維坐標中的曲線和曲面,可設置不同顏色、線型、視角等。如果數據齊全,通常只需一條命令即可出圖。
(4) 智能化程度高
繪圖時自動選擇坐標,大大方便了用戶;做數值積分時自動按精度選擇步長;自動檢測和顯示程序錯誤的能力強,易于調試。
(5) 功能豐富,可擴展性強
MATLAB軟件包括基本部分和專業擴展兩大部分。
基本部分包括矩陣的運算和各種變換、代數和超越方程的求解、數據處理和傅立葉變換及數值積分等等。可以充分滿足大學理工科學生的計算需要。
擴展部分稱為工具箱。它實際上是用MATLAB的基本語句編成的各種子程序集,用于解決某一方面的專門問題,或實現某一類的新算法。現在已經有控制系統、信號處理、圖像處理、系統辨識、模糊集合、神經元網絡及小波分析等工具箱,并且向公式推導、系統仿真和實時運行等領域發展。
MATLAB的核心內容在于它的基本部分,所有的工具箱子程序都是用它的基本語句編寫的。
3.4 MATLAB仿真
通過利用所學的理論知識,建立一個完整、準確的需求說明,清楚、準確地提出仿真試驗所要解決的問題。
對所提出的仿真系統給出詳細定義,明確系統中的模塊、系統構成、模塊之間的相互關系,系統的輸入輸出、邊界條件以及系統的約束條件,并明確仿真所要達到的目標。
根據仿真系統分析的結果,確定系統中的參數、變量及其互之間的關系,并以數學形式將這些關系描述出來,從而構成仿真系統的數學模型。數學建模是系統仿真中最關鍵的一步,所建立的數學模型必須盡可能準確地反映所關心的真實系統的特性,而又不能過于復雜,以免降低模型的效率,增加不必要的計算過程,即建模需要根據求解問題的要求,在模型的近似程度與復雜程度之間折中。電子與通信系統的數學模型通常以方框圖形式或數學方程形式來表達。
根據建立的數學模型所需要的數據元素,收集與模型系統有關的數據。根據數學模型建立系統的計算機仿真模型,收集數據,確定其中各子模塊的結構,輸入輸出接口,輸入輸出的數據表達形式,數據的存儲方式等。然后編制相應的程序流程,用MATLAB語言實現。
1培養目標
大連海洋大學信息工程學院通信工程專業是從學校的學科專業結構特點和學科特色出發,合理配置學校的教學資源,在電子信息工程、通信工程、自動化、計算機科學與技術、船舶與海洋工程和航海技術的學科交叉基礎上設立的專業。學校以提升人才培養質量為核心,立足遼寧,面向黃、渤海,輻射全國,為區域經濟建設服務,為國家水產和海洋事業服務,致力于培養德、智、體、美全面發展,知識面寬,基礎扎實,綜合素質高,具有創新精神和實踐能力,敬業、專業、樂業、創業的復合性應用型人才的人才培養戰略。在人才培養過程中注重培養學生的自主性、研究性學習的能力和分析問題、解決問題的能力,結合地方經濟社會發展需要確定本專業的培養目標、任務和要求,加強海洋漁業通信方面的特色教育。在多年辦學經驗的基礎上,經多方調研,結合本校實際,制定并逐步完善了通信工程專業的培養目標:以培養德、智、體、美全面發展,熟練掌握通信技術、通信系統和通信網絡的基本理論、基本知識和基本技能與方法,并具備電子和計算機技術等方面知識,具有較強的工程實踐能力,能夠從事固定通信、移動通信及船舶通信等現代通信系統及設備的研究、設計、開發與應用的,具有海洋、漁業科學背景的人才。
2課程體系的改革和優化
課程體系主要包括課程設置、教學內容及課程結構,是教學思想、教育理念的具體化,也是實現創新能力培養與綜合素質提高的保證。課程設置是否科學,教學內容是否合理,直接影響創新能力的培養與綜合素質的提高。按照我校建設“藍色大學”理念,構建了通信工程專業藍色人才培養方案。培養方案堅持“加強通識教育、拓寬學科基礎、凝練專業方向、提升實踐能力、培養創新精神”的人才培養原則,優化人才培養過程,構建課內、課外一體化的培養模式,依照“淺藍、蔚藍、湛藍、深藍”的藍色課程體系,用藍色課程元素來承載水的精神與海的文化,延伸至涉海涉水教學內容要素。(1)淺藍(通識課程)包括公共基礎課(思想政治理論課、大學外語、大學計算機基礎、高等數學、大學物理、體育等),公共選修課(軍事理論、健康與安全教育、選修課),公共集中實踐環節(軍訓)。通識課程雖然不一定與通信專業有直接聯系,但它是培養具有遠大的理想、高尚的情操、科學的思維、可持續發展的能力和健康的心里的人才,為進一步學習提供方法論的不可缺少的課程。基于學校開展課程建設的“雙百工程”,從公共選修課著手,打造了藍色海洋類、人文與社科類、藝術與體育類、自然科學與技術類共100門校級精品視頻公開課。其中藍色海洋類公共選修課有利于進一步加深學生的海洋知識背景。(2)蔚藍(學科基礎課)包括復變函數、電路理論、信號與系統、模擬電子技術、數字電子技術、高頻電子技術、數字信號處理、微機原理與應用、電磁場與電磁波、單片機原理與接口技術、通信原理等。學科基礎課是通信工程專業學生必須具有的基本知識結構,為專業課程提供有效的支撐,使學生具備本專業的基礎理論和基本工程應用能力,有獨立獲取知識、提出問題、分析問題和解決問題的能力及開拓創新精神,為學生后續學習專業方向課打下堅實的基礎。(3)湛藍(專業課)包括專業必修課(電子線路仿真、電子線路CAD、移動通信、計算機通信、DSP技術與應用)、專業方向課、專業任選課(C++高級語言程序設計、隨機信號處理、電視原理與技術、現代通信系統仿真技術、計算機網絡安全、嵌入式系統開發技術、數據結構C、擴頻通信、通信工程專業英語)。通過對其他高校相同專業的大量調研,反復論證比較,通信工程專業設立兩個專業方向:通信工程(程控交換技術、船舶通信、光纖通信)、計算機通信(數字通信、多媒體通信技術、計算機網絡技術)。通信專業依托海洋信息技術,在船舶通信、船舶導航、海洋漁業3S技術等方面進行了卓有成效的嘗試,同時,緊隨時代的發展,對部分課程進行壓縮和調整,開設一些學生喜愛的,又能與現實接軌的課程,如擴頻通信、嵌入式系統開發技術等選修課。(4)深藍(專業集中實踐環節)包括模擬電子技術課程設計、數字電子技術課程設計、電子線路仿真課程設計、電子線路CAD上機、高頻電子技術課程設計、現代通信系統仿真技術上機、通信原理課程設計、單片機原理與接口技術課程設計、通信工程專業教學實習、通信工程專業實習、通信工程專業畢業設計(論文)等。專業集中實踐環節對培養通信專業逐步樹立工程觀念、提高解決工程實際問題的能力和創新能力,有著極為重要的作用。
3強化實踐環節,培養提高創新能力
通信工程專業將實踐環節作為培養學生創新精神和實踐能力的主要途徑,制定了科學合理的實踐教學方案,構建了多層次、全程化實踐教學體系,較好地保證了通信工程專業實踐教學的需要。堅持實踐教學與理論教學并重、實踐教育與創新教育結合,對構成實踐教學的各個要素進行整體設計,所有的實踐環節圍繞培養學生實踐動手能力和創新能力而展開,把實踐環節分成實驗教學、課程設計、實習、畢業論文(設計)、科技創新五個模塊,模塊之間銜接緊密、層層推進,為學生從入門到提高再到創新夯實基礎。
3.1實驗教學
實驗教學模塊主要依托遼寧省海洋信息技術重點實驗室、遼寧省實驗教學示范中心,以提高實驗動手能力為主線,以掌握基本實驗技能和方法、融會貫通科學知識、促進創新思維為主要教學目標。加強基礎課、主干課實驗;實驗內容優化配合,避免重復或脫節;增加設計性、綜合性實驗的比重,形成基本實驗、選做實驗、設計性和綜合性實驗組成的立體化實驗結構;對含有實驗的課程,加大實驗教學在整個課程考核中的比例;鼓勵學生自主設計實驗。在2013版培養方案和教學大綱中都有體現。針對不同課程的特點,有選擇地在教學過程中引入仿真實驗環節,以緩解實驗設備和空間的緊張情況,有效擴展實驗空間和時間,節省資金。
