基于OBE理念的“射頻電路設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革與探索

任寶平 黃德昌

【摘要】 ? ?“射頻電路設(shè)計(jì)”是通信工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，屬于電磁場(chǎng)與微波技術(shù)學(xué)科體系中偏電路、偏工程的課程。該課程內(nèi)容繁多，理論與實(shí)踐并重，教學(xué)難度較大，學(xué)生普遍反映難學(xué)。本文結(jié)合自身教學(xué)，在新工科背景下，基于OBE理念，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核體系三方面探索課程教學(xué)改革，突出學(xué)生在課程教學(xué)中的主體地位。通過(guò)課程改革，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和參與度，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和工程思維，提高學(xué)以致用和解決問(wèn)題的能力。

【關(guān)鍵詞】 ? ?射頻電路設(shè)計(jì) ? ?OBE理念 ? ?教學(xué)改革 ? ?新工科

引言：

為主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，支撐服務(wù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展、“中國(guó)制造2025”等一系列國(guó)家戰(zhàn)略，教育部提出“新工科”的創(chuàng)新概念并積極推進(jìn)建設(shè)。與傳統(tǒng)工科相比，“新工科”更強(qiáng)調(diào)學(xué)科的實(shí)用性、交叉性與綜合性，尤其注重信息通信、電子控制、軟件設(shè)計(jì)等新技術(shù)與傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)的緊密結(jié)合，適應(yīng)和推動(dòng)新興產(chǎn)業(yè)（如大數(shù)據(jù)、人工智能）的發(fā)展[1]。

《射頻電路設(shè)計(jì)》是電子通信類專業(yè)的一門核心課程，是無(wú)線通信基礎(chǔ)學(xué)科—電磁場(chǎng)與微波技術(shù)的一個(gè)重要分支。另一方面，無(wú)線通信作為移動(dòng)互聯(lián)和物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，可以推動(dòng)大數(shù)據(jù)、人工智能等新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，開(kāi)展好《射頻電路設(shè)計(jì)》本科教學(xué)工作具有重要意義。然而，繁多的電路模型、復(fù)雜的理論公式和極強(qiáng)的應(yīng)用場(chǎng)景是該課程的幾大特點(diǎn)，也是課程教學(xué)、學(xué)生學(xué)習(xí)的幾大難點(diǎn)。近些年，國(guó)內(nèi)包括華南理工大學(xué)、電子科技大學(xué)在內(nèi)的部分高校學(xué)者開(kāi)展了關(guān)于《射頻電路設(shè)計(jì)》課程內(nèi)容和教學(xué)體系改革研究[2-5]。然而，通過(guò)文獻(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，單純課程內(nèi)容和體系的改革難以滿足新工科視域下“以學(xué)生為本”的工程教育要求，需進(jìn)一步研究和優(yōu)化。此外，不同學(xué)校的課程體系不盡相同，需結(jié)合具體情況因材施教，這樣才能取得滿意的教學(xué)效果。

OBE（Outcomes-based Education）是指基于成果產(chǎn)出的教育模式，突出學(xué)生的的中心地位，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)效果和目標(biāo)達(dá)成度[6]。OBE是在1981年由美國(guó)教育家Spady提出，因其理念先進(jìn)效果明顯，以驚人速度獲得了廣泛重視和應(yīng)用，現(xiàn)成為了發(fā)達(dá)國(guó)家教育改革的主流理念。2016 年 6 月 2 日，中國(guó)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)畢業(yè)生提出 12 條畢業(yè)要求，不僅要求具備工程知識(shí)、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。為此，結(jié)合《射頻電路設(shè)計(jì)》課程特點(diǎn)，基于OBE理念對(duì)課程的教學(xué)進(jìn)行改革和探索，滿足新工科和新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求，具有重要意義。

一、課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀

根據(jù)課程內(nèi)容、專業(yè)課程體系和教學(xué)實(shí)際，射頻電路設(shè)計(jì)課程在具體實(shí)施中存在以下特點(diǎn)和不足。

1.課程內(nèi)容多且難度較大。以課程教材《射頻電路設(shè)計(jì)-理論與應(yīng)用》（王子宇，王心悅等譯，電子工業(yè)出版社，第二版）為例，全文共有10章內(nèi)容，涉及傳輸線理論和史密斯圓圖、無(wú)源射頻器件和有源射頻器件?？梢?jiàn)，課程內(nèi)容繁多且難度較大。

2.技術(shù)更新快。根據(jù)摩爾定律，集成電路的集成度每18個(gè)月便會(huì)增加一倍，可見(jiàn)集成電路技術(shù)的革新速度之快。此外，無(wú)線通信技術(shù)發(fā)展迅速，特別是5G毫米波通信的逐步應(yīng)用，對(duì)射頻前端重要部件的性能要求與日俱增。并且，射頻電路設(shè)計(jì)課程實(shí)踐性和應(yīng)用性都是非常強(qiáng)的一門課程。因此，教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂授課也要與時(shí)俱進(jìn)，否則容易脫節(jié)。

