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基于此种形势,文献信息资源共建共享的理念开始树立,而且在资源建设的实践中得到落实,图书馆界积极开展了资源整体布局的研究,也采取了诸如文献联合采购,统一编目,出版联合目录和实行馆际互借等一些具体的资源共建共享方式。然而在传统条件下,信息必须依赖于一定的物质载体而存在,文献信息内容与文献载体不可分割,资源建设过程中信息的共享问题实际转化为物质载体的共享问题,信息的可共享性得不到充分体现:一个单元的文献不能同时满足两个以上用户的信息需求,另外还存在文献信息传输等诸多障碍。因此,文献信息资源建设还多是立足个馆,各图书馆只能围绕自身的用户群进行资源建设,共建共享在传统条件下得不到最有效的实施。在这种情况下,信息资源建设理论不能突破传统文献资源建设理论的桎梏,无法发生质的变化,只能继续强调个馆满足自身用户信息需求的能力。
资源的数字化建设使文献信息摆脱了载体的约束,信息能够实现跨时空的存取,真正做到一方建设、多方利用,信息的可共享性得以充分体现。数字技术和网络环境不但提供了资源共享的全新发展环境,而且提出了重构资源建设理论的迫切要求。重新审视资源建设理论,我们不难发现,信息资源数字化并不等同于资源的共建共享,如不努力创新资源建设的理论研究,数字化建设实际上是“大而全”、“小而全”建设模式的再现。那么,基于共建共享的资源建设理论与传统的文献信息建设理论是何种关系?是继承还是颠覆?本文将研究共建共享对传统文献信息资源建设理论的影响。
2 共建共享理论与传统文献信息资源建设理论的总体比较
文献信息资源建设是指一定范围内的文献信息机构对文献信息资源进行有计划的积累和合理布局,以满足、保障社会发展和国家建设需要的全部活动。文献信息资源建设包括微观和宏观两个方面,宏观文献信息资源建设是指根据一个地区、一个国家乃至国际间的需要而进行全局的文献信息资源布局和协调发展工作;而微观文献信息资源建设是指各个文献信息机构对文献信息的收集、组织、管理、贮存等工作。
共建共享是指在信息资源建设和服务过程中,文献信息机构建立广泛的合作、协作、协调关系,宏观布局和科学规划文献信息资源,利用各种技术、方法和途径,共同揭示、建设、开发和利用信息资源,追求对文献信息资源的完备保障,以最大限度地满足用户信息需求的全部活动。
共建共享理论同传统文献信息资源建设理论一样,也分为宏观建设和微观建设两个层面。不同的是,传统的文献信息资源微观建设即馆藏建设可以独立于宏观建设而存在,而资源共建中的微观建设如脱离宏观建设就失去了共建的意义;传统的文献信息资源建设是在微观建设的基础上进行宏观建设,而资源共建是在宏观建设的指导下开展微观建设。可以认为,传统文献信息资源建设是微观建设决定宏观建设,而资源共建是宏观建设决定微观建设。因此,传统文献信息资源建设与资源共享在建设范围和服务范围两个方面存在不同的效果。(如图1、图2、图3、图4所示)
图1和图2分别反映传统文献信息资源建设和资源共建所产生的不同建设效果。在图1中,由于传统文献信息资源建设是在微观建设的基础上开展宏观建设,因此各个图书馆所建设的资源不可避免地存在重复现象,甚至有部分资源重复现象十分严重(如图中交叠部分所示),重复建设就意味着资源覆盖范围的缩小,因而不利于提高文献信息资源保障率;在图2中,由于资源共建是在宏观布局和科学规划的基础上进行的,避免了资源的重复建设,能最大限度地提高文献信息资源保障率。
附图
图1 传统建设的多馆文献信息资源覆盖范围
附图
图2 共建共享的多馆文献信息资源覆盖范围
图3和图4分别反映传统文献信息资源建设和资源共建共享的不同服务范围。在图3中,由于各图书馆是在微观建设的基础上开展宏观建设,因此个体资源的服务范围之间存在交叉重复,使整体资源的服务范围小于个体资源服务范围之和,只有图中交叠部分所示的用户才能在一定程度上共享资源;在图4中,由于各图书馆在合作协调的基础上共同发展用户群,因此服务范围得到最大扩展,并且可共享资源的用户范围就等同于全体用户。
附图
图3 传统建设的多馆文献信息资源服务范围
附图
图4 共建共享的多馆文献信息资源服务范围
由此可见,资源建设过程中是否将系统布局和科学规划放在首位,是资源共建与传统文献信息资源建设的根本区别。传统文献信息资源建设立足个馆,强调依赖个馆的资源建设来满足特定用户信息需求,从而不能在根本上放弃“大而全”、“小而全”的建设理念。资源共建以系统布局和科学规划为出发点,强调以整体的资源建设来实现对信息资源的完备保障,以满足社会对信息资源的需求(包括潜在需求),资源建设的广度(覆盖范围)由整个共建系统来保障,而资源建设的专深度则由各图书馆来保障。
3 信息资源共建共享对文献信息资源建设理论的具体影响
共建共享对传统文献信息资源建设理论中的建设原则、结构理论、资源补充、资源组织、资源评价等方面都产生了巨大影响。
3.1 对建设原则的影响
在传统文献信息资源建设理论中,被普遍接受的建设原则有:实用性原则,系统性原则,特色化与协调性原则。下文将就共建共享对这三条原则所产生的影响做具体分析。
3.1.1 对实用性原则的影响
通常电力系统的设备,电压都为220V,而由于其他外力作用,导致设备漏电,就会严重影响人体与地面间的绝缘度,导致人体触电,电流过大还会出现生命危险。因此,为了确保电路正常运转,必须采取一定的手段来作保证。
1电子通信工程中设备抗干扰接地概述
1.1接地的概述
在日常进行电子设备调配时就可以发现,改变连接地线的接点或者方式,就能很好的改善电子通信工程中设备的一些干扰项。而在电子通信设备的地线内部,并不存在电压,没有电流从中经过,只有在电子设备信号回流的时候,必定会经过地线这一地方,表明信号传输的目标的实现状态是极具理想化的。所谓的地线,从客观上分析为一个较低的阻抗路径,主要针对信号电流,尤其是在信号电流回流时,必须经过的低阻抗路径,即为地线[1]。在地线中阻抗是一个必然的现象,根据点位的不同会出现在其相对应的位置上,如果存在明显错误的接地方式,就会影响电路的正常运转。
1.2设备抗干扰接地注意事项
依照电子通信工程的具体实践发现,在设备抗干扰接地时要多多的注意的事项,包括以下几方面:
1)地线分为很多种类,例如:在高电平电路、驱动电机、继电器等设备中的地线,通常被称作噪声地线,由于其独特的性能,应当和其他地线区分开,单独使用[2]。
2)为了有效的提高电子通信系统的抗干扰能力,必须要合理的连接信号源的地线,同时要安装测量设备,才能保障抗干扰能力的测试准确无误。
3)数字与模拟信号为不同的地线装置,因此在进行安装时要分开,并将其设置为最好,同时为了避免两种不同信号的相互干扰,在二者的连接过程中,仅需要一个公共点,来确保数字地线、模拟地线的正常运转[3]。
4)无论是模拟电路信号,还是数字电路信号,或是信号源、噪声地线等,都具有自身的独特特点,因此在安装时,要先分别各自接地,再连接到公共接地体上,利于电通信工程中设备抗干扰性的提高。
2电子通信工程中抗干扰接地主要措施分析
2.1合理降低地线自身的阻抗
一般的地线阻抗是由两部分组成,即电感与电阻,在正常情况下,低频电路中,电阻具有十分重要的作用。在直流电的环境下,地线电阻计算公式为:RDC=ρs/A,其中ρ为导体的电阻率,s是电流通过的长度,A表示地线的横截面积。根据公式可知,如果地线和材料相同,将地线的横街面积A增大,就能有效的降低地线的电阻。而在交流电中,由于电阻存在趋肤效应,因此电流主要集中在导体的表面,如果减小导体的横截面,就会提高线路的电阻。而这种状态下,电阻的阻值则为:RAC=0.076γ ∫ 1/2RDC,其中γ是指导线的半径,∫为导线经过的电流频率。将该公式与直流电电阻公式合并计算,就会发现扩大导线的横截面,电阻能够合理有效的被较低。
电感主要主导高频电路,受到地线自身长度的影响,当导线是圆截面的时候,电感值的计算方式为:L=0.2S[In(4.5/d)一1],这里的d是指导线的直径,s为导线的长度;而片状截面时,计算方式为:L=0.2S[In(2S/W)+0.5+0.2S/W],其中的s依然代表导线的长度,而W则是片状导线的宽度[4]。根据两个计算公式,可以发现,当导线横街面积相同时,圆截面的电感值大于片状导线的电感值,这是因为截面一定,圆截面导线大于片状,因此电感值也较大。因此,在高频电路工程中,电阻值的大小与片状导线的表面积成反比,要根据具体情况,适时合理的降低电子通信工程中设备地线自身的阻抗性,为电子设备的正常运行提供可靠保障。
2.2最大程度上减少地环路及其干扰
多点接地也是一种有效的降低地线组抗性的方式,但是却容易一些地环路的出现,同时在电路元器件和接地平面间,分布着许多电容,电流在经过电容回流时,就会形成接地回路,将大大的增加设备的干扰[5]。
可知在地线通过电流时,就会产生一定的电压,在交流电磁场较强的情况下,地环结构的电磁感应就会产生影响,在其回路过程中,产生感应电压。同时,随着磁场强度的增加,回路面积也会影响感应电压的提高,势必会严重影响到电子通信设备电路的兼容性。
而为了有效的降低地环路干扰,可以采取以下集中方式:利用光电耦合器、共模扼流圈等工具切断或抑制地环路中的电流;或是在低频电路中,采用平衡电路的方式来降低地环路干扰。当然,与地环路干扰具有密切关系的是接地点所处位置及其数量,因此也可以从这两方面着手进行地环路干扰的降低。因此,在进行接地设计时,工作人员对于接地点的选择,要做到定要认真谨慎,采用电路信号源与放大器的连接,来降低地环路干扰。根据具体实践经验可知,将信号源与地面的距离增大,能够有效的消除地环结构带来的影响,大大的防止负载的影响,降低电流所带来的不良反应。
3结语
综上所述,接地有效设计对于电子通信设备具有至关重要的影响,为了进一步保障电子通信工程设备的高质量、高性能运转,就要认真、谨慎、负责的对待接地设计,将会大大的推动电子通信设备的正常工作。
【参考文献】
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[4]熊欣,韩大伟.浅谈电子通信工程中设备抗干扰接地措施[J].电子制作,2013(2):12.
