单位文秘网 2021-10-08 08:10:04 点击: 次
摘要:从重庆交通大学通信工程专业的实际出发,在分析通信工程特色专业培养目标和定位的基础上,对与通信工程特色专业相对应的实践教学体系进行了深入的阐述和分析,并提出了通信工程特色专业实验室建设思路和实验室建设方案。根据一期建成之后的效果来看,达到了预期的目的。
关键词:通信工程专业;实践教学体系;实验室建设;NGN综合实验系统
作者简介:李益才(1970-),男,重庆人,重庆交通大学信息科学与工程学院,副教授。(重庆 400074)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2011)29-0132-04
信息化社会的发展使人们对通信技术的需求日益迫切,而对从事通信领域研究、设计和应用的工程人才的需要更加迫切。培养具有较强的动手能力、工程实践能力、创新能力和独立工作能力的本科生一直是理工类通信专业致力发展的目标。[1,2]对于众多一般本科院校的通信工程专业要能在目前激烈竞争的环境中立足,则必须以特色显示活力,以特色保证质量,以特色加强竞争力,以特色服务于社会。[3]大学生创新能力与实践能力培养是通信工程特色专业建设的核心内容,实践教学体系是创新能力培养,尤其是实践能力培养的重要保证。[4]
本文从重庆交通大学通信工程专业的实际出发,在分析通信工程特色专业的培养目标和定位的基础上,对与通信工程特色专业相对应的实践教学体系进行了深入的阐述和分析,并提出了重庆交通大学通信工程特色专业实验室建设思路和实验室建设方案。
一、通信工程特色专业实践教学体系
1.重庆交通大学通信工程特色专业的培养目标和定位
在走访和调查了国内的北京邮电大学、重庆大学、电子科技大学、华中科技大学、重庆邮电大学、东南大学、长安大学等高校的通信工程专业后,结合对重庆市高速公路集团公司机电部和路网中心、交通部公路科学研究院北京新桥技术公司、重庆市道路运输管理局、重庆市轨道交通(集团)有限公司、中兴公司重庆分公司等大型企业及本专业学生发放调查问卷的分析,根据通信工程专业国内外发展趋势,并对信息科学与工程学院多年在教学和科研中与国内外同行交流的积累进行提炼,结合重庆交通大学通信工程专业已有的优劣势,重庆交通大学通信工程专业建设思路:紧跟通信领域的最新发展趋势,结合学校交通行业背景,突出通信技术在交通行业中的应用。以人才培养模式改革为核心,课程体系和实践体系建设为重点,精品课程建设、教学团队建设、实验室建设、师资培养为突破口,注重实践能力培养,全面提高学生综合素质。
为此,重庆交通大学通信工程特色专业培养目标为:以交通通信系统、交通物联网为专业方向,以通信技术在交通中的应用为特色,能从事各类通信系统集成、调测、维护和通信设备或终端的设计、制造、应用开发等的工程应用型技术人才。
明确了两个专业方向。交通通信系统、交通物联网。前者主要培养学生通信系统的规划、设计、系统集成、调测、运维能力,以交通行业通信系统为其应用点,掌握通信系统集成的一般能力,辐射通信运营商以及其他行业通信系统集成的需求;后者主要培养学生利用嵌入式系统知识,完成物联网无线接入设备的设计与开发,面向社会各行业物联网无线接入设备的开发,以交通物联网为其典型的应用点。
培养学生三个方面的能力。重庆交通大学通信专业毕业生至少应掌握以下三种能力之一: 通信网系统集成能力,包括计算机网络系统集成、2G/3G无线接入信号覆盖路测、基站业务割接、核心网系统设计等;嵌入式系统设计与开发:掌握物联网无线接入相关原理基础上,利用嵌入式开发,设计完成无线接入终端设备,主要应用到各种终端设备嵌入式开发(如:汽车嵌入式通信设备开发、桥梁监测传感器节点等);基于计算机或移动智能终端的应用开发能力:主要是通信网业务应用服务器、通信网管理软件、计费软件、认证软件以及移动智能终端应用软件等软件开发能力。
2.通信工程特色专业的课程体系与实践教学体系
