唐朝京 李盾 李贵林
(国防科学技术大学电子科学与工程学院长沙410073)
摘要:本文以国防科学技术大学电子工程本科专业建设为样本,对电子工程本科专业的内涵、定位、特色和目标进行了阐述,根据电子工程本科专业工程技术类和学历教育合训类人才培养的不同需求,着重对课程体系构建、实践教学环节等方面进行了研究、探索和实践,并提出了未来电子工程本科专业建设的基本思路。
关键词:电子工程本科专业建设课程体系实践教学
引言
教高[2007]1号文件《教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见》中提出实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”(以下简称“质量工程”),按照“分类指导、鼓励特色、重在改革”的原则,加强内涵建设,提升我国高等教育的质量和整体实力。“质量工程”提出择优选择和重点建设3000个左右特色专业,选择标准为“优势突出、特色鲜明、新兴交叉、社会急需”。
为了培养出满足国家发展和军队需要的合格人才,我们分析总结了近年来我校电子工程本科专业建设的情况,明确现状、优势及存在的问题,理清发展的思路,针对电子工程本科专业工程技术类和学历教育合训类人才培养的不同需求,着重对课程体系构建、实践教学环节等方面进行了研究、探索和实践,提出了电子工程本科专业建设的基本思路和措施。
一、专业内涵与定位
电子工程(Electronic Engineering)本科专业是国防科学技术大学电子科学与工程学院设立较早、实力最强的本科专业。该专业源于教育部原本科引导目录中的“电子工程”,其主干一级学科为“信息与通信工程”和“电子科学与技术”,相关的一级学科为“计算机科学与技术”。主干二级学科为“通信与信息系统”、“信号与信息处理”、“电磁场与微波技术”、“电路与系统”。1998年,教育部高等教育司在“普通高等学校本科专业目录和专业介绍”中将电子类的“电子工程”、“应用电子技术”、“信息工程”、“电磁场与微波技术”、“广播电视工程”、“电子信息工程”、“无线电技术与信息系统”、“电子与信息技术”、“摄影测量与遥感”、“公共安全图像技术”等专业合并为“电子信息工程”专业,其主干学科是电子科学与技术、信息与通信工程、计算机科学与技术。因此,一般工科大学设置的本科专业基本都是“电子信息工程”,内涵比本文所述的“电子工程”要宽泛一些。
电子科学与工程学院主要从事电子信息的产生、传输、获取、检测、处理、识别、对抗等方面的教学与科研工作,研究各种电子系统(尤其是军用系统)的设计、研制、试验、系统仿真与优化定型等关键技术。本科电子工程专业主要涵盖了上述内涵中电磁频谱层次(信号)的所有内容,包括电磁信号的产生、传输、获取、检测、处理、识别、对抗等方面内容以及相关的电子系统。从应用领域看,相关电子系统特别是军用电子系统主要涉及雷达系统、电子对抗系统、测控、导航定位、制导系统等,覆盖的频率范围从射频一直到视频,信号形式从射频、高低频模拟信号到数字信号,信号传输包括了无线和有线方式,应用领域涵盖了电子系统(尤其是军用系统)从设计、研制、试验到系统仿真、优化定型、训练模拟各个环节。按照学院对人才培养的定位,人才培养要着眼于军队现代化建设和打赢高技术条件下局部战争的需要,以中国特色军事变革战略需求及反“台独”军事斗争准备现实需求为牵引,按照“厚德博学、强军兴国”校训要求和学校确立的“理想信念坚定,军事素质优良,科技底蕴厚实,创新能力突出,身心素质过硬”的人才培养目标,主要定位于培养军用电子工程系统、微波工程应用、电子对抗、信息对抗系统等方面的工程技术人才和新型初级指挥军官。
