电子信息工程特色专业建设的研究与实践
摘 要:电子信息工程专业应以工程应用为背景、以培养应用型人才为目标,围绕专业特色进行课程体系和实践教学体系的改革与建设。在特色专业建设的过程中需注重解决专业课程的设置、多层次教学、教学与科研相结合和教材建设等方面的问题。
关键词:电子信息工程;特色专业建设;人才培养
电子信息工程是信息产业的重要基础和支柱之一。电子信息工程专业以电路与系统、信号与信息处理、电磁场与微波等理论为基础,研究各种信息的获取、传输与处理,在此基础上研究和发展各种电子与信息系统,培养具备电子技术和信息系统的基础知识,能从事各类电子设备和信息系统的研究、设计、制造、应用和开发的工程技术人才。
一、确立以工程应用为背景,以培养研究应用型人才为目标的专业办学思想
目前,我国的大部分理工科院校都开设了电子信息工程专业。电子信息工程专业作为一个宽口径专业,涉及到的专业知识面比较广,每个学校不可能在电子信息工程的各个领域都有优势,只可能在某一个或几个方面教学科研力量比较强,因而,学生的专业知识结构要与学校的教学科研特点结合起来,在加强专业技术基础的同时,要办出特色。[1-2] 中北大学电子信息工程专业以一级学科“信息与通信工程”、“仪器科学与技术”为依托,经过十几年的建设和发展,逐步形成了产品内部结构形态特征信息的提取、处理、识别的理论和技术,恶劣工作环境下的光电告警技术,尤其在国防重点工业产品内部结构特征信息获取、自动识别和阵列信号分析、多物理场信息重建、光电告警系统中的信号处理和识别等方面形成了鲜明的专业特色。经过大量的外出调查,邀请校内外专家学者的讨论,结合科研背景,特别是经过教育部特色专业的申报,确立了以多物理场信息获取和处理为背景,以信息处理、重建和自动识别为核心,以产品内部结构形态特征信息的提取、处理、识别及恶劣工作环境下的光电告警技术为特色,以电子技术、信息处理技术、计算机技术为三个支撑点,以培养研究应用型人才为目标,具有国防特色的电子信息工程专业办学思想。
二、围绕专业特色进行课程体系建设
根据培养研究应用型人才为目标的办学思路,围绕专业特色进行课程体系建设。在培养方案的制订过程中,应注重学生基本理论、基本技能、创新意识和创新能力的培养,努力实现素质教育与专业教育结合、课堂教学与实验教学结合、个性发展与共性提高结合。
(一)按照“知识结构合理”、“内容精练”的原则设置专业必修课，在课程内容组织上,以信息的获取、调理、传输、存储和处理为主线,坚持基础性和先进性相结合的原则, 将经典与现代有机结合,体现基础性、前沿性和时代性,及时将教改教研成果以及科研成果引入课程教学。按照认知规律,本着分析与综合并重,经典与现代并重,软件实现与硬件实现并重的原则,合理分配学时和内容,真正做到教学内容新颖、信息量大。在2006年教学计划修订时,我们将信号与系统的教学学时增加,随机信号处理课程由专业课改为专业基础课,数字图像处理课程由选修课改为必修课。数字电子技术在学时不变的情况下,减少小规模集成电路的内容,增加大规模集成电路的相关内容;信号与系统课程的教学内容以两种系统、两类方法、三大变换为中心来进行,比以2008前增加了离散信号的时域分析、Z域分析、相关的分析方法和理论等内容;随机信号增加平稳时间序列的 AR、MA、ARMA线性模型的建立方法和基本理论;数字信号处理课程在学时不变的情况下,将离散信号的时域分析、Z域分析等内容删除,增加谱估计等内容;数字图像处理课程采用双语教学,采用国际上应用较多的英文教材进行授课,结合以多物理场信息探测与处理的工程背景,增加图像重建等方面的内容;注重C语言与汇编语言混合开发, 注重软件在数字信号处理、通信等领域的应用;通信原理更加注重数字通信部分的讲解。[3-4]
(二)根据专业特色,按照“跟踪学科前沿”、“掌握先进技术”的原则设置选修课 在专业选修课设置上,根据专业特色,按照“跟踪学科前沿”、“掌握先进技术”的原则设置一定学时的任选课,增加教学计划的柔性,拓宽学生的知识面,灵活专业方向。电子信息工程专业结合科研背景,以产品内部结构形态特征信息的提取、处理、识别及恶劣工作环境下光电告警技术为特色,增设了无损检测技术、检测系统设计、统计信号分析、微弱信号分析和模式识别等专业选修课程,逐渐形成适应社会需求的多物理场信息处理、无损检测和车辆电子学等多个专业方向。