(1)通信工程特色专业知识体系。根据国家教学指导委员会在通信工程本科指导性专业规范,结合通信工程特色专业定位、培养目标和专业方向,通信工程特色专业的知识结构包括通识教育、学科基础知识体系、专业及专业方向知识体系和专业实践实训体系四大部分。其中通识教育内容包括人文社会科学、数学与自然科学、经济管理、外语、计算机信息技术、体育以及实践训练等知识体系;学科基础知识体系包括电路与电子学知识领域、信号系统与控制知识领域、计算机知识领域和电磁场知识领域;专业及专业方向知识体系包括必修知识单元及交通通信系统、交通物联网专业方向的相关知识单元;专业实践实训包括从课程实验、课程设计到专业实习、毕业设计等一系列的专业实践技能训练。通信工程专业专业知识体系如图1所示。
(2)通信工程特色专业实践实训体系。实践教学体系与本专业知识体系紧密结合,实践教学内容遵循由简单到复杂、由验证型实验到设计型实验、由单一知识点的实验内容到综合实验的基本思想。在实验手段上,采取了硬件、软件或硬软件相结合的办法实施。通信工程专业知识体系中每个知识领域的实验都可以分为不同层次,通过不同层次的实验教学培养学生验证理论能力、设计能力和综合应用知识的能力,并在基本工程素质方面得到良好的训练。在能力训练方面包括:常用仪器仪表的使用、基本电子工艺设计能力、基本电路设计能力、综合应用知识的能力、社会实践能力和基本的工程设计能力等。
通信工程专业对学生实践能力培养分为五个部分来进行,分别是:
1)课程实验:是最底层也是最基础的实践能力培养手段。包括从通识教育到学科基础知识体系,再到专业方向知识体系所有知识领域的课程实验。实验类型主要以验证性实验、设计性实验为主,间或也有部分综合性实验。课程实验培养学生的基本实践动手能力,对所学理论知识进行验证或利用理论知识进行简单设计,达到掌握所学理论知识的目的。这部分实验在培养方案180学分中占到22学分,计704学时。
2)课程设计:作为一个重要的实践教学环节,是学生学完课程后综合利用所学的知识进行设计实践的一种实践教学形式,一般由教师出题、指导,学生进行设计。本专业的相关课程设计包括程序设计实践、电子技术综合设计与制作、通信原理课程设计、通信网综合课程设计、嵌入式系统设计与实践、专业方向课程设计。其中专业方向课程设计是在通信网综合课程设计及嵌入式系统设计与实践的基础上,根据学生所选专业方向,在交通通信系统及交通物联网上的进一步升华与应用。这些课程设计从第二学期到第七学期每学期一个,计学分13学分,占时13周。
3)创新实践:在实践体系中占有非常重要的地位,鼓励学生参加科技活动、创新实践活动,积极参加教师的科研项目,引导学生积极参与学科竞赛,如大学生数学建模竞赛、电子设计大赛、计算机仿真大赛、单片机设计大赛、嵌入式系统大赛等。或者是由教师根据实际项目或实际应用进行命题,由学生根据自己所修专业方向进行相应的通信技术方面的实践。最后通过由本系教师所组织的答辩,可获得1个必修实践学分。
4)专业实习:是学生在掌握专业基础知识之后,进入生产单位之前的重要综合实践课程,是对学生专业理论知识和技能进行基本认识和培训的集中实践性教学环节。目的是使学生通过专业实习可以把专业基础知识和专业知识同实际应用结合起来,从而进一步提高学生的实践动手能力和分析解决实际问题的能力。这部分占2学分,计2周时间。
5)毕业设计:毕业设计是教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践教学环节。通过毕业设计能使学生综合应用所学的各种理论知识和技能进行全面、系统、严格的技术及基本能力的练习。要求学生针对某一课题,综合运用本专业有关课程的理论和技术,做出解决实际问题的设计。毕业设计是教学过程的重要环节之一。目的是总结检查学生在校期间的学习成果,是评定毕业成绩的重要依据;同时,通过毕业设计,也使学生对某一课题作专门深入系统的研究,巩固、扩大、加深已有知识,培养综合运用已有知识独立解决问题的能力。毕业设计也是学生走上工作岗位前的一次重要的实习。这部分占14学分,计14周时间。