【中国分类法】:G642.477
1引言
毕业设计是工科专业最重要的一个综合性实践教学环节,它是对本科生运用所学的专业知识进行系统设计的能力的综合性总结和检验。学生在该环节中要完成文献检索、方案制定、软件硬件设计以及调试等工作,最后通过论文和答辩的形式阐述所完成的工作。毕业设计既可以全面检查学生基础理论掌握的情况、技能熟练程度及提出问题、分析问题和解决问题的能力,又能培养和锻炼学生的实际工作能力。
“双导师制”是指同时安排选派校内和校外企业两门指导教师共同指导本科生的毕业设计,产生于20世纪90年代初,通过理论和实践型导师对学生的专业知识、创新能力、科研能力等各方面进行综合指导的一种培养模式。“双导师制”以全面提高大学生综合素质为核心,加大对在校大学生的培养力度,以达到提高学生的综合素质的目的。
2独立学院工科毕业设计实行“双导师制”的必要性
独立学院在经过近十年的发展,由于民营资本的注入,硬件设施得到了较大的改善,为高等教育加入了新的元素,在校学生达到了一定的规模,为社会培养了一大批人才,促进了我国高等教育的普及化。与普通高校相比,独立学院着眼于技术型、实用性人才培养,因此对于学生的实践技能要求更高。而实践教学是培养应用型人才的重要环节,对现阶段工科大学生急需解决的问题是实践性少,所以把“双导师制”引入到工科大学生毕业设计中,让学生把书本知识与工程实践需求紧密结合在一起,提高毕业设计的效果,增强学生的综合运用知识的能力。
工科大学生毕业设计的传统模式存在很多弊端。传统模式的毕业设计没有以企业的实际项目为课题进行创新研究,做到“真题真做”。学生在毕业设计只是纸上谈兵,接触不到实际的工程项目,对所学的知识只是停留在理论阶段,没有形成应用的概念。传统的毕业设计阶段没有更好的培养学生实际应用能力,让学生很难做到理论联系实际,更无法满足企业和社会的要求。
与传统模式相比,“双导师”指导机制强调的是由校内外两名教师共同负责指导学生毕业设计的全过程,两位指导教师之间既有协作,也有一定的分工。校内指导教师侧重学术指导,而校外指导教师(即资深的工程师以及工程技术人员)则强调实践工作能力。
2 “双导师制”毕业设计改革的计划和实行
为了加强毕业设计规范,保障“双导师制”毕业设计改革的顺利进行,学院及电气系分别制定了《湖北工业大学工程技术学院毕业设计(论文)规范》和《电气信息系关于2012届毕业设计工作的总体安排》,在此基础上,电子教研室针对本专业学生的特点,制定了《关于实施“双导师”本科毕业设计的试行方案》。对毕业设计要求、选题原则、过程指导、毕业设计文本规范要求等做了全面的规定和要求,保证了整个过程的规范性。
2.1 毕业设计指导的总体计划
电子教研室共承担了2012届电子信息工程1、2班,通信工程1、2班毕业设计(论文)指导的教学任务。借助湖北工业大学本部的师资力量以及长期建立的校外校企合作实习基地,将以上本科4个班分成2类进行培养。
通信工程1班、电子信息工程1班采用A类,及选派校内本部具备中级以上职称优秀教师指导;通信工程2班、电子信息工程2班采用B类,一个学生由两名导师指导:聘用校外企业高工和校内青年专职教师,双方导师明确校方指导教师要做好校企间协调及学生管理工作,严格按教学要求把关;企业指导教师由公司聘用的经验丰富的工程师担当,负责对学生的设计过程、设计细节等方面进行具体的指导,使教学与研发有机地融为一体,保证毕业设计的工程应用性技术含量。
2.2 校外指导教师的选派
湖北工业大学工程技术学院电气信息系与富士康(武汉)科技工作园、精伦电子股份有限公司、武汉凌特电子技术有限公司、烽火科技集团武汉虹翼信息有限公司、湖北省广播电视台、湖北广播电视发射台、四川华迪科技有限公司、南京秦泰教育科技有限公司、武汉新芯集成电路制造有限公司、湖北卫星地球站等十多个单位建立了实习、实训基地,湖北工业大学工程学院选择这些技术业务相对稳定的单位为专业教学实习基地,建立了长期的合作机制,这些企业选派业务能力强的资深工程师及工程技术人员做外校外指导教师,培养指导学生的工程实践能力。
2.3 毕业设计的选题要求
校内外导师要熟悉学校对学生毕业设计的基本要求基础上,在充分考虑学生的学习基础和企业自身的特点的情况下,选题贯彻因材施教的原则,发挥学生的主观能动性和积极性,注意结合学生的兴趣爱好和学生的就业方向拟定毕业设计题目,并报教研室审批合格后,对学生公开,召开毕设动员双选会,确定毕业设计题目,导师下达毕业设计任务书。大四下学期开学第四周,要求导师在本小组举行开题,并进行指导。要求:(1)选题应体现本专业培养目标,达到毕业设计的基本要求;(2)选题难度和份量应适度;(3)结合工程实践;(4)一生一题,且不重复;(5)每位老师指导学生不超过8名。指导教师结合自己的科研课题或横向实际技术服务项目为学生提供设计或研究课题,供学生选择。学生结合教师的科研和开发课题项目进行毕业设计。这些科研和开发项目大多是该学科具有一定创新性的课题或结合实际的工程项目。
2.4 毕业设计过程管理
指导教师对论文指导每周两次以上,并进行记载。同时集中进行中期检查,中期检查时每个学生都要汇报毕业设计(论文)进展情况,回答教师提出的问题,提交已查阅到的参考文献、已获得的实验数据、应完成部分的论文初稿等。校内导师要培养学生在专业方面的理解能力、认知能力和创新能力。校外导师要培养学生理论联系实践能力,解决理论学习的不足,增加实践认知能力,提供工程实践经验。这就要求校内外导师保持良好的沟通,从毕业设计的题目到毕业设计过程最后到毕业设计结束都要有两位指导教师的共同参与。校内外导师既要有分工又要合作。
2.5 毕业答辩管理
在答辩分组时,充分考虑了个答辩组指导教师的专业特长,以利于从不同角度对毕业设计进行全面的评判,并制定了合理的、操作性强的评分标准。答辩小组成员根据学生论文的内容、创新点与答辩情况给出答辩的量化评分。学生最后的成绩由校内外导师的综合评价给出成绩,要从学生毕业设计选题的难度、工作量大小、课题的工程实践性价值、完成的质量等多方面考虑。
3 实行“双导师”毕业设计改革的效果评价
“双导师制”毕业设计指导制度从2012届开始,实施周期2年,以下三个方面取得一定的效果。
3.1工程实践题显著增多
以2013届毕业论文选题中,其中真题选题占46.8%。工程实践题占71.6%。本毕业设计(论文)更加注重了结合社会实践、生产、科研的选题,真题真作,设计性题目比重大;公司提供给学生的设计课题涉及面广、量大,进行毕业设计调研必须了解最新技术去解决具体问题。学生到企业完成毕业设计还获得了直接参加工程实践、科研项目或新产品的设计和开发的机会,培养了学生的创新能力、工程实践能力和团结协作精神。
3.2指导教师整体水平提高
参与本届毕业论文工作的指导教师中,高级职称占46.7%;中级职称占43.3%;中高级职称参与论文指导比例明显增加,另外首次采用双导师毕业设计指导,工程人员占20%。校内青年教师在参与工程人员指导学生毕业设计的同时,从专业理论课堂深入到企业,了解电子通信行业最新应用技术,既促进了自己的科研动力,又能将工程实践运用到教学中,提高课堂质量。
3.3学生的就业信心和能力得到提高
承担公司课题的2013通信工程2班和电子信息工程2班学生在企业经过14周的毕业实习与设计,了解了目前电子通信行业项目设计开发流程,得到了实战的机会,使得学生的编程水平得到很大的提高,学生们一致认为,这种形式的毕业设计给他们带来了非常大的收获,改善了人才培养环境,缩短了就业适应期,为毕业后走向工作岗位并较快适应毕业后的社会环境打下了良好的基础。
4 小结
独立学院实行“双导师制”毕业设计后,学生在实地基础企业新制度、新规定及新的实践,通过理论实际,可以学到课本中学不到的东西,实践能力得到提高。实行“双导师制”有利于增强学生的综合素质,有利于提高学生的创新意识和科研能力,有利于适应现代化社会对人才的要求。
参考文献:
