电子信息工程类课程国际化教学改革
——以“北航—隆德大学联合班级项目”为例

高 飞 刘爱冬 张有光 王 俊 熊庆旭

北京航空航天大学电子信息工程学院 北京 100191

1 引言

1.1 必要性分析

当今世界国际化程度越来越高，面对新的国际竞争与科技挑战、面向现代化与国际化的教育，我国提出“在我国重点建设若干所具有世界先进水平的一流大学”的战略决策，全国许多重点大学包括北京航空航天大学(以下简称“北航”)在内都提出了建设世界一流大学的奋斗目标。在大学的发展规划中，国际化已经成为一个关键性因素，它有助于建成世界一流的师资队伍、创造世界一流的科研成果、培养世界一流的杰出人才、形成世界一流的管理制度[1]。对培养国际化杰出人才而言，就是要他们具备严密的逻辑分析能力、扎实的专业功底、卓越的外语沟通能力，具备跨国跨学科的团队合作与协调能力、终身学习与主动追踪科学前沿的能力、不断探索的创新能力与通用国际化工程的实践能力。而课程国际化是高等教育国际化中的重要组成部分，对提升大学的教学水平和教学质量并最终实现教育目标具有十分重要的意义。

从世界人才的培养趋势来看，各国都在实行教育改革，以期培养出21世纪科技发展和经济竞争的“国际化”人才。北京航空航天大学国际通用工程学院也于2015年入选由国家外国专家局和教育部共同实施的“高校国际化示范学院推进计划”，学院围绕学校“双一流”建设目标，依托北航强大的工科背景和优势，全球引进师资，核心课程全英文授课，努力打造“北航工科”国际教学试验区。教育的国际化尤其课程的国际化已经是未来教育课程改革的趋势，也是培养国际化人才的必要措施。针对电子信息工程类课程的特点与电子信息工程相关专业学生的发展需求，对课程进行国际化教学改革是大势所趋[2]。

1.2 现状分析

北航电子信息工程学院面向本科生开设的信息类课程有信号与系统、数字信号处理、自动控制原理等，面向研究生开设的信息类课程有线性系统理论、检测、估计与调制理论等，这些课程都是电子信息工程相关专业重要的基础理论课程，互相之间联系紧密，内容丰富、理论性强，涉及较多的数学知识与公式推导，对数学功底有较高的要求。而且相关知识普遍较为抽象，对学生而言内容枯燥，理解与学习具有一定难度[3]。

在以往的教学当中，课堂上教师力求清晰地讲授课程内容，高效地完成课程教学任务，会着重对概念介绍、理论分析和公式推导进行讲解，注重教学的完整性和连续性。但是大多情况下对科学研究与教学的结合程度不够，缺乏对国外知名大学的课程模式与课程体系进行调研分析和经验总结，课程方面缺少对外交流合作，课程国际化程度不高。学生普遍缺乏探索课程之外相关课题的主动性，对课程的学习仅仅满足于上课听讲做笔记，课后练习习题完成作业，课程学习的唯一目标就是考更高的分数获得学分，仍陷于应试教育的泥潭。

目前，在电子信息工程学院开展了“北航—隆德大学联合班级项目”，这是北航首个以班级为单位的成建制本科生交流项目。隆德大学(Lund University)是瑞典一所世界排名前百的、有着丰富科研成果的欧洲顶级名校，其电气工程、计算机科学等与信息类课程相关的学科排名保持在全球前百的高水平，有一大批国际知名的教授学者。隆德大学一个班的学生到访北航，与北航一个班的学生混合编班，隆德大学和北航派出优秀教师团队进行一个学期的联合教学，这是一种全新的人才国际合作培养模式，该项目不仅为课程国际化改革探索提供平台，也为北航与隆德大学开展教育及科技合作建立了新平台。

