国家级教学名师杨建宇教授：倾情探索“新工科” 激活成电“发烧友”

工程教育如何积极适应迅速变化的未来社会？这是我国如火如荼的“新工科”建设正在努力回答的“时代之问”，也是电子科技大学新工科建设“成电方案”正在解答的问题。

在新工科建设背景下，如何将科研优势转化为教学优势，探索第一课堂科研育人新范式，是学校高度关注的难点课题，也是国家级教学名师、信息与通信工程学院杨建宇教授积极响应并付诸行动的重要事项。

杨建宇教授

国家级教学名师杨建宇教授

杨建宇教授是新型微波探测技术教育部工程研究中心主任、学校雷达探测与成像团队的负责人，荣获国家技术发明二等奖2项，并带领团队成功入选教育部第三批全国高校黄大年式教师团队。

逐梦远航：“科研育人”新工程教育计划

学校在举行“‘科研育人’新工程教育改革专项建设” 工作启动暨报告会

在学校新工科教育一揽子改革举措当中，高水平科研团队“科研育人”新工程教育计划是曾勇校长亲自谋划和组织的重要举措之一，旨在组织国家科技奖获得者、IEEE Fellow、国家杰青和长江学者等领衔并亲自设计，由学校一批高水平科研大团队实施，将高水平科研转化为围绕系列主题的挑战性项目串与核心课程融合、落地第一课堂、进培养方案的全新工程教育新范式。

2019年以来，杨建宇教授积极响应学校高水平科研团队“科研育人”新工程教育计划的部署，在教务处和学院的倾力支持下，依托教育部工程研究中心，携手吕幼新教授以及周云等一批科研教学并重的青年教师，组建了科研育人教学团队，创建了“通关式科研项目与案例化核心课程紧密融合”的第一课堂科研育人新模式——“卓越成长计划”，成为学校第一个实施的高水平科研团队“科研育人”新工程教育计划，并在实践中取得显著成效，起到了引领示范作用。

随后，学校将该模式推广到全校所有工学院，一个项目一个项目地严格把关，经过几年努力，最终在全校工科学院全面成功实施高水平科研团队“科研育人”新工程教育计划，使这种工程教育新范式在第一课堂形成规模效应，成为新工科“成电方案”的极具特色的重要组成部分之一。

先试先行：在校内率先启动“卓越成长计划”

“卓越成长计划”课程组部分成员合影

时光回到2019年6月20日，信息与通信工程学院首届“卓越成长计划”开班典礼在清水河校区学生活动中心举行，45名优秀学子成为该计划的首批学员；校长曾勇、校党委副书记申小蓉、副校长孔令讲（时任信息与通信工程学院院长），教务处处长黄廷祝，团队负责人杨建宇教授、吕幼新教授等出席了典礼。这一天，距离教务处和学院负责人参加的团队首次科研育人“头脑风暴”研讨会刚刚过去4个月。

首届“卓越成长计划”举行开班典礼

“卓越成长计划”是全校首个“科研育人”计划，由最富有吸引力的“通关项目”引领关键“核心课程”，实施两者联动，使“理论基础”与“工程训练”能够更加紧密地有机地结合互动，以培养精英人才所必备的理论和实践能力，为全校“科研育人”树立了一个可复制推广的范例。

为什么必须把科研与育人结合起来？杨建宇说：“回想一下自己当学生的感受和当教师的体会，尤其是科研实践中对‘用’与‘学’关系的感悟，就会明白，‘边用边学、边学边用’才是更好的工科人才培养方式，只有这样，才能够更好地贴合工科精英人才知识积累和能力增长的客观规律”。

“否则，学生就不知道你在讲啥，不知道为啥学、怎么用，当然就丧失了学习的兴趣和动力，即使你讲得满头大汗，学生也在那里打瞌睡。或者，很刻苦努力地听了学了，考分也很不错，但面临实际问题的时候，学的东西都记不起来了，或不知道到底该怎么用，感到一筹莫展和满心沮丧。”杨建宇认为，“理工科知识体系本身就是前辈们边用边学和边学边用得来的，要让学生乐学思用和善学会用，就更应该回归到这种方式上来！”

“卓越成长计划”课程组定期召开研讨会

由于“卓越成长计划”科研育人教学团队的成员多为教学科研并重的教师，都有相似的经历和感悟，所以，大家一拍即合。在构想设计“卓越成长计划”的具体方案时，杨建宇注重充分吸收好的想法，经过热烈讨论甚至争论，大家达成了一致。他将这个计划起名为“卓越成长计划”，并归纳为“要构建‘研教互动、学研相长’的机制，以‘通关项目’引领‘核心课程’，通过‘用以促学，学以致用’的不断迭代，达到学生‘想学好’和 ‘能学好’的目的，让学生既能‘想得到’也能‘做得出’。”

