基于學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向的射頻電路設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革

趙彥曉 王亞飛 李學(xué)華 張?jiān)孪?/p>

摘? 要 射頻電路設(shè)計(jì)是通信工程專業(yè)的重要專業(yè)課程之一。在工程教育認(rèn)證背景下，為培養(yǎng)學(xué)生達(dá)到規(guī)定的畢業(yè)要求，每門課程都需要達(dá)成該課程所對應(yīng)畢業(yè)要求分解的指標(biāo)點(diǎn)。為了提高學(xué)生該門課程的達(dá)成度，緊密結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，對課程內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式等方面進(jìn)行優(yōu)化和改革。結(jié)果表明，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性有所提高，對知識與技術(shù)的應(yīng)用能力有所增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞 射頻電路設(shè)計(jì);工程教育認(rèn)證;教學(xué)改革;學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向;翻轉(zhuǎn)課堂

中圖分類號：G642.0? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）06-0084-03

Teaching Reform of Radio Frequency Circuit Design based on Outcomes based Education//ZHAO Yanxiao， WANG Yafei， LI Xuehua， ZHANG Yuexia

Abstract Radio frequency circuit design is one of the most impor-tant courses in communication engineering. Under the background of

engineering education certification， each course needs to achieve the requirements of the indicators for graduation. In order to improve the

value of this course， closely combining teaching practice， the con-tents， the methods of teaching and assessment are optimized and reformed. The results show that students？learning enthusiasm has been improved， and their ability to apply knowledge and technology has been enhanced.

Key words radio frequency circuit design; engineering education accreditation; teaching reform; outcomes based education; flipped classroom

1 引言

基于學(xué)習(xí)成果導(dǎo)向的教育模式（OBE）強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)收獲與是否成功。2016年6月2日，中國簽署加入《華盛頓協(xié)議》，成為其正式會(huì)員?！度A盛頓協(xié)議》體系的特點(diǎn)是強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為本位”，并以“基于學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果”作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對畢業(yè)生提出12條畢業(yè)要求，不僅要求具備工程知識、工程能力，還要求具備溝通能力、團(tuán)隊(duì)合作能力，以及具有社會(huì)責(zé)任感、工程倫理等。在對于學(xué)生是否達(dá)到畢業(yè)要求進(jìn)行評價(jià)時(shí)，把12條畢業(yè)要求中的每一條分解為若干個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，再由若干門課程來支撐每個(gè)指標(biāo)點(diǎn)，即通過課程的達(dá)成來實(shí)現(xiàn)指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成，最終達(dá)到畢業(yè)要求。

目前，國內(nèi)通信工程專業(yè)相關(guān)課程的教學(xué)改革取得一定成果，基于理論教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)改革注重學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力;基于翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)改革以學(xué)生為中心，教師引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生思考，通過學(xué)生之間小組交流討論和總結(jié)展示，讓他們獲得好的學(xué)習(xí)效果。然而，這些教學(xué)方法均是“基于內(nèi)容的學(xué)習(xí)”，工程教育認(rèn)證要求“以學(xué)生為本”，實(shí)現(xiàn)“基于學(xué)生產(chǎn)出的學(xué)習(xí)系統(tǒng)”。因此，本文以射頻電路設(shè)計(jì)為例，依托工程教育認(rèn)證進(jìn)行基于OBE的課程教學(xué)改革。

2 目前教學(xué)中存在的不足

射頻電路設(shè)計(jì)課程是通信工程專業(yè)重要的專業(yè)課程之一，在教學(xué)實(shí)踐中存在以下不足。

1）教學(xué)方式單一，包括理論課堂講授與實(shí)驗(yàn)，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，缺乏積極性和熱情，大部分學(xué)生不能投入時(shí)間和精力下功夫?qū)W習(xí)該課程。

2）先修課程較多，而且有一定難度，如高等數(shù)學(xué)、電路分析、模擬電路和微波理論等。同時(shí)，該課程集理論性、工程性和實(shí)踐性于一體，涉及的內(nèi)容多，概念抽象，數(shù)學(xué)物理推導(dǎo)煩瑣，并且理論涉及的先修課程理論較綜合，學(xué)生普遍反映這門課程不容易學(xué)習(xí)，難于掌握。