从全国范围来看,国内设置类似相关专业的知名学校包括清华大学、西安电子科技大学、北京理工大学、电子科技大学、北京航空航天大学等等。以西安电子科技大学为例。西安电子科技大学的电子信息工程专业是一个电子和信息工程方面的宽口径专业,主要学习信号的获取与处理、电子设备与信息系统等专业方面的知识,接受电子与信息工程实践的基本训练,具备设计、开发、应用和集成电子设备和信息系统的基本能力。其中,电子工程专业方向将在技术基础课程学习的基础上学习雷达原理与系统、电子对抗原理与系统、导航原理与系统、遥感遥测原理与系统等,掌握信号的产生、获取、传输、处理及信息的应用。微波电信专业方向侧重微波技术、天线工程、微波通信、电磁兼容等技术领域,主要用场和路的方法实现天线电信号的产生、传输、变换、辐射、测量、接收及在国民经济、国防军事等方面的应用。注意培养电路、部件、系统、微波元器件、天线的分析设计、电磁兼容分析设计等方面的能力。再以电子科技大学为例。电子科技大学电子工程学院的专业分为电子信息工程、电磁场与无线技术和信息对抗技术。其中的电子信息工程和电磁场与无线技术两专业对应于我院的电子工程专业。
总的来看,我校的电子工程专业内涵与西安电子科技大学的电子信息工程专业中的电子工程方向及微波电信方向非常接近,也类似于电子科技大学的电子信息工程及电磁场与无线技术专业,同时还具有非常鲜明的自身特点。
二、特色与培养目标
《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》指出,“以社会需求为导向,合理设置学科专业”。我校的电子工程专业充分体现了上述精神。
一是“内涵丰富”。电子工程专业内涵涵盖了电磁信号从产生到处理的全过程。电磁信号的产生、传输、获取、检测、处理、识别、对抗涉及一系列复杂的技术,涉及电路与系统、信号与信息处理、电磁场与微波等基础理论,涉及复杂的电子系统与网络,涉及各种有线、无线的传输与接收方式。学科内涵十分丰富。电子工程专业内涵涵盖了除光学以外的几乎所有电磁频谱,如红外、毫米波、微波直到高低频模拟信号,再到数字信号。电子工程专业内涵涵盖了电子系统从设计、研制、试验到系统仿真、优化定型、训练模拟的各个环节,这是每一类电子系统从无到有、从原理到实际应用的全过程。
二是“社会急需”。我校的电子工程专业培养的人才直接满足了“反台独”军事斗争准备急需,从长远看满足了未来武器装备信息化及信息化战争之急需。目前,根据国家和军队需要,培养的人才包括了高级工程技术人才和以工程技术为背景的军事指挥人才。
三是“高度重视基础教育”。当前世界各国的大学课程改革的大趋势之一就是拓宽专业口径,加宽基础理论,加强基础教育。我们历来特别注重“厚基础”,专业基础课程数量多、要求高。从教学和科研实践来看,从历次各类学科竞赛成绩来看,从各种类型的教学评估来看,我们高度重视专业基础的思路是完全正确的,实践是成功的。毕业学员在基础知识、综合能力方面具有突出的优势。
四是“特点鲜明”。从历史沿革看,电子工程专业是由相关的武器系统专业逐步演变过来的,其军事特色一直以来就非常鲜明。电子工程专业所涉及的电子系统及相关设备主要包括雷达系统、电子对抗系统、测控、导航定位、制导系统等,都具备强的军事应用背景。近年来电子工程专业紧跟新军事变革的发展趋势,紧紧围绕反“台独”军事斗争的现实需求,在课程设置、教学、实践环节、人才培养等方面进行了改革。
五是“教学与科研紧密结合”。我校与其他普通高校相比具有突出的军事特色。从所承担的科研项目来看,纵向项目大多直接来自军口,横向项目也大量来自于地方军工部门的合作,间接来自军口。几乎所有从事教学工作的教员都同时在承担科研任务。因此,在专业教学与实验过程中,授课教员均会不同程度地结合自身科研项目,将军事高科技最前沿的需求和技术与授课结合起来,做到有的放矢。这样一来,学员的学习可以更好地联系实际,学员可以更好地了解现实的军事需求,实现了学以致用。此外,军事高科技领域突出的特点是常常应用最新、最尖端的技术,学生的学习和培养与军事高科技领域的科研项目相结合,特别有利于学科的发展、人才的培养。这是我校电子工程专业的一个突出特点。