为实现课程内容与项目进阶的衔接，团队还与学校教务处和学院教务科一起，反复推敲研究，解决了关键核心课程的开设时段和教学内容与项目进阶的衔接、“卓越成长计划”学生独立成班开课、通关式科研项目课学分替代原有分散实践学分、卓越成长计划与现行培养计划的衔接等问题，最终使“卓越成长计划”能够列入教学计划，实现科研育人成体量性地进入第一课堂，取得“项目联动课程”的实效。

同频共振：以兴趣为纽带层层寻找“发烧友”

杨建宇教授介绍科研育人的探索和实践

2019年，学校将“科研育人”作为开辟培养拔尖创新人才的新路径，鼓励各个学院、各个科研团队积极行动，把科研优势转化为育人优势，努力培养引领未来技术前沿和社会发展的精英人才。

推动科研育人，要组建好团队，还要找“好苗子”。杨建宇说，“找对人很关键！就像热衷音响效果的‘发烧友’，因为极其感兴趣，就有内生动力，无论费多大劲，他都要去做，而且会乐此不彼。科研育人也一样，关键是层层找到‘发烧友’，既要从老师当中找教学科研双料‘发烧友’，也要从学生当中找乐学思用的双料‘发烧友’。”

为此，他和热衷教改的吕幼新教授一起，在“新型微波探测技术教育部工程中心”动员了一批研究教学并重的青年老师，组建了科研育人教学团队， 周云、史创、易伟、张寅、王刚、黄钰林、程婷、邹林、于雪莲、武俊杰、李中余、崔国龙等一批“发烧友”纷纷加入到了科研育人“卓越成长计划”教学团队，又很快着手从学生中选拔“发烧友”，探索创立和实践起“卓越成长计划”。

杨建宇教授为本科生授课

“说实在，我很感谢科研育人教学团队里面的每一位老师，也感谢有幸加入这个计划的所有学生!”杨建宇说，“我们这些‘发烧友’，对‘新工科’都是真爱，是真正地因为兴趣而相聚，也因为兴趣而付出。正因为大家的共同努力，才让‘卓越成长计划’走出了一条科研育人的新路子。”

四大项目：核心课程与通关项目深度融合

贯通性项目，引领核心课程

“卓越成长计划”创新教学模式，贯通大二到大四，将多个开放可选的“通关式科研项目”与多门关联性强的“案例化核心课程”铰链互动；核心课程内容和知识支撑科研项目，科研项目反馈需求和案例到核心课程；老师上堂授课、下堂指导、无缝对接，实现教与研的融合贯通；学生分组科研、同堂听课、一起研讨，实现学与用的实时迭代。

在卓越成长计划中，学生科研项目课对接前沿科研，适配学生、可选可改，三年贯通、四级通关，由易到难、逐级挑战，激励创新，助力学生自主边用边学、边学边用，“玩转知识”，以项目式教学方法培养解决工程问题的能力。

教学团队依托新型微波探测技术教育部工程中心，筛选了趣味性强和展示度高的通关式科研课题融入本科教学环节中，并随着阶段提升逐步加大挑战难度，激发学生兴趣，给予学生充分挑战。例如，周云等负责的“全天候微波感知系统”项目，张寅等负责“基于麦克风阵列的智能信号处理系统”项目，史创等负责“智能人机声音交互系统”项目，王刚等负责“无人集群系统”项目。

“核心课程”主要包括“课题引入”阶段的“信号与系统”课程，“主动学习”阶段的“随机信号分析”和“数字信号处理”课程，“深入探索”阶段的“通信原理”、“雷达原理与系统”、“声音信号处理”、“四旋翼无人机控制理论与设计”等课程。

杨建宇教授解释道，“教师以自身科研‘亲历案例’贯穿课堂教学，探究知识，启迪创新，以案例化教学方法培养创新思辨能力；学生各带科研项目课‘亲历案例’，在核心课程小班课的‘竞赛式研讨’中，交流学用心得，分享科研体验。这些就是‘卓越成长计划’核心课程的特殊之处”。

在讲授这些课程时，老师们对教学内容和方式都进行了革新，在讲授中融入了“通关项目”实际案例，让学生能够体会到“用以促学、学以致用”的喜悦和成就感。

杨建宇教授在已经持续讲授二十多年的核心课程“信号与系统”中，用自身科研中遇到的清水河校区图书馆毫米波成像科研案例，引导同学们综合运用课程内外的知识，思考图像错位问题的自动校正方法；他还接轨“全天候微波感知系统”项目所需知识，从“原始数据”到“距离压缩”，再到 “方位压缩”，逐级展示出将无序的回波数据转化为有序的雷达图像所发生的神奇变化，让学生直观感受到知识的价值和力量，激发出学生的好奇心和内生动力，引导学生学习和运用知识，解决科研项目课中的实际问题。

