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中图分类号:G642.41 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)08-0167-03
当代信息高速公路的骨干网络是由光纤通信网络构成的,若没有光纤的发明及相关有源和无源光纤器件的发明和发展,当今的高速信息网络是无法想象的。但是当今信息产业的高速发展得益于微电子学、光电子学、计算机技术及通信工程等多门学科的快速发展及它们之间的交叉融合。因此,要想成为一名信息技术领域的电子信息工程师、计算机工程师或通信工程师,除了需要掌握本专业的课程知识以外,也应该熟悉现代信息技g的其他相关主要知识,比如光纤通信网络及其相关器件等。本文从光纤通信技术的研究内容、应用及发展等方面说明其在电子信息工程专业教育中的重要性,并研讨电子信息工程专业中的光纤通信课程的理论和实验教学方法。
一、光纤通信技术简介
1960年,美国人梅曼(Maiman)发明了第一台红宝石激光器[1],给光通信带来了新的希望。和普通光相比,激光具有波谱宽度窄,方向性极好,亮度极高,以及频率和相位较一致的良好特性。激光是一种高度相干光,它的特性和无线电波相似,是一种理想的光载波。继红宝石激光器之后,氦―氖(He-Ne)激光器、二氧化碳(CO2)激光器先后出现,并投入实际应用。激光器的发明和应用,使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段。
1966年,英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文,指出了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术途径,奠定了现代光通信――光纤通信的基础[2]。在以后的10年中,波长为1.55μm的光纤损耗:1979年是0.20 dB/km,1984年是0.157 dB/km,1986年是0.154 dB/km,接近了光纤最低损耗的理论极限。1970年,作为光纤通信用的光源也取得了实质性的进展。1977年,贝尔实验室研制的半导体激光器寿命达到10万小时(约11.4年),外推寿命达到100万小时,完全满足实用化的要求。由于光纤和半导体激光器的技术进步,使1970年成为光纤通信发展的一个重要里程碑之年。在今后的几十年中,光纤通信网络的逐步商用化带动了相关信息产业链的蓬勃发展[3]。
由于在光纤通信系统中,作为载波的光波频率比电波频率高得多,而作为传输介质的光纤又比同轴电缆或波导管的损耗低得多[4],因此相对于电缆通信或微波通信,光纤通信具有许多独特的优点。综上所述,可见光纤通信技术在现代信息产业技术中的重要地位,因此,光纤通信技术这门课程不仅是光学工程专业的基础必修课程[5],也应该作为电子信息工程专业的专业选修课程来开设。
二、光纤通信课程教学研究
(一)光纤通信课程的理论教学
电子信息工程专业的光纤通信课程的理论知识可以分为四个相互关联的层次和内容,它们分别是:第一部分,光纤技术的基础;第二部分,光纤通信器件技术基础;第三部分,光纤通信系统和网络;第四部分,光纤与光纤通信系统测量。这四个部分的关系层层递进,逐渐深入。理论学时总共32学时。
第一部分,光纤技术的基础。可以先讲解光纤通信技术的一些概念性和历史性的知识,比如:电信技术的发展,光通信的必要性及技术基础,光纤通信技术的历史、现状与未来。此处,可详细介绍人类对光通信探索的历史及现代光纤通信技术从学术研究到商业应用的发展里程,并附带介绍微波通信的发展里程,然后通过比较使用光波进行通信和使用微波进行通信的优缺点及使用光纤材料和使用同轴电缆进行通信的优缺点,让学生了解光纤通信的巨大优势。然后可以简单介绍光纤传输的基础理论――电磁场与电磁波理论中的一些基本概念和现象,重点介绍麦克斯韦方程。最后介绍光纤的模式理论、光纤的结构和类型、光纤的传输特性、光纤制造技术与光缆等知识。其中,光纤传输特性包括光纤的损耗特性和色散特性,这是该部分的重点知识。总之,笔者认为,第一部分内容的讲解方法和手段是非常重要的,不宜讲得深奥,而应该结合动画或者视频讲解光纤的传光原理,使学生易于接受,才能提高学生对这门课程的兴趣,从而继续学习往后部分的相对枯燥的知识。该部分学时安排为6H。