3.2課程設計
課程設計著眼點是把理論學習與工程實踐相結合,讓學生初步掌握設計的程序和方法。一般以單門課或課程群為主選擇題目,它是畢業設計的初級階段。課程設計教學中壓縮驗證性課題,增加能夠體現設計型、綜合型和創造性的課題。在課程設計教學設計過程中,鼓勵學生自主選題,自行討論方案,自己組織實施,給予學生自我發揮的余地,充分激發學生的創造性思維,為學生個性的發揮和創造能力的鍛煉創造條件。
3.3實習
以校內外實習基地為平臺,以使學生學會理論聯系實際、建立工程意識和鍛煉實際操作技能為主要教學目的,并且通過接觸社會,增強學生的勞動觀念和社會責任感。目前,通信工程專業校外實習基地2個(人民4810廠,北京尚觀科技有限公司大連分公司),合作的企事業單位有18個(渤海船舶重工有限責任公司等),同時學校也正在積極運作與通信公司合作。到企業參觀實習和請企業技術專家來校講座,通過參觀和專家公開課的形式,使學生對企業文化、船舶通信及導航設備的發展現狀與趨勢和本行業領域的前沿技術等有所了解,有利于學生學習目標的確定和職業素質的提高。
3.4畢業論文
(設計)以學院各類實驗室、校內外實習基地為平臺,學生通過完成畢業論文(設計),在綜合運用專業知識能力、外語和計算機應用能力、信息資料檢索和收集能力、論文撰寫能力和解決實際問題等能力上有較大提高。為切實保障畢業論文(設計)的質量,從以下幾方面進行加強:①精心設計備選題目,組織開題報告。學生選題后,在指導教師指導下,查閱文獻和撰寫文獻綜述,并精心組織好開題報告,以保證畢業論文的先進性、可行性;②加強畢業論文的中期檢查,以保證畢業論文在有限的時間內按質按量完成;③建立畢業論文答辯規范和質量標準,在畢業論文答辯期間開展“畢業論文檢查周”活動,有效提升了畢業論文的質量。④學校出臺了《大連海洋大學本科生學位論文學術規范檢測暫行辦法》,針對畢業的本科生的學位論文進行了學術不端行為的檢測,有效地杜絕了學術不端行為。
3.5科技創新
以各類興趣小組和科技社團、大學生科技創新基地、科研實驗室為平臺,學生通過參加大學生創新創業訓練計劃項目、科學研究等活動,使創新意識和能力得到進一步培養和提高。低年級的學生專業基礎還比較薄弱,鼓勵他們參加興趣小組或者科技社團,以增加學生對創新的認識,提高學生對創新的興趣;高年級的學生參加各種校內外的競賽,使學生在競賽過程中自主學習、自我探索、自我發現。目前,通信工程專業學生在教師有針對性的訓練下,參加了“飛思卡爾杯”全國大學生智能汽車競賽、“大唐杯”全國大學生移動通信技術大賽、“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽、全國大學生電子設計大賽等,并取得了優異的成績。
4結語
大連海洋大學通信工程專業作為涉海高校的“非特色”專業,在復合性應用型培養目標的前提下充分利用和挖掘自己的優勢資源,發揮地方特色、行業特色;在加強學生思想道德教育和身心素質培養的同時,主動適應國家和遼寧省沿海經濟帶發展的新需求,抓住實踐能力和創新精神培養的核心,對通信專業的人才培養模式進行調整,使之更好地符合學校的定位與專業培養目標的要求,從而更好地適應社會需要,符合高等教育的發展趨勢,并在實踐中不斷探索與發展。
主要參考文獻
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[3]江海,田春艷.機械類應用型本科人才培養模式的探索與實踐[J].裝備制造技術,2010(3):159-160.
2.實踐教學要有專業特色。通信工程專業對于學生的動手操作能力以及創新能力都有較高的要求,但是學生只有在掌握扎實的專業基礎知識條件下才會知道如何動手操作,怎樣去創新。因此該專業在重視實踐教學的同時也不要放松對于專業理論知識的教學。該專業的實踐地點一般是各自學校的實驗室或者與學校合作的校內外企業,所以學校需要建立起自己的實習基地,保障與外界企業的良好合作,同時學生去實習也要為自己的學校爭光,給企業留下好的印象,讓企業相信我們學生的能力,為下一屆學生再次去企業實習奠定基礎。
3.實踐教學要有可操作性。在進行通信工程的實踐教學中,最重要的一點就是要保障實踐過程的質量,讓每個學生都能從中收益,所以學校必須對實踐教學進行監督考察,并且建立適當的實踐教學制度體系,在實踐教學中形成自己的操作程序和操作規范,學生和老師從中積累經驗,讓實際教學和實踐教學具有很強的可操作性。
二、通信工程專業實踐教學中存在的問題
1.實驗室條件和環境較差。由于大部分學校都在進行學生的擴招和學校的擴建,通信專業的人數也會大幅度地增加,學校在擴建過程中會存在資金問題,導致對于實驗室儀器設備的資金投入不足,設備更新緩慢,與現代快速發展的通信技術嚴重脫節,學生在實踐過程中學到的知識也是幾年前的,已經過時。同時在擴招過程中該專業人數大幅度增加,導致實踐教學的場地緊缺,存在多人共用一套實驗設備進行實踐學習的情況,這就導致實踐教學的質量不是很理想。
2.實踐教學的老師對于這門課程不夠重視。與老師熟知的理論教學相比較,實踐教學操作十分麻煩,其中各種各樣的環節讓人頭疼,長期從事理論教學的老師難以適應這樣的教學過程,他們就會選擇逃避,沒有將實踐教學真正地開展起來,學生只是進行一些簡單的操作,無法學到真正的知識,沒有獲得實際的動手能力和創新能力。有些學生在老師的影響下也是持比較消極的態度,認為該專業的實踐教學可有可無,沒有十分重要的存在意義。
3.提供給學生的實習單位較少。有些學校處在偏遠地區,當地沒有大型的通信企業,城市的經濟相對較為落后,只有一些移動、聯通、電信的服務型營業廳,沒有從事通信工程方面的產品生產的大型公司,所以學生很少有機會進行實習,如果到深圳、廣州等通信產業發達的城市進行實習,不僅組織起來比較困難,而且需要大量的資金投入,學生過去之后的管理問題也不是特別的方便。所以老師只是為學生講解一些實習的經驗供學生參考,學生學習效果不明顯。
4.集中式的實踐教學多是形式主義。在通信工程專業的實踐教學中大多采取的是集中式的實踐學習,在這個時間段學生要進行畢業論文的撰寫,學生在時間上存在較大的問題,他們沒有足夠的時間寫自己的畢業論文,往往就在網絡上下載一些資料,選擇一些沒有創新意義的主題,抄襲問題不可避免。學生專業工程實踐的時間和畢業論文的時間沖突,學生為了順利畢業,把很多時間用在寫畢業論文上面,集中實踐的效果從而受到影響,這樣就導致集中式的專業實踐教學形式化,沒有達到想要的效果。
三、通信工程專業實踐教學環節教學改革的主要方式
1.加強通信工程專業課程體系的建設。通信工程專業的課程設計主要培養學生的能力,科學合理地構造該專業的課程模體系和專業模塊,根據不同學生的不同能力、不同愛好,老師為他們選擇合適的模塊,讓教學的基本要素和基本內容與學生能力密切聯系。(1)通信基礎課程。學生主要學習的課程有信號與系統、通信原理、通信電子線路等,在對這些理論基礎學習的時候注重培養學生的信息分析處理能力,為以后的專業課奠定基礎,讓學生對通信系統有一定的分析和設計能力。(2)通信技術課程。學生需要學習的課程有移動通信、光纖通信、計算機通信網、交換技術等等,主要讓學生能夠圍繞著通信技術進行其中的理論學習,掌握現代的通信技術,將其應用到通信行業,促進通信行業的發展,促進新產品的開發。(3)專業任選課程。學生學習的主要課程有電子測量技術、數字圖像處理、光傳輸和光交換、電信業務開發等等,這些課程主要是根據學生興趣開設的專業方向課程,相對來說難度大一些,主要是讓學生有一個學習的專業方向,學生根據自己的特長和興趣學習專業課程,學生學習的積極性和主動性也會提高,視野更加開闊,為以后工作打下必要的專業基礎。