六是“注重学员创新精神培养”。本科生的创新一定要建立在“厚基础”上。电子工程专业建设始终突出学员科研创新能力的培养。广泛开展学术交流、科技创新活动,加强创新基地建设,鼓励奇思妙想,全面提高学员科研意识和创新能力。进一步完善竞争机制,为提高整体培养质量和促进优秀学员的快速成长创造良好氛围。积极为学员参加各种学科竞赛和课外科技创新活动创造条件,使学员素质得到全面锻炼和提高,造就了大批创新人才。为此,专门建立了“电子技术创新实践基地”,并取得了显着成绩。
我校电子工程本科专业包括工程技术与学历教育合训两种类型,培养目标和特点各不相同,对专业技术知识的要求也不同。
工程技术类电子工程本科专业主要培养德、智、军、体全面发展,具有良好全面素质、复合知识结构、综合能力、创新精神和创新实践能力,适应军队现代化建设和打赢高技术条件下局部战争的需要,能够在军用电子工程系统、微波工程应用、电子对抗、信息对抗系统等方面从事应用技术研究、工程设计开发、高技术装备使用维护和组织管理工作的应用型专门人才。工程技术类学员培养模式均为四年学年学分制。
学历教育合训类学员必须完成普通本科学历教育,同时进行军政基础理论教育和军事基础训练,培养符合“理想信念坚定、军事素质优良、科技底蕴厚实、创新能力突出、身心素质过硬”和“懂技术、会管理、能指挥”的要求,德、智、军、体全面发展,适应军队信息化建设、胜任信息化条件下作战任务的高素质新型军事人才。学历教育合训类学员培养模式为“学历教育合训、任职培训分流”,这是培养高素质新型初级指挥军官新的组训方式,学员先在学历教育院校用4年时间完成普通本科学历教育和军政基础训练,然后分流到相关任职教育院校,针对拟任指挥岗位的需要完成为期10个月的任职培训。
工程技术类电子工程专业学员需要比较系统地掌握电路、信号与系统、电磁场与微波技术、计算机技术、雷达探测技术、精确制导技术、其他典型军事电子信息系统与技术和电子对抗、信息对抗技术的基础理论、基本知识,掌握微波天线与电路、电子电路分析设计与实验、计算机应用、典型电子系统分析与研究的基本技能、方法和相关知识,具有从事军用电子工程系统、微波工程应用、电子对抗、信息对抗系统实际工作和研究工作的初步能力。
学历教育合训类电子工程专业学员需要系统掌握电子电路、信号处理与系统、电磁场与微波技术、计算机软硬件技术等相关的学科基础理论与基本知识;掌握军用电子装备使用、检测、维修等专业技能;具有军用电子装备分析研究、使用维护的初步能力;具有良好的创新意识和创新精神,能够适应装备发展和岗位转换的需要。
三、课程体系构建
《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》明确指出,“深化教学内容改革,建立与经济社会发展相适应的课程体系”,“要根据经济社会发展和科技进步的需要,及时更新教学内容,将新知识、新理论和新技术充实到教学内容中,为学生提供符合时代需要的课程体系和教学内容”。
根据专业定位和培养目标,我们进行了课程体系优化。按照面向最新科技、更新教学内容、理顺课程关系、加强实践环节的原则,有计划、有重点地改进教学内容。大力整合相近类型的课程,加强基础课程,积极推广“精讲多练”的教学模式和双语教学方式。
1.工程技术类
