教研融合的射頻微波與電磁兼容科研平臺

王蒙軍, 劉劍飛, 武 一

(河北工業(yè)大學(xué) 1.電子信息工程學(xué)院 2.電子與通信工程國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心， 天津 300401)

教研融合的射頻微波與電磁兼容科研平臺

王蒙軍1,2, 劉劍飛1, 武 一1,2

(河北工業(yè)大學(xué) 1.電子信息工程學(xué)院 2.電子與通信工程國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心， 天津 300401)

本文提出建設(shè)射頻微波與電磁兼容的高水平科研平臺。充分利用高水平科研平臺建設(shè)中的資金優(yōu)勢、人才優(yōu)勢，以科研與教學(xué)有機(jī)結(jié)合為指導(dǎo)思想，通過分析教研融合科研平臺建設(shè)的發(fā)展動力，探索了教研融合科研平臺建設(shè)的主要措施，推動科學(xué)研究真正融入高等教育，為教研融合與地方高校學(xué)科建設(shè)協(xié)同發(fā)展提供借鑒。

科研平臺；教研融合；電磁兼容

0 引言

教學(xué)與科研是高等院校基本職能的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)，關(guān)于教學(xué)與科研的關(guān)系，早在1809年，德國洪堡大學(xué)就提出了“教學(xué)與科研相統(tǒng)一” 的觀念[1]，隨后德國哲學(xué)家雅斯貝爾斯在理論上指出教學(xué)與科研應(yīng)該并重，相輔相成，認(rèn)為“教學(xué)與科研的結(jié)合是大學(xué)至高無上而不可替代的基本原則”[2]。2010年3月我國的《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》也提出了“教研統(tǒng)一”，“支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)”的建議和要求。

作為河北省重點(diǎn)建設(shè)的高水平大學(xué)，我校為了加強(qiáng)交叉學(xué)科的研究，支持河北省新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，根據(jù)《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》、《國家“十二五”研究發(fā)展規(guī)劃》以及即將出臺的國家“十三五”科技發(fā)展規(guī)劃[3]，依托本校電氣工程、微電子學(xué)與固體電子學(xué)和計(jì)算機(jī)等學(xué)科，建設(shè)了“先進(jìn)信息與智能電網(wǎng)研究院”，開展射頻微波與電磁兼容及其相關(guān)的電子器件及系統(tǒng)的多學(xué)科交叉研究并利用中央財(cái)政支持地方高校的建設(shè)資金建設(shè)電子與通信工程國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，著力打造教學(xué)和科研融合的“射頻微波與電磁兼容科研平臺”(以下簡稱：科研平臺)。

1 教研融合科研平臺建設(shè)的目標(biāo)

處于京津冀協(xié)同發(fā)展關(guān)鍵區(qū)域中的河北省，科學(xué)研究平臺的建設(shè)要適應(yīng)京津冀一體化戰(zhàn)略與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，將射頻微波與電磁兼容技術(shù)及其相關(guān)的電子器件及系統(tǒng)作為研究的重點(diǎn)方向，加大重視和增加研發(fā)投入，在電子材料、器件、智能電器和智能電網(wǎng)以及系統(tǒng)集成方面取得突破。促進(jìn)河北省轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建新型現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)體系。

同時(shí)探索落實(shí)“2011計(jì)劃”中提高高等教育質(zhì)量，提升大學(xué)生創(chuàng)新能力的目標(biāo)，尋找科學(xué)研究與教育教學(xué)的有機(jī)結(jié)合點(diǎn)，探索科學(xué)研究和人才培養(yǎng)緊密結(jié)合的新途徑，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的新方法。通過更新觀念，改革體制，豐富和拓展高校人才培養(yǎng)的渠道和資源，推動科學(xué)研究真正融入高等教育。