3.課時(shí)偏少。課時(shí)是課程教學(xué)內(nèi)容完成和教學(xué)效果的首要因素，然而當(dāng)前我校射頻電路設(shè)計(jì)課程課時(shí)較少，僅為32學(xué)時(shí)。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，許多高校此類課程課時(shí)為48或64學(xué)時(shí)，少了1/3或1/2。課程偏少，而課程內(nèi)容繁多，很多教學(xué)無(wú)法開(kāi)展。

4.內(nèi)容存在疊加。由于射頻電路設(shè)計(jì)課程與微波技術(shù)與天線課程存在內(nèi)容重復(fù)，主要為前幾章節(jié)內(nèi)容，具體為基本傳輸線理論、網(wǎng)絡(luò)理論和阻抗匹配章節(jié)。而微波技術(shù)與天線為先修課程，因此，內(nèi)容存在疊加，需要?jiǎng)h減和優(yōu)化，或者教學(xué)側(cè)重點(diǎn)有所偏向。

5.教學(xué)方式單一。教學(xué)包括理論課堂和實(shí)驗(yàn)課堂，但目前多為講授或按部就班開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，缺乏主動(dòng)性和積極性，加上課程難度較大，大部分學(xué)生得過(guò)且過(guò)，不能投入足夠時(shí)間和精力學(xué)習(xí)該課程。

二、課程教學(xué)改革

針對(duì)于上述射頻電路設(shè)計(jì)課程的特點(diǎn)和當(dāng)前教學(xué)存在的問(wèn)題，結(jié)合OBE理念對(duì)該課程教學(xué)進(jìn)行探索改革，促進(jìn)學(xué)生課程的達(dá)成，達(dá)到工程教育認(rèn)證的畢業(yè)要求，真正學(xué)有所成，學(xué)能致用。

2.1 重構(gòu)、優(yōu)化教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，做好頂層設(shè)計(jì)

無(wú)線通信在不斷發(fā)展，新技術(shù)、新工藝層出不窮，而目標(biāo)和內(nèi)容陳舊，難以滿足新工科、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，因此需對(duì)課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)進(jìn)行重構(gòu)和優(yōu)化。另一方面，射頻電路設(shè)計(jì)課程內(nèi)容繁雜、概念抽象、數(shù)學(xué)物理推導(dǎo)煩瑣，在課時(shí)有限的情況下需對(duì)內(nèi)容優(yōu)有所取舍，并多教材交叉使用，揚(yáng)長(zhǎng)避短，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)滿足教學(xué)目標(biāo)。因此，重構(gòu)、優(yōu)化課程教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容，做好頂層設(shè)計(jì)是十分必要的。

教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)課程內(nèi)容、特點(diǎn)、學(xué)時(shí)并重點(diǎn)結(jié)合畢業(yè)要求進(jìn)行設(shè)定。在新工科背景下，高校人才培養(yǎng)更加突出創(chuàng)新思維、工程思維和合作意識(shí)，而非單純的灌入式教學(xué)。當(dāng)前教學(xué)目標(biāo)僅需滿足畢業(yè)要求3（設(shè)計(jì)＼開(kāi)發(fā)解決方案），無(wú)法滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)要求，需進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。相應(yīng)的，教學(xué)目標(biāo)也對(duì)應(yīng)重構(gòu)和優(yōu)化。結(jié)合課程特點(diǎn)和行業(yè)需求，可加入電路創(chuàng)新設(shè)計(jì)和射頻電路工程案例分析，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新、工程和團(tuán)隊(duì)思維。

由于課時(shí)限制，完成所有章節(jié)的內(nèi)容講授是不太現(xiàn)實(shí)的，即使完成效果也會(huì)很差，因此需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化時(shí)，突出學(xué)生主體地位，重難點(diǎn)分明并有所取舍。首先，刪除與前序課程—微波技術(shù)與天線重疊的內(nèi)容。其次，以一本教材為主線、多本教材為參考來(lái)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，取不同教材所長(zhǎng)，形成完整和易于理解、接受的教學(xué)思路。最后，結(jié)合自身的科學(xué)研究和工程實(shí)際，在合適章節(jié)內(nèi)容加入電路設(shè)計(jì)和案例分析內(nèi)容。通過(guò)課程內(nèi)容的重構(gòu)和優(yōu)化，在一本教材為主線基礎(chǔ)，替換、補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，在保證流暢、清晰教學(xué)效果的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生多方面能力。