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中图分类号:G642.423 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2014)11-0181-02
当前我国在高等工程教育人才培养数量上居世界前列,但教育创新、培养质量等指标仍与世界发达国家存在差距。对于高等工程教育质量,业界的共同反映是毕业生工程实践能力较弱,岗位适应慢,缺乏团队合作与创新精神。[1]
针对高等工程教育培养现状,2010年6月国家启动了“卓越工程师教育培养计划”(以下简称“卓越计划”),提出了高等工程教育的改革方向:[2]一是行业企业深度参与培养过程;二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才;三是强化培养学生的工程能力和创新能力。从国家发展策略上可以看出,重视高等工程教育,提高工程人才培养质量是我国高等教育的重要工作,而其中的核心就是工程实践,应当将培养学生的工程实践能力贯穿于整个本科阶段。
中北大学通信工程专业于2012年2月获批成为第二批卓越工程师教育培养计划高校学科专业(教高厅函[2012]7号),作为中北大学重点建设的优势学科专业,在学科建设和本科教育方面积累了丰富的教学经验,形成了自己的人才培养特色。但不可否认,在工程教育方面还有所欠缺,特别是在实践教学方面还存在一些不足,限制了学生创新思维与实践动手能力的培养。因此,将以此次“卓越工程师教育培养计划”实施为契机,以实践教学改革为工作核心,对适应“卓越计划”要求下的实践教学体系进行研究探索,改革和创新通信工程人才教育理念,培养一批工程技术应用能力强、能够快速适应社会需求的高等工程技术人才。
一、高等本科院校实践教学现状分析
目前我国高等本科院校通信工程专业普遍存在“培养目标不太明确,重理论轻实践”等问题。具体体现在以下几个方面:[3-5]第一,相对于“卓越计划”的培养目标,工程教育偏离工程实践,实验课程设置与工程实际脱节,教学过程重视理论知识学习,却忽视了对学生实践动手能力的培养,致使学生分析、解决实际工程问题的能力较差,创新意识薄弱。第二,实践教学大纲陈旧,验证型实验内容较多,设计型实验与多学科知识综合性实验相对较少,各类实习环节相对固定,留给学生的动手与思考空间有限,无法有效调动学生的积极性,难以适应卓越工程师对工程创新人才培养的要求。同时,由于对实验教学的重要性认识不足,学生存在不动脑思考、仅是按实验步骤机械进行、抄袭实验报告等现象,实验效果不理想。第三,由于高等学校与企业之间没有国家层面的学生实习制度的规范与保障,也没有相关的鼓励政策,使得生产实习、毕业实习等重要实践环节流于形式。第四,毕业设计环节效果较差。由于指导教师缺少工程经历以及学习设计场所和投入经费的不足,选题受到诸多限制,并且大多与工程实际联系不够紧密。同时,由于复习考研、各类资格考试、找工作等原因,很多学生无法投入足够精力完成毕业论文,论文质量较差。
因此,如何解决上述问题,将对学生工程实践能力的培养造成巨大影响。本文将以中北大学通信工程专业为对象,研究探索适合于通信工程“卓越工程师”人才培养的专业实验教学体系。
二、“卓越计划”模式下通信工程实验教学体系的探索
1.建立适应“卓越计划”要求的实验教学体系
实验教学体系的构建要为学生创新意识、工程能力的培养提供保障。根据“卓越计划”工程应用型人才的培养要求,结合专业实际,将实践能力培养划分为三个层次:基本技能层、综合应用能力层、工程实践与创新能力层。
(1)基本技能层。该阶段主要是培养学生扎实的专业基础知识以及学生对各种电子仪器与性能参数的测量方法和实验技能。主要包括以下两个方面:一是大学物理、工程制图、电路分析、数模电子技术、程序设计语言C++、MATLAB基础、单片机原理与应用、专有集成电路设计、嵌入式系统设计等通识教育与专业基础课程实验;二是认知实习、专业发展科普讲座、电子工艺实习等。
(2)综合应用能力层。主要为专业实验、课程设计与专业综合实验,目的是强化学生的系统思维方法和提高学生的综合设计应用能力。主要包括以下四个方面:一是信号与系统、通信原理、电磁场与微波、高频电子线路、计算机通信网、现代交换技术、光纤通信、移动通信等;二是电子线路与系统设计、软件设计实践、通信系统仿真及大型实验、VHDL项目设计、嵌入式系统项目设计等;三是专业综合实践周;四是计算机通信网技术工程实训、程控、传输通信综合技术工程实训。
(3)工程实践与创新能力层。主要培养学生的创新思维、工程实践能力、团队协作意识等。主要包括以下两个方面:一是课外科技创新活动(大学生电子设计竞赛、“挑战杯”课外科技作品竞赛、物联网创新应用设计大赛等);二是“3+1”培养模式的实施(包括顶岗实习、产品研发项目训练等)。
按照上述三个层次,实践教学由简单到复杂,能力培养由弱到强的方式实施,同时围绕工程教育理念,进一步突出“卓越工程师”人才培养特色。融传授知识、培养能力和提高素质为一体;融人文精神、工程素养和创新能力培养为一体;融教学、科研和生产实践为一体。
2.更新实验课程内容,改革实践教学方法,培养学生的工程实践能力和创新精神
在实验课程内容上,融入工程教育理念,以培养学生的工程实践能力与创新意识为核心,结合现有实验教学平台,更新实验教学内容与训练重点,增加综合性、设计性、创新性实践动手环节;同时,加大实验室的开放力度,使学生结合自己兴趣自主选题实验,全面优化提升学生的实践动手能力。
在实践教学方法上,改变传统的“知识灌输型”教学模式,引入先进的教学手段(如多媒体教学、动画设计等),增加互动环节,提高授课的感染力;同时,采取必修实验与选修实验相结合的操作模式,减少必修实验,增加选作实验的综合性与工程性,并逐步向创新型的实验教学模式转变;此外,积极吸引学生参与教师的科研项目,在科研项目中提炼转化实验内容,增加实验的应用性与学生参与的积极性。总之,要以工程教育理念为主线,以学生兴趣为动力,通过多种实践教学手段,充分发挥学生的主观能动性,全面提高学生的工程实践能力与创新能力。
3.整合校内实践资源,加强校企合作,逐步完善校内外实习基地建设
在校内实习基地建设上,通过整合校内实践资源,充分发挥校内现有实践实训场所的作用,可以实现优质资源共享,促进专业的建设和发展。中北大学通信工程专业的校内实习基地建设以国家级电工电子实验教学示范中心、工程训练中心为支撑,不断完善工程实践训练内容,加大工程训练与企业的结合力度,逐步形成了多层次、分阶段、模块化的工程训练模式,实现了将工程训练贯穿于整个培养过程中。同时,校内实习基地由专职教师负责管理,实施全天12小时开放管理模式,学生可以根据自己的兴趣和时间网上预约实习,以此提高学生主动实习锻炼的积极性,为培养学生的实践动手能力提供了保障。
在校外实习基地建设上,多方拓展渠道与企业建立合作关系,形成了一批产学实践基地,并与企业技术专家共同组建了产学合作教育领导小组,吸引了产业资深技术人员全面参与实践教学人才培养模式改革工作。采取的措施包括以下几个方面:一是设立新生校内本科生“导师制”,从入学开始就对学生开展学业规划和指导,根据学生的兴趣与专业培养目标合理制定实习训练计划,指导学生开展工程科研训练;二是为每位学生配备校内与校外导师,对学生全程跟踪与学业规划,形成“双导师”制,依托实习基地现有条件开展毕业实习和毕业设计等工作;三是充分利用校友、科研合作单位等多种资源,积极走出去与知名通信企业进行合作洽谈;四是组织学生定期进行实践总结,开展技术交流,逐步培养学生的工程实践能力。