3）教學(xué)內(nèi)容與集成電路發(fā)展脫節(jié)，通信標(biāo)準(zhǔn)從2G發(fā)展到5G，教學(xué)內(nèi)容較陳舊。并且學(xué)生對理論的掌握不夠靈活，難以跟上通信行業(yè)發(fā)展，畢業(yè)后難以適應(yīng)企業(yè)的人才需求。

3 課程教學(xué)改革探索

基于OBE的工程教育模式要求教師對于學(xué)生所獲得的知識以及達(dá)到的能力有清晰的理解，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與方法、考核方式等來保證學(xué)生達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。OBE是一種以學(xué)生預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)為中心，設(shè)計(jì)、開展和評價(jià)教學(xué)效果的教育模式?；贠BE的教育模式，對該課程的認(rèn)識歸納如下。

教學(xué)目標(biāo)

1）對射頻電路具有一定的認(rèn)知，能夠掌握射頻電路的分析方法、設(shè)計(jì)優(yōu)化方法;能夠利用軟件對通信標(biāo)準(zhǔn)所需頻段的射頻電路進(jìn)行與分析;能夠使用儀器測試射頻電路等。

2）運(yùn)用已有的技術(shù)工具，研究射頻電路涉及的復(fù)雜工程問題，運(yùn)用創(chuàng)新思維設(shè)計(jì)具有一定應(yīng)用價(jià)值的射頻電路。同時(shí)需要考慮社會(huì)安全、成本、工程規(guī)范等非技術(shù)因素，遵守工程職業(yè)道德和規(guī)范。培養(yǎng)學(xué)生具備終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣、自學(xué)能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力。

達(dá)成途徑? 分小組，各小組合作完成以下三項(xiàng)內(nèi)容。

1）低噪聲放大器的電路設(shè)計(jì)與優(yōu)化，要求該電路工作頻率為0.8 GHz，增益不小于10 dB，噪聲系數(shù)低于4 dB。

2）能夠測試射頻電路模塊的指標(biāo)參數(shù)，并根據(jù)測試結(jié)果評價(jià)以及優(yōu)化電路。要求對較復(fù)雜的工程問題進(jìn)行分析、分解，找出最優(yōu)方案，并且在設(shè)計(jì)過程中考慮安全、健康、成本、經(jīng)濟(jì)等因素。

3）要求每個(gè)學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容查找文獻(xiàn)，能讀懂文獻(xiàn)，并應(yīng)用該課程所學(xué)的技術(shù)方法完成濾波器的設(shè)計(jì)，要求中心頻率1.8 GHz，Q值大于10，并完成設(shè)計(jì)報(bào)告，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生在科技寫作方面的邏輯表達(dá)能力。

考核方式? 總結(jié)出評價(jià)學(xué)習(xí)效果的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，包括平時(shí)課上討論情況、項(xiàng)目完成情況、項(xiàng)目PPT展示、項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告等。

把上述內(nèi)容對應(yīng)到該課程對應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，按照教學(xué)目標(biāo)、達(dá)成途徑進(jìn)行分析。

【畢業(yè)要求1】工程知識：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識用于解決信息與通信領(lǐng)域復(fù)雜工程問題。

1）畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.4掌握電子電路與電磁場相關(guān)理論，熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)則和設(shè)計(jì)方法，并能用于分析復(fù)雜電路及電子系統(tǒng)。

2）課程教學(xué)目標(biāo)：對射頻電路理論具有一定的認(rèn)知，掌握低噪聲放大器、功率放大器、混頻器、振蕩器、濾波器等電路模塊的工作原理、實(shí)現(xiàn)方法。

3）達(dá)成途徑。理論教學(xué)：重點(diǎn)突出、思路清晰，將每個(gè)電路模塊作為研討課內(nèi)容，分析電路原理，會(huì)計(jì)算并優(yōu)化電路中的參數(shù)。課前發(fā)放預(yù)習(xí)引導(dǎo)問題，以此引導(dǎo)學(xué)生自學(xué);課堂討論，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣;課后作業(yè)，鞏固所學(xué)內(nèi)容。