2.加強通信工程專業實踐教學體系的建設。通信工程專業課程基本體系的建設要以實踐教學體系為重點,在通信工程專業的實踐教學環節中,其設計性、科學性、創新性要全面地體現出來,讓每個學生在實踐中都能夠提升自身的能力,并且要注重學生整體能力的培養,加強實踐教學的應用性,讓學生在實踐中分析問題、解決問題,對于課程設計、畢業設計重點管理和監督,學生在實踐中有明確的目標,各自有明確的任務和分工,全面構造通信工程專業實踐教學體系,為學生在未來的就業競爭中提供有效保障。
3.加強通信工程專業實驗室的建設。在通信工程專業實踐中,實驗室是學生的主要實踐地點,學校應當關注實驗室的設備的更新,對實驗室進行科學合理的管理,加大資金的投入,為學生創造良好的實驗室學習和實踐條件,同時實驗室也要制定相應的管理制度,損壞實驗儀器的學生應當賠償一定的費用,學生在實驗室進行實驗之后要打掃衛生,保障實驗室的良好環境。實驗室應當長期對學生開放,為學生提供良好的實驗環境和條件。
4.加強校企協作,在校外投資實習基地。實習是實踐教學的重要組成部分,學生總是在實驗室中進行實驗無法學到真正的工作經驗,只有將學生帶到通信工程的企業,讓他們在其中進行實際的動手操作,他們才會學到實際有用的東西。因此,學校就必須與校外通信企業進行良好的溝通,學校與企業之間聯合進行人才的培養,共同制定實習方案,讓學生參與到實際的測試、開發、設計中,增加學生的興趣,畢業后學校為該企業提供專業型人才,保持與該企業的良好聯系。如果條件允許,學校可以在校外投入資金建設校企,這樣就更加方便學生進行實習。
通訊工程專業建設體系應包括學科基礎體系、專業和專業包含專業方向的知識體系和專業實踐等內容,其中,通識教育內容應該包含人文社科、自然科學以及數學,經濟管理和外語,計算機技術以及實踐活動等知識體系。學科基礎知識體系應包括電路電子專業領域,信號系統、控制領域,計算機知識領域,以及電磁場等領域知識,專業方向知識應包括交通通訊系統,交通聯網等相關知識,專業實踐應包括課程實驗,課程設計等專業內容,一系列的專業實踐技能。
一、專業評估體系建設
進行專業評估是十二五期間教學改革的建設目標之一,繼續升華普通高等學校本科教學工作水平,通過師職隊伍建設,教學條件、課程內容體質改革等多方面的體系建設,可以明確通信工程專業建設的內容與目標。
師職隊伍的建設應該包括專業教師的年齡、學歷學位、職稱、專業背景、學科結構等方面的內容,主要表現為教師是否使用教學的發展,有無學科帶頭人的經歷,如何形成學術梯隊的條件,是否有相當數量的教學骨干,以及,獲得碩士、博士、副高職稱的教師比例。
師資隊伍建設的還應包含本專業教師人家發表學術論文的數量,獲得省級以上科技獎項的數量,高水平的學術論文,副高職稱以上教師的引進,等等。為了加大對年輕教師的培養力度,要爭取本專業發展更多的高層次人才,調動教師從事本專業科研技術發明的積極性,完善科研項目獎勵基金建設。
二、教學方法與方式的體系建設
通信工程專業建設的體系應有實踐教學體系和專業知識的體系,兩者緊密結合,教學內容應該由簡單到復雜,通過設計型實驗,進步到綜合實驗,在實驗手段上,無比采取硬件軟件相互結合的辦法,。因為通信工程專業知識體系由各個不同學科的知識領域構成,通過不同層次的實驗教學計劃可以培養和激發學生眼中理論的能力,設計能力,更好的達到綜合應用知識的能力。
與其他專業相比較而言,通信工程專業建設要有一套比較完備、合理和科學的教學計劃和教學體系,按照人才培養模式和課程改革的要求不斷完善達到教學計劃目標。在這里,可以通過各種方法不斷提高教學效果和教學目的,提高畢業生的就業率,積極開展第二課程活動,培養學生動手實踐的興趣和能力,規范管理學生參加各類學科競賽活動,也要成立人才領導小組,選派教學和實踐經驗豐富的教師為學生提供講座和實驗講解,讓那些經驗豐富的教師擔任轉職卡知道,爭取獲得更多好級別更高的參賽作品,動員廣大教師和學生踴躍參加各類科技實驗比武競賽中去。
在教學條件的指標上,有設有實驗室、實習實訓基地以及,專業圖書資料等幾個指標,主要是有生均教學科研儀器設備,有開放性的實驗室,在校內外有穩定的實習實訓基地,專業圖書館等等。
所以在教學資源方面有重視通信工程專業的體系建設,必須投入大量資金,改善學習和實踐環境,加大實驗建設力度,完善信號與系統、移動通信、光纖通信等專業實驗室,不斷完善擴大實習基地的規模,將實習基地建設形成制度化。
三、教學制度與管理建設
高等學校要完成日常的教學教務活動,必須制定系統化、規范化、科學化的教學管理制度,使教學教務活動的每一個環節要有指導、有監督保證教學計劃按時完成,保證教學質量,整體上各項教學指標達標,這些都是最基本的前提。
在軟件方面,體系化建設還體現在,文字與表格的一些關鍵性指標,需要實實在在的材料和數據體現,比如,各種職稱證書、學歷學位證書,獲獎證書,合同,論文、教材、實習報告等等,在平時的體系建設過程中務必將這些檔案材料的搜集、匯總,成為一項關鍵工作,這就要求在平時日常的教學活動中,要有意的收集積累這類與本專業相關的檔案資料。
四、課程與核心課程建設
按照專業指導意見,通信工程專業建設要開展廣泛調研,參考名校的培養方案,構建通信工程專業核心課程框架,逐漸形成完整的課程,分為基礎課,學科基礎課,專業基礎課,專業與計算機能力培養等五個方向的培養課程。各個課程下應該設有核心和主干課程,各課程與課程群之間也須有橫向的協調關系。專業基礎核心課程為通信原理、通信電子電路以及數字信號處理,強調通信工程專業的基本概念,一些基本原理和理論,更多的則是基本技能的培養,專業課的核心課程為光纖通信原理,現代交換技術,無線通信,這方面的課程更加強調專業素質的培養,讓課程出于核心地位,對其他課程形成輻射作用。
五、科研成果轉化為教學資源
通信工程專業是一門實踐操作性很強的專業,要多采用教學科研互動機制,將“運動平臺總線”、“系統電磁兼容”等方面的科研成果有效融入到專業教學的實踐活動中去。特別是“無線電通信”“電波傳播”“信號與信息處理”“嵌入式系統”等課程要建立常態的教學平臺,讓教學案例常用常新。
其次要多舉辦開設技術論壇這樣的前沿講座,學科帶頭人要為優秀人才營造一個良好的學術氛圍。對現在的大學生而言,他們更需要產業技術的探討,為成為未來的企業家和技術精英而積累寶貴經驗。這些活動不僅能夠讓學術理解產業的前沿技術,還能夠讓他們對本學科在企業中的商業模式、運營管理、商業策劃、技術管理等多方面有一個大致全方位的了解,這對本專業畢業生提高對企業人才預期有很大的幫助,提高自身作為未來企業人才的知識和能力要求。
六、結語
通過學科競賽、課程實驗、綜合實踐設計和畢業論文等等方面的教學教育實踐活動多做探索常識,讓通信工程專業體系建設成為一種持續有效改進的過程,根據通信技術的發展和通信企業對人才要求,與時俱進,不斷改進教學與實踐課程內容,讓教學手段與教學方法不斷更新。
參考文獻:
[1]楊樹臣.通信工程專業“3+1”教學模式的研究與實踐[J].吉林工程技術師范學院學報.