2 教研融合科研平臺建設(shè)的動力

2.1 區(qū)域經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的要求

地方院校與地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展有著天然的聯(lián)系，是服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要力量。作為環(huán)繞首都和天津的河北省，在環(huán)境保護(hù)的要求下，面臨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的任務(wù)，信息電子、節(jié)能環(huán)保和綠色能源是符合這一特殊要求的發(fā)展方向，因此明確辦學(xué)定位，引導(dǎo)學(xué)校的改革和發(fā)展[4]。通過發(fā)展射頻微波與電磁兼容技術(shù)，推進(jìn)建設(shè)一批河北省先進(jìn)的專業(yè)研究機(jī)構(gòu)，高校參與研發(fā)工作，培育高校的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，同時(shí)促進(jìn)科技成果轉(zhuǎn)化，直接孵化一批專業(yè)的電子企業(yè)，成為河北省產(chǎn)業(yè)中的新興力量，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)提供應(yīng)有的支撐。

2.2 學(xué)科專業(yè)建設(shè)發(fā)展的要求

我校充分考慮地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求，立足京津冀，服務(wù)京津冀，確立開展射頻微波與電磁兼容及其相關(guān)的電子器件及系統(tǒng)，包括微納電子器件及系統(tǒng)研究；射頻微波電子及射頻生物醫(yī)療研究；智能電網(wǎng)與智能電器研究等主要研究方向。以科研平臺建設(shè)為依托，將相關(guān)的學(xué)科專業(yè)辦出特色，為學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)打好基礎(chǔ)，保證畢業(yè)生的就業(yè)，促進(jìn)學(xué)科與學(xué)校的良性發(fā)展。

2.3 實(shí)驗(yàn)中心實(shí)踐教學(xué)的要求

我校電子與通信工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心2013年成為國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。隨著射頻微波與電磁兼容等學(xué)科的發(fā)展，師資隊(duì)伍不斷得到充實(shí)和提高，搭建了一些先進(jìn)的科研平臺。為了更好發(fā)揮這些科研資源在本科教學(xué)中的作用，建設(shè)包括射頻電子材料與器件、射頻微波集成電路、微電子技術(shù)與材料、電磁兼容測試與整改等綜合實(shí)踐教學(xué)平臺，以促進(jìn)教學(xué)科研互動，實(shí)現(xiàn)科研成果向?qū)嶒?yàn)教學(xué)內(nèi)容的有效轉(zhuǎn)化，為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)創(chuàng)造有利條件。

3 教研融合科研平臺建設(shè)的實(shí)施

3.1 科研平臺的設(shè)施建設(shè)

(1)新建射頻微波與電磁兼容測試平臺，擁有矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、EMI接收機(jī)、微波信號發(fā)生器、EMC電磁干擾掃描儀、GTEM小室輻射抗擾度測試系統(tǒng)、IC電磁兼容測試系統(tǒng)、CST電磁仿真軟件等相關(guān)設(shè)備，可以從事射頻微波技術(shù)、電磁兼容測試的研究。新建超凈實(shí)驗(yàn)室155平方米，設(shè)備機(jī)房與輔助間55平方米，擁有ICP刻蝕機(jī)、電子束蒸發(fā)鍍膜系統(tǒng)、半導(dǎo)體參數(shù)儀、脈沖激光沉積系統(tǒng)等設(shè)備，可以為射頻微波電子器件制備提供良好的環(huán)境支持，滿足電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教學(xué)科研建設(shè)的需要。

(2)建設(shè)微波及射頻領(lǐng)域的研究平臺。在發(fā)揮其科學(xué)研究重要作用的同時(shí)，探索教研融合的研究平臺建設(shè)，使其在創(chuàng)新人才培養(yǎng)與地區(qū)經(jīng)濟(jì)服務(wù)中發(fā)揮作用，形成一套完整的高水平科研平臺運(yùn)行機(jī)制，通過充分利用以上資源，提升學(xué)科整體實(shí)力，促進(jìn)學(xué)校教育教學(xué)水平再上新臺階[5]。

