袁 焱,周玲玲,龍滬強(qiáng)

(上海交通大學(xué)電子工程系,上海 200240)

0 引言

在高校人才培養(yǎng)方案中實(shí)驗(yàn)教學(xué)不可或缺,是培養(yǎng)學(xué)生基本技能、工程能力、創(chuàng)新精神和提高綜合素質(zhì)的重要教學(xué)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(chǔ)教學(xué)實(shí)行大平臺模式。一些電子基礎(chǔ)課程和實(shí)驗(yàn),比如硬件技術(shù)(“模擬電子線路”、“數(shù)字電子線路”)、軟件技術(shù)(“程序設(shè)計(jì)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”、“操作系統(tǒng)”)和軟硬件結(jié)合技術(shù)(“微機(jī)/單片機(jī)原理”、“嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用”、“可編程器件”),歸屬于大平臺課程,是電類學(xué)科本科生必修的。這些課程及實(shí)驗(yàn)不在本文直接討論的范圍中。本文重點(diǎn)論及大平臺課程之后,專門針對信息工程專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程或項(xiàng)目。為便于區(qū)分,下文中稱作專業(yè)實(shí)驗(yàn)。

1 構(gòu)建專業(yè)實(shí)驗(yàn)體系的要求

通信信息學(xué)科是一門理論性很強(qiáng)的學(xué)科,其基礎(chǔ)理論涉及比較深的數(shù)學(xué)和物理學(xué)方法。因此,信息工程專業(yè)的學(xué)生要有扎實(shí)的數(shù)學(xué)和物理學(xué)知識功底。通信信息學(xué)科的理論和方法要有效服務(wù)于社會,應(yīng)通過工程技術(shù)轉(zhuǎn)化制作出相應(yīng)的設(shè)備和系統(tǒng),有時(shí)還要有相應(yīng)的技術(shù)來保障這些、設(shè)備和系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)[1]。因此,我們設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)和試制一套真實(shí)設(shè)備和系統(tǒng)的全過程,提高對工程實(shí)踐的認(rèn)知度。

信息工程專業(yè)的學(xué)生必須能在團(tuán)隊(duì)中合作共事,讓學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)開展實(shí)驗(yàn),以培養(yǎng)他們在團(tuán)隊(duì)中克服困難和協(xié)同進(jìn)取的能力。,在重新構(gòu)建信息工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系時(shí),須盡量綜合地考慮到以上各項(xiàng)要求。

2 原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目存在的問題

我校的信息工程專業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目存在如下問題。

(1)一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的技術(shù)陳舊。比如,“通信原理實(shí)驗(yàn)”所使用的技術(shù)方案還停留在中小規(guī)模的器件,已經(jīng)過時(shí)。

(2)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)比例偏高,為此應(yīng)適當(dāng)?shù)乜刂破湔n時(shí)所占比例。

(3)各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相對獨(dú)立,未形成良好的體系化格局。比如,在“通信基本電路實(shí)驗(yàn)”和“通信原理實(shí)驗(yàn)”中,都設(shè)立了調(diào)制解調(diào)項(xiàng)目,內(nèi)容有部分重疊;此外,各項(xiàng)目中關(guān)于點(diǎn)對點(diǎn)通信的內(nèi)容較多,但組網(wǎng)通信則幾乎是空缺。

3 構(gòu)建專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目新體系

基于前述分析和認(rèn)識,我們對各實(shí)驗(yàn)課程和項(xiàng)目進(jìn)行了增減或更新,并從體系化的觀點(diǎn)重新構(gòu)建。具體采取以下各項(xiàng)措施。