第二部分,光纤通信器件技术基础。这部分讲述光纤通信系统中的有源和无源光通信器件,这些器件是构成一个完成的光纤通信系统必不可少的部件,学好这部分内容有利于理解后面学习的光纤通信网络的内容。这部分内容包括:基本光纤器件、光学滤波器、光纤放大器和半导体光电子器件。基本光纤器件包括分波/合波器、光纤活动连接器、光隔离器、环形器和衰减器等;光学滤波器的内容包括Fabry-Perot滤波器、介质膜滤波器、HiBi光纤Sagnac滤波器、Mach-Zender型滤波器、光纤光栅等;光纤放大器的内容包括:掺饵光纤放大器(EDFA)、光纤Raman放大器等。半导体光电子器件的内容包括:普通的半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)、FP型双异质结构激光器、动态单纵模激光器、半导体光放大器(OSA)、PN结光电二极管、PIN光电二极管、APD雪崩光电二极管等。对于每一个光纤器件,讲解内容包括这些光纤器件的结构、工作原理、具体参数、应用场合等,应结合动画或者视频讲解,甚至如果有条件的话,可以在课题上带上一些体积很小的光纤器件实物给学生讲解,比如光纤活动连接器、LD、LED、光纤光栅、PIN光电二极管价格便宜、体积小的光纤器件。该部分学时安排为10H。
第三部分,光纤通信系统和网络。这部分是本门课程的核心和精华部分,包括光纤传输系统、光纤通信网、全光网技术及其发展三大部分。其中,光纤传输系统的内容包含:光纤传输系统的基本组成、光发送机组件、光接收机组件、光放大噪声及其级联、色散调节技术、光纤传输系统设计、光纤传输系统性能评估。光通信网络的内容包含:通信网的拓扑结构和分类、准同步数字系统(PDH)、同步数字系统(SDH)、异步传输模式(ATM)、互联网协议、光纤通信网的管理/保护/恢复。全光网技术及其发展的内容包含:通信网络的发展过程、全光网络中的传输技术(WDM、OTDM、OCDMA和分组交换技术)、无源光网络(G-PON、E-PON、WDM-PON)、光传送网(G.709OTN)、自动交换光网络、全光网的网络管理、全光网的安全问题。对于每一种光纤网络技术,讲解内容包括这些光纤网络结构、功能、应用场合等,应尽量使用PPT的图片、动画进行讲解,PPT上要尽量避免文字上描述。该部分学时安排为12H。
第四部分,光纤与光纤通信系统测量。该部分主要介绍光纤通信工程实施、检测中一些常用的设备和仪器,在本门课程的实验教学中都要使用到这些设备,是培养光纤通信工程师的基础技能知识部分。该部分的内容包括:光功率计的使用、光纤几何参数的测量、光纤衰减测量、光纤色散测量、光纤偏正特性测量、光纤的机械特性和强度测量、光时域反射计(OTDR)的使用;光接收机灵敏度和动态范围的测量、光纤通信系统误码率和功率代价的测量、眼图及其测量、光谱分析仪、光纤通信系统的在线监测技术。其中,重点讲解光功率计、OTDR、眼图示波器、光谱分析仪等仪器设备的功能和使用方法。该部分学时安排为4H。
(二)光纤通信课程的实验教学
对于电子信息工程本科专业而言,毕竟培养的学生不属于光学工程或光电子技术领域的人才,而且电子信息工程专业本身都有很多属于自己专业的实验课程及课程设计,因此,笔者认为光纤通信技术课程的实验教学应根据该专业学生的理论基础和将来他们最可能需要的工程能力而设置。因而,笔者建议光纤通信课程的总学时设置为48学时,理论教学学时为32学时,7个实验的教学学时为16学r。
根据笔者10年来给电子信息工程专业本科学生讲授这门课的经验,认为具体的实验课程设置如下。
1.插入法测光纤的平均损耗系数。采用插入法测量待测光纤在1310nm和1550nm处的平均损耗系数。掌握插入法测量光纤损耗系数的原理,熟悉光纤多用表的使用方法。学时设置为2个课时。
2.光时域反射计(OTDR)测光纤链路特性。用光时域反射计测量光纤链路的平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。了解光时域反射计工作原理及操作方法,学习用光时域反射计测量光纤平均损耗、接头损耗、光纤长度和故障点位置。学时设置为2个课时。
3.光波分复用(WDM)系统实验及其误码率测量构建1310nm/1550nm光纤波分复用系统并测试其误码率,了解光波分复用传输系统的工作原理和系统组成熟悉误码、误码率的概念及其测量方法。学时设置为2个课时。
4.数字光纤通信系统信号眼图测试。构建数字光纤通信系统并且用数字示波器观测系统的信号眼图,并从眼图中确定数字光纤通信系统的性能。了解眼图产生的基础,根据眼图测量数字通信系统性能的原理;学习通过数字示波器调试、观测眼图;掌握判别眼图质量的指标;熟练使用数字示波器和误码仪。学时设置为3个课时。