華南理工大學繼續教育學院現設置有工商管理、工商企業管理、人力資源管理、市場營銷、項目管理、工程管理等管理類專業。
華南理工大學繼續教育學院在2014年4月修訂與的本科畢業設計(論文)工作條例中指出:畢業設計(論文)是本科專業人才培養計劃中最后一個綜合性實踐教學環節,是培養學生專業實踐應用能力、理論研究能力和創新意識的重要途徑,是學生畢業及學位資格認定的重要依據之一。畢業設計(論文)的目的是培養學生綜合應用所學知識,獨立分析、解決實際問題和初步進行科學研究的能力,培養學生的創新意識和實踐能力。然而在對本科畢業設計(論文)過程管理的調查中,我們對管理類專業本科畢業論文選題與撰寫結構有以下的看法:
一、論文選題存在“過空過大”現象
對于人文管理經濟類專業本科畢業論文的選題,繼續教育學院在本科畢業論文撰寫規范中提出以下的遵循原則:要依據本專業的特點,盡量從經濟、管理、社會發展的實際出發進行選題。選題要有明確的針對性,避免“過空過大”。
然而在調查中我們發現畢業論文選題的確存在“過空過大”的現象。有些學生對論文選題把握不當,選定的論文題目范圍太寬太大,難以收集第一手資料,難以展開撰寫。[1]論文內容不充實,不符合培養要求和目標。有些學生什么資料好找就選什么題目,選題理論性太強,與學生實際水平不相符,不知如何下筆,不知如何分析、論證,難以完成。有些學生則利用互聯網提供的“搜索”“剪切”“粘貼”等功能,摘抄、堆積而拼湊畢業論文,甚至存在抄襲現象。
對于管理類專業學生有選擇“中小企業人力資源危機與預警研究”“薪酬調整機制的探討”“企業目標市場的選擇與產品定位”“房地產營銷戰略研究”“論企業品牌戰略”“工程建設成本控制研究”“工程項目管理信息化建設研究”“論建筑工程的監督管理”等作為畢業論文選題,我們認為就成人教育的學生而言,以上本科畢業論文的選題都是很大的研究題目。
二、選擇撰寫應用研究型的畢業論文
我們認為成人教育管理類專業本科應選擇撰寫應用研究型畢業論文,從而確定畢業論文選題。選擇應用研究型畢業論文的原因分析如下:
(一)應用研究型畢業論文更符合成人教育特點
成人教育的對象,主要是高中或中專畢業后走上生產、工作崗位的從業人員。而選擇修讀管理類專業的學生很多已在單位從事管理崗位的工作,因此成人教育管理類專業本科生一般具有以下的特點:
1具有較豐富的社會經驗與工作經驗
華南理工大學繼續教育學院管理類專業采取成人高考(業余、函授)、網絡教育、高等教育自學考試等學習的形式。很多學生在本科學習前已在管理等崗位工作了多年,積累有較豐富的社會經驗與工作經驗,這些經驗增強了他們的認知能力。經驗是他們學習的一個重要的資源。
2期望把理論學習應用于實踐
由于很多學生是一邊工作,一邊學習。在工作實踐中遇到不少的困難與問題。在學習管理學基礎理論和專業知識的本科階段,不少學生已嘗試結合所學習的管理學基礎理論和專業知識應用于工作實踐,分析問題存在的原因,尋找解決問題的對策。在畢業論文階段,他們期望借助指導教師的幫助,解決一些工作實踐的問題。因此與全日制本科生相比,他們的學習目的更明確,學習動力更大,更期望把理論學習和工作實踐相結合,學以致用。
3理論知識積累尚不足
成人教育采用傳統的教學模式是目前的主流,很多學生工作相當忙,又有家庭負擔,工學矛盾使學生很難有時間保證系統專心研究管理學基礎理論。由于成人教育的學生理論知識水平普遍較低,有些學校在教學與考試上降低對學生的培養標準,學生學習與接受的知識面較窄。與普通高等學校學生相比,成人教育的學生理論學習的系統性和理論知識積累上有欠缺,理論分析能力顯得不足。
(二)管理學科的特點有利于撰寫應用研究型畢業論文
管理學科是直接指導實踐的方法論,管理學科的知識體系具有專業性、廣泛性和社會性。[2]對于成人教育的學生,在管理類課程教學過程中,教師更重視以管理類課程理論為基礎,聯系社會實際分析較典型的案例,培養學生特有的管理思維,鼓勵學生運用所學理論進行分析和實踐。
管理研究論文按論文的功能可分為:基礎理論型論文、應用研究型論文和學術論爭型論文。基礎理論型論文是運用科學抽象、實證分析等研究方法,對管理領域的理論進行研究的論文。應用研究型論文是運用管理學的基本理論對實際問題進行分析,指出問題產生的原因,提出相應建議的論文。學術論爭型論文是就管理問題的不同觀點開展爭論的論文。根據成人教育學生的特點,我們認為撰寫應用研究型畢業論文更有利于成人教育學生發揮其長處,能將理論學習與實際密切結合,更有利于他們豐富的社會經驗與工作經驗的優勢得到充分發揮。而且在應用研究型論文的撰寫過程中,能進一步提升學生的理論水平,提高學生分析問題與解決問題的能力,進一步培養學生的創新意識。
(三)定制式應用型人才培養模式的探索與實踐
華南理工大學繼續教育學院目前已構建了“以企業需求為導向,以學科知識為基礎,以實踐能力為核心”的定制式應用型人才培養模式。學院整合教學資源,實現送教上門,打造“學科知識+實踐技能”相結合的創新性課程體系。現工商管理、人力資源管理等管理類專業已探索與實踐定制式應用型人才培養模式。由于是聯合行業、企業創辦直屬班,學生群體都在同一企業工作,具有共同的職業生涯,具有較強的歸屬感和凝聚力。他們有較為豐富的實踐經驗,豐富的感性認識。他們關心企業的發展,有共同的企業研討問題。因此選擇撰寫應用研究型畢業論文,更有利于定制式應用型人才培養,解決企業的實際問題,企業更歡迎。
三、本科畢業論文的選題
畢業論文的選題是畢業論文的起點,是決定論文基本框架、主要研究內容和論文質量的關鍵因素之一。畢業論文的選題既要保證專業培養目標的基本要求,更要注意與他們的工作實際和專業有機結合,選題宜小而具體。[3]應用研究型畢業論文選題規模應適當,應選擇密切聯系學生具體的工作實際,能夠獨立完成的課題。
在對本科畢業論文選題調查中,我們認為管理類專業的一些學生在指導教師的引導下,選擇“廣州歐康公司員工培訓的誤區與對策研究”“廣州海洋公司員工激勵機制研究”“南建公司提高客戶裝機滿意度的研究”“ST零售企業經營的市場定位研究”“廣東省空調行業銷售管理策略研究”“通信代維企業通信工程成本管理研究”“中鐵十六局工程檔案信息化管理研究”“廣州蘿崗區經濟適用房工程質量監理研究”等研究課題,是屬于管理類專業應用研究型畢業論文的選題。
四、本科畢業論文的撰寫結構
在華南理工大學繼續教育學院畢業設計(論文)撰寫規范中提出:一份完整的畢業設計(論文)一般包括以下幾部分內容:題目、摘要和關鍵詞、目錄、正文、參考文獻、附錄、致謝。在撰寫規范中示例了某一管理類專業本科學生畢業論文的目錄。從“允升公司知識型員工激勵機制研究”一文的目錄中,我們可以看到該生畢業論文的撰寫結構,了解該生撰寫論文的思路。該生結合允升公司知識型員工的激勵機制的實際情況,在實地調查與問卷調查研究的基礎上,廣泛收集第一手資料,運用管理學理論與研究方法,分析允升公司知識型員工的激勵機制存在的問題及其原因所在,為允升公司知識型員工的激勵機制的改進提出相應對策。本論文層次分明,具有邏輯性,論據充分,論證有力,研究結果很有實際意義與借鑒作用。研究結果也表明:該生能較好運用管理學的理論知識,在深入調查研究的基礎上,為允升公司知識型員工激勵機制的完善做出一份貢獻,也展示了該生本科階段學習的成果。
“允升公司知識型員工激勵機制研究”的正文結構如下,第1章緒論,包括本課題的研究背景、理論意義與實際意義,國內外文獻綜述,主要研究內容、解決問題的基本方法。其中國內外文獻綜述是在查閱相關文獻的基礎上,針對本論文主要內容和研究方法進行文獻綜述。文獻綜述包括了國內外研究理論、研究方法、進展情況、存在問題、參考文獻等。第2章允升公司概況與公司知識型員工的激勵機制現狀分析。通過對公司員工的結構與公司知識型員工激勵現狀的描述,分析公司知識型員工激勵機制存在的問題。第3章允升公司員工滿意度調查。采用問卷調查方式,在調查結果統計的基礎上,深入分析公司知識型員工激勵機制存在問題的原因。第4章允升公司知識型員工激勵機制改進對策與實施建議。運用管理學理論知識,提出允升公司知識型員工激勵機制改進的思路和原則,提出相應的改進對策,以及實施的建議。最后一章是結論部分。結論是對整篇畢業論文主要研究成果的總結,指出本研究內容的創新性,應用前景以及對社會經濟的影響,指出本研究中尚存在的問題及需進一步研究的問題。