工程技术类电子工程本科生教学计划强调打牢基础和拓宽专业口径,强调知识、能力、素质协调发展和全面提高,强调各专业的军事和工程应用背景,强调实践能力培养。2002年,在充分论证的基础上,我们形成了《教学计划制订分析论证报告》,并对原96教学计划进行了修订。该教学计划一贯强调“三年打基础、一年学专业”和“四个不断线”,即:数学、外语、计算机、工程实践不断线,并形成了优化的课程体系结构。该教学计划被列为2002年教育部中南地区第十三届“电子线路”研究会年会主要交流文件,被中南大学、湖南大学和大部分军内技术院校作为参考。新的教学计划包括公共基础课系列、学科基础课系列、专业课、选修课,其中的学科基础课是电子信息科学的共有基础。我们还在每一个学科基础系列课程设立责任教授岗位,统一规划、统一建设。所有学科基础课程占学院开设课程的85%,保证了学员充裕的学习学科基础课程的时间,为学员今后的工作或是进一步学习打下了较为坚实的基础。我们根据培养目标和当今科技发展对学生能力素质的要求,在对国内外同类学科专业进行充分调研的基础上,有计划、有重点地对四个学科基础系列课程进行改革。四个学科基础课系列包括:电子电路系列、电磁场与电磁波系列、信号处理与系统系列、计算机与信息技术系列。主要改革措施包括:
第一,电子电路系列的整合。根据半导体器件工艺的发展趋势,按照面向科技发展更新教学内容、理顺课程关系、加强实践环节的原则,我们将电子电路课程体系改为电工电子基础、电子线路、数字电路与逻辑设计、综合电路实验,并增开微电子学概论、单片机应用基础等选修课。根据电子技术发展的实际,调整和更新课程内容,如大力精简分离的晶体管电路内容,增加集成电路特别是大规模集成电路内容;着力加强实践性环节,专门设置40学时实验课程,加强综合性、设计性实验,并单独考试,等等。
第二,信号处理与系统系列的整合。将确定性信号类课程中的信号与线性系统和数字信号处理两门课整合成一门大课;随机信号类课程也进行了整合,并与后续专业课及研究生课程有机衔接。
第三,计算机与信息技术系列课程整合。重点掌握计算机领域的重要基础课程,包括面向对象程序设计、数据结构与算法、微机原理等,并有多门限定选修课程作为辅助;将通信原理也纳入此系列,加强课堂教学与上机实践的有机结合,并在原教学计划基础上增加计算机软件应用类选修课程。
第四,根据我校为军队和国防现代化培养高层次工程技术人才的特点,在电磁场与电磁波系列课程中增设了电波与天线等课程。
2.学历教育合训类
学历教育合训类本科生强调“懂技术、会管理、能指挥”。2005~2006年,在学校统一部署下,我们开始了“国防科学大学学历教育合训信息技术类专业人才培养方案”大类中“电子工程专业培养方案”的讨论和制订,最终完成了《电子工程专业学历教育合训人才培养方案》。新的培养方案具备以下特点:更加注重学员的全面发展;更加注重打牢学员的全面基础;更加注重学员的创新精神和实践能力培养;更加重视教学内容的针对型和课程体系的系统性。
在课程体系设置方面,新的培养方案包括公共基础课程、技术基础课程、专业课程三个层次。公共基础课程根据国家和军队课程教学的新要求,按照政治理论、数理基础、军事基础、工程基础四个系列进行规范。技术基础课程明确提出“要以支撑武器系统的相关技术体系和相关学科基础为主线进行构建”,设置了以武器装备系统为主要内容、综合集成相关技术的课程模块。新的课程体系更加强调知识综合性、技术集成性和军事应用性,加强了与领导管理素质和人文素质培养相关的课程,突出了军事指挥人才培养特色。
四、实践教学环节
针对实践教学环节,《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》明确指出,“高度重视实践环节,提高学生实践能力”,“要大力加强实验、实习、实践和毕业设计(论文)等实践教学环节,特别要加强专业实习和毕业实习等重要环节”。“推进人才培养模式和机制改革,着力培养学生创新精神和创新能力。”我们历来高度重视实践教学环节,经过多年的探索,将实践教学环节与培养具有创新能力的复合型人才紧密结合在一起。
1.工程技术类
工程技术类电子工程本科生专业的集中性综合实践环节包括军政基础训练(含入学入伍教育训练)、社会实践、军事强化训练、部队认识实习、综合设计、专业实习、毕业设计、每天1小时体能训练等。一般性实践教学环节包括课程实验等。