5.光纤切割与焊接技术演示实验。利用全自动熔接机向学生演示光纤熔接的全过程,了解光纤的结构和光纤电弧放电焊接原理;了解全自动焊接光纤的过程和使用方法。学时设置为2个课时。
6.光纤光栅光谱特性测试系统的设计实验。测量光环行器的插入损耗、隔离度、方向性、回波损耗参数;利用PC光谱仪、光环行器和光纤光栅设计光纤光栅光谱特性的测试系统;了解光环行器的工作原理和主要功能;了解光环行器性能参数的测试原理;了解光纤光栅的光谱特性;学习PC光谱仪的使用方法。学时设置为3个课时。
7.光带通滤波器的设计。测量光耦合器的插入损耗、分光比和附加损耗等参数;利用光耦合器或者光环行器和光纤光栅设计光带通滤波器。了解2X2光耦合器的工作原理,了解光耦合器各项参数的测试方法。学时设置为2个课时。
通过以上实验课程,能够使电子信息工程本科学生对光纤通信系统的基本器件、基本测量系统等有一个比较感观的认识,而且能够更加深刻地掌握它们工作的基本原理和基本特性,为将来在具体的工程设计及进一步深造中奠定基础。
三、结束语
光纤通信技术在国家的信息产业、国防工业中具有举足轻重的地位,电子信息技术与光学信息技术的结合也越来越紧密。对于当今的电子信息工程专业的学生而言,除了需要掌握本专业牢固的知识和技能以外,了解和掌握光纤通信技术的基础知识和相关的技术发展趋势也是必不可缺的。本文通过对电子信息工程专业特点和光纤通信课程内容的分析,讨论了该门课程与该专业的内在联系,分析其重要性,并根据笔者10年来在重庆理工大学电子信息工程专业讲授该门课程的经验,提出了本门课程在电子信息工程专业中的理论及实验的教学内容、教学重点、教学方法及课程设置等方面的一些意见和建议。
参考文献:
[1]高D.激光技术应用现状与分析[J].物理通报,2007,(11):50-52.
[2]龙泉.光通信发展的回顾与展望电信网技术[J].2008,(2):30-32.
关键词:通信工程;实习教学;平台建设;教学改革
Key words: communication engineering;practical teaching;platform construction;teaching reform
中图分类号:G64文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)26-0005-02
0引言
华北电力大学通信工程专业肩负着为我国电力通信行业和国家信息产业培养高层次信息工程技术人才的重要任务,办学实力雄厚,专业特色鲜明,成为快速发展的电力信息学科专业之一。在教学过程中,专业实习是全面提高本科学生知识、技能、水平等综合素质的重要途径,为此,我校在通信工程专业的实习教学中进行了一些积极有益的探索和尝试。
1传统专业实习教学的局限性分析
我校的通信工程专业设立于1980年,传统实习教学主要依托校内各重点实验室、电厂、供电公司和对口通信设备制造企业来进行。如校内的火电厂设备模型大厅,电磁兼容实验室,电力系统动态模拟实验室,保定热电厂和保定供电公司等部门和单位。实习内容主要是电力系统通信相关领域系统和产品的研究、设计、制造和生产等工作。实习方式以集体参观为主、下车间顶岗实习为辅。客观来讲,这些实习教学为培养高质量的应用型人才打下了坚实基础,但随着教学要求的提高以及相应实习单位的情况变化,原实习教学方法越来越不能满足教学要求,主要体现在以下三个方面:
1.1 人才培养目标由应用型人才转向创新型人才随着国家信息基础设施的不断建设和发展,尤其是公网通信、计算机通信、IT产业和电力信息科学技术的融合、开放式发展,通信专业人才培养要从以往的技工型、应用型向复合型、创新型转化。为此,要培养德智体全面发展、基础扎实、知识面宽、素质高、富有创新意识、在通信工程领域内获得专业训练的高级技术人才,以适应国家加速信息化发展对人才的需要。
1.2 实习单位经营以盈利和生产需要为主,承担实习教学意愿降低专业实习教学主要是让学生直接参与到企业生产环节当中去,获取第一手感的资料。由于技术、产品、工艺、管理和接待诸多问题会企业带来不便和麻烦,接待学生实习意愿偏低[1],部分企业认为学生实践经验缺乏,一般很难直接给企业创造经济效益,并且还可能会带来人员和设备安全隐患。此外,平时与某些单位联系较少,“平时不走动,用时找上门”,这样“实习安排”就缺乏积极性[2]。所以成为高效实习教学的障碍。
1.3 招生规模扩大,配套制度更新跟不上形势发展,组织难度变大我校通信工程专业每一届大约有一百五十人左右,保定市内没有规模大、层次高和技术新的实习企业,要获得良好的实习效果就需要到外地实习。但学生人数多,对单位要求高,组织起来比较困难,加上近年物价上涨较快,住宿、吃饭和交通费用急剧上升,组织难度较大。