【畢業(yè)要求2】問題分析：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，識別、表達(dá)并通過文獻(xiàn)研究分析信息與通信領(lǐng)域復(fù)雜工程問題，以獲得有效結(jié)論。

1）畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：2.1能夠綜合運(yùn)用所掌握的知識、方法和技術(shù)，識別和判斷復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。

2）課程教學(xué)目標(biāo)：能夠分析射頻通信系統(tǒng)中復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，綜合運(yùn)用射頻電路的理論設(shè)計(jì)方法找到優(yōu)化性能參數(shù)的方法。

3）達(dá)成途徑。理論教學(xué)：在每一個(gè)電路模塊中，重點(diǎn)分析模塊的性能參數(shù)、優(yōu)化方法，以及在優(yōu)化過程中對電路其他性能參數(shù)產(chǎn)生的影響。課前發(fā)放引導(dǎo)問題，以此引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)，提高其自學(xué)能力;課堂討論，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣;課后作業(yè)，鞏固所學(xué)內(nèi)容。

【畢業(yè)要求3】設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案：能夠設(shè)計(jì)針對信息與通信領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的解決方案，設(shè)計(jì)滿足特定需求的系統(tǒng)、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)體現(xiàn)創(chuàng)新意識，考慮社會(huì)、健康、安全、法律、文化以及環(huán)境等因素。

1）畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：3.2具備開發(fā)滿足特定需求的基本電路單元、系統(tǒng)和工藝流程的能力，并能夠在設(shè)計(jì)過程中考慮多種制約條件，體現(xiàn)創(chuàng)新意識。

2）課程教學(xué)目標(biāo)：利用安捷倫公司的仿真軟件ADS設(shè)計(jì)電路模塊，掌握電路模塊設(shè)計(jì)流程，并考慮成本、可行性等非技術(shù)因素。

3）達(dá)成途徑。電路仿真分析：能夠利用ADS軟件實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，完成低噪聲放大器電路的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，并最終形成報(bào)告。

【畢業(yè)要求4】研究：能夠基于科學(xué)原理并采用科學(xué)方法對信息與通信領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行研究，包括設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與解釋數(shù)據(jù)、通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

1）畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：4.1掌握專業(yè)儀器和設(shè)備管理，能夠在解決復(fù)雜、綜合型工程問題中合理選擇和正確使用相關(guān)儀器設(shè)備;4.3能根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理分析與解釋數(shù)據(jù)，并通過信息綜合得到合理有效的結(jié)論。

2）課程教學(xué)目標(biāo)：使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試S參數(shù)，并對性能進(jìn)行評估。

3）達(dá)成途徑。實(shí)驗(yàn)：完成八學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課程，提交試驗(yàn)報(bào)告并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。課程考核方式：

平時(shí)表現(xiàn)10%+電路仿真分析15%+實(shí)驗(yàn)15%+期末考試60%

可以看出，射頻電路設(shè)計(jì)課程對應(yīng)工程教育認(rèn)證12條畢業(yè)要求中的1、2、3，支撐畢業(yè)要求分解的指標(biāo)點(diǎn)中的1.4、2.1、3.2、4.1、4.3，比較詳細(xì)說明了該課程的教學(xué)目標(biāo)和達(dá)成途徑，并且與指標(biāo)點(diǎn)對應(yīng)的其他課程共同實(shí)現(xiàn)指標(biāo)點(diǎn)的達(dá)成，從而達(dá)到畢業(yè)要求。

在設(shè)計(jì)教學(xué)過程時(shí)，課程的教學(xué)內(nèi)容注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，要求學(xué)生靈活掌握射頻電路的設(shè)計(jì)方法，以適應(yīng)不同通信背景下的設(shè)計(jì)需求，并且注重工程中的非技術(shù)因素，幫助學(xué)生具備解決復(fù)雜工程問題的能力。教學(xué)方法注重學(xué)生之間的團(tuán)隊(duì)合作能力，以項(xiàng)目為作業(yè)單位，通過小組中成員之間的合作，共同完成項(xiàng)目作業(yè)。另外，上課之前給學(xué)生提供預(yù)習(xí)提綱，幫助學(xué)生做好預(yù)習(xí)，培養(yǎng)自學(xué)能力。課后幫助學(xué)生總結(jié)，形成系統(tǒng)的概念和技術(shù)知識，并在教學(xué)過程中幫助學(xué)生樹立終身學(xué)習(xí)的理念。