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2014)11-0181-02
當前我國在高等工程教育人才培養數量上居世界前列,但教育創新、培養質量等指標仍與世界發達國家存在差距。對于高等工程教育質量,業界的共同反映是畢業生工程實踐能力較弱,崗位適應慢,缺乏團隊合作與創新精神。[1]
針對高等工程教育培養現狀,2010年6月國家啟動了“卓越工程師教育培養計劃”(以下簡稱“卓越計劃”),提出了高等工程教育的改革方向:[2]一是行業企業深度參與培養過程;二是學校按通用標準和行業標準培養工程人才;三是強化培養學生的工程能力和創新能力。從國家發展策略上可以看出,重視高等工程教育,提高工程人才培養質量是我國高等教育的重要工作,而其中的核心就是工程實踐,應當將培養學生的工程實踐能力貫穿于整個本科階段。
中北大學通信工程專業于2012年2月獲批成為第二批卓越工程師教育培養計劃高校學科專業(教高廳函[2012]7號),作為中北大學重點建設的優勢學科專業,在學科建設和本科教育方面積累了豐富的教學經驗,形成了自己的人才培養特色。但不可否認,在工程教育方面還有所欠缺,特別是在實踐教學方面還存在一些不足,限制了學生創新思維與實踐動手能力的培養。因此,將以此次“卓越工程師教育培養計劃”實施為契機,以實踐教學改革為工作核心,對適應“卓越計劃”要求下的實踐教學體系進行研究探索,改革和創新通信工程人才教育理念,培養一批工程技術應用能力強、能夠快速適應社會需求的高等工程技術人才。
一、高等本科院校實踐教學現狀分析
目前我國高等本科院校通信工程專業普遍存在“培養目標不太明確,重理論輕實踐”等問題。具體體現在以下幾個方面:[3-5]第一,相對于“卓越計劃”的培養目標,工程教育偏離工程實踐,實驗課程設置與工程實際脫節,教學過程重視理論知識學習,卻忽視了對學生實踐動手能力的培養,致使學生分析、解決實際工程問題的能力較差,創新意識薄弱。第二,實踐教學大綱陳舊,驗證型實驗內容較多,設計型實驗與多學科知識綜合性實驗相對較少,各類實習環節相對固定,留給學生的動手與思考空間有限,無法有效調動學生的積極性,難以適應卓越工程師對工程創新人才培養的要求。同時,由于對實驗教學的重要性認識不足,學生存在不動腦思考、僅是按實驗步驟機械進行、抄襲實驗報告等現象,實驗效果不理想。第三,由于高等學校與企業之間沒有國家層面的學生實習制度的規范與保障,也沒有相關的鼓勵政策,使得生產實習、畢業實習等重要實踐環節流于形式。第四,畢業設計環節效果較差。由于指導教師缺少工程經歷以及學習設計場所和投入經費的不足,選題受到諸多限制,并且大多與工程實際聯系不夠緊密。同時,由于復習考研、各類資格考試、找工作等原因,很多學生無法投入足夠精力完成畢業論文,論文質量較差。
因此,如何解決上述問題,將對學生工程實踐能力的培養造成巨大影響。本文將以中北大學通信工程專業為對象,研究探索適合于通信工程“卓越工程師”人才培養的專業實驗教學體系。
二、“卓越計劃”模式下通信工程實驗教學體系的探索
1.建立適應“卓越計劃”要求的實驗教學體系
實驗教學體系的構建要為學生創新意識、工程能力的培養提供保障。根據“卓越計劃”工程應用型人才的培養要求,結合專業實際,將實踐能力培養劃分為三個層次:基本技能層、綜合應用能力層、工程實踐與創新能力層。
(1)基本技能層。該階段主要是培養學生扎實的專業基礎知識以及學生對各種電子儀器與性能參數的測量方法和實驗技能。主要包括以下兩個方面:一是大學物理、工程制圖、電路分析、數模電子技術、程序設計語言C++、MATLAB基礎、單片機原理與應用、專有集成電路設計、嵌入式系統設計等通識教育與專業基礎課程實驗;二是認知實習、專業發展科普講座、電子工藝實習等。
(2)綜合應用能力層。主要為專業實驗、課程設計與專業綜合實驗,目的是強化學生的系統思維方法和提高學生的綜合設計應用能力。主要包括以下四個方面:一是信號與系統、通信原理、電磁場與微波、高頻電子線路、計算機通信網、現代交換技術、光纖通信、移動通信等;二是電子線路與系統設計、軟件設計實踐、通信系統仿真及大型實驗、VHDL項目設計、嵌入式系統項目設計等;三是專業綜合實踐周;四是計算機通信網技術工程實訓、程控、傳輸通信綜合技術工程實訓。
(3)工程實踐與創新能力層。主要培養學生的創新思維、工程實踐能力、團隊協作意識等。主要包括以下兩個方面:一是課外科技創新活動(大學生電子設計競賽、“挑戰杯”課外科技作品競賽、物聯網創新應用設計大賽等);二是“3+1”培養模式的實施(包括頂崗實習、產品研發項目訓練等)。
按照上述三個層次,實踐教學由簡單到復雜,能力培養由弱到強的方式實施,同時圍繞工程教育理念,進一步突出“卓越工程師”人才培養特色。融傳授知識、培養能力和提高素質為一體;融人文精神、工程素養和創新能力培養為一體;融教學、科研和生產實踐為一體。
2.更新實驗課程內容,改革實踐教學方法,培養學生的工程實踐能力和創新精神
在實驗課程內容上,融入工程教育理念,以培養學生的工程實踐能力與創新意識為核心,結合現有實驗教學平臺,更新實驗教學內容與訓練重點,增加綜合性、設計性、創新性實踐動手環節;同時,加大實驗室的開放力度,使學生結合自己興趣自主選題實驗,全面優化提升學生的實踐動手能力。
在實踐教學方法上,改變傳統的“知識灌輸型”教學模式,引入先進的教學手段(如多媒體教學、動畫設計等),增加互動環節,提高授課的感染力;同時,采取必修實驗與選修實驗相結合的操作模式,減少必修實驗,增加選作實驗的綜合性與工程性,并逐步向創新型的實驗教學模式轉變;此外,積極吸引學生參與教師的科研項目,在科研項目中提煉轉化實驗內容,增加實驗的應用性與學生參與的積極性。總之,要以工程教育理念為主線,以學生興趣為動力,通過多種實踐教學手段,充分發揮學生的主觀能動性,全面提高學生的工程實踐能力與創新能力。
3.整合校內實踐資源,加強校企合作,逐步完善校內外實習基地建設
在校內實習基地建設上,通過整合校內實踐資源,充分發揮校內現有實踐實訓場所的作用,可以實現優質資源共享,促進專業的建設和發展。中北大學通信工程專業的校內實習基地建設以國家級電工電子實驗教學示范中心、工程訓練中心為支撐,不斷完善工程實踐訓練內容,加大工程訓練與企業的結合力度,逐步形成了多層次、分階段、模塊化的工程訓練模式,實現了將工程訓練貫穿于整個培養過程中。同時,校內實習基地由專職教師負責管理,實施全天12小時開放管理模式,學生可以根據自己的興趣和時間網上預約實習,以此提高學生主動實習鍛煉的積極性,為培養學生的實踐動手能力提供了保障。
在校外實習基地建設上,多方拓展渠道與企業建立合作關系,形成了一批產學實踐基地,并與企業技術專家共同組建了產學合作教育領導小組,吸引了產業資深技術人員全面參與實踐教學人才培養模式改革工作。采取的措施包括以下幾個方面:一是設立新生校內本科生“導師制”,從入學開始就對學生開展學業規劃和指導,根據學生的興趣與專業培養目標合理制定實習訓練計劃,指導學生開展工程科研訓練;二是為每位學生配備校內與校外導師,對學生全程跟蹤與學業規劃,形成“雙導師”制,依托實習基地現有條件開展畢業實習和畢業設計等工作;三是充分利用校友、科研合作單位等多種資源,積極走出去與知名通信企業進行合作洽談;四是組織學生定期進行實踐總結,開展技術交流,逐步培養學生的工程實踐能力。