此外,在应对“生产实习时间过短,企业不愿接纳,学生实习流于形式”等问题上,也进行了深入研究,认为通过一系列行之有效的措施可以改善上述情况。首先,教育部已经联合多个有关部门研究制订了实习安全与保险政策、联合培养企业的财税政策等,提高了企业参与“卓越计划”的积极性。[6]在国家政策不断完善下,校方层面应该出台关于“卓越计划”下的校企合作相关激励与保障政策,包括成立专门的“卓越计划”领导工作小组,制订校内教师参与卓越计划的职称评定与绩效考核激励政策,并积极聘请经验丰富的工程师作为校外指导教师,提供教学、实践、科研场所和设备以及可能的参与实践的机会,安排好学生在企业的学习生活、实践场所,并提供充足的安全和劳动保护等。[7,8]其次,学生在实习之前应做好准备工作,根据实习计划认真查阅相关资料,打下扎实的理论基础,以保证实习效果。最后,为解决企业无法接纳大量学生现场实习的实际情况,可以采用集中学习、分散跟岗的模式。“集中学习”主要是指集中培训与实习相关的理论知识和生产流程、操作注意事项等共性内容。“分散跟岗”主要是指将实习学生分成多个小组,每组配备1~2名企业技术人员,这样可以保证实习质量。
4.优化课程设计、毕业设计等综合实践环节,提高培养质量
课程设计、毕业设计要融入CDIO(构思―设计―实施―运行)工程教育理念,[9]让学生经历产品研发的全过程,从产品需求分析、方案论证到系统设计实现、运行测试等的全程参与可以使学生理论联系实践,掌握工程思维与研发手段,培养学生的综合知识应用能力和解决工程实际问题的能力。在时间安排与组织管理上,可以通过在学期初布置设计任务、在学期中定期检查与指导、在期末验收互评的方式进行,给学生充足的时间认真审核设计方案与不断完善系统功能,使学生深入体会整个设计过程,建立自信心,不断发挥他们的潜能。同时,鼓励学生自拟题目,通过多人共同参与的方式,锻炼学生的创新思维与团队协作能力。此外,将以实施“卓越计划”为契机,遴选教师到企业工程锻炼,形成一支“双师型”的指导队伍,与企业导师联合培养学生。在选题方面,要选取学生在企业中参与完成的工程项目作为选题内容,让学生能够真正结合实际工程问题完成课程设计、毕业设计。[10]
5.积极开展学生课外创新实践,培养学生的实践创新能力
以提高学生的实践创新能力和培养学生的综合素质为目标,积极开展学生课外创新实践活动,尽最大努力为广大学生提供科技创新平台。具体措施主要包括以下几个方面:一是投入专项资金,成立学生电子通信技术实践创新基地,配备相关仪器设备,由学生自主管理,为学生开展实践创新活动提供了良好的场所。同时,建立学生课外科技成果陈列室,营造浓郁的实践创新氛围。二是借助学校相关政策对学生立项项目进行资助,设立学生科研基金,支持学生设计研发;配备一支指导经验丰富、乐于奉献的指导教师队伍参与学生课外科技活动的指导工作。三是建立完整的学生科技创新组织管理办法,并制订《课外能力学分制度》、《科技标兵评选办法》等制度和相关奖励政策,定期举办电脑节、电子设计竞赛等活动,并组织学生参加国内外举办的包括“挑战杯”、全国大学生电子设计竞赛等在内的各类科技竞赛等。四是通过校企合作与教师科研项目开展大学生科技创新活动,吸引学生参与教师科研与校企合作项目,并在经费上予以保障,充分调动学生的积极性。五是鼓励学生成立各种学生社团,如“科技创新协会”、“电子技术爱好者协会”、“Android软件开发协会”等大学生创新组织,由教师及高年级会员定期培训与技术交流,发挥学生的传帮带作用,更好地培养学生的团队精神、创新精神,提高学生的综合素质。
三、结束语
基于“卓越计划”的通信工程专业实验教学体系的科学构建,有利于培养学生的工程素质与实践能力,激发学生的创新意识,进而提高通信工程技术型人才的培养质量。
本文对“卓越计划”背景下的实验教学体系科学构建、实践教学方法改革、实习基地建设等方面的内容进行了积极探索实践,相关方法措施在其他专业实施卓越计划的过程中具有很好的指引作用和借鉴价值。总之,“卓越计划”的有效实施是一个长期的过程,只有全体专业教师积极探索与思考,不断实施教学改革与创新教育思路,才能全面完成“卓越计划”提出的人才培养要求,提高我国工程技术人才的培养质量。
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中图分类号:G642.3 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-8181.2013.19.046
1 普通高校教育中通信工程专业存在的教学问题
1.1 教学方法和观念陈旧
当前,国内普通高校大约300余所院校均设置了通信工程专业,但是随着高等教育的不断发展存在参差不齐的现状[1]。作为历史悠久的传统学科,通信工程专业的内容也在不断丰富,但是已有的学科惯性影响了教师教学方法以及理念的更新,在陈旧的教学方法之上,部分学校的教学结构以及教学内容无法形成独立运作的教学模式,教学体系不健全,无法与当下社会经济的发展相适应。
1.2 缺乏专业特色
不同高校间该专业的区别度较为单一,多数未能形成自身的专业特色,主要体现在两个方面:其一,教学内容较为片面,教学内容不够精细,未能深入探讨,无法囊括教学必备的知识点,存在两难情况;其二,教学实效性较低,在信息快速发展的社会中,高校教材仍单纯停留在对旧知识点的讲解基础上,无法有效融入高科技知识,学生进入社会后常感到很多理论知识无法发挥作用,而由于部分教师过于重视完成教学任务,忽视通信工程的实践操作,学生偏重理论,实践能力较低情况普遍存在。
1.3 通信工程专业改革目标的确定
在进行通信工程专业改革时,须首先明确改革目标,保证改革的方向[2]。改革需坚持实践性、时代性以及专业性原则:专业性即加强教学的模块化改革,从实际出发确定改革方向,并不断细化目标,加强科学调研,为电子通信技术的发展提供智力支持;时代性即与时展保持同步,结合社会需要及时更新教学内容,更新知识体系;实践性即以社会需求为导向,加强理论转化为实际生产力的力度,提升高校学生服务社会、服务企业的水平。
2 高校通信工程专业的改革措施探析
2.1 加强教学内容、教学方法的改革
高校教学制定教学方法的载体在于教学内容,因此需对专业课程体系进行合理、科学设置,加强因材施教的研究,避免空谈教学方法[3]。通信工程专业在教学内容改革方面,加强基础知识合理比例的教学,并与当前的先进技术结合,同时,在教材中增加实践教学内容的比例,例如,可通过社会实践以及实验的方法增加教学内容,实验需在特定实验室完成,是对学生运用知识能力的考察,可将实验教学主要安排在大一、大二学年内完成;大三、大四学年可重点增加实用教学内容,锻炼学生的实践能力。
在教育方法的改革中,应明确教学方法并非通过口授、书本以及黑板等方式完成,通讯工程本身的特性要求对计算机媒体技术进行充分利用,并且将“嵌入式教学系统”引入到教学课程改革中,以计算机技术为前提,以实际应用为中心,实现硬件软件可裁剪、加强应用系统教学方法的探讨。
2.2 建立多层次、立体化的实践教学体系
通信工程专业完成实践教学,主要环节包括:课程实验课程设计企业实习毕业设计,在不同的环节均具有不用的教学计划以及培养方案,但各个环节独立性较强,整体仍然偏重理论,学生仅仅能够完成对孤立知识点的学习,无法全面掌握知识。在全面型人才培养方面,需加强教学整体目标的改革,向实践教学不同环节细化,确保整体教学目标的完成。
实践教学体系的构建,突出实践教学环节,将教学与行业要求、企业发展需求结合,发展了“订单式”教学[4]。为了提升学生的实践能力,加强不同实践环节间的联系,在提升学生工程素质方面,可设计构建校内外结合的7大实践教学模块,共同构成高校通信工程专业的实践教学机制(如下图),加强各个环节的融合,全面提升学生综合能力。
图2-1通信工程专业实践教学结构示意图
2.3 加强教学模式的创新
工程通信专业进行改革,须对实践实验教学模式进行改革,加强设计性、综合性较强的教学模式的应用,培养学生的应用能力[5]。
为了应对高校实践教学资源与多元化的教学需求间存在的问题,满足当前通信工程专业的启发式教育、个性化教育需求,可以逐步构建网上互动教学系统,使教学课堂不仅局限于教室内,还可以通过计算机加强学生的自主学习能力。这一教学改革措施旨在提升学生兴趣以及对专业问题的自主探索基础上,促使学生自主通过网络进行实例对比解决问题,提升学生问题解决能力。同时,还可鼓励专业任课教师积极兴建个人网站,建立课程网页以及网络自助教学体系,利用网络强大的资源优势完成互动教学目标。