2 重难点分析与改革措施

2.1 引进国外优秀原版教材 强化课堂双语教学 为课程国际化奠定坚实基础 应用课堂新模式

学生具备国际沟通与学术交流的外语能力是成为国际化人才的前提。隆德大学的教授来到北航与北航教师组成教学团队参与联合授课，共同制订教学大纲，参与教材选择，为课程双语化的实施提供了条件[4]。教材的选择在课程中具有基础性的重要地位，引入国外知名大学英文原版教材可以从源头提升课程的国际化起点，优秀的教材对教学大纲的设计、教学计划的安排、教师授课、学生学习都具有非常重要的指导意义。本次教学改革根据案例教学与团队学习的实际情况与电子信息工程专业的学生需求进行选择。例如，研究生线性系统理论课程选用的就是美国纽约州立大学石溪分校(The State University of New York at Stony Brook)的著名学者陈启宗(Chi-Tson Chen)教授编写的"Linear System Theory and Design"。这本教材在美国被多所知名大学采用，作为电子工程、机械工程等专业学习线性系统理论的主要教材。该书符合非控制工程专业研究生对线性系统理论的需求和教学学时相对少的实际情况，适合作为课程的主要教材。课程同时进行双语课堂教学的实践，在课堂上教师主要使用英文进行授课，对复杂、难以理解的专业词汇与概念进行双语辅助讲解。在课堂教学中设计与学生的互动环节，要求学生使用英语进行表达，这样在提高学生英语听的能力的同时也提高了学生英语说的能力，多方位营造课程的外语环境。

2.2 开展小组研讨环节 引入工程实例与科学前沿 与国际课程模式接轨

小班教学研讨模式是课程国际化的一个重要标志，是课程改革中与国际知名高校课程模式接轨的关键环节。西方发达国家高校本科课堂每班大约控制在20人左右[5]，而国内高校受限于师资力量与相应的硬件措施，在现阶段实施起来难度较大，而隆德联合班级人数较少，满足开展小组研讨的条件。

小组研讨的课题由教师根据课程特点和学生专业背景、发展需求进行设计，包含具体工程实例、学术前沿问题、学科历史与科技文明等，以满足学生就业、出国留学、国内继续深造等不同的发展需要。例如，在学习控制系统结构时，引入雷达跟踪系统、自动增益控制电路AGC等案例，这些案例紧密结合了学院的研究特色与各课题组的科研实践。以线性系统理论课程为例，将状态空间法应用于提取移动目标的超宽带散射中心参数上。该案例是雷达信号处理领域中的问题，用状态空间模型表示目标的散射特性，使用到了Hankel矩阵的奇异值分解完成了系统的最小阶实现。该案例的流程如图1所示。最终得到图2所示的结论，即同时依赖径向距离和径向速度提取的状态空间法，性能优于仅依赖距离提取的状态空间法。通过此案例，学生能够对所学的状态空间法、Hankel矩阵奇异值分解等抽象知识在具体工程案例中的应用有较直观的认识，会对学生如何将课程内容应用到今后的科研工作中进行启发。

图1 状态空间法在提取雷达目标散射中心参数中的应用

图2

此外，研讨小组需要撰写研究报告，“本研一体化”会得到加强，使本科生学生提前接触研究生的研究内容与研究方法。小组研讨中中外学生相互组队，不同国籍的学生会自行协调研讨的方式与时间，共同合作完成课题，学生的交流协调能力得到进一步加强，也会培养他们的团队合作意识。最终，每个研讨小组将在课堂上展示选择课题的研究成果，学生的表达能力会得到加强，参与国际交流合作的自信会得到进一步培养。此外，每个小组需要形成正式的英文研讨报告，他们的学术写作能力会得到进一步加强。课程采用多元化的考评机制，小组研讨参与情况、小组展示效果、最终研讨报告质量都作为考核标准综合评定学生的工作量与学习效果。

2.3 重新设计实验环节 增加设计性、综合性实验提高学生国际化通用工程能力

实验教学是电子信息工程类课程尤其自动控制原理、数字信号处理等课程的重要组成部分，通过实验使学生进一步了解课程中学到的基本概念，掌握控制系统的分析设计方法，提高分析能力和解决问题的能力。以往传统实验教学的主要内容是进行理论知识的实际验证，通常将自动控制理论与电子电路等模型结合，布置电学实验任务。实验设备就是电子元件箱与上位机配合完成电路搭建，无法达到课程国际化中实验教学应取得的效果。在课程国际化教学改革中，要求学生具备通专融合、系统创新的能力，因此课程的配套实验应该具备设计性、综合性的特征。