第一,严格按照教学计划要求开设实验,课程实验开出率≥95%。在专业基础和专业课中开设了较多的实验课(包括演示性和验证性实验),并对主要课程设置了课程设计,以此加强学员学以致用的能力。有综合性、设计性实验的课程占有实验的课程总数的比例≥80%;实验室充分开放,效果好。专门开设了40学时的综合电路实验,该课程是一门电路的综合设计、制作课。通过本实验课,使学员掌握现代电子电路系统的设计与测试方法、调试技能,培养学员的工程素养及解决实际问题的能力,为毕业设计及今后的工作奠定坚实的基础。
第二,自筹经费建立了社会实践、认识实习、专业实习三大实践基地。学院在长沙县江背镇印山村建立了学员社会实践教育基地,引导学员走入社会大课堂,深入工厂、农村、科研院所、高新技术开发区、红色景区等开展社会实践和社会调查;在上海警备区和一军建立了学员认识实习基地,每年暑假都认真组织大二学员奔赴这两个基地进行部队认识实习;在洛阳总装某基地建立了本科毕业实习基地,主要完成本科毕业学员专业实习教学任务,每年安排2轮,每轮约85~120人,使得历届毕业学生对电子对抗装备有了深刻理解,相关的雷达、光电等电子对抗装备的动手能力有了很大的提高。从2005年开始,学院又在武汉空军雷达学院雷达站场开辟了新的实习点,进一步充实了实习内容。
第三,大力协助本科学员举办“电子科技苑”活动。本科学员组织的“电子科技苑”活动已连续举办了十届,其主要内容有电子制作军地院校邀请赛、电子即时制作竞赛、无线电猎狐大赛、“FLASH”设计大赛以及名家讲坛等。电子科技苑面向全国普通高等院校本科在校学生,近几年来,优秀作品层出不穷,中央电视台、湖南省的多家电视台、解放军报、科技日报、人民日报海外版都报道过该项活动,在社会和部队引起极大反响。
第四,通过高水平电子设计竞赛提高学员实践能力。成立于2002年的“电子技术创新实践基地”,每年都承担学校电子设计竞赛的选拔、培训、竞赛、评审工作,以及全国大学生电子设计竞赛的组织、培训工作。电子技术创新实践基地每两年系统培训学员约150人,连续3年培训学员参加全国大学生电子设计竞赛。
第五,积极引导学员参加实际高水平科研项目。我们充分利用科研优势,全面引入科研育人的机制,在综合性课程设计、毕业设计等方面吸收本科学员参与科研课题。
2.学历教育合训类
学历教育合训类电子工程本科专业更加注重学员的创新精神和实践能力培养,更加强调培养具有良好的全面素质、复合的知识结构和综合能力、较强的创新精神和创新能力的高素质新型军事人才。按照2006年制订的《电子工程专业学历教育合训人才培养方案》,必修的专业实践教学如表5所示。此外,还有选修的实践教学环节,包括各种学科竞赛和科技文化活动。学科竞赛包括:数学建模竞赛、物理竞赛、力学竞赛、机械创新设计大赛、机器人大赛、电子设计竞赛、程序设计竞赛、嵌入式系统设计竞赛、英语写作竞赛、英语演讲比赛、辩论赛、军事基础科目竞赛、其他学科竞赛等。科技文化活动包括航天科技文化节、数理月、机器人文化节、电子科技苑、计算机文化节、英语文化月、军事文化节、文体活动等。
五、专业建设基本思路
我们分析总结了近年来我校电子工程本科专业建设的情况,为全面贯彻落实《教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见》精神,明确了电子工程本科专业建设的基本思路和措施。电子工程本科专业建设遵循以下原则:(1)坚持为军队建设和国防现代化服务的办学方向,努力营造有利于人才成长的育人环境,把培养德、智、军、体等方面全面发展,适应建设信息化军队、打赢信息化战争需要的高素质高水平军事电子工程技术型人才及新型初级指挥军官作为根本任务。(2)继承我们多年以来在人才培养和科学研究方面的优良传统,发挥重点主导一级学科的强势,利用交叉学科、新兴学科发展契机,科学构建一流人才的合理知识结构,积极探索知识、能力、素质全面协调发展的人才培养方案。(3)牢固树立本科教育是基础的意识,注重基础教学,拓宽专业口径,深化教学改革,提高教学质量。(4)注重学员全面素质培养,强调实践能力,培养创新能力,突出自身特色。