3 结语
通信工程专业是一个知识爆炸特点突出的专业,在进行高校教学改革的过程中,必须及时更新教学理念以及教学思想,对未来社会人才的智能结构、知识体系的需求状况进行分析,对更新专业课程内容给予重视,加强实践教学的改革,重视高校科研与教学的结合,构建科学合理的教学管理机制,如此才能发挥高等教育的作用,为社会培养高层次人才。
参考文献:
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2016)47-0106-02
一、引言
2010年,我国制定的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》中提出:教育改革要贯彻素质教育,促进学生全面发展,指出了我国高等教育中存在的主要问题在于创新型、实用型、复合型人才紧缺,学生社会适应能力和就业创业能力不强。高等工程教育的主旨首先是要“立人”,其次才是将学生培养成合格的工程技术人员。在很长的一段时间里,高等工程教育片面地强调知识和技能,而忽视了学生的人文素养,导致了工科学生创新能力不强,社会适应能力很差。在这个大众创业、万众创新的时代,起决定性因素的却往往是个人的综合素质,而不仅仅是人的知识和技能,所以在实践教学过程中不但要传授学生专业知识,提高工程实践能力,而且要通过实践教学培养学生的人文素质,让学生体会人文知识的重要性。只有真正重视学生的全面发展,学校才能在四年的时间里培养出卓越的工程师和行业的弄潮儿,而不只是局限于技师和匠人。基于此,作为湖南省的地方性综合院校,根据自身办学特点和学校目前的实践教学现状,以“立人教育”为指导,应用性人才为培养目标,深化实践教学改革,构建合理的实践教学体系。
二、完善和创新实践教学体系
秉承吉首大学“立人教育”的理念,依据专业人才培养方案,紧扣企业对通信专业人才的能力要求,以学生为中心突出学生个性,根据学生在不同学习阶段的知识结构和能力结构,按照一、二学年重基础,三、四学年重创新的思路,分为“基础技能、专业能力、工程实践、应用创新”四个阶段完善和创新学科实践教学体系。
基础技能阶段:改革实践教学,确保学生能够尽快适应大学学习方式和环境,改变中学学习惯性,充分熟悉计算机系统,掌握常用工具软件的使用,对专业有一定的认识和了解,建立初步的工程素养和思维方式。
专业能力阶段:改革实践教学,确保学生能够直观和深刻地理解专业基础知识,有意识地引导学生学会独立分析和思考知识中的重点和难点,进一步加深对专业的理解,让学生通过实验夯实基础知识,锻炼学生动手能力,激发学生的学习兴趣和热情,培养学生正确的价值观和审美情趣。
工程实践阶段:改革实践教学,确保学生能够综合应用专业知识和专业基础知识,引导学生解决企业工程实际和生活中的问题,并鼓励学生创造性地解决问题。让学生通过实验能够解决实际问题,并在实践中培养自己的创新思维和团队协作意识。
应用创新阶段:改革实践教学,确保学生能够了解专业发展方向和热点,学习行业中的新技术,并能够利用新技术解决实际问题,通过在实习基地完成毕业实习,熟悉企业研发和工程模式,完成行业技能培训与职业资格认证,进一步对学生的创新能力,实践能力和综合素养进行全方位地培养和锻炼。
三、打造一流教学实验平台
实验室建设是特色专业建设的基础,在充分调研和论证的基础上,对通信工程实验室建设进行了统一规划,分四个层次构建实验平台:公共教学实验室、专业基础实验室、专业实验室、研究性实验室。目前,建设有“移动通信综合实验室”、“嵌入式技术实验室”、“PCB制板实验室”等综合性实验室,建设有“通信仿真实验室”、“DSP技术仿真实验室”、“MATLAB仿真实验室”等设计性实验室,与企业联合建设有“3G移动通信实验室”,已经初步形成通信专业人才培养的实验室体系。在充分利用现有实验平台的基础上,将进一步加强实验室的建设力度,完善与华为浙江通信技术公司联合建立的“3G移动通信实验室”,与华为浙江通信技术公司协作筹建无线通信设备E-LAB,构建基于MATLAB和LabVIEW的相关通信专业课网络虚拟实验室,探索建立移动互联虚拟实验室。
四、构建综合创新实验平台
通信工程专业积极推进综合创新实验平台建设,首先,积极与长沙拓建信息科技有限公司和长沙智能制造研究总院等企业展开合作筹建创新人才培养基地、大学生创业平台,让学生参与企业项目和产品研发;其次,继续完善校级创新工作室管理制度和人才培养模式,发挥学科竞赛在实践创新中的重要作用,实施“一专业一竞赛”的计划,以学科竞赛作为推进器,积极引导学生根据自身特长有选择性地参加相关专业学科竞赛,培养学生创造性地解决实际问题的能力;再者,准备启动“学生创新能力培养行动”,形成了老师和学生共同参与学生科技创新活动的良好氛围,积极鼓励学生参与教师科研团队,鼓励教师指导学生承担大学生研究性学习和创新性实验计划项目,制作课外科技作品和吉首大学本科生专项科研项目,以培养学生研究性学习和自主探究的能力。
五、加强校外实践教学基地建设
通信工程专业将新一代移动通信技术、物联网技术与应用、现代电子通信技术在工业信息化过程中的应用作为校企合作育人过程中重点的培养方向,主要涵盖“新一代移动通信技术与网络优化”、“嵌入式与物联网技术及其应用”、“工业4.0及信息技术”、“Android手机应用开发”等四个方向,积极开展与华为浙江通信技术公司、长沙拓建科技信息公司、北京千锋互联科技有限公司、深圳嵌云通信科技有限公司等企业的合作,加强校外实践教学基地建设,共同制定人才培养方案,共同组建教学团队,共建校企一体的实训基地,共同完成课程见习、毕业实习以及毕业论文等实践教学环节。选派优秀老师进行企业培训以及企业选派技术人员共同作为专业知识教学以及各实习阶段指导教师,对学生工作情况进行考核评价。根据企业需求和学生自己的意愿,大力推进学生进行从业资格认证和企业资格认证。
六、结论
实践教学对于培养学生的实践精神、创新意识、科学素养和动手能力有着重要的作用,而推动实践环节中人文素质的培养,进一步提高学生的团队协作精神、正确的思维方式和价值观念有着积极的意义,是贯彻素质教育,促进学生全面发展的一种途径。文中对通信工程专业实践教学体系、教学实验平台、创新实验平台和校外实习基地的构建和完善进行了探索,并将“立人教育”理念融入其中,实践表明,实践教学改革对学生培养和学科建设有着积极的作用,相信能够为国家培养更多复合型、应用型和创新型的人才。
参考文献:
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中图分类号: F224 文献标识码: A
车站计算机联锁系统是以计算机技术为核心,采用通信技术、可靠性与容错技术以及“故障―安全”技术,处理进路内的道岔、信号机和轨道电路设备之间的联锁关系,实现铁路车站联锁要求的实时控制系统。区域性计算机联锁控制系统,将控制范围从单个车站和咽喉区扩大到周边若干个车站,由中心站的车务人员集中控制周边有效距离范围内多个车站的信号联锁设备,能确保例如地铁的有岔站、车辆段和大铁沿线各车站的行车安全,提高运营效率、自动化程度和管理水平,降低行车指挥调度人员的工作强度。
1.国内车站区域性计算机联锁系统远程操控技术的应用现状
中国通信信号研究设计院与日本京三公司联合开发我国第一套DS6-K5B型区域计算机联锁系统在集二铁路集宁至贲红段投入使用,该系统将集宁站I场作为中心站,主控设备包括K5B型计算机联锁设备一套、智能电子终端设备(ET-PIO)、安全网络设备(ET-NET)、光传输通道、执行设备、TDCS终端机、人机对话界面、显示大屏、后台显示屏,实现对集宁站I场、集宁站II场、七苏木、大陆号和贲红共5个车站(场)信号联锁设备的集中控制。
铁科院开发的区域联锁系统已用于天水站、湖东站(大秦铁路)、贵阳南枢纽区域控制系统和贵阳西―花坡远程控制系统等。湖东编组站采用的TYJL―TR9型(三取二冗余)型系统,其分布式逻辑结构主要分为监视控制层、联锁逻辑运算层、采集驱动层和维修终端层,各层之间通过专用的网络进行通信。采集驱动模块均采用三重冗余、比较一致后输出的三取二控制制式。