此外,在應對“生產實習時間過短,企業不愿接納,學生實習流于形式”等問題上,也進行了深入研究,認為通過一系列行之有效的措施可以改善上述情況。首先,教育部已經聯合多個有關部門研究制訂了實習安全與保險政策、聯合培養企業的財稅政策等,提高了企業參與“卓越計劃”的積極性。[6]在國家政策不斷完善下,校方層面應該出臺關于“卓越計劃”下的校企合作相關激勵與保障政策,包括成立專門的“卓越計劃”領導工作小組,制訂校內教師參與卓越計劃的職稱評定與績效考核激勵政策,并積極聘請經驗豐富的工程師作為校外指導教師,提供教學、實踐、科研場所和設備以及可能的參與實踐的機會,安排好學生在企業的學習生活、實踐場所,并提供充足的安全和勞動保護等。[7,8]其次,學生在實習之前應做好準備工作,根據實習計劃認真查閱相關資料,打下扎實的理論基礎,以保證實習效果。最后,為解決企業無法接納大量學生現場實習的實際情況,可以采用集中學習、分散跟崗的模式。“集中學習”主要是指集中培訓與實習相關的理論知識和生產流程、操作注意事項等共性內容。“分散跟崗”主要是指將實習學生分成多個小組,每組配備1~2名企業技術人員,這樣可以保證實習質量。
4.優化課程設計、畢業設計等綜合實踐環節,提高培養質量
課程設計、畢業設計要融入CDIO(構思―設計―實施―運行)工程教育理念,[9]讓學生經歷產品研發的全過程,從產品需求分析、方案論證到系統設計實現、運行測試等的全程參與可以使學生理論聯系實踐,掌握工程思維與研發手段,培養學生的綜合知識應用能力和解決工程實際問題的能力。在時間安排與組織管理上,可以通過在學期初布置設計任務、在學期中定期檢查與指導、在期末驗收互評的方式進行,給學生充足的時間認真審核設計方案與不斷完善系統功能,使學生深入體會整個設計過程,建立自信心,不斷發揮他們的潛能。同時,鼓勵學生自擬題目,通過多人共同參與的方式,鍛煉學生的創新思維與團隊協作能力。此外,將以實施“卓越計劃”為契機,遴選教師到企業工程鍛煉,形成一支“雙師型”的指導隊伍,與企業導師聯合培養學生。在選題方面,要選取學生在企業中參與完成的工程項目作為選題內容,讓學生能夠真正結合實際工程問題完成課程設計、畢業設計。[10]
5.積極開展學生課外創新實踐,培養學生的實踐創新能力
以提高學生的實踐創新能力和培養學生的綜合素質為目標,積極開展學生課外創新實踐活動,盡最大努力為廣大學生提供科技創新平臺。具體措施主要包括以下幾個方面:一是投入專項資金,成立學生電子通信技術實踐創新基地,配備相關儀器設備,由學生自主管理,為學生開展實踐創新活動提供了良好的場所。同時,建立學生課外科技成果陳列室,營造濃郁的實踐創新氛圍。二是借助學校相關政策對學生立項項目進行資助,設立學生科研基金,支持學生設計研發;配備一支指導經驗豐富、樂于奉獻的指導教師隊伍參與學生課外科技活動的指導工作。三是建立完整的學生科技創新組織管理辦法,并制訂《課外能力學分制度》、《科技標兵評選辦法》等制度和相關獎勵政策,定期舉辦電腦節、電子設計競賽等活動,并組織學生參加國內外舉辦的包括“挑戰杯”、全國大學生電子設計競賽等在內的各類科技競賽等。四是通過校企合作與教師科研項目開展大學生科技創新活動,吸引學生參與教師科研與校企合作項目,并在經費上予以保障,充分調動學生的積極性。五是鼓勵學生成立各種學生社團,如“科技創新協會”、“電子技術愛好者協會”、“Android軟件開發協會”等大學生創新組織,由教師及高年級會員定期培訓與技術交流,發揮學生的傳幫帶作用,更好地培養學生的團隊精神、創新精神,提高學生的綜合素質。
三、結束語
基于“卓越計劃”的通信工程專業實驗教學體系的科學構建,有利于培養學生的工程素質與實踐能力,激發學生的創新意識,進而提高通信工程技術型人才的培養質量。
本文對“卓越計劃”背景下的實驗教學體系科學構建、實踐教學方法改革、實習基地建設等方面的內容進行了積極探索實踐,相關方法措施在其他專業實施卓越計劃的過程中具有很好的指引作用和借鑒價值。總之,“卓越計劃”的有效實施是一個長期的過程,只有全體專業教師積極探索與思考,不斷實施教學改革與創新教育思路,才能全面完成“卓越計劃”提出的人才培養要求,提高我國工程技術人才的培養質量。
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自21世紀高等教育改革以來,全國各高校招生規模不斷擴大,導致畢業生數量也相應大規模增加,給高校學生的求職擇業帶來了嚴峻的考驗。為了可以跟上時代的步伐,為求職帶來一些實際項目經驗,計算機專業越來越多學生選取了軟件開發作為畢業設計課題。然而,在各高校實際當中,本科畢業設計質量已經下降,軟件開發類論文與實際完全脫節,歸根結底是沒有一個可以從頭到尾指導學生進行軟件開發的學習模式,主要存在下面幾個不足之處。
1.1 學生問題
學生設計能力低,編程水平差,無項目實際經驗,既不知道軟件開發的基本理論與方法,也不知道程序語言代碼編寫和開發工具界面操作,甚至不知道從何處開始下手準備畢業論文,成為目前軟件開發類畢業論文質量差的根本原因;學生思想上存在誤區,不重視畢業設計的重要性與必要性,認為畢業設計與普通課程一樣,對畢業設計敷衍了事,不愿意花時間和精力認真努力開發軟件,總是被動、消極地接受學習,成為軟件開發類畢業論文質量差的直接原因。
1.2 學校問題
學生在大一至大三期間,一般只是簡單地開設各科課程,并沒有將所有軟件開發類課程結合起來,直接導致出現學生軟件設計能力低與開發水平差的現象;從論文開題、中期檢查到論文答辯等過程中,并沒有嚴格技照各種材米斗上交的日期進行,普遍是最后答辯時上交補交所有材料,甚至包括論文開題報告,直接導致學生消極怠慢的態度;最后的畢業論文考核是最關鍵的問題,也是目前畢業論文相關制度中管理最混亂的一部分。既沒有一套規范畢業論文考核標準,也沒有對畢業論文的中間過程進行監控,就連最后的論文答辯也只是流于形式。
1.3 教師問題
大部分教師沒有項目開發實際經驗,只知道軟件設計理論基礎,不能全方位地指導學生,更加無法讓學生能夠主動積極地學習,成為畢業論文水平不高的原因之一。
2.CDIO教育模式
CDIO教育模式繼承和發展歐美20多年以來的工程教育改革理念,將“做中學”和“基于項目教育和學習”的集中概括和抽象表達,是2004年由麻省理工學院和瑞典皇家工學院等四所大學研究創立,CDIO分別代表了構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)等四個學習過程,它以產品研發到產品運行的生命周期為載體,讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習。CDIO培養大綱將工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力四個層面,大綱要求以綜合的培養方式使學生在這四個層面達到預定目標。
本文將CDIO模式的構思、設計、實現和運作等四個學習過程引入到計算機軟件開發類畢業設計中,要求嚴格按照構思、設計、實現和運作這四個階段進行,并將每一個階段的成果都作為畢業論文考核的依據,以此調動學生的積極性與主動性,既能讓指導老師清楚整個設計流程,并根據階段安排加以指導和督促,也能讓學生愿意付出時間和精力努力投入到畢業設計當中。在彌補學生軟件開發水平不足的同時,提高學生思考問題、綜合設計的能力,最后達到提高畢業論文質量的目的。
3.基于CDIO模式的計算機軟件開發類畢業設計
3.1 構思階段
畢業論文是從學生的選題開始,一般是由老師提供一系列題目,再由學生根據自己的具體情況選擇,這種方式遏制了學生的主動性。應該由學生根據自己的愛好、專長和對將來的職業規劃等情況,利用各種參考資料主動搜索與查找適合自己的題材范圍,再在老師的指導下確定畢業論文題目。不僅能夠調動學生的設計積極性,為后面的畢業論文工作提供有利條件,而且還可以培養學生查閱資料和思考問題的能力。之后,指導老師提供軟件開發類參考資料,并在中國知網等學術平臺搜索課題相關文獻,確定論文的基本要求,給學生下達論文任務書。學生根據接收到的任努書,利用軟件工程專業書籍、中國知網等學術平臺、論文相關的Web網站,查閱大量的資料,了解論文的背景、研究現狀和開發意義,確定論文的研究內容和幵發中的關鍵問題,撰寫論文幵題報告,完成軟件開發的構思階段。
3.2 設計階段