3.2 科研平臺的教研融合措施

科研平臺經(jīng)費(fèi)充足，實(shí)驗(yàn)條件先進(jìn)，將這些優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的資源是可行的。通過將科研融入教學(xué)，在與其相關(guān)的課程建設(shè)、教學(xué)改革、教材編寫、學(xué)生培養(yǎng)等方面，綜合提高教學(xué)質(zhì)量。還可借助平臺的學(xué)術(shù)影響力，組織各種校外科技活動，提供培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的各種途徑[6]。在科研平臺的建設(shè)過程中，采取措施，解決科研與實(shí)踐教學(xué)的關(guān)系、科研與教師教學(xué)的關(guān)系、科研與學(xué)生培養(yǎng)的關(guān)系，促進(jìn)科研與教學(xué)的融合。這里結(jié)合射頻微波與電磁兼容測試平臺的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，闡述具體的措施。

1)科研平臺與教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的深度融合

(1)開展探究性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，拓展傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的層次。與演示和驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ讲煌Ｔ谔骄啃詫?shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生利用科研平臺提供的設(shè)備和工具，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，測試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)測試結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。探究性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)學(xué)生主體性，實(shí)驗(yàn)過程中增加了學(xué)生的參與度，既有利于學(xué)生基本知識技能的應(yīng)用，又有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新探索意識。

例如在分析電路板上產(chǎn)生的電磁干擾時(shí)，實(shí)驗(yàn)事先不告訴學(xué)生干擾頻率，而是讓學(xué)生通過測量，并且分析電路板上應(yīng)該存在的信號頻率，逐一對比，在眾多頻譜信號中確定哪一頻率成分屬于干擾頻率，進(jìn)而再確定干擾信號的來源予以消除。圖1給出了電路板所有頻率信號的頻譜圖，眾多頻率成分中既有工作信號，又有干擾信號，需要學(xué)生自行分析電路工作原理，找出干擾頻率點(diǎn)。

圖1 電路板信號的頻譜圖

(2)移植最新的科研成果，提高基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的水平?？蒲衅脚_承擔(dān)著多項(xiàng)國家級、省市級科研項(xiàng)目，可以將科研項(xiàng)目的研究成果引入教學(xué)環(huán)節(jié)。

例如電路板的電磁兼容設(shè)計(jì)與整改技術(shù)是電子產(chǎn)品通過EMC認(rèn)證走向市場的前提，企業(yè)產(chǎn)品電路設(shè)計(jì)中的電磁兼容問題是科研平臺研究的一項(xiàng)特色成果。通過電磁干擾掃描儀，確定電路板上電場的空間分布圖，發(fā)現(xiàn)干擾信號出現(xiàn)的位置，進(jìn)而確定電路板上的哪個(gè)元器件、哪些布線產(chǎn)生了電磁干擾信號，可以通過調(diào)整器件或調(diào)整電路板的走線來消除干擾，這樣的工程實(shí)例在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中隨處可見。

將電子產(chǎn)品電磁兼容設(shè)計(jì)與整改的案例引入實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生通過實(shí)實(shí)在在的項(xiàng)目、研究內(nèi)容、研究方法來加深對理論的理解。圖2和圖3給出了電路板進(jìn)行電磁兼容測試整改前后空間電場的分布圖。從圖3中可以看出，整改之后，圖2中左下部的干擾問題可以消除。這樣，通過科研項(xiàng)目中的一個(gè)小環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對電磁干擾有了本質(zhì)的認(rèn)識。

實(shí)踐證明，把科研工作帶到課堂，把科研新成果融入到教學(xué)，既豐富了課堂教學(xué)內(nèi)容, 提高了課程教學(xué)質(zhì)量，又培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力，使學(xué)生走向社會后能夠從事創(chuàng)造性地工作。

圖2 電磁兼容測試整改前電路板空間電場分布圖

圖3 電磁兼容測試整改后電路板空間電場分布圖

(3)增加創(chuàng)新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。教師利用科研平臺的設(shè)備條件和科研成果，開設(shè)與課程相關(guān)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，預(yù)留一些自學(xué)的資料給學(xué)生，要求學(xué)生就其資料的內(nèi)容結(jié)合實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行學(xué)習(xí)討論、找到解決問題的辦法，并通過實(shí)驗(yàn)的手段，驗(yàn)證自己所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法是否合理，引導(dǎo)學(xué)生積極參加教師的科研工作，從而培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和創(chuàng)新思維，為終身學(xué)習(xí)和創(chuàng)新發(fā)明打下基礎(chǔ)。