二、通信工程特色专业实验室建设思路
有好的实践体系也必须有与之配套的实验环境。通信工程专业实验室建设投入巨大,是每一个开办通信工程专业的学校都十分清楚的事情,特别是对一个新开办专业而言(我校通信工程专业于2004年首次招生)。在学校本身投入并不大的情况下,争取更多渠道的经费支持以及以最少的经费办更多的事是进行实验室建设必然要考虑的问题。在少量经费的支持下,如何配置实验室以及如何能让建成的实验室内发挥更大的效用,笔者在此有如下一些思考:
1.实验设备及系统购置与特色专业培养目标相结合
重庆交通大学通信工程特色专业可以用一句话来概括:依托交通领域优势学科,在两个专业方向上(交通通信系统方向和交通物联网方向),培养学生三个方面的创新实践能力(交通通信系统集成实践能力,基于嵌入式系统开发的交通信息采集要、传输及处理实实践能力以及基于PC机或移动智能终端的应用开发能力)。
结合特色专业培养目标,将通信工程专业实验室的NGN综合实验系统包括这样几个子系统:计算机网络系统;融合通信系统;远程视频监控系统(可以完成车辆流量统计、运动物体跟踪、车辆闯红灯的自动识别等与交通密切相关的功能);无线传感网络实验系统(利用传感器采集桥梁健康监测数据等);RFID应用系统(车辆不停车收费、车辆定位跟踪等);3G系统;光传输系统。这些系统结合起来可以完成从交通信息采集、传输到处理的整个功能,能够满足通信工程特色专业学生创新实践能力培养的需要。
当然,以上各实验系统的建设以及整合由于经费的原因并不能一步到位,而是一个长期的建设过程。在经费较少的情况下,对设备及实验系统根据本科教学的需要及轻重缓急分几期进行采购。并且这几期的设备应相互衔接和融合,最后能形成能满足本科教学需要、满足特色专业培养目标需要的实验系统。
2.实验室建设同时服务于本科教学与科研
本科教学与教师科研水平的提升并不矛盾,而是相辅相成的。引导学生积极参与教师的科研项目就必须提供一个高水平的实验平台。教师将科研项目分成一个个的子项目,学生以科技小组的形式参加,既能培养和锻炼学生的动手能力、创新能力和自信心,同时也能提高学生的就业竞争力。同时,教师的科研项目也能为学生的综合课程设计、专业方向课程设计及毕业设计提供真实的素材,培养了学生的独立科研能力、动手能力、计算机能力、分析问题能力和创新能力,尤其是敢于竞争的自信心和勇于创新的思维。
因此,在进行实验室建设规划时,在力所能及的情况下,对学院所支持的科研方向上进行适当设备投入,既便于教师进入实验室进行科研和指导学生,也为提高学生的创新实践能力提供了一个高水平的实践平台。
3.实验系统分期建设与自主研发相结合
目前,对国内的绝大部分非211、非985学校而言,学校发展资金的匮乏是人所共知的事实。规划很好、技术非常先进的实验系统如果没有资金的保证,也只能是望梅止渴。因此在进行实验室规划时,结合本专业人才培养目标的实际需求,在实验室建设规划中明确提出实验室建设就是建设一个“平台”加一个“系统”,平台指的是通信工程专业的基础课程实验平台,主要由具有二次开发功能的实验箱构成,涉及的课程主要有通信原理、移动通信原理及高频电子电路等,一个系统主要是指NGN(Next Generation Networks)综合实验系统,该系统经过教师与实验设备提供商共同讨论和设计,整合了计算机网络实验系统、融合通信实验系统、无线通信实验系统(3G)及光传输实验系统等,具有可扩展功能,便于进行分期建设和扩展。
在规划中,将实验室建设分成三期建设。第一期主要建设计算机网络实验系统和融合通信实验系统以及通信基础实验平台。第二期建设无线通信实验系统,即在NGN实验系统中增加无线传输部分。第三期建设光传输系统和无线通信实验系统,将第一期建设中的核心网部分(最初是由三台路由器模拟一个核心网)替换成光传输网络,无线通信实验系统也为整个实验系统的一个部分。这样可以减轻每一期实验室建设的资金压力。