設計階段主要包括需求分析和總體設計,正式開始畢業論文的設計工作。根據資料查閱、市場調查和企業要求等形式分析軟件產品操作流程、功能列表,完成系統需求分析,并在需求分析的基礎上重點進行功能設計、模塊劃分、模塊接口規范、數據庫概念設計及數據庫邏輯設計,在老師的指導下反復修改不斷完善,最終確定系統的總體設計。然而,在軟件開發設計階段,學生論文還沒有開始寫,軟件程序也沒有完成,指導老師無中期檢查依據,不能有效地督促學生開發設計。因此,在設計階段完成之后,應該形成需求分析、數據庫設計、概要設計等相關說明書,作為畢業論文中期檢查的材料,納入論文考核的范圍。
3.3 實現階段
實現階段是學生畢業論文工作的重點,也是畢業論文設計工作量最大、所需時間最長的一個階段,直接決定最終畢業論文的質量水平。學生需要掌握軟件開發工具、程序設計語言等基本理論與方法,根據系統總體設計的功能模塊、接口規范等進行數據庫的實現、程序代碼的編寫,并反復運行與測試。此階段生成詳細設計說明書、編程規范、測試等文檔,作為畢業論文第二次中期檢查材料。在這個階段有了指導老師的督促,能夠完全確定系統功能,不至于在后期階段又需要反復修改。
3.4 運作階段
根據前期產生的開題報告、需求分析、數據庫設計、概要設計、詳細設計、編程規范、測試等文檔和開發好的軟件系統撰寫畢業論文,并參與論文答辯,是學生畢業論文的總結階段,不僅著重體現學生的寫作水平,更能了解學生對軟件的學習情況,是分值比重最大的一部分。最后,將所有文檔和論文、答辯情況一起評分,獲得畢業論文成績。
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2012)12-0274-02
一、引言
進入知識經濟時代,創新能力已經成為時展的主題,社會所需要的人才大多為創新型人才以及復合型人才[1-2]。這對我國高等教育提出了新的要求,尤其是研究生教育,更應該注重創新能力的培養。然而科學上的很多重大突破以及創新成果的產生,大都是不同的學科在彼此交叉和相互滲透的領域和過程中形成的,所以不同學科的交叉已成為培養研究生創新能力的一種重要的渠道和方式。而打破各學科之間的壁壘,并使其交叉和融合也已成為當代科學發展的必然趨勢。科學交叉與創新的本質有著必然的聯系,正如同中國科學院院長路甬祥院士所說,學科交叉點往往就是科學新的生產點、新的科學前沿,這里最有可能產生重大的科學突破,使科學發生革命性的變化[3]。中國工程院院長徐匡迪院士也強調指出,培養創新型人才,學科交叉是正途。據不完全統計,交叉學科的數量目前幾乎占據總學科數量的一半,交叉學科現象的研究已受到科技界普遍的重視,而且在國內外對交叉學科的定義、理論、特征及未來的發展方向等相關方面的研究已有了較多的報道,然而對涉及具體的交叉模式及如何提高交叉學科下研究生創新能力培養等方面的問題的研究還不多見。因此,研究當前高等學校學科交叉的最佳模式,探討交叉模式培養體系對研究生創新能力培養的方式將對高校學科的建設和人才培養發揮更大的作用[4]。本論文將結合水聲工程和信息與通信工程兩個學科的交叉作為事例,對交叉學科研究生創新能力的培養、優勢、意義以及方法等方面就自己的一些看法和想法簡單談談。
水聲工程學科是船舶與海洋工程一級學科下設的二級學科。由于聲波是在海水中探測目標、傳遞信息的有效工具,所以水聲工程學科主以水聲為基礎,包括基礎研究、應用技術研究、水聲裝備研制和系統集成技術研究等多方面的培養目標。而信息與通信工程一級學科下設的兩個二級學科信號與信息處理以及通信與信息系統,是以現代通信理論和現代信號處理理論為基礎,主要包括涉及信息采集、傳輸和處理整個過程中的所有理論和技術手段,是基礎知識面寬、應用領域廣闊的綜合性專業。對于船舶與海洋工程和信息與通信工程這兩個不同的一級學科,然而它們存在著交叉性。在水聲工程中所涉及到水聲裝備研制和系統集成技術等方面的培養內容,所需要的技術知識有部分是信息與通信工程學科的培養內容,而水聲工程又可以是信息通信工程學科的應用背景之一。所以這兩個學科交叉性明顯,對于這兩個學科的研究生的培養應該突破學科束縛,所以探索交叉學科研究生創新能力培養是非常有意義的。本文正是以此為背景,以水聲工程和信息與通信工程這兩個學科為例,淺談交叉學科研究生創新能力培養的若干問題。
二、交叉學科研究生創新能力培養的意義
當代科學技術發展日新月異,不斷有新概念、新理論、新技術手段涌現,許多新的研究成果及重大成就往往都出現在學科交叉的前沿,高度重視學科交叉融合才能始終把握科學發展的前沿。交叉學科對原有的傳統學科是有利的補充,促進了傳統學科的發展,同時也不斷地加速新學科的形成、建設和發展,其對于現代化科技進步及社會發展起到了積極的作用。同時,交叉學科也是創新人才培養的重要因素,有利于研究生突破傳統學科的束縛和思維定式,熟悉相鄰學科領域知識,培養研究生合理的知識結構和能力結構,在研究生培養過程中,有利于培養研究生從多學科、多角度分析和解決問題的能力,從而有利于提高和培養研究生的創新能力,增強科研活力,同時也為高校的學科建設提供必要的支持,在探究新的學科方向中具有極其重要的意義。而且能夠幫助高校形成多學科綜合、協調發展的學科布局結構,有助于高校學科建設。以水聲工程和信息與通信工程學科為例,這兩個學科能夠相互支撐,相輔相成。一個學科的建設能夠支撐另外一個學科的建設,不同學科的研究生能夠在發揮各自學科優勢的同時,利用不同學科的差異,大大增加了其創新的機會和提高創新能力。
三、交叉學科研究生創新能力培養的優勢
交叉學科在研究生創新能力的培養中具有與傳統學科所不能比擬的優勢:
1.交叉學科對研究生的知識面具有拓寬作用。學科交叉使得個學科內容的交叉滲透到平時學生的知識結構中,能夠不斷完善研究生的知識結構和專業視野,拓寬研究生的知識面。如水聲工程學科在充分發揮其水聲原理以及換能器技術等方面傳統的知識結構同時,給研究生教授關于信號處理和通信原理等的信息與通信工程學科的理論知識,有利于拓展研究生的知識結構,更好的掌握聲納裝備的設計與系統集成專業方向。
2.交叉學科有利于培養研究生的科技創新能力和方法。交叉學科是不同思維、觀點、理論、技術、應用背景之間的相互碰撞,這種碰撞有利于產生新的火花,并且得到創造性的成果,是研究生創新能力培養的重要途徑和方式。聲納正是水聲工程與信息與通信工程兩個學科相結合的重要體現。發揮其中一個學科的優勢,以另外一個學科作為補充,將為研究生創新培養提供了良好的土壤。
3.交叉學科有利于培養研究生的綜合思維能力。不同的學科有其各自獨特的研究方法和思維方式。在研究生培養過程中,不同學科其對研究生的培養目標和培養內容不盡相同,勢必會造成研究生思維的單一或只是使得研究生思維受到束縛。然而交叉學科具有獨特的研究方法和思維能力,如何能夠在研究生培養過程中結合這種獨特的方式,將有助于研究生形成一種嶄新的思維風格,為研究生的創新能力的培養提供非常有價值的條件。
4.交叉學科有助于幫助研究生進行論文選題。研究生的選題對于研究生培養來說是非常重要的一個環節,新穎的題目有助于研究生做出創新的工作,然而在研究生培養過程中,有些學生反映其論文選題很難,或者論文題目具有相似性,這都不利于研究生的培養。但是在學科的交叉和綜合領域中有大量的值得去探索的研究課題,豐富了研究生的科研方向和畢業論文選題。比如聲納性能的提高、環境對聲納設計的要求等這些方向就是水聲工程與信號與通信工程交叉學科有意義的研究課題。
四、交叉學科的研究生創新能力培養方案及措施
1.充分利用校內學科實驗基地,建立多學科共享實驗平臺。學科實驗室代表著不同學科的特色和優勢,而開發的實驗室能夠激發研究生的自主學習能力和探研動機,對于培養學生解決實際問題的能力和實踐能力也有非常大的幫助,所以鼓勵不同學科的研究生參與或選擇該學科下設的開放性實驗,通過在實驗中培養研究生的創新思維能力。所以,建立綜合性的實驗平臺對提高研究生教學和科研水平,促進學科交叉和融合,加強高層次創新人才的培養起到顯而易見的作用。在學校資金有限的條件下,應該盡量向交叉學科傾斜。通過整合全校范圍內與相關交叉學科力量和科研資源,建立跨院系、跨轉專業共享的實驗平臺,來調動教師在交叉學科領域進行科學研究的積極性,促進交叉學科研究生培養質量和提高研究生科學研究水平。比如以水聲工程交叉學科為例,積極建立船舶與海洋工程學院與電子信息學院的共享實驗平臺。