本次教学改革的实验部分优化了实验内容，对原有实验内容进行筛选和整合，添加给定实验目的、要求和条件，是由学生自行设计实验方案并加以实现的设计性、综合性实验。例如，在自动控制原理的实验部分，基础的验证性实验包括典型环节及其阶跃响应实验、二阶系统阶跃响应实验、控制系统稳定性分析实验、系统频率特性测量实验，设计性实验包括控制系统设计、分析实验，综合性实验包括数字PID控制实验、状态反馈与状态观测器实验。在进行电路控制相关实验时，首先要求学生掌握基本理论知识，根据实验中给定的控制系统方块图或传递函数设计出控制系统的模拟电路图。实验时要求实际的控制系统用模拟电路来实现，并利用基于LabVIEW的信号发生器与虚拟示波器组成自动控制原理实验系统。对于试验箱元器件电路不足、设备不全的限制，也会开展基于Multisim仿真软件的实验或与实验箱实验相互配合验证。

在电路控制实验之外，设计了电子系信息专业领域之外的通用工程实验，进行通识能力训练。设计并添加了基于水箱水位自动控制的PID控制器实验系统(如图3所示)。该系统通过被控制实体与PC机PIC控制器结合模拟开环控制、闭环控制、时间比例控制、PIC控制实验，以及进行PIC控制器模型结构与计算，对控制器建立数学模型，并系统选择模型参数完成对控制器的使用和控制。

图3 水箱水位控制PID控制器

通过添加根据电子信息工程专业特点重新设计的设计性、综合性实验与电子专业之外的控制类实验，使学生对课堂中学到的理论知识得到进一步巩固，在实验的分析与设计过程中，学生提高了工程实践能力与提出、分析和解决问题的能力，学生的创造性思维进一步得到加强，同时国际通用工程能力得到提高，为今后解决跨学科问题提供了基础思维与方法。

2.4 深化联合办学 引进国外优质教育资源提高对外交流合作水平

中外联合办学是指国内高校与国外教育机构在学科、专业、课程等方面的合作，开展以我国在籍学生为主要对象的教育教学活动。中外联合办学是现代大学面向世界发展的一种办学理念[6]，是高等教育培养国际化优秀人才的一种先进教育思想。进行国际间交流合作，将学校的教学、科学研究与科研成果产业全面与国际接轨，逐步达到国际水平，以课程主动深化开发来促进学校教学国际化的发展。

本次教学改革以北航开办的隆德班联合班级为契机，将电子信息工程类课程改革实践落实到与隆德大学的合作办学中，大胆进行课程国际化创新性探索，全面提升电子信息工程类课程国际化程度与水平。隆德大学是一所现代化、具有高度活力和历史悠久的大学，其国际交流合作非常广泛。隆德大学每年若干名瑞典学生到访北航，同时隆德大学也会派出知名教授到访北航。隆德大学的教授会参与课程大纲修订、教材选择、研讨课题选择、研讨汇报评审等环节，参与本门课程的学生直接获得国外高校课程学习体验[7]。此外，基于此合作项目，北航电子信息工程学院也会每年遴选优秀学生到访隆德大学进行海外游学交换，他们在海外的学习经历归国后与同学分享，深耕国际化交流合作模式创新，提升国际化交流水平。

通过隆德大学教授的海外影响与连带关系，联合班级项目邀请国际知名高校、科研机构的专家学者开展课程相关主题讲座，介绍相关学术前沿。学生参加讲座获得与国际学者直接交流的机会，国际化视野进一步得到开阔，加深对课程所学内容与科研工程实践相结合的思考。不仅如此，课程的教学团队的教师与国外高校的教授进行经验交流，师资队伍国际化教学水平得到提高，为今后其他课程的国际化实践积累了教学经验[8]。

最终，本次教学改革形成了如图4所示的新模式。

图4 本文电子信息工程类课程国际化教学改革示意图

3 结语

课程国际化是实现高等教育国际化的关键环节，也是“双一流”大学建设的必然要求。本文以在北航开办的中外联合班级项目为契机，针对电子信息工程类课程国际化改革探索提出了引入英文原版教材、强化双语教育、开展国际学生小组研讨、重新设计综合性开放性实验环节、深化国际联合办学等措施，使学生具备国际化视野，具备参与国际通用工程、国际合作学术的基本能力，成为国际化人才必备的综合素质也得到有效提升。经过教学改革实践，参与课程的学生逐渐适应了国际化课程改革的新的教学模式。教学反馈与评教证明学生对课程国际化改革措施满意，国际化学习科研水平得到较大提升。同时，电子信息工程类课程的国际化程度得到充分提高，提高了与国外高校的交流合作水平，为其他课程开展国际化实践提供了宝贵经验，服务于北航“双一流”大学建设目标。