清华大学电子工程系拥有“电子科学与技术”和“信息与通信工程”两个全国排名第一的重点学科,肩负着为国家培养拔尖创新型人才的重任,是我国工程教育和电子信息人才培养的重要基地。随着信息技术的飞速发展,如何培养下一代电子信息工程师是值得我们深入研究的重要课题,在人才培养的环节中实验教学将如何发挥作用也成为我们关注的焦点。电子工程系作为清华大学重点支持的院系,构建世界一流水平的实验教学平台以及建设高水平的实验课程是电子工程系创建世界一流学科的战略部署中的重要环节。本文在深入分析电子工程实验教学中心教学现状的基础上,对实验教学的改革提出了具体建议。
1.实验教学面临的挑战
1.1 信息技术的发展给人才培养带来的挑战
培养符合国家需求的工程人才是电子工程系教学工作的目标。“工程”一词应该理解为富于创造的过程,是在技术、经济、商务、政治、文化等诸多因素的影响下的设计活动,目的是为了提高人类的生活质量。从某种意义上说,今天的人类是生活在“人造的世界”里。那么,未来的世界会变成什么样子,这在很大程度上取决于下一代工程师如何去创造。
基于当今科学技术的迅猛发展,从“工程”的概念可以引申出“现代工程”一词,其含义应以信息技术为核心展开,涵盖了现今以信息产业为重要支撑的知识经济时代人类的各种工程创造活动。信息技术的发展对从事现代工程人才的素质要求越来越高,工程教育将更加注重综合素质、实践能力以及创新意识的培养。电子信息技术发展对工程教育提出了重大挑战。
当前,电子信息技术呈现出多样化的发展趋势。一方面,由于通信产业的迅猛发展,电子器件如光电子、微电子、纳米技术、微波器件等新器件不断出现,它带动了新的系统出现;另一方面,通信与电子系统,包括通信、广播、雷达导航、卫星、遥感、航空航天、无线有线和接入网络等,由于新器件的不断出现和水平的不断提高,新技术的发展和应用得到更广阔的空间。另外,从国家和社会的需求来看,提供更快、更多、更好、更可靠的信息与技术服务已成为学术界和工业界的重大任务。上述趋势推动了学科间的交融,导致了软件和硬件的深层结合,软件无线电、软件卫星、片上系统、光电一体化、全光系统等迅速发展充分证实了这一点。可以说,当前学科之间的界限模糊了,学科之间相互渗透加强了,学科发展已呈现出“你中有我,我中有你,互为一体”的格局。
电子工程系有通信与信息系统、信号与信息处理、电磁场与微波技术、电路与系统、物理光电子、复杂网络与系统等6个二级学科,其研究内容几乎覆盖了电子信息的所有领域。伴随着电子信息技术的发展,这些学科领域从研究内容到前沿核心技术都发生了深刻变化,同时对我们的教学和科研工作提出了挑战。
1.2 电子工程系实验教学课程体系与教学现状分析
在清华大学“985工程”二期的支持下,电子工程系以现代学习理论为引导,大力推进教学课程改革,对旧的课程体系和课程知识内容进行了深入分析,结合国家对人才的需求,致力于构建能够与培养新一代电子工程师的需求相适应的教学体系。电子工程实验教学中心在梳理课程体系的基础上,规划了6个系列课程,即电子技术系列、信号与系统系列、电磁场与微波系列、光电子工程系列、计算机系列和网络系列,如图1所示。
图1 系列课程
该课程体系包括28门实验课程,并设立了180多个实验项目,涵盖了电子工程系学科的基本知识内容。实验项目可分为基础型、综合设计型和探索创新型等三个层次,图2给出了各类实验所占比例。
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