在第一期建设完成后,即着手在该实验系统上开发应用系统,这些应用系统包括:远程视频监控实验系统、无线传感网络实验系统、RFID实验系统、GPS车辆定位与跟踪、GPS导航系统、软phone、VoIP、软视频电话等,这些实验系统充分利用融合通信实验系统进行数据的传输。同时利用无线路由对融合通信实验系统进行无线扩展。所有这些实验系统只需要增加少量的硬件设备,经费(2万~3万元)可从每年学校拔付实验室实验设备维持更新费用中即可得到解决。而软件系统以及系统的集成由专业教师组织学生科技兴趣小组进行开发和调试,并最终达到实用的效果。这种建设方式既培养学生的创新实践能力,同时也为实验室建设节省了资金。
4.以自主创新实验提升实验系统应用的广度和深度
通信技术创新实践在通信工程专业培养计划中占用1个学分,目的是培养学生利用所学专业知识解决实际问题的能力,这些实际问题可能是通信系统集成方面的也可能是交通信息数据采集、传输或处理方面的,还可能是移动智能终端应用程序开发方面的,与前所提到的培养学生三个方面的能力相吻合,由学生自主选题,指导教师把关。由于NGN综合实验系统所特有的模块化设计和开放性,这些自主创新实验项目可作为NGN综合实验系统的扩展应用,增加了实验系统的创新实验项目,也进一步提升了实验系统应用的广度和深度。
三、通信与交通物联网实验室建设方案
通信专业特色专业实验室主要负责全校相关专业计算机网络课程实验以及通信工程专业的专业课程及专业方向课程实验、课程设计、创新实践、毕业实习及毕业设计等,实验室名称为通信与交通物联网实验室。
1.通信与交通物联网实验室构成
如前面第二节所述,通信与交通物联网实验室由一个“平台”和一个“系统”构成。
“平台”指的是通信工程专业的基础课程实验平台,主要由具有二次开发功能的实验箱构成,涉及的课程主要是通信原理、移动通信原理及高频电子电路。建设一个基础课程实验平台的目的有:一是通过验证性实验让学生对课程所涉及的基本原理和概念有一个感性认识,通过直观的波形观察深刻理解和掌握课程的基本原理和概念;二是通过设计性实验提高学生的分析问题和解决问题的能力,提高学生的实践动手能力。
“系统”主要是指NGN(Next Generation Networks)综合实验系统,该系统经过专业课程教师与实验设备提供商经过共同讨论和设计,整合了计算机网络实验系统、融合通信实验系统、无线通信实验系统(3G)及光传输实验系统等,具有可扩展功能,便于进行分期建设和扩展。NGN综合实验系统将专业方向、工程设计、综合实践及自主创新等实践平台整合在一起,将感知、传输及应用整合在一起,以满足通信工程特色专业建设的需要。下面仅以NGN综合实验系统的建设方案予以说明。
2.NGN综合实验系统建设方案
根据学校及通信工程专业的实际情况,在前面所述实验室建设思路的指引下,本着节约资金、满足本科教学需要的原则,对NGN综合实验系统的建设提出如下要求:实验系统能满足本科教学需要,能传输视频、话音及数据;满足NGN系统规范化设计要求;模块化接口,组网灵活简便,便于系统的分期建设与扩展;完全开放的软件开发接口,打造研发型平台。同时对NGN综合实验系统第一期建设所包含的两个子系统(融合通信实验系统和计算机网络实验系统)的功能要求包括:IPv4和IPv6的相关实验,网络配置、设计及网络协议的相关实验,软件交换的相关实验,SIP协议和P2P以及流媒体的相关实验,话音、视频及数据传输的相关实验等,同时还要求在所建成的网络上能够开发新的应用系统,即第二期建设中的远程视频监控实验系统、无线传感网络实验系统、RFID实验系统、GPS车辆定位与跟踪、GPS导航与定位系统、软phone、VoIP、软视频电话等。
根据上面所确定的功能要求和建设要求及原则,设计的NGN综合实验系统的架构如图2所示。