卡斯柯信号有限公司区域联锁系统已用于特等客运站上海虹桥站,实现虹桥北线路所纳入虹桥综合场集中控制,系统接口复杂,包括与多种不同制式联锁(VPI/iLOCK/K5B)的安全通信,与多个列控中心的安全通信及与多个RBC的安全通信。
2.区域计算机联锁系统的分类
集中操控系统利用一套操控系统对本站及控制区域内地理位置不同的各个站场联锁设备远程集中控制,集中办理接发列车、调车及其它作业。
(1)按网络控制结构分类
安全局域网在中心站和被控站设置光转换设备,采用信号专用单模光纤构成星型或者环状冗余连接,控制网络结构图如图1和图2所示,可实现中心站与被控站电子终端之间的安全控制信息远距离传输。
从可靠性和可扩展性方面考虑,采用双缆分沟敷设组成环形控制网络结构具有更高的冗余能力,发生局部光缆中断或设备故障,环网能够迂回完成各站之间的信息传输,抗干扰性能好,并为系统功能升级预留网络通道。
(2)按站型及作业方式分类
根据车站的规模和作业量,可对车站分别配置双机热备、三取二容错、二乘二取二容错制式计算机联锁系统。区域计算机联锁集中操控系统具有操控表示功能、行车调度功能、报警功能、封锁功能、提示功能和电务维护功能
客运专线、繁忙的枢纽车站及大型编组站调度繁忙,作业复杂,站(场)间业务联系紧密,适合采用区域性计算机联锁系统实现中心主控站对各子站的远程集中操控,如图3所示,在联锁上位机所在机房内设置一套接口单元, 该接口单元包括综合控制网交换机、串口通信服务器。在集中操控机房设置综合控制网核心交换机、集中操控通信接口服务器和集中操控终端,并将显示器和鼠标键盘物理延长到调度大厅。
图3. 编组站枢纽区域计算机联锁集中操控系统设备布置示意图
小型车站、专用线及偏远支线,因地理环境恶劣,自然条件限制,需将值班人员迁至中心控制站,在中心站设立控制中心联锁计算机,对联锁逻辑关系进行运算处理,相邻子站只设置采集表示、控制设备,作为被控子站受中心站控制,如图4所示,区域集中计算机联锁系统采用双机热备结构的联锁设备。中心站和区域子站之间采用独立封闭的光缆连接。区间需配置单模光缆,使整个区域内构成双环自愈网。
(3)按工作模式分类
集中操控系统有两种工作模式,正常情况下的主控站集中控制模式和特殊情况下的被控站本站操控模式,如图5所示。被控站联锁系统上位机检测到本地联锁系统各项状态正常,主控站上位机与被控站上位机通信正常,被控站上位机向主控站联锁系统发送模式转换请求,经主控站同意允许,被控站可转为集中控制模式。集控模式下,中心控制台下发至被控站的操作命令由被控站上位机接收,再转发至联锁机执行。车站联锁系统上位机为双机时必须是热备系统(上位机主机故障自动切换至备机),中心控制台只向车站联锁系统上位机热机发送操作命令,被控站上位热机显示本站的站场表示状态。
被控站联锁系统上位机申请,经主控站同意转为本站操控模式,同时将本站控制模式传送给中心主控站。由被控站上位机下发联锁操作命令,主控站调度中心操控终端能够接收到被控站场表示信息并显示。
主控站或调度中心与被控站通信中断时, 被控站自动转换为本地操控模式,从被控站上位机管理和控制本地联锁系统;在与主控站或调度中心通信恢复后可申请转换为集中控制模式。
图5. 集中操控系统工作模式
集中操控技术能实现对被控对象的远距离控制、监视、检测和信息处理功能,根据被控站的操作能力,可以分为分站联锁加集中操作和集中联锁加集中操作,如表1所示。
表1集中操控系统的两种操控方式
4. 区域性计算机联锁系统集中操控技术的发展趋势
区域性计算机联锁集中操控系统以专用通道构成的安全通信网实现对各站的综合控制,由于列车提速、客运专线、大型客运站、重点车站、重载线路的建设和改造工程对各站联锁系统的可靠性、安全性提出更高要求,主控站集中操控,同时被控站具备自主操控能力是集中操控技术的发展趋向。该模式能满足系统结构可扩展、可维护和可互操作的要求,便于组网、远程管理和远程诊断,在特殊情况下各站自主操控维持独立联锁功能,防止因主控站联锁系统故障或通信通道中断造成整个计算机联锁系统的瘫痪,将事故影响范围降至最低。
参考文献
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一、建立研究生院制
在国家创新体系的要求和促进下,芬兰于1995年建立了研究生院制,成为产-学-研体系下的核心产物。研究生院由教育部、大学和芬兰科学院资助,教育部每年给研究生院拨款3600万欧元,芬兰科学院每年拨款400万欧元。芬兰研究生院虽然是借鉴美国研究生院模式发展起来的,但其实质不同于美国的研究生院,更接近联合式的博士项目,通常的运作形式有以下特点:大部分研究生院是多所大学联合开设的,其余的则是由大学和科研机构联合开设或者与其他国家大学联合运作的国际项目。[1]
(一)研究生院的作用
一方面,研究生院承担了将政府、产业、高校和研究机构联系在一起的纽带作用。传统的博士生教育是高度依赖独立研究的,研究生院的建立就是为了打破完全依靠独立研究的模式。研究生院主要是基于网络的模式,所有大学都被包含其中,对于一所学校的博士项目来说,它拥有另外一所或几所合作学校,来自其他学校的学生可以在本校完成该项目的学习。除了大学外,研究机构和企业也参与到博士项目中。此外,研究生院还与卓越中心在高质量研究项目方面有着广泛的紧密合作[2]。另一方面,研究生院承担了高校博士生教育知识转换平台的角色。对于博士生和研究人员来说,积极融入学术圈(Scholarly Community)是获得有意义学习体验的关键[3],研究生院通过使学生融入更广泛的学术圈,促进知识的生产、转化和创新。
(二)研究生院的类型
为了充分发挥研究生院的作用,芬兰研究生院形成了两种主要的类型,即“跨大学或跨主题型”和“大学内跨学科型”。前一种模式是将来自全国各地从事一个学科不同方面研究的学生和学术人员聚集在一起,专注于在已经建立的“卓越研究领域”进行研究,主要关注点是跟研究主题相关的,如人文艺术领域的国家语言研究生院和芬兰历史研究生院,社会科学领域的人权研究研究生院,自然科学领域的化学工程研究生院(该研究生院连接了四所大学的27个实验室)。这种模型的延伸(特别是生物科学领域)能使群集多样化并且在区域内相互作用。“大学内跨学科型”是将来自不同学科的学生召集到一个单独的研究生院。该模型的主要关注点是对学生转换技能的培养。[4]
二、博士生培养过程
(一)培养目标
为了解决芬兰博士生教育中的问题,芬兰在国家资格框架中明确提出了对博士生培养的要求。芬兰国家资格框架有八个层级,副博士和博士学位处于资格框架的第八级[5](见表1)。
(二)学位申请
在之前的学习中,申请人的主科目成绩必须达到优秀。在申请过程中,申请人首先要与导师一起完成个人学习计划,并与申请书一同提交。这个计划要包括指导计划,导师和学生的责任和义务;研究、教学和资金计划;工作计划以及时间表,包括参加博士资格考试的时间以及公开答辩的计划。在选取博士申请者时,学校通常要考虑以下情况:申请动机、学术经历、研究计划及可行性分析、优势分析、硕士论文的等级以及学生背景的多样性。获得录取的一个前提条件是至少有一名符合导师资格的教师愿意作为该申请者的导师。此外,申请者的研究领域应该与申请院系的专业领域相匹配。
(三)课程与教学
丰富的课程内容和合理的课程结构能够给学生构筑一个科学的知识体系,锻炼学生的发散思维和批判性思维,促进学生创新能力的形成。在芬兰博士生教育阶段,学生可以自主制定一套自己的学习计划。芬兰博士生教育的重心是论文写作,课程学习和研讨会是论文写作的辅助工具。学校会为学生提供推荐的学习计划内容(见表2),不同学生根据自己的研究计划建构自己的课程体系,因此,博士生教育阶段的课程通常具备高度的个性化,但这些课程中通常都会包括方法课及参加国际会议。[7]
1.课程类型