例如在如何消除信號中混入的干擾信號問題上，提出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，消除信號中430 MHz的加擾，要求學(xué)生結(jié)合信號調(diào)制解調(diào)的原理，對照無干擾狀況信號的頻譜圖，設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)方法，提取430 MHz的干擾信號，并濾除干擾信號，這樣就可以讓學(xué)生綜合運(yùn)用通信原理、數(shù)字信號處理的知識，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決這一問題，利用科研平臺的儀器設(shè)備，搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法，解決工程問題。圖4給出了消除加擾430 MHz信號的頻譜圖。

圖4 消除加擾430 MHz信號的頻譜圖

2)教研融合與師資能力的提高

(1)在教學(xué)方案制定環(huán)節(jié)，教師要引入教研融合的理念。將科研的思維注入教學(xué)，貫穿于教學(xué)環(huán)節(jié)每一步。在教學(xué)內(nèi)容準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，教師要清楚地了解專業(yè)背景，還要緊密追蹤前沿問題，做到科學(xué)前沿和經(jīng)典理論的融會貫通，保證知識體系的延續(xù)性，同時(shí)追蹤前沿也是教師收集整理科研資料、理清科研思路的過程，做到科研與教學(xué)的協(xié)同更新。在此基礎(chǔ)上，制定教學(xué)計(jì)劃，合理安排教學(xué)進(jìn)度，保證最終能圓滿完成教學(xué)任務(wù)。

(2)在教學(xué)方案實(shí)施環(huán)節(jié)，實(shí)踐教研融合的方法。在每學(xué)期的授課過程中，按照基本教學(xué)進(jìn)度的要求，從易于學(xué)生理解和掌握的角度出發(fā)，結(jié)合自身科研方向，將合適的科研課題引入課堂，通過與學(xué)生的交流互動，積極引導(dǎo)學(xué)生鍛煉自己的思考能力和應(yīng)用能力；通過與學(xué)生的交流互動，接收來自學(xué)生的反饋信息，在實(shí)踐中考驗(yàn)自己的科研成果，培養(yǎng)鍛煉教師的組織能力和實(shí)施能力，拓寬科學(xué)研究思路，提高知識運(yùn)用程度。

(3)在教學(xué)方案總結(jié)環(huán)節(jié)，歸納教研融合的成果。教研融合教學(xué)方式在實(shí)施過程中，每個(gè)教師都會有不同的經(jīng)驗(yàn)體會，每屆學(xué)生也會有不同的學(xué)習(xí)感受，每學(xué)期后，對教師和學(xué)生兩方面進(jìn)行跟蹤并進(jìn)行總結(jié)，為今后的工作積累經(jīng)驗(yàn)。應(yīng)建立教研一體化發(fā)展管理模式，制定科學(xué)完善的“教師教研發(fā)展指導(dǎo)體系”和合理規(guī)范的“教學(xué)科研質(zhì)量評價(jià)體系”，使專業(yè)設(shè)置和科研項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合。同時(shí)跟蹤考核學(xué)生學(xué)習(xí)過程，保證學(xué)生評價(jià)、反饋的及時(shí)性，為今后的教學(xué)改革提供參考。

3)教研融合與學(xué)生創(chuàng)新能力的提升

(1)設(shè)置本科生科研項(xiàng)目基金?？蒲衅脚_每年承擔(dān)國家及省市級科研項(xiàng)目較多，資金充裕，因此組織教師結(jié)合承擔(dān)項(xiàng)目的內(nèi)容，設(shè)置一定數(shù)量適合本科生的科研題目，建立面向本科生的開放式科研項(xiàng)目基金，通過雙向選擇，將優(yōu)秀學(xué)生吸收到科研教師的課題組，參與科研活動，這也有利于教師發(fā)現(xiàn)優(yōu)秀學(xué)生，通過保送研究生的方式，為課題組選拔人才。