2创新型实习教学改革的思路与实践成果
2.1 构建创新型实习教学平台的基本思路以“因材施教、因人而异、鼓励实践、注重创新”为指导方针,最大程度争取院系、学校和社会资源支持,挖掘潜力充分发挥校内实习实验基地的“本地化”、“可操作化”和“灵活化”优势,积极拓展校外高层次电力系统、信息产业中研发、设计和生产实习基地,构建电力与信息结合、校内与校外结合、硬件与软件结合和建设与巩固结合的创新型专业实习教学平台。经过细致考查与调研分析,主要从四个方面加强创新型实习教学平台建设:
2.1.1 以现有先进的通信技术相关实验室为基础,整合优秀实验资源,提炼能体现创新意识和创新能力培养的综合性、设计性实验项目,高度聚焦培养点,实现课题化教学与管理。
2.1.2 对学生和实习单位进行分类管理(如电子设计制造类、通信系统研发设计类、通信运营类、软件开发类和电力信息类等),实现实习主体和实习对象的专业兴趣和技术方向对接、短期实习和长期研修对接、就业意向和招聘意向对接。
2.1.3 鼓励个人自主实习和团队实习,充分调动学生家长和其他社会资源,大力拓展电力系统和国际国内知名通信信息类公司、运营商和研发机构作为新型实习实践基地,保证实习内容的专业性,鼓励开展社会实习生教育。
2.1.4 强化灵活和分散管理,鼓励学生参与单位工程项目和科技研发项目,形成时间灵活、实习方式灵活、实习内容灵活的,专业实习、毕业设计和就业见习一体化的校企联合专业实习实践教育新模式。
2.2 取得的阶段性实践成果在大学和院系领导的关心和支持下,创新型实习教学平台建设取得了一些阶段性成绩,主要如下:
2.2.1 创新型实习教学观念深入人心,基本形成了师生的统一认识,确认了明确的实习教学方向。信息科学的飞速发展、电力能源开发利用技术的多样化、精细化需求促进了创新型人才培养的基本目标定位。为此,充分发挥时间、精力、财力等相对集中的实习教学环节的实践优势,锻炼和提高学生创新意识和创新能力,成为了领导、一线教师和学生的共识。
2.2.2 建设了一批有代表性的校内、校外高水平的实习教学基地,部分实现了挂牌运作。截至目前,开设了软交换技术、光传输技术、高频电路设计、嵌入式系统设计和高级通信系统程序设计等多项校内实习教学课题项目,建设了国家电网多个省市供电公司和电力设计院,中国移动、中国联通、中国邮政多个分公司和电信研究设计院,国电南瑞科技集团,美菱电器,北京中电飞华通信科技有限公司,天津市三星电子科技有限公司,百度搜索等多家友好实习单位,保定市内实现了毅格通信公司、河北荣毅通信公司和天河电子公司等多家单位实习基地挂牌运作。
2.2.3 重新审视了实习教学中的每一个关键环节,初步形成了一套开展创新型实习教学的组织和管理模式。①配备责任心强、创新意识强、实践能力强的实习带队老师队伍;②实习内容由教师和实习单位工程师共同协商确定;③实习教学以工程师讲解为主,教师指导为辅;④鼓励学生自行联系实习单位、自行组队、自行安排实习时间,实行小规模、多批次、分层次实习组织模式;⑤提倡学生参与实习单位的技改、研发和设计类项目,为实习单位切实解决实际问题[3],也为学生见习和就业打下良好基础;⑥鼓励学生互补式组队、团队式实习,与实习单位建立长期合作关系。
2.2.4 加强了校企合作的深入开展,从实践教学的角度对适应社会需要的人才培养方法找到了结合点。实习的过程也是思想交流、心灵碰撞的过程,学校需要实习的场所和条件,企业需要持续发展的创新意识和创新项目,实习过程中不经意的一句话、一个动作甚至一个眼神可能就会给企业带来新的利润增长点,同时,实习过程中也可能实现企业与学校的科技项目合作,从而实现共赢[4]。此外,公司化管理的理念、制度、绩效评估和执行过程都值得学校借鉴。
3结语
实习教学改革以来取得了较好的教学效果,但也还存在一些突出问题,如学生动手操作的机会偏少,项目开发和产品的研制设计参与偏少和生产工艺方面的训练偏少等,将在后期工作中予以分析和逐步解决。实践教学是培养大学生动手能力和创新能力的重要保证,专业实习是实践教学环节的重要组成部分。社会信息化的大背景要求有更多的创新型人才,为此,实习教学改革也需要不断深化。我们也将持续加强实习教学改革的探索和实践,总结经验,吸取教训,向“ 厚基础、宽口径、高素质、强能力”的人才培养目标不断迈进。
参考文献:
[1]黄纪军,柴舜连,刘继斌,李盾,李贵林.电子信息类专业实习教学改革初探[J].高等教育研究学报,2009,vol 32(1).