博士生课程的核心课程,即基础学习,包括所学领域的专业课程、方法课,以及相关领域的跨学科课程。研究生院在开设专业课程的基础上,还开设了博士生联合学习项目,为期一年,课程层次既有初级课程也有高级课程,一般分为三类(见图1)。此外,职业规划、管理课、教学培训课也是必修课程。由于教学技能也是博士生要学习的技能之一,学校会为博士生提供机会参加教学培训,以获得教学经验。如果博士生的工作计划中不包括教学,那么参与教学培训的时间不能超过博士生年工作量的5%。这些课程结构要保证可实施性以及系统性,并且随时应对新的需求。学生可以按照自己的学习背景和需要从这些课程中选择一部分加入他们已有的课程中。为了更好地完成本专业的学习,学生可以选择支撑性课程。例如,主专业是通信工程的学生,支撑性课程可以是数学、软件工程、电子学、科学写作以及科学的历史等。
2.课程特色
研究生院课程的一个重要特点是开设由国内和国外大学及相关机构和企业联合组织的强化课,通过这种强化的研究训练降低博士生毕业时的年龄,促进他们在私企部门的就业,增进大学和研究所、企业之间的合作,推动有利于创新的教育。[8]
(1)不同大学联合开设课程
电子通信与自动化研究生院(GETA)是芬兰最大的研究生院,由五所大学联合开设,目的是培养在芬兰“研究与开发”及经济发展中最重要领域(电子、通信及自动化)的研究人员。该研究生院的课程对全国博士生开放,课程主要由该领域的国内外专家开设,课程开设计划由五所大学联合商讨(见表3)[9]。
生物制品科技博士生项目(PAPSAT)是由七所大学联合开设的一个博士生项目,由芬兰教育部和芬兰科学院资助,主要对林产品进行研究和开发。PAPSAT和国内其他的研究生院、森林产品工业研究学院以及其他国际组织形成网络,增加可选课程总量,其最重要合作伙伴包括阿尔托大学的电子通信与自动化研究生院,生物炼制研究生院,芬兰技术研究中心研究生院[10]。学生可以自由地选择任何成员大学和研究机构的不同课程,各成员大学和研究机构之间还会形成高效的实验室网络。[11]
(2)大学和企业联合开设课程
传统的研究员教育高度依赖独立研究,研究生院的建立打破了完全依靠独立研究的模式。除了大学外,企业也参与到博士生项目中。研究生院会与企业合作商讨课程设置,企业为学生提供实际的知识和技能转换的场所,并邀请客座讲师为学生进行讲座[12]。例如,GETA与诺基亚公司形成了有效的合作,PAPSAT与斯道拉・恩索集团等相关企业有着紧密的合作。
(3)丰富的跨学科课程及可迁移技能课程
为了适应迅速发展的跨学科研究,芬兰博士阶段增开了跨学科课程,并为学生提供可迁移技能课程,促进不同学科知识的碰撞,从而实现知识和技能的创新,如芬兰图尔库大学与都柏林大学联合开设的生物信息学课程,图尔库大学数学与计算机博士生项目开设技术科学与经济学课程。芬兰研究生院明确规定要对博士生进行可迁移技能的培训,因此,可迁移技能课程是博士课程中必不可少的组成部分,并面向不同专业的所有博士生开设,包括各个方面的综合技能的培训,如论文写作与展示技巧、人际交往沟通技巧、商业管理与创新技能等。
3.教学模式
芬兰博士生教育的主要教学形式是小组会议、研讨会以及国际会议。在国际会议中,学生有机会讨论各自的研究兴趣,还可以将自己的研究推广到更广泛的研究群体中。在这些教学形式中,学生可以得到资深学者以及同辈学者有建设性的反馈,并且可以获得新的合作机会和网络,这些经历还可以帮助学生克服挑战,如对研究职业的困惑、研究过程中的瓶颈,使学生变得更自信。
(四)导师指导方式
导师和学生的合作模式直接影响学生创新能力的形成。芬兰博士生导师的作用主要是协助学生制定学习计划,帮助学生融入学术圈;确定学生应该掌握的知识和技能,并对学生选课提出建议(如方法课);定期与学生见面,为学生提供指导和反馈,与学生一起更新学习计划,引荐学生进入合适的研究小组,以帮助学生与其他研究人员及成果使用者之间建立合作网络;每年对学生的研究进展进行汇报,帮助学生申请资助金。
博士生教育阶段的导师制通常是隐含式的学徒制,一种是“学生-导师”组合,一种是研究团队的形式。在自然科学研究领域,学生通常会积极参加导师的项目研究或者与其他资深研究员的讨论。他们的论文写作通常也是基于导师的研究项目、实验室工作或者田野研究。通过研究项目的研究方法以及设备,学生可以接触到共享的知识、资源以及研究团队的技能。在芬兰,每名博士生至少有一位导师,如果一名学生有几位导师,那么每位导师的职责要在监管计划中明确规定。由于芬兰博士阶段课程和教学的跨学科性特点,一些项目的学生会由两个不同学科的导师联合监管;与企业有紧密联系的博士生项目通常还会被分配企业导师。导师每年要对博士生的个人计划进行检查评估。学生每年要递交最新的研究计划以及进展报告,然后与导师组进行讨论。博士生项目委员会负责组织每年的评审,该报告内容(不评分数)将会记录在学生注册材料中,以保证该学生学籍处于正常状态。如果导师监管或者论文出了问题,首先应该联系的是协调人员以及博士生项目委员会。除了每年的评审报告,博士论文的进展也会接受论文顾问委员会的检查。该委员会由外部专家组成,并会定期开展检查工作,每个院系可能还会有自己的监管机制。
学校对导师监管过程中出现的问题设置了详细的解决程序。为了对导师进行监督,学校通常会成立监管小组,监管小组成员通常是导师团队以外的教师,如来自其他学校、企业以及研究机构的相关人员,而且研究生院会对导师进行培训。
(五)考核评价
博士阶段的考核包括博士资格考试(Prelims)、每年召开一次的委员会会议(Committee Meeting)评审以及论文的公开答辩(Public Defense of Dissertation)。每年召开的委员会会议是对学生的科研和毕业论文进度及存在的问题进行审核,每次会议必须提交一份审核报告(见表4)。[13]
芬兰博士生培养的质量保证是导师和相关教职员工的主要责任,而这个过程主要的关注点是学术论文的评审。论文写作是培养和体现学生创新能力的重要指标,严格、科学的评价标准和过程才能促使高质量论文的形成。芬兰国务委员会(Council of State)的法令对博士论文形式提出了总的要求。在正式答辩前首先要进行预审核,预审核前监管小组或者研究生院内部(博士生教育委员会或者本专业教授小组)要保证预审核所需的论文稿件已经准备好。预审核员必须是讲师级别以上的独立专家,本校本专业的研究员不能担任预审核员,监管小组成员中具有答辩论文监管任务的或者其他具有利益冲突的人员都不能担任预审核员。在公开答辩期间,参加答辩的人员包括院(系)邀请的其他大学相关领域的教师和博士生。在公开答辩时,参会者可以对任何问题提出质疑,表达自己的观点。[14]
三、结语
芬兰博士阶段创新人才培养的核心是建立了基于网络模式的研究生院制。研究生院与科技园、研究型小型公司、芬兰支柱产业及其相关研究中心、国家技术中心、芬兰科学院、芬兰技术研究中心、国内外高校等建立了广泛的联系,为培养模式环节中知识的转换和创造搭建了桥梁。在该制度的作用下,培养模式体现了“跨学校”“跨学科”“产-学-研相结合”的特点,为博士生整合了学科最优秀的师资和先进的实验设备,设置了以培养“独立科研能力”和“可迁移能力”为核心的课程体系,从而促进博士生创新能力的生成。
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Abstract:For improve the quality of teaching about SOPC course,author combined achievements of related scientific research projects and teaching,analyzed the characteristics of the course,and made discussion about design of projectized teaching according the practical situation of our school.