(1)大幅更新原本以驗(yàn)證性項(xiàng)目為主的“通信基本電路(高頻電子線路)實(shí)驗(yàn)”和“通信原理實(shí)驗(yàn)”。新的“通信基本電路實(shí)驗(yàn)”改為一項(xiàng)綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目,要求學(xué)生組建三人小組,設(shè)計(jì)并試制一個(gè)具有調(diào)制和解調(diào)的收發(fā)無線通信裝置。“通信原理實(shí)驗(yàn)”的項(xiàng)目中,保留了約35%的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),而將65%的實(shí)驗(yàn)更新為綜合設(shè)計(jì)項(xiàng)目,學(xué)生以小組為單位,分別完成糾錯(cuò)編碼裝置、數(shù)碼錄音裝置和無線數(shù)傳裝置的設(shè)計(jì)制作。其中的無線數(shù)傳裝置,學(xué)生可以利用自己在通信基本電路實(shí)驗(yàn)中完成的作品加以改造來實(shí)現(xiàn)。

(2)開設(shè)新課程,建立配套實(shí)驗(yàn)。新課程“無線通信與移動組網(wǎng)”講授新一代移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù),與之配套開設(shè)ad hoc單跳和多跳移動組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)。新實(shí)驗(yàn)課程“射頻電路設(shè)計(jì)訓(xùn)練”則讓工作頻率進(jìn)入通信射頻頻段。

(3)在課程設(shè)計(jì)系列項(xiàng)目中,設(shè)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(shè)了一個(gè)課程設(shè)計(jì)欄目,向?qū)W生提供問題導(dǎo)向的探究型項(xiàng)目。具體項(xiàng)目可按年度動態(tài)更新,靈活度比較大。例如:我們設(shè)置“多機(jī)通信系統(tǒng)穩(wěn)定性問題研究”項(xiàng)目,對一個(gè)常見的現(xiàn)場總線通信系統(tǒng)進(jìn)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(xué)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(shí)踐系列課程中,設(shè)置與信息專業(yè)對口的技術(shù)任務(wù)。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(shí)驗(yàn)課程。每個(gè)課程由一個(gè)假設(shè)的工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目為主題,各專業(yè)學(xué)生可跨專業(yè)組建團(tuán)隊(duì)完成,不限定技術(shù)方案。

我們在“科技創(chuàng)新(模塊)6”中,為信息工程專業(yè)設(shè)置了對口的技術(shù)任務(wù),即運(yùn)用多機(jī)組網(wǎng)通信,為整個(gè)系統(tǒng)中各部分間建立測控信息的傳輸信道。在這個(gè)項(xiàng)目中,信息工程專業(yè)學(xué)生可與自控、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電器自動化等專業(yè)的學(xué)生合作,共同完成整個(gè)任務(wù)。通常,這個(gè)任務(wù)的團(tuán)隊(duì)人員規(guī)模可達(dá)到 15～20人。

(5)自行開發(fā)技術(shù)規(guī)格一致和通用性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)電路器材。硬件電路板都設(shè)計(jì)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(jī)模塊、AVR單片機(jī)模塊、CPLD和FPGA模塊等)、兩種尺寸的試驗(yàn)板和標(biāo)準(zhǔn)電纜(板間信號電纜、程序下載電纜、通信電纜等)等。根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的需求,學(xué)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(gè)小組都擁有獨(dú)用的器材。在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行過程中由學(xué)生自行保管。

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

表1 信息工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

圖1 驗(yàn)證性/綜合設(shè)計(jì)/創(chuàng)新探究實(shí)驗(yàn)比重

圖2 硬件/軟硬件結(jié)合/建模仿真實(shí)驗(yàn)比重

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是工程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié),對學(xué)生知識、能力、素質(zhì)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(jì)劃時(shí),通過構(gòu)建信息工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)新體系,實(shí)驗(yàn)教學(xué)在學(xué)科專業(yè)教育中的分量得到進(jìn)一步提升,學(xué)生比以往有更多的機(jī)會進(jìn)入開放式管理的實(shí)驗(yàn)室參與動手實(shí)踐,嘗試自己的設(shè)計(jì)創(chuàng)意,切實(shí)提高了學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的幾點(diǎn)思考[J].上海:實(shí)驗(yàn)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(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的建設(shè)與改革[J].上海:實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2009,28(4):93-95,100.