2.2 ?改革教學(xué)方法和課堂情景模式，突出學(xué)生主體

課程教學(xué)方法研究和改革是關(guān)鍵，目前課程的教學(xué)方式比較單一，主要體現(xiàn)為教師滿堂灌，學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，效果不佳。加之課程內(nèi)容難度較大，難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。OBE模式強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，突出學(xué)生在課程教學(xué)中的主體地位。因此，研究改革教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)課堂情景模式，將豐富的上課素材和前沿課題以問(wèn)題提前導(dǎo)入方式以及學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)向，調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性和學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生充分參與課堂學(xué)習(xí)。首先，通過(guò)內(nèi)容改革，激發(fā)學(xué)生興趣。在課程導(dǎo)引中，重點(diǎn)講解射頻前端框圖，采用總分形式，讓學(xué)生先整體把握射頻電路在無(wú)線通信系統(tǒng)中的核心作用，然后結(jié)合全書授課內(nèi)容以不同形式的射頻電路為點(diǎn)進(jìn)行串講，樹(shù)立學(xué)生的全局觀和知識(shí)分解能力。然后，介紹當(dāng)前射頻工程師的就業(yè)前景和薪資狀況，讓學(xué)生非常直觀地知悉學(xué)好本課程大有前途。此外，結(jié)合生活日常、熱點(diǎn)問(wèn)題和引經(jīng)據(jù)典開(kāi)展一些知識(shí)點(diǎn)的講解。例如講解阻抗匹配時(shí)，可以引出電火花的生活例子;講解諧振器和濾波器時(shí)，可結(jié)合國(guó)內(nèi)外橋面共振晃動(dòng)甚至斷裂例子;講解射頻有源電路時(shí)，可結(jié)合近兩年的貿(mào)易戰(zhàn)和中興事件展開(kāi)等等。在增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和課程作用度的同時(shí)也引入了思政元素。其次，加入專題學(xué)習(xí)。專題學(xué)習(xí)可以比較全面了解一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的來(lái)龍去脈、發(fā)展現(xiàn)狀、工程應(yīng)用等，同時(shí)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，突出學(xué)生主體地位。同樣，以射頻濾波器為例，在講解完教材內(nèi)容后開(kāi)展濾波器專題學(xué)習(xí)。專題學(xué)習(xí)可采用任務(wù)式開(kāi)展，以不同濾波器類型（普通微帶濾波器、介質(zhì)濾波器、超導(dǎo)濾波器等）安排學(xué)生分組查閱資料和準(zhǔn)備PPT報(bào)告材料，鍛煉學(xué)生資料查閱、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和語(yǔ)言組織能力等。最后，改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)是課程內(nèi)容的工程補(bǔ)充，能夠讓學(xué)生更加直觀的理解知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用和工程實(shí)現(xiàn)，作用重大。然而，在實(shí)驗(yàn)設(shè)施時(shí)，大多時(shí)候是學(xué)生參照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和詳細(xì)步驟按部就班的機(jī)械式完成，沒(méi)有任何的思考和主觀能動(dòng)性，這樣的實(shí)驗(yàn)效果會(huì)大打折扣。所以，改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容非常必要，首當(dāng)其沖的是實(shí)驗(yàn)任務(wù)書改革，刪減詳細(xì)實(shí)驗(yàn)步驟和具體的尺寸參數(shù)。以濾波器設(shè)計(jì)仿真為例，刪除任務(wù)書中的電路建模步驟和尺寸參數(shù)，僅給出參數(shù)指標(biāo)范圍和最后濾波器結(jié)構(gòu)形式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，多次實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生的獲得感和成就感會(huì)大大增加。

2.3 設(shè)計(jì)多目標(biāo)點(diǎn)課程考核體系，輸出學(xué)習(xí)成果

課程考核與教學(xué)重點(diǎn)直接相關(guān)，科學(xué)合理的考核體系是實(shí)現(xiàn)優(yōu)異教學(xué)成效的關(guān)鍵，也是能否發(fā)揮學(xué)生主體作用的指揮棒。為培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手實(shí)操能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和創(chuàng)新精神，突破傳統(tǒng)以考試為核心的單一考核模式，以實(shí)際學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，設(shè)計(jì)多目標(biāo)點(diǎn)課程考核體系，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。在本課程中，考核分為三塊，平時(shí)表現(xiàn)（15%）、實(shí)驗(yàn)（35%）和大作業(yè)（50%）。由于改革了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方式，提高了成績(jī)占比。平時(shí)表現(xiàn)中一個(gè)重點(diǎn)考量指標(biāo)是專題學(xué)習(xí)中的學(xué)生表現(xiàn)，包括內(nèi)容收集和PPT展示效果。終期大作業(yè)采用試題形式進(jìn)行，但是試題采用簡(jiǎn)答計(jì)算題，摒棄填空選擇，且試題偏開(kāi)放式、工程性，提高學(xué)生解決問(wèn)題、學(xué)以致用的能力。通過(guò)三部分內(nèi)容考核，能夠全面檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，以及通過(guò)本課程學(xué)習(xí)獲得利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際工程問(wèn)題并能設(shè)計(jì)基本的射頻電路。

三、結(jié)束語(yǔ)

科學(xué)技術(shù)日新月異，作為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才的搖籃，高校需不斷探索教學(xué)改革，滿足社會(huì)需求。本文在新工科背景下，基于OBE理念探索了射頻電路設(shè)計(jì)課程的教學(xué)改革，列舉了課程特點(diǎn)和目前的教學(xué)現(xiàn)狀，從三方面詳細(xì)闡述了課程教學(xué)改革思路和途徑。擬通過(guò)該課程改革，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)創(chuàng)新思維、合作思維和工程思維，切實(shí)提高學(xué)生學(xué)以致用和解決問(wèn)題的能力。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

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