Keywords:SOPC;projectized teaching;NIOS Ⅱ
1.引言
可编程片上系统(SOPC,System on a Programmable Chip)结合了SOC(片上系统)和PLD(可编程逻辑器件)、FPGA(现场可编程门阵列)各自的优点,是特殊的嵌入式系统;它首先是片上系统,即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能;其次,它是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁减、可扩充、可升级,并具备软硬件在系统可编程的功能[1]。SOPC技术已经成为国际新技术的研究热点,具有广阔的应用前景[2],国内对SOPC的研究越来越多,对SOPC的应用也越来越广泛。SOPC是电子系统发展的必然趋势。然而精通SOPC的人非常少,很多高校的大学生由于多方面的原因SOPC学的很不扎实,远远不能满足企业的需要[3]。笔者结合在SOPC方面的教学经验和科研项目成果,探索了SOPC项目化教学设计,将科研与教学有效结合。
2.设计思路
SOPC技术的实现方式有3种[4],美国ALTERA公司提供了基于FPGA的嵌入IP软核的SOPC实现方式。美国ALTERA公司的大学计划为全球范围内的大专院校提供先进的开发软件、可编程逻辑器件、开发工具以及完整的设计套件,对提高高等学校SOPC方向实验教学提供了良好的基础。
ALTERA公司提供的NIOS Ⅱ是一种软核(Soft-Core)处理器,软核处理器最大的特点就是可由用户需要进行设置。NIOS Ⅱ是一个用户可以自行定制的CPU,用户可以增加新的外设、新的指令,分配外设的地址等。NIOS Ⅱ的硬件开发就是由用户制定适合的CPU外设,Altera公司的SOPC Builder提供了大量的IP Core来加快NIOS Ⅱ外设的开发速度。
笔者通过在基于NIOS Ⅱ的单点自适应信号控制器设计中的应用可见,SOPC应该是NIOS系统+硬实时部分+逻辑电路的一个组合体,其中NIOS负责数据管理,通讯,人机交互等实时性相对较低的任务,硬实时部分则是独立于NIOS系统,充分利用现有IP,用VHDL语言实现的某些实时性可靠性要求较高的关键部分,它可以和NIOS系统通过自定义的接口通讯。由FPGA其他资源完成接口以及逻辑处理,更是FPGA的优势。
因此,本文进行基于FPGA的嵌入IP软核的SOPC开发的教学设计。
3.设计原则
(1)理论实践一体化,突出实践环节
SOPC设计与应用是一门理论与实践紧密结合的课程,它没有太多的理论知识需要讲解,实践性和应用性很强,内容也不易理解[5]。因此,可进行理论实践一体化教学,并突出实践环节。
(2)难、易、趣结合
教学项目的设计要紧紧围绕课程标准,选择的项目应该是学生比较熟悉的,具有一定难度,又不能太难,并且具有一定趣味性的,才能激发学生的学习热情和信心。
4.项目化教学设计
本文设计的“可编程片上系统”课程为2学分,共32学时,本校实训室配备有EDA/SOPC实验箱及计算机等实验实训条件,前续课程:CPLD/FPGA应用,根据我校的实际情况,设计的教学项目见表1。
表1 课程项目
序号 项目名称 学时 性质
1 可编程片上系统认识 6 演示、验证
2 可控霓虹灯 4 验证、设计
3 可倒计时交通信号灯 6 验证、设计
4 俄罗斯方块 4 验证、设计
5 音乐盒 4 验证
6 视频播放器 2 验证
7 自适应控制交通灯 6 验证、综合
各项目的学习任务和内容如下:
项目1:可编程片上系统认识
学习任务:反应时间测试,利用实验箱搭建一个反应时间测试的电路,该电路包含有发光二极管、按键开关、数码管等器件,电路运行之初二极管为熄灭状态,过几秒后,点亮二极管,测试人看到二极管点亮时,按下按键开关,数码管显示出二极管点亮至按键按下的时间。
学习目标:了解SOC,FPGA和SOPC的基本概念及其开发工具Quartus,SOPC Builder和Nios IDE,并学习了解SOPC的软件和硬件开发流程。
学习内容和教学方法:
与学生互动演示学习任务:反应时间测试,围绕该任务讲解SOC,FPGA和SOPC的基础知识,介绍SOPC开发工具Quartus,SOPC Builder和Nios IDE,并学习了解SOPC的软件和硬件开发流程。学生利用已有的电路和程序文件,在教师带领下搭建学习任务:反应时间测试的电路。
项目2:可控霓虹灯
学习任务1:流水灯,控制8个发光二极管的点亮效果似水在流动,即每次只点亮一个灯,将8个灯依次点亮,可以从左往右点亮,也可从右往左点亮。
学习任务2:可控霓虹灯,在流水灯的基础上增加一个控制按键,按键未按下时,8只发光二极管显示为流水灯,按下一次按键,8只灯从中间往两边点亮,再按下一次按键,8只灯从两边往中间点亮。
学习目标:巩固SOPC开发的基本流程、方法、工具。了解IO端口的使用,能完成简单的程序编写。
学习内容和教学方法:
学生在教师带领下,根据基本步骤,完成学习任务1:流水灯。学生分组,每组学生独立完成学习任务2:可控霓虹灯。
项目3:可倒计时交通信号灯
学习任务1:简单交通信号灯,用发光二极管模拟交通信号灯,完成一个2相位十字路通信号灯设计,配时方案为定周期。
学习任务2:数码管倒计时,用两只数码管实现99至0秒的倒计时。
学习任务3:可倒计时交通信号灯,用发光二极管模拟交通信号灯,完成一个2相位十字路通信号灯设计,配时方案为定周期,可对每个相位的计时时间进行倒计时显示。
学习目标:学习定时器的使用,能完成较复杂的程序编写。
学习内容和教学方法:
学生在教师带领下,根据基本步骤,完成学习任务1:简单交通信号灯和学习任务2:数码管倒计时。学生分组,每组学生独立完成学习任务3:可倒计时交通信号灯。 (下转第181页)(上接第178页)
项目4:俄罗斯方块
学习任务:利用VGA显示器和VHDL语言实现经典游戏――俄罗斯方块。
学习目标:了解VGA显示的原理,会用VHDL描述VGA控制,能利用提供的参考电路和程序实现俄罗斯方块。
学习内容和教学方法:
教师讲解VGA显示原理,用VHDL描述VGA控制,本任务的NIOS 2软硬件设计,演示本任务的实现过程;学生在教师指导下实现俄罗斯方块,并对结果进行分析。
项目5:音乐盒
学习任务:将存储在SD卡的音频文件读取出来,并经过Avanlon总线送往DAC音频电路播放音频文件。
学习目标:了解SD卡接口与控制,DAC电路接口方法。
学习内容和教学方法:教师讲解SD卡接口与控制,DAC电路接口方法,本任务的NIOS 2软硬件设计;学生在教师指导下实现音乐播放。
项目6:视频播放器
学习任务:实现MPEG-4视频播放器。
学习目标:了解MPEG-4视频播放器的实现方法。
学习内容和教学方法:教师讲解用Nios Ⅱ用户自定义指令方式实现IQ、IDCT、MC等计算密集型功能模块,视觉框架MPEG-4视频实时解码。学生在教师指导下实现视频播放。
项目7:自适应控制交通灯
学习任务:自适应控制交通灯电路设计,利用教师给出的遗传算法符号模块,用发光二极管模拟一个2相位十字路口的交通信号灯,设计自适应控制电路,用两只数码管实现倒计时。并完成相应的控制程序。
学习目标:了解自适应控制的概念、理论;了解自适应控制实现过程。
学习内容和教学方法:教师讲解自适应控制的概念、理论,遗传算法及其硬件化,自适应控制实现方法。学生在教师指导下实现自适应交通灯控制。
5.项目化教学实施
在实施过程中,教师充分考虑各项目的难易程度和学生的基础,灵活以演示、验证、设计、综合的方式来完成这些学习任务。在进行项目化教学过程中,教师应做好引导,以充分发挥学生的主观能动性。在实现这些学习任务时,教师要引导学生用哪些技术手段、知识来完成任务,并且如何应用到更多的具体问题中。
6.小结
本文介绍了可编程片上系统项目化教学设计的思路、原则,并设计了由易到难、由基础到综合的7个教学项目,将科研和教学进行了有效结合。
参考文献
[1]张丽霞.基于NIOSⅡ的单点自适应控制器设计研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2011,5.
[2]崔永利,沈泓,李妍,李兰英.SOPC嵌入式系统实验教学探索与创新人才培养[J].实验室科学,2011,14(6):12.
[3]周殿凤.片上可编程系统项目化教学探讨[J].轻工科技,2013,5(174).
[4]王伟.基于FPGA的SOPC嵌入式系统设计[J].淮北职业技术学院学报,2013,12(1).