两个软交换服务器分别接到两个不同网段的交换机上,这两个交换机分别与核心网络连接,交换机下面可以直接连IP电话或在其连接PC上运行软电话,同时还可以通过无线AP接入VoIP手机,模拟电话可以通过IAD设备与交换机连接并可以通过交换扩展用户线,每个交换机还分别连接了一个TG设备,TG设备直接用E1线连接,其上跑的是7号信令。这样就构成网络不仅可以模拟局域网内的通信,还可以模拟广域网内的通信,同时两个TG设备用E1线连接构成了第二通路,保证在互联网不通畅的情况下也能完成高质量的通信。
其中的光传输网络及3G无线通信实验系统为待建,其余为一期工程建设已建好。目前正在其上搭建如前面所述的部分应用系统。
这里需要特别指明的是:系统架构中并没有将计算机网络实验系统特别地画出来,计算机网络实验系统分五个实验小组,每个小组由一台三层交换机、两台路由器、两台二层交换机及一台串口控制服务器组成。在需要的情况下,可以将这些网络设备通过跳线组成NGN综合实验系统中较为复杂的核心网部分,以完成一些较为复杂的实验。在一般情况下,NGN综合实验系统的核心网由三台路由器组成。
3.NGN综合实验系统外围设备
NGN综合实验系统作为专业方向、工程设计、综合实践及自主创新等实践平台的综合实验系统,要完成通信工程专业学生三个方面的实践能力的培养,特别是嵌入式系统设计与应用开发、基于计算机或移动智能终端的应用开发能力的培养,还需要相应的与综合实验系统配套外围设备。为此,我们配套购买了包括ARM9开发板(Micro2440SDK + 3.5"LCD套餐)、SEED-DEC6437开发板、DSP仿真器 XDS560增强型、Cyclone III CY7C68013A USB2.0+FPGA开发板、CC2431开发板(定位套件)、ZigBee评估套件、DEV3530开发套件、ARM+FPGA开发套件、DSP+FPGA视音频开发板、无线信号探测器、SIP WIFI网络电话手机、嵌入式手机开发平台、500MW专业调频发射机\调频广播发射机、GSM手机信号放大器、无线传感网络实验系统、USRP2-PKG无线传输实验平台、GSM工业手机模块、GPS定位模块、FPGA开发板等一系列系统外围设备。这些外围设备的购置不但丰富了NGN综合实验系统的创新型实验项目,也吸引了通信工程专业各年级学生进入实验室的兴趣。
四、结论
NGN综合实验系统项目一期已于2010年建设完成,包括融合通信实验子系统和计算机网络实验系统以及相应的外围设备,并配备了45台计算机。一期项目建设完成后,经过学生和教师的共同努力,设计和开发了多个新的实验项目和学生自主创新实验项目,包括流媒体播放的天佑听听(已在校园网内广泛使用)、软Phone、手机短信及语音加密通信、WSN节点定位、传感数据采集、运动物体的GPS定位与跟踪、远程视频监控与视频数据处理等多个实验项目,学生的实践动手能力和自主创新能力得到了极大的提高。在重庆交通大学通信工程专业年招生规模60人的情况下,学生课外科技活动也取得了较好的成果:学生获国家级奖励6人次,获市级奖励20多人次,获校级奖励100多人次。
参考文献:
[1]曹玉英.通信综合实验平台的建设[J].电气电子教学学报,2010,(6):74-75.
[2]耶晓东.电子信息工程专业实践教学改革的研究与探索[J].中国电力教育,2010,(3):139-140.
[3]师向群,马云辉,李飞鹏,等.中山学院通信工程特色专业建设及初步实践[J].中国现代教育装备,2011,(3):133-134.
[4]张有光,张晓林,哈聪颖.通信工程特色专业实践教学体系建设[J].电气电子教学学报,2010,(6):106-107.
(责任编辑:王祝萍)
(责任编辑:单位文秘网) )地址:https://www.kgf8887.com/show-122-94656-1.html
下一篇:改变人类生活的孤子
版权声明:
本站由单位文秘网原创策划制作,欢迎订阅或转载,但请注明出处。违者必究。单位文秘网独家运营 版权所有 未经许可不得转载使用