为了满足数字化信息化社会对具有综合素质的通信工程专业人才的需求,华夏学院通信工程专业自2012年实施教学改革,以3G无线通信为主导,培养学生无线终端(手机、导航仪等)及无线网络的设计生产、增值应用及维护运营的专业知识与技能。通过采用K&SAT,整个培养方案及其课程体系贯穿了“知识点连贯、技能要素衔接、理论实践一体、就业方向清晰”的指导思想,克服了知识体系上大而不全、粗而不精,技能体系上重传统不跟进、什么都学什么也不会,就业上方向不明确、应用面窄等缺点。
1 课程体系
考虑通信工程专业各课程之间知识点的衔接性,课程体系由七模块组成,包括公共基础、学科专业工具、学科基础、专业基础、专业科技、专业人文和集中实践。
(1)公共基础。
包含外语、数学、物理、电路等基础课程,使学生掌握最基本的数学变换、数值处理、声光电磁等物理现象分析、以及简单电路分析的能力。
(2)学科专业工具。
提供本学科必须掌握的专业工具的课程,是对公共基础课程知识点的实践应用,也是对专业课程的技能支持,包含数值分析计算工具、系统仿真测试工具、低中高级编程语言、数据库、以及终端操作系统等课程。
(3)学科基础。
提供信息与通信工程学科相关的基础课程,为专业课程的学习打下良好的基础,包含计算机网络、模拟/数字信号处理、电路与数字系统设计、传感器原理与技术、信号检测方法等课程。
(4)专业基础。
提供通信工程专业相关的基础课程,包含无线通信原理与系统、通信协议、无线信号传输与接入技术、无线网络检测技术等。
(5)专业科技。
提供与“无线通信”这一专业方向相关的专业课程,加深学生对专业知识的理解,提升专业技能。包含无线终端设计技术、无线网络系统设计技术、无线网络信息安全技术、无线系统检测技术、无线增值服务技术等课程。
(6)专业人文。
在注重专业技能培养的同时,课程体系的设置也应凸显对学生专业人文素质的培养,帮助学生了解行业动态,掌握必要的社会技能以使其毕业后能尽快的步入通信行业。此模块包含通信传媒综艺欣赏、专业技术演讲、通信专业外语等课程。
(7)集中实践。
此部分是实践环节,主要体现在对专业课程的课程设计环节,是课程体系设置中不可缺少的部分。包含无线终端与系统设计、无线自组网设计、无线通信系统设计、终端增值软件设计等。
2 课程体系七模块仿射
通信工程专业课程体系七模块间的K&SAT仿射运用如图1所示,各模块以各自知识点为核心,为其他模块提供仿射依据,知识点相互衔接,技能相互传承。
图1中,长方形框表示模块,半圆框表示提供基础方法类别,圆角矩形框表示最终成果,虚线箭头线(双向)表示仿射路线或区域,实箭头表示提供内容仿射方向。这样,就明确了各个模块间知识与技能的仿射依据、目的和目标,使学生明白不同阶段课程间的关系。学生在学习过程中,能够知道在学习对应模块的课程时需要用到先导课程的哪些知识点,以及为后续课程储备哪些技能。整个课程体系在K&SAT仿射教学法的运用下,专业方向设置明确、重点突出,为学生的就业打下了良好的基础。
3 课程间仿射
在课程体系中,各模块之间都有相关性。由于各模块中所含课程较多,且专业人文模块是展现专业技能的辅助手段,此处仅从其余六模块中选择一门课程,谈谈如何运用K&SAT。六门课程分别为:高等数学(公共基础模块)、JAVA(学科专业工具模块)、模拟/数字信号处理(学科基础模块)、无线通信原理与系统(专业基础模块)、无线网络系统设计技术(专业科技模块)、无线自组网设计(集中实践模块)。
(1)高等数学。“函数”为通信五大模块、网络模型的建立提供方法,“数列”是模拟信号数字化的基础,“微/积分”是频谱分析基础,“级数”为信号评估提供基础方法。
(2)JAVA。JAVA编程语言为模型建立、信号与系统模拟、系统信息可视化网络化管理提供工具。
(3)模拟/数字信号处理。无线电传播是无线电系统的根本,模拟信号的捕获、获取、数字化要通过电路形成系统的处理,无线电数字处理技术是现代软件无线电的基本保障。
(4)无线通信原理与系统。无线通信原理是无线网络通信系统的理论基础,其五个模块(信源、发送设备、信道、接收设备、信宿)设计是网络系统设计的主要对象。
(5)无线网络系统设计技术。课程从技术角度,按工程需要,用理论做支撑,实现系统设计及检测与评估。
(6)无线自组网设计。根据实际需求或对象进行综合设计并实现,设计成果可辅助就业。
4 相关专业仿射