考核方法注重過程的考核，主要進(jìn)行工程實(shí)踐能力的考核，從平時(shí)的電路仿真項(xiàng)目完成情況、實(shí)驗(yàn)測試完成情況考核學(xué)生的工程實(shí)踐能力;并且期末考試也融入工程實(shí)踐內(nèi)容的考核，避免脫離工程實(shí)際的純理論考核。期末考試試卷題目既要求學(xué)生掌握基礎(chǔ)理論，又能對其靈活運(yùn)用。

教學(xué)過程設(shè)計(jì)具體內(nèi)容如下。

1）課前材料：課前引導(dǎo)問題;與本課程相關(guān)的文獻(xiàn)資

料;PPT教學(xué)課件。

2）課堂上：以課前引導(dǎo)問題為主線，要求學(xué)生能夠回答涉及的概念問題，教師給予補(bǔ)充解釋說明引申;涉及的技術(shù)理論以具體實(shí)例讓學(xué)生闡述自己的思想方法，教師給予點(diǎn)評，并且通過不同方式途徑解決問題，根據(jù)工程中的環(huán)境、成本、安全等因素分析其利弊，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

3）課后：一方面是書面作業(yè)，包括選擇、填空、簡答、計(jì)算，總結(jié)概念、技術(shù)知識等;另一方面要求學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)內(nèi)容，以小組為單位進(jìn)行電路設(shè)計(jì)、仿真分析并形成報(bào)告，鍛煉學(xué)生的科技寫作與邏輯思維能力。

4 教學(xué)改革的創(chuàng)新之處

1）該教學(xué)改革模式既繼承了“基于理論與工程實(shí)踐相結(jié)合”與“基于翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)改革成果，又實(shí)現(xiàn)了教育范式由“以內(nèi)容為本”向“以學(xué)生為本”的根本轉(zhuǎn)變，形成一套“基于學(xué)生產(chǎn)出”的學(xué)習(xí)體系。

2）該體系中，教師必須理解學(xué)生畢業(yè)時(shí)應(yīng)達(dá)到的能力及其水平，該課程對畢業(yè)要求的支撐，制定出學(xué)生該課程的達(dá)成目標(biāo)，然后設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)手段來保證課程的達(dá)成。以學(xué)生能夠達(dá)到該課程產(chǎn)出為學(xué)習(xí)目標(biāo)，進(jìn)而為達(dá)到畢業(yè)要求提供保障。

3）最終，學(xué)生不僅能從這門課的學(xué)習(xí)中收獲知識和技能，而且可以實(shí)現(xiàn)“能夠分析射頻電路、優(yōu)化射頻電路、聯(lián)合仿真分析、測試射頻電路”的課程目標(biāo)，“學(xué)來即用”，提高對專業(yè)技能的學(xué)習(xí)興趣，自學(xué)并應(yīng)用專業(yè)技能，為實(shí)現(xiàn)終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。同時(shí)，學(xué)生可以在學(xué)習(xí)過程中掌握工作流程規(guī)范、科技寫作規(guī)范，培養(yǎng)實(shí)踐安全意識、合作能力與創(chuàng)新能力等。

5 結(jié)語

高等學(xué)校工程教育認(rèn)證的重要意義在于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，把學(xué)生培養(yǎng)成與國際接軌的合格人才。以工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)思想，貫徹OBE教學(xué)理念，對射頻電路設(shè)計(jì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法與考核模式進(jìn)行改革與優(yōu)化，促進(jìn)學(xué)生課程的達(dá)成，從而達(dá)到畢業(yè)要求。實(shí)踐表明，學(xué)生在學(xué)習(xí)興趣、工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力以及考慮非技術(shù)因素的能力等方面均有一定程度的提高，教學(xué)改革取得初步成效?！?/p>

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