2.選擇性的跨學科招收研究生,并且制定交叉學科詳細的研究生培養計劃。鼓勵和吸引更多跨學科、跨專業的人報考研究生,學校和研究生院應該制定相關政策鼓勵跨學科招收。在研究生培養計劃的制定中,要體現交叉學科在學生選擇導師、選擇課程等方面的特殊性,比如可以選擇不同學科的導師共同指導,對于不同學科的課程研究生能夠靈活地互相選擇。學校可以充分利用現有學科點,吸收其他學科教師參加交叉學科培養計劃的修訂,制定既體現特色,又能夠支持跨學科發展的人才培養計劃。
3.努力提高導師科學研究水平,建立由不同學科教授組成的聯合導師組。研究生導師在研究生教育中承擔了非常重要的角色,導師所具有的知識結構、學識水平以及對學科的前沿把握等能力直接關系到研究生的培養質量。為了能夠開拓研究生思路、挖掘和激發研究生潛能和創新思維,應該通過多方面的努力提高交叉學科研究生導師的指導水平,鼓勵不同領域的導師經常在一起切磋交流;同時考慮到交叉學科的特點,僅僅依靠一個導師指導是很難的,因此,為保證交叉學科研究生的培養質量,應建立主要責任導師和副導師的聯合導師指導方式,由交叉學科的各學科導師參與并制定研究生培養計劃,選擇高水平交叉學科研究課題,把握研究方向和動態,使研究生在不同學科學術思維的培養下,提升其創新能力。
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以下從四個方面對本專業教改的必要性予以闡述。
1. 本專業特點
電子技術、計算機技術、通信技術方面的新技術、新理論層出不窮。通信行業有有線、無線、微波、衛星、光纖、移動通信等,使得本專業的教學計劃、教學內容必須不斷進行修改更新,以適應新技術的發展要求。
2. 社會對本專業人才的要求
在檢查學生畢業實習和畢業設計過程中我們有意識地針對我們的教學計劃和學生的實際情況與學生實習單位的領導和技術人員座談討論,認真聽取他們的意見和建議。
3. 高職教育特點
我們的培養目標就是應用型人才,加強學生實踐環節是非常必要的。強化學生設計能力和實際動手能力,突出創新意識和創新精神的培養是大學生素質教育的核心。我們在教學計劃的制定和修訂中,一直遵循著這個原則。
4.專升本的需要
因為我們電子信息工程專業的升本已經成功,這樣有一部分學生有繼續學習的要求。我們考慮到學生專升本,必須有較扎實的基礎知識,因此在修改教學計劃時也考慮了這個因素。
二、可行性
近幾年我們在實驗室建設和師資隊伍建設方面做了很大努力,為我們專業的教學改革創造了有利的條件。
1. 實驗室條件
目前已經建成電子信息工程專業EDA實驗室和專業實驗室,配有PC機、投影機及各類實驗箱等硬件設備,并配有電子設計自動化的各種正版軟件。本專業的有關課程實驗、大作業和課程設計,以及高年級學生的綜合課程設計均可以在本專業實驗室完成。今后,隨著專業發展的需要,我們將進一步擴充實驗室的功能,完善實驗室的建設。
2. 師資條件
近兩年我們先后招聘了計算機、通信等專業的高職稱、高學歷的教師,形成了一支老中青結合的、具有敬業精神、創造能力、配合默契的團隊,是我們的教學改革順利進行的有利保證。
三、 具體措施
1. 滿足寬口徑教學的要求
寬口徑的教學模式是目前我國高校教改的趨勢。
為了滿足社會主義市場經濟的需求和飛速發展的科學技術需要,目前我國許多高校都把培養適應能力較強、專業面較寬、具有創新精神的跨世紀人才作為教改的目標。一些重點高校,例如北京大學、清華大學以及上海一些高校,目前在招生方面正逐步推廣“按大類或按院系招生”新模式。學生入學后,前兩年上全院基礎平臺課,能夠得到寬口徑、厚基礎的培養,第三年再分專業方向學習。
2. 加強新技術、新知識的學習,不斷完善課程建設
EDA技術即 “電子設計自動化技術”,是一門實用性很強的新技術,它提供了電路系統的先進設計方法。掌握這種技術是電子信息類學生就業的一個基本條件。經過調查,我們發現許多用人單位都對學生有這方面的要求。作為一門新技術,目前許多高校的EDA教學也還處在試驗階段,是教改的一個重要方面,我們這么做正是適應了這種教改的形勢要求。
EDA技術方面的課程都是實踐性很強的課程,入門并不太難,只要有電子技術基礎和計算機的基本技能就可以掌握,因此這類課特別適合我們的學生學習。例如:在2000級學生進行綜合課程設計時,我們只需大概講述有關EDA軟件的功能和用法,學生就能很快接受并能用其進行課程設計,效果非常好,使我們受到了很大鼓舞,這說明我們的學生在這類課程的學習能力上還是相當強的。
3. 增加實踐環節,進一步加強學生綜合能力的培養
具體作法如下:
(1) 增加綜合課
我們這樣做的主要目的是讓學生對大學期間所學的電子專業基礎知識和專業知識進行一次綜合運用,為下一步畢業實習和畢業設計做好準備。學生通過本課程設計可以進一步理解電子技術、電路理論、微機、通信等方面的相關知識,并可綜合運用這些知識解決一定的實際問題,使學生在所學知識的綜合運用能力上以及分析問題、解決問題能力上得到一定的提高。
(2) 進一步提高畢業實習和畢業設計的水平、質量
畢業實習和畢業設計是學生走向社會之前最后的環節,是大學期間學習的總結。
理工學部一直非常重視學生的畢業設計環節,我們的畢業設計是讓學生下到公司、科研院所參與實際項目來進行的。我們專業的專業主任、專業秘書具體負責組織學生進行開題、中期匯報和畢業論文答辯工作。每個同學要撰寫1.5~2萬字的畢業論文,并且要求每個同學都要進行畢業答辯。
4. 不斷補充完善教學計劃和教學大綱,明確教學要求
2電子信息工程專業人才培養方案修訂遵循的基本原則
2.1充分的調查論證
(1)召開學生座談會,征集畢業年級學生及畢業后走上工作崗位學生對“方案”的修訂意見,了解學生自身需求。堅持以學生的學為中心,處理好教與學的關系。(2)邀請用人單位參與“方案”的修訂。了解行業最新發展動態,邀請用人單位參與修訂論證,充分考慮行業對專業人才的要求,尤其是行業協會制定的人才質量標準。(3)參照執行教育部的專業規范標準,確保專業完整性。
2.2德、智、體、美全面發展,處理好通識教育與專業教育的關系
本著“通識教育為體,專業教育為用”的思想,通識素質類教育貫穿始終,德育工作與通識類課程考核結合,學術講座日常化,引進并開設高質量的藝術類通識教育課程。針對全國各地生源基礎教育水平差異,對外語、數學、計算機課程進行分級教學。專業教育逐步向產學研合作的模式靠近,專業課程開設以業界需求為主導,鼓勵與業界建立長期、穩定、互動的合作關系,鼓勵“方案”的部分課程以合作教育的形式開展,包括合作辦學、合作育人、合作就業、合作發展等。
2.3大力開展第二課堂教育,“方案”反映培養學生創新意識的要求設置6學分區間,給予參加學科競賽、參與教師教、科研課題研究,參加人文、社會科學、自然科技、軍事、歷史、藝
術類通識課程修讀,開展創業,參加職業資格認證考試、英語四、六級考試,參加計算機等級考試等學生的學分獎勵,該模塊是學生畢業必要條件之一。
2.4改革實踐教學模式,加強實踐教學環節,處理好理論教學與實踐教學的關系
按照《普通高等學校本科教學工作合格評估方案》,工科實踐教學比例占總學分不低于25%。根據校企合作的實際情況,改革實踐教學模式,靈活多樣,畢業實習以集中統一安排為主。重點讓學生體驗基層行業工人的工作過程,磨練意志,為走上工作崗位打下良好的基礎。提倡學生的畢業論文(設計)以參與教師的教、科研課題的形式完成。重視課程設計。
2.5合理安排第四學年教學工作
根據學生職業發展需求“,方案”要考慮考取研究生深造和就業兩種需求,1-10周集中安排課程,剩余時間安排畢業實習、畢業論文(設計)、準備研究生考試,確保教學秩序。
2.6教學計劃統一性與靈活性相結合
隨時關注行業發展需求,建立專業與行業信息交流機制,將行業發展最新的信息整合為課程資源,通過短課時的課程、講座等形式開設,同時必須堅持“方案”的執行穩定性。
2.7分方向培養