除通信工程专业外,华夏学院开设有电子信息工程、物联网工程、测控技术与仪器、自动化、计算机科学与技术、软件工程等电子信息类专业。这些专业的师资力量和教学设施都能实现共享,这为K&SAT在专业间的仿射实施提供了很好的平台。通信工程专业通过实施K&SAT,如公共基础模块课程中教授模型、方法,学科专业工具模块中提供仿真工具,学科基础模块中培养学生分析电路的能力,专业基础模块中教授通信的基本原理等,这些知识与技能都可以运用到物联网工程、测控技术与仪器及自动化等专业的社会应用中。
在K&SAT实施过程中,对相关专业进行仿射,通过系统训练后,不仅能使学生技能满足专业性就业,也能帮助学生完成本专业外其他领域的就业,培养其具有适合多岗的应用研究和实际应用的能力,满足社会相关岗位的需求。
5 结语
文章编号:1672-5913(2017)07-0009-05
中图分类号:G642
0 引 言
随着互联网、移动互联网的普及,以及云计算、大数据技术的兴起,人类社会迅速由IT时代向DT时代转型。信息工程类专业直接面对新兴产业技术变革,社会对相关专业的人才培养、科技创新产生了新的需求。地方院校人才培养和科学研究的重要目标之一是服务区域经济社会发展,尤其需要注重思想转变,在工程类专业教育中进一步凸显“面向社会需求培养优秀人才,面向社会需求开展研究工作”的价值取向。然而,当前高校工程专业的运行管理模式中,人才培养和科学研究有一套完整的运行与考核体系,而企业科技创新的目标主要是提升参与市场竞争的优势,如无有效模式支撑和机制保障,校企之间容易因模式失配和缺乏有效互动而脱节,为此,亟须对工程专业的校企合作模式进行探索。
1 地方院校信息工程类专业特点及其协同创新需求
“互联网+”、大数据等产业技术革命的兴起,使得信息工程类专业之间以及信息学科与其他学科相互交叉、渗透,学科专业之间的界限逐渐模糊[1],单一学科在面对现实复杂工程问题时往往力不从心。信息工程类专业包括计算机、通信工程、电子信息与技术、电子信息工程、自动化等,近年来兴起的物联网工程、网络空间安全等学科都属于该大类范围。当前国家正在实施创新驱动战略,社会与经济的发展使高校和企业对人才联合培养及科技创新产生了新的需求,高校亟须深化创新创业教育改革。如何利用先进的教育理念和教学手段,不断提高高校信息工程类专业的整体教学水平,是每位高等教育从业者应该深入思考的问题。近年来发源于计算机专业的MOOC教育模式通过信息化教学新环境[2],为信息工程类专业学生培养提供了一个完善自身知识结构、开阔视野、拓宽知识面的平台,成为提高教育质量、提升毕业生劳动力市场竞争力的一个重要手段。然而,专业实践教育所需的生产环境、团队协作等沉浸式学习环境MOOC模式则无法解决。
从国家教育科研政策战略导向层面,教育部自2011年提出“高等学校创新能力提升计划”,建立一批“2011协同创新中心”,加快高校机制体制改革,转变高校创新方式,集聚和培养一批拔尖创新人才,产出一批重大标志性成果,在国家创新发展中做出更大的贡献。各地方省份对产学研协同创新积极呼应,相继出台和实施若干举措。以湖南省为例,相继出台《关于促进产学研结合增强自主创新能力的意见》《湖南省高校产学研合作示范基地管理办法》《湖南省研究生培养创新基地建设管理办法》等,旨在创建良好的产学研合作条件和技术创新氛围,并在合作培养创新人才、促进应用技术成果转化和产业化等方面取得明显成效的产学研合作创新平台。
作为我国高等教育体系的主体部分,地方院校主要以服务区域经济社会发展为目标,着力为地方培养高素质人才。为提升地方院校工程类专业人才的综合能力及适应社会发展的新要求,促进工程教育与产业界的融合十分必要[3]。只有综合利用高校的学科人才优势和企业的产业基础,通过产学研合作的方式提高提升高校创新创业人才的培养水平,支撑区域企业的工程技术研发与实施,才能将学科专业基本理论与当今广泛应用的专业技术、前沿技术接轨,使学生在校园教育阶段就可以参与和完成工程实践,培养与塑造出通专兼备的高素质人才,从而为整个产业的发展不断输送血液。
综上分析,信息工程类专业种类多、发展快、与经济社会联系紧密,校企产学研合作乏力将导致人才培养所需要的行业企业培养环境缺失,同时也导致教师从事技术转移、科技服务、技术支撑等科研成果的严重不足。大力开展校企融合的协同创新是提高地方院校信息工程类专业人才培养质量、学科建设水平和企业科技创新能力的重要途径。
2 校企互动协同创新教育模式
在“面向企业需求培养优秀人才,面向企业需求开展研究工作”的价值取向下,将人才培养与社会需求有机地结合起来,大力开展产学研合作基础上的协同创新得到越来越多地方院校工程类专业的认同。然而,现行校企协同过程中往往又存在价值目标、管理模式、考核指标等方面的冲突和障碍,如校企双方协调不畅则容易需求脱节,难于有机融合,这也是现实场景中一些人才培养和产学研合作平台无法有效运转的症结所在,因此,有必要对校企互动协同创新模式进行探索。