(三)坚持“数学、英语、计算机、模拟实验”四个不断线,强化学生系统思维方法和工程实践的训练，数学是电子信息工程专业的理论基础, 英语是电子信息工程专业计算机编程能力的艏，计算机是实现理论方法的工具之一。通过系统地进行课程设置、课程设计、实验教学与工程实践等环节,来实现“数学、英语、计算机、模拟实验”四个不断线的人才培养理念,强化学生系统思维方法和工程实践的训练,使学生具有较强的动手能力和解决实际问题的能力,从而探索一条教学科研相结合的人才培养的有效途径。针对学生编程能力较弱的问题,在二年级专门增设了程序设计实践周,对学生的计算机编程能力进行强化。在电路与电子学、数字电子技术、数字信号处理、微机原理与接口技术、单片机、随机信号分析、数字图像处理、现代传感技术与应用基础、高频电路和通信原理等课程中,采取硬件实现与软件实现相结合的教学思路,坚持计算机能力培养不断线,强化学生系统思维方法和工程实践的训练。
三、实践教学体系的改革与建设
淡化理论教学与实验教学的界限,将理论教学与实验教学有机结合,实验教学作为理论教学的延伸,是培养学生综合能力的重要环节。
(一)改革实验内容，针对电子信息类课程实践性较强,实验教学内容验证性实验较多,设计性实验偏少的问题,对实验内容进行改革,对验证性实验进行扬弃,增加设计性、综合性实验,以设计性、综合性实验为主。在专业基础课、专业课中尽可能全部开设设计性、综合性实验,并且开设的数量占较大比重。
(二)体现多层次教学思想，实验教学分为必做、选做和自拟实验三大类,要求学生掌握必做实验之外,需要选做部分实验,少数优秀的学生可以自拟实验题目进行学习,从而有利于应用能力的培养和优秀创新人才的选拔。教师所布置的每个实验除包含实验要求,实验基本原理外,还包含许多实验思考题,但没有实验步骤,其目的是为了提高学生自主性实验能力。实验思考题大多是实验内容的延伸和综合。实验教学方式为开放式管理,形成课内课外相结合的多模式实验教学。实验教学方法提倡个人思考,小组讨论,以培养学生之间相互学习的意识和团结协助的精神。在自拟实验教学中,学生根据所学的知识,实验前拟订实验方案,经指导教师审核通过后再进行实验,从而有利于学生的自我发挥和创新能力的培养。
(三)突出实用性和先进性相结合的原则：实施循序渐进,从单一电路到系统电路设计的教学模式。在实验内容上既保证基本实验内容又加强学生自我发挥的内容;在电路实验上既保证硬件实现,又加强EDA实验;在专业课的实验中,注重与实际科研项目相结合进行实验,使学生能够对所学知识得到更强的感性认识,培养学生的创新能力。在实验教学中,强调实验教学的主要目的是锻炼学生应用所学知识分析问题和解决问题的能力,充分应用各种最新的硬件和仿真软件,能硬则硬,能软则软,或软硬结合。例如在一些课程的实验中用电路完成时,学生花费大量的精力在电路调试上,效果不好, 一些复杂系统的实验更是无法实现。我们利用PLC这一软件工具,开发和设计了多个实验,包含了信号与系统、数字信号处理和随机信号分析等课程。
(四)改革课程设计内容,推行课程设计导师制。高水平的综合性课程设计是一个专业水平高的体现,根据学生的特点开出高水平的综合性课程设计是提高办学质量的一个重要环节。在电子信息工程专业所开设的课程设计中存在内容相对较少,没有真正把几门课程的设计性内容融合为一体的问题,如何才能更好地结合科研开出高水平设计是项目组研究的问题之一。从2006年开始我们对课程设计内容进行了改革。二年级第二学期开设的电子工艺实习由2周变为3周,增加PROTELd方面的内容,让学生学会从电路的设计、绘图、仿真、制版、焊接、调试整个过程。在大三第一学期开设的电子线路课程设计, 综合运用电子技术、传感器、信号与系统等方面的知识进行电子线路的设计、仿真和制作。学时由2周增加为3周。