电子工程本科专业建设的基本思路如下:
第一,按照把重点放在提高质量上的要求,进一步加强教学管理制度建设。学院领导从院长、政委到分管教学的副院长都要审订每学期的教学实施计划、任课教师名单、学员学术活动安排。设立辅助机关教学工作的专家机构,制定相关文件。教学管理机关切实发挥工作职责,不断加强教学与人才培养管理工作的规范化、程序化和信息化,保障以人才培养为中心的各项管理服务和协调工作。制定教学质量管理办法,进一步完善主要教学环节质量标准。
第二,根据我军建设信息化部队的需要,转变观念,适应目前办学规模大、学员人数多、教学对象由工程技术类专业为主向学历教育合训类学员为主转变的需要。根据未来信息化战争对军事科技发展规划、国防关键技术攻关和作战指挥训练等各类人才的需求,树立人才培养的战略意识、全局意识和前瞻意识,科学把握和提升人才培养目标定位,着力培养用军用电子工程系统、微波工程应用、电子对抗、信息对抗系统等领域的工程技术型人才及新型初级指挥军官。
第三,深化教学改革,积极推进素质与创新教育,不断提高人才培养质量。全面落实2006年学历教育合训人才的电子信息类课程体系,瞄准一流目标制订新一轮工程技术类学员本科教学计划,全面更新课程体系和优化教学内容。
继续深化实践教学改革。全面贯彻落实新的实践课程体系,打破原先局限于课程的实验体系,建立以大学科、大实验为平台的实验体系,系统地增加综合性、设计性和工程性实验内容,完成“电子科学与技术”本科教学实验室建设任务。在培养创造性,培养动手能力的要求下,实验室在不断改进、完善已有实验,以适应学历教育合训类学员的培养需要。
制定综合性实践环节和第二课堂活动考核办法,加强综合性电子实验课程建设,增加课外自主实践时间与场所,新建学员创新实践中心,为培养电子信息类学员创新实践能力提供良好平台及环境,同时满足本科生毕业设计、参加各类学科竞赛及研究生学术交流活动等需要。加强实习基地建设,进一步增加实习经费的投入。确保我院本科生科研训练和创新能力培养达到全军领先。
积极推进以应用推广和资源建设为重点的信息化建设。积极开展网上教学平台应用推广,加强网络课程和多媒体课件建设,力争所有任课教员有教学网站,实现主干课程网上辅导教学、答疑辅导、作业发布。
第四,完善教师队伍建设机制,提高教师队伍建设水平。完善教学评价机制,加大教学激励力度,强化教学业务培训。试行学员、学科专业、导师和任课教员人才培养工作质量公示制度,逐步实行青年教员持证上岗制度,建立和实行优胜劣汰的竞争机制和业绩奖励制度。努力引进国内一流大学毕业的博士,改善教师队伍学缘结构。
参考文献
[1]教育部财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见
[2]教育部关于进一步深化本科教学改革全面提高教学质量的若干意见
[3]国防科学技术大学本科教育电子工程专业2010年前建设规划
[4]2006年国防科学技术大学电子科学与工程学院教学工作自评报告
[5]2000年国防科学技术大学电子科学与工程学院教学工作自评报告
[6]2006年国防科学技术大学电子科学与工程学院教学工作自评测定表
[7]2006年国防科学技术大学电子科学与工程学院电子工程专业评价自评测定表
[8]国防科学技术大学电子科学与工程学院2002教学计划制订分析论证报告
[9]国防科学技术大学电子科学与工程学院2002电子工程专业本科教学计划
[10]2006年国防科学技术大学学历教育合训人才培养方案(试行)