2.1 校企互动协同创新的总体思路
信息工程类工程专业因为学科特点,研究生培养工作与产学研合作的具体实施工作紧密相关[4]。在研究生培养基地与产学研合作基地的平台建设上,迫切需要从思想导向上进行转变,凸显面向社会经济重大需求和工程实践关键技术难题开展工作的价值取向,并将该价值取向渗透到人才培养、学科建设与产学研合作的各个环节中。为充分调动校企双方的积极性,应将高校人才培养、学科建设的专业属性和附加的公共利益诉求和企业的科技创新需求、市场竞争力提升诉求整体考虑,通过协作、共享、沟通、互助的方式实现良性互动,从而推动产教融合协同创新[5]。
图1所示为校企互动协同创新的总体思路框架,从人才培养、学科交叉、科研平台建设3个方面开展校企协同创新。值得注意的是,D中3个维度的举措在实施过程中不是孤立的,而是实质融合、互相支撑的,对高校而言,人才培养是根本,也是学科建设和科研发展的支撑,而对企业而言,人才培养、学科交叉最终都是为企业解决问题。各个维度的发展其最终目标都是为解决重大社会经济需求和关键工程技术难题服务。
2.2 校企互动协同创新的关键举措
人才培养、学科建设、科学研究三位一体融合发展是促进校企互动协同创新的有效途径。
(1)协同创新的科研平台建设。面向区域优势产业积极开展校企产学研深度合作,搭建协同创新平台,是凝练高校工程学科研究方向、整合高校人才队伍和提高专业社会服务能力的有效途径。以协同创新平台为依托,承担重大科研任务,克服科技资源“碎片化”,利用优质社会资源和重大任务培养人才,办出专业特色,提高就业质量,力求实现高校人才培养、学科建设和企业科技创新的一体化融合。
湘潭大学信息工程学院设有计算机、电子通信、自动化等多学科专业,拥有“智能计算与信息处理教育部重点实验室”“智能制造湖南省普通高等学校重点实验室”等高等级科研机构,依托已有基础开展了系列产学研协同创新实践。针对上述目标,在平台建设方面,积极谋求与省内知名高校和企业合作,联合建设了系列国家级、省部级科研和人才培养平台,依托平台,取得了校企互动协同创新的若干成效。表1为近年来成立的主要校企合作平台。
在已构建的协同创新校企合作平台基础上,除最大限度地执行教育部和地方政府对协同创新明确的支持政策外,协同体单位在自身现有的条件和能力范围内,给予协同创新平台充分的政策支持与保障,使之成为有利于协同创新的政策汇聚区,成为改革发展的实验区,在服务重大工程需求和解决重大工程科技问题上发挥重要作用,真正体现协同创新的优势。例如,湘潭大学信息工程学院与湘潭钢铁集团有限公司同时建设有湖南省高校产学研合作示范基地和高校研究生培养创新基地,在产学研和人才培养平台融合建设方面取得较好成绩。以863项目“典型钢铁企业MES及产销一体化关键技术研究”、十二五国家科技支撑计划项目“钢铁企业集团生产管控数字化应用示范”、国家节能减排技术研究项目“典型钢铁企业能源管控一体化系统研究及开发”、工信部电子商务集成创新试点工程项目“钢铁企业供应链协同信息平台建设”为背景,大力开展协同创新,在科技攻关、联合人才培养、知识产权成果申报、省部级奖励等方面取得了较为丰富的成果。
(2)工程专业人才培养。目前全国高校正积极参与工程教育认证,工程教育认证的核心是基于产出的教育模式(Outcomes-based Education,OBE)。在OBE教育系统中,教育者必须对学生毕业时应达到的能力及其水平有清楚的构想,然后寻求设计适宜的教育结构来保证学生达到这些预期目标。学生的产出主要体现在能力的掌握而非传统的教师经验传递,作为工程专业而言,最重要的能力即为解决复杂工程问题的能力,这里的复杂工程问题不再是传统教学中简化的问题,而更强调企业生产实践中真正面临的问题。在这一点上,校企互动协同创新与OBE天然融合,因此有必要大力推进基于产出的工程教育人才培养。
湘潭大学对于工程专业人才培养一贯重视,2012年即开始积极筹备参与工程教育认证,继2015年机械设计及其自动化专业通过认证后,2016年自动化专业成为首个通过认证的信息类专业,随后计算机科学与技术和通信工程两个信息类专业的认证申请同时被受理,2017年两个专业将同时接受后续阶段的评估。
针对信息技术发展与应用趋势以及地方院校信息工程类专业人才培养定位,应大力提倡以区域、社会重大工程需求和企业面临的关键工程技术难题为导向,培养既有扎实理论基础同时具备解决实际工程问题能力的人才。只有在各个层面大力倡导工程导向的人才培养理念,才能有效促进地方院校工程类专业建设目标与企业需求的有机融合,推动校企互动协同创新,最终促进工程专业人才培养。