学生在学习了信号与系统、数字信号处理、通信原理和数字图像处理等课程以后,掌握信息处理的基本方法,培养学生分析问题和解决问题的能力,为以后深入学习信息处理某些领域中的内容,以及为信息处理技术在实际中的应用打好基础。专业综合实践是在电子类课程和信息类课程结束之后进行的综合性实践,时间由1周增加为2周, 以强化学生的综合应用能力为目的。通过学习锻炼, 使学生获得信息的采集、显示和实时处理基本方法和基本技能,设计一些实用的信息处理系统。坚持教学与科研相结合,依托重点实验室培养高素质的人才本着科研为教学服务的宗旨,制定科研服务于教学的实施办法,鼓励教师在教学过程中将研究方法、研究成果融于教学之中。在专业课的讲授上,许多教师应注重理论与实际科研项目相结合进行讲解,使学生能够对所学知识得到了更强的感性认识。在课程设计上,可将科研项目中用到的技术运用于课程设计中。在毕业设计的选题上,指导教师可将科研项目模块化,指导学生进行学习锻炼。 我们依托与信息类课程相关的重点实验室(仪器科学与动态测试教育部重点实验室、电子测试技术国防重点实验室、山西省无损检测工程中心和山西省光电信息与仪器科学工程中心等),在本科生中实行导师制。在大学三年级,导师安排学生进入这些重点实验室、实习基地,通过演示研究成果和介绍前沿技术等方式,让学生了解科研最新发展动态,指导学生参加综合课程设计、各类学科竞赛和毕业设计,使学生的科研能力和创新意识得到较大提高。选拔优秀的本科生参与到导师的科研项目中,在实践中进行锻炼,进一步提高了学生的科研创新能力。
四、使用和编写适合于本专业特色的教材和讲义
教材是体现教学内容和教学方法的载体,是教学工作的基本要素和教学改革的物化成果,也是深化教育教学改革,保障和提高教学质量的重要基础。我们积极引进普通高等学校重点教材,优先选用国家级规划教材、部省级以上的优秀教材、“面向21世纪课程教材”和教学指导委员会推荐的教材。同时,鼓励教师根据专业特点编写具有特色的高水平教材或讲义。紧密结合学科、专业的调整,加快教材的更新换代,努力保持教学内容的基础性、先进性和前沿性,防止教材编写上的内容陈旧和低水平重复。通过构建“学习包”等形式,形成文字教材、电子教材、辅助教材和参考资料相配套的系列教学用书和教学软件,适应多样化的教学需要。[6]目前,我校在电子信息工程专业使用的重点教材有《在电路与电子学》、《数字电子技术》、《信号与系统》、《微机原理与接口技术》、《数字图像处理》、《计算机控制技术》、《数据库》、《数字图像处理》和《电子技术实验与课程设计》等,使用重点教材的有11门,重点教材使用率达到40%。近三年来,电子信息工程专业教师先后出版了《数字信号处理》、《PROTEL DXP/ PROTUS电路设计与制版教程》、《现代传感技术与应用基础》和《安全用电技术》等教材。其中,《信号与系统》一书被列为国家“十一五” 规划教材,《现代传感技术与应用基础》和《数字图像处理》被列为校级规划教材。教学改革、专业建设旨在培养高质量的人才。做好专业建设规划,不断加强与其他高校和企业的联系, 取长补短,加强薄弱环节的建设,将会使教学质量再上新的台阶。培养受社会欢迎的人才,专业的特色尤为重要。而特色建设是一个系统工程,有待我们今后不断地努力。
参考文献:
[1]蒙树森.培养电子信息工程技术专业创新型人才的探索与实践[J].中国电力教育,2008(6):110-111.
[2]熊庆国.深化改革,创建电子信息工程专业培养新模式[J]. 电气电子教学学报,2007(9):81-83.
[3]王明泉,王浩全.信息类系列课程教学改革与实践[J].中北大学学报(社会科学版),2006,22(3):76-78.
[4]王成华,沈嗣昌.改革电子类专业技术基础,提高学生的综合素质和创新能力[J].电气电子教学学报,2001(2):44-46.
[5]熊庆国,等.电子信息工程专业建设探索与实践[J].武汉科技大学学报(社会科学版).2008(2):69-72.
[6]阎燕,王志茹,许晔峰.发挥学科优势,围绕课程改革,做好教材建设[J].高等农业教育,2008(4):54-56.