逐级进阶：一路“打怪升级”酣畅淋漓

杨建宇教授介绍“逐级进阶”的课程体系

为了引导学生由易到难、渐入佳境，课程组在项目课推进的各个阶段，就像游戏中的“打怪通关”一样，都设置了不同难度的教学目标，进行了不同的教学设计，所以称为“通关式”科研项目。其中，“初级阶段”旨在让学生掌握基础理论和工程知识，提升自主学习能力；“中级阶段”旨在提升学生分析问题和使用现代工具的能力；“高级阶段”旨在提升学生设计和开发解决方案的能力以及项目管理能力；“创新设计阶段”则重视提升学生的创新、研究、沟通和展示能力。

每个通关项目，都按照“初、中、高、创”四个阶段进行内容和目标设计。例如，“基于麦克风阵列的智能信号处理系统”案例在“初级阶段”主要学习滤波器设计、时频域语音降噪等；在“中级阶段”主要学习波达方向估计、波束形成、空域滤波、语音增强等；在“高级阶段”主要学习参数估计、实时波束形成、声源目标跟踪等；在“创新设计阶段”主要学习关键字识别、敏感词识别、智能处理等。再如，“全天候微波感知系统”项目用清水河校区鹭栖湖喷泉的雷达成像试验，通过逐级进阶和用以促学的方式，激励同学们学以致用，自主完成由雷达数据得到雷达图像的过程。

学生用自制的小雷达得到了清水河校区鹭栖湖三层圆形喷泉阵的雷达图像

通过四个阶段的训练后，同学们解决工程实际问题的能力得到了很大的提升。杨建宇教授感慨地举例说，“理解雷达成像原理很不容易，实际运用就更加困难，研究生能做到都需要很努力。而‘卓越成长计划’班里的本科生，竟然用四旋翼无人机搭载组建的小雷达传回数据，用笔记本电脑进行数据处理，得到鹭栖湖双层圆形喷泉阵的雷达图像视频。这些本科生‘发烧友’真的很棒，当然，他们也很幸福，赶上了科研育人计划的实施。”

信通学院2020级本科生王棋臻在大一下学期通过选拔，成为了“卓越成长计划”的学员，并根据自己的兴趣选择了“无人集群系统”方向。谈起学习的感受，他说：“开展项目式学习，要付出更多的精力，几乎每一门课都要老师给我们‘开小灶’，或者自己在课外学习中‘加餐’！”

2022年底，王棋臻把课程和项目学习中的心得体会写成论文，并投稿给信号处理领域顶级期刊Transactions on Signal Processing，虽然论文最终被拒，但这次“失败”为他此后的进阶提供了重要的参考；半年多后，他在这个基础上继续深化研究，重新写成了题为“Adaptive Filtering under Multi-peak Noise”的论文，于2023年8月被信号处理领域经典期刊Signal Processing以接第一作者发表。目前，他还有另一篇论文已投给了ICASSP会议。

王棋臻说，“逐级进阶的学习方式，很辛苦，但收获很大！这就像爬山一样，虽然爬起来很累，但没上一个台阶，都能看到不一样的科研风景！”

持续探索：助力完善新工科建设“成电方案”

杨建宇教授介绍首批国家级一流课程“信号与系统”的教改情况

从2019年至今，“卓越成长计划”只走过了4年时间，但这四年的探索和实践，却为教学团队的老师们和每一位学生带来了丰硕收获。学生不仅发表了高水平论文、写出了高质量研究报告，而且动手提出了方案、做出了系统、解决了实际问题。

2018级本科生虞旭尧是首批入选该计划的45名学生之一。经过三年的学习，他最终做出了一个基于毫米波雷达的跌倒检测设备并且和初创公司合作将产品推向了市场。他表示：“通关式项目培养，由理论、实验到工程实践环环相扣，各个阶段赋予了我完成这个项目所需要的不同的能力。”

本科毕业后，他到香港科技大学（广州）直博。如今，在毕业一年后回望本科阶段的学习经历，他表示：“参加‘卓越成长计划’培养了我的科研思维，让我学会了把理论学习与工程实践紧密结合起来，这种系统的学习和工程训练，对我现在所从事的研究工作大有裨益！”

近年来，“卓越成长计划”的育人成效不断显现，育人经验也受到越来越多的关注。杨建宇教授及教学团队成员先后应邀在 “第十四届科教发展战略国际研讨会”“新工科建设•工学院院长论坛”“第一届工程教育创新论坛”等国内外重要论坛上交流分享经验。

今年，信通学院从事图像与视频处理研究的朱策教授，带领刘翼鹏教授、张乐教授和张帆教授，加入了科研育人“卓越成长计划”教学团队，卓越成长计划又增添了新的趣味性、创新性和展示性俱佳的通关式科研项目。

杨建宇教授与学生合影

“新工科建设没有‘完成时’，科研育人也一直处在探索中。”杨建宇表示，“我将和科研育人教学团队全体老师继续努力，不断探索总结、迭代优化，努力为完善新工科建设‘成电方案’贡献力量，努力为党和国家培养更多拔尖创新人才！