为此,上述两个参与认证的专业都开始从工程专业科研与人才培养一体化角度思考专业建设问题。通信工程专业构建了电源复杂工程问题课程群,基于专业领域一个相对完整的复杂工程系统――DC-DC电源系统,通过前后衔接的系列课程,按照从分立到联合的机制,系统地培养学生分析和解决复杂工程问题的能力。计算机科学与技术专业则构建了网络与信息安全、面向领域的软件工程等几类复杂工程问题,从专业特色、课程体系、实验项目几个层面进行了系统梳理,力求从不同角度实现对工程专业人才培养的支撑,促进人才培养导向的教学和学科发展导向的科研之间的有机融合。
(3)多学科交叉的协同创新。我国高等工程教育在知识经济时代背景下急需培养跨学科的应用型工程人才,但在目前高等教育普遍培养模式的影响下,多学科交叉的工程人才培养模式存在各方面的发展壁垒,如传统的专业课程体系、传统的院系设置等。对此,我们通过学位点交叉设置和工程项目驱动科研的方式进行了若干探索和实践。
针对多学科交叉的人才培养和协同创新,与数学学科协同,设立了计算智能二级学科博士点;与材料科学与工程学科协同,设立了过程工业优化与节能二级学科博士点。依托协同创新平台和交叉设置学位点,直接从企业生产中发掘和提炼工程技术难题,为研究生培养提供有价值、有深度的创新研究课题,目前培养的已毕业博士生5名,硕士生20余名;从工程问题中提炼技术要素设计创新训练项目20余项,为在校学生创新创业训练提供支持;此外一大批本科生进入企业开展生产实习,或以企业问题为背景开展本科毕业设计。目前,正在启动与统计学专业在大数据处理方面、与法学专业在大数据知识产权方面开展交叉协作培养复合型人才。
对于多学科交叉的协同创新,我们的一点体会是:“多学科交叉综合研究”主要针对科学研究中采用的方法技术路线,如果长期从事单一学科科学研究和教学,知识面相对狭窄,要深刻理解学科交叉的内涵并非易事。这种理解要在一个具体科学研究项目,或者提出一个新的科学研究理念时得以体现出来。当案例研究过程积累到一定程度时,就应当深入到具有一定实质性“创新”意义的研究方向,多学科交叉综合研究正是产生重大创新成果的途径之一[6-7]。具体而言,要循序渐进鼓励和发展捆绑式学科交叉、渗透式学科交叉和螯合式学科交叉等不同程度的交叉创新机制,不必苛求一步到底,也不应停滞不前。
2.3 校企互动协同创新的若干管理政策
为实现校企互动协同创新,还需从学科专业层面进一步提升,在更高层级的政策层面保障上述措施得以实施。为此,从管理政策层面,需将教学与科研协同规划,通过协同创新平台的引导,使学科研究方向聚集;团队聚集后联合开展研究,获取更多的科研资源和企业认同;通过方向的聚集和专业定位的明确,开展工程教育专业认证相关的教学规范、校内学习与到工业界学习相结合等工作就能事半功倍,并与科学研究工作相一致,一举多得。为加强产学研科研工作的发展,推动学校的创新能力建设,提高学校服务地方经济发展的能力,湘潭大学从2016起设立了“产学研提质专项”资金支持项目,主要是按照湖南省“做强主导产业、做大先导产业、培育新兴业态”的创新型产业集群发展思路,针对湖南省确立的主导和先导产业,以及其他战略性新兴产业资助一批项目用于开拓产学研合作市场,对于获得资助的项目,在启动资金、团队建设、专业发展方面给予指导和支持。
从管理政策方面,还需研究建设分类评价机制,形成工程专业人才培养与学科建设的f同和激励环境,例如在职称评审和科研奖励等高校教师关注的核心事务上,按照基础研究、应用研究、技术转移、成果转化等不同工作的特点,实行分类评价。就湘潭大学而言,近年来在鼓励本科专业参与工程教育认证、扩大研究生专业学位招生规模,确定产学研课题、专利成果转化等在职称评审中的可量化认定标准这些方面都相继出台了措施。在目前众多高校办学重心下移、管理重心下移等改革措施下,人才培养、科学研究、学科建设三位一体的适合工科院系发展需要的评价机制正在逐步形成,这些措施均有利于形成校企互动协同创新的激励环境。
3 结 语
湘潭大学信息工程学院大力开展校企互动协同创新,在平台培育、管理模式、探索实践等方面进行了初步探索,对提高人才培养质量和学科建设水平产生了较积极的效果,并为企业科技创新提供支持。尽管如此,相关模式和机制仍有待进一步探索和完善。
参考文献:
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