(2)組織大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目。將科研平臺的實(shí)驗(yàn)場地和實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備向參與項(xiàng)目的學(xué)生免費(fèi)開放，并組織教師承擔(dān)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練任務(wù)，為參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)計(jì)劃的學(xué)生提供技術(shù)和管理等支持。

(3)舉辦大學(xué)生校外科技活動?？萍计脚_利用自身的優(yōu)勢，組織學(xué)生利用課余時(shí)間參加電子科技協(xié)會舉辦的科技活動，獨(dú)立設(shè)計(jì)、焊接、調(diào)試電子產(chǎn)品；選擇優(yōu)秀學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽、“挑戰(zhàn)杯”競賽、FreeScale智能車大賽等賽事。

4 結(jié)語

本文提出建設(shè)教研融合的射頻微波與電磁兼容科研平臺的思路。充分利用科研平臺建設(shè)中的資金優(yōu)勢、人才優(yōu)勢，以科研與教學(xué)有機(jī)結(jié)合為指導(dǎo)思想，通過分析教研融合科研平臺建設(shè)的發(fā)展動力，明確了科研平臺構(gòu)建與教學(xué)的關(guān)系，探索了科研平臺促進(jìn)教學(xué)的運(yùn)作機(jī)制，推動科學(xué)研究真正融入高等教育，為科研平臺反哺教學(xué)的實(shí)踐提供了經(jīng)驗(yàn)。

[1] 洪堡著(德)，陳洪捷譯，論柏林高等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的內(nèi)部和外部組織[J]，桂林：高等教育論壇，1987(1)：93-95.

[2] 雅斯貝爾斯著(德)，邱立波譯，大學(xué)之理念[M]，上海：上海世紀(jì)出版集團(tuán)，2007.

[3] 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部. 國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)[EB/OL]. 2006.2.9. http://www.most.gov.cn/

[4] 周倩. 省部共建高校辦學(xué)定位中存在的問題和對策建議[J]. 長春：現(xiàn)代教育科學(xué)，2012(6): 166-169.

[5] 劉子賢，齊煒，楊明. 提高高校教師科研能力的“”教研融合“”教學(xué)方式[J]. 赤峰：赤峰學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013，Vol.29(2): 206-208.

[6] 趙新亮，張彥通. 地方本科高校向應(yīng)用技術(shù)大學(xué)轉(zhuǎn)型的動力機(jī)制與戰(zhàn)略[J]. 鎮(zhèn)江：高校教育管理，2015，Vol.9(2): 38-42.

RF Microwave & EMC Research Platform Based on Teaching and Research Integration

WANG Meng-jun1,2，LIU Jian-fei1，WU Yi1,2

(1、SchoolofElectronicsandInformationEngineering,2、NationalExperimentalTeachingCenterofElectronicandCommunicationEngineering,HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300401，China)

High level of RF microwave and electromagnetic compatibility scientific research platform is developed . Full use of the advantages of capital and talent in the construction process, high level scientific research platform is developed on the basis of combining scientific research and teaching guidelines. After analyzing the impetus of research and teaching integrated platform, the main construction measures are explored to promote scientific research into higher education, and provide valuable experience for cooperative development of research and teaching integration for discipline construction of local colleges and universities.

research platform; research and teaching integration; electromagnetic compatibility

2015-10-07;

2015-10- 07

2012河北省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目(2012GJJG148); 2015河北工業(yè)大學(xué)教學(xué)研究和改革指導(dǎo)項(xiàng)目(HebutJXJG2015-125)。

王蒙軍(1978-)，男，博士，副教授，主要從事電磁場與電磁波、電磁兼容技術(shù)和光譜分析教學(xué)和科研工作， E-mail:wangmengjun@hebut.edu.cn

G642.0

A

1008-0686(2016)03-0004-04