基于學習成果導向的射頻電路設計課程教學改革

趙彥曉 王亞飛 李學華 張月霞

摘? 要 射頻電路設計是通信工程專業的重要專業課程之一。在工程教育認證背景下，為培養學生達到規定的畢業要求，每門課程都需要達成該課程所對應畢業要求分解的指標點。為了提高學生該門課程的達成度，緊密結合教學實踐，對課程內容、教學方法、考核方式等方面進行優化和改革。結果表明，學生學習積極性有所提高，對知識與技術的應用能力有所增強。

關鍵詞 射頻電路設計;工程教育認證;教學改革;學習成果導向;翻轉課堂

中圖分類號：G642.0? ? 文獻標識碼：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

基于學習成果導向的教育模式（OBE）強調以學生為中心，強調學生的學習收獲與是否成功。2016年6月2日，中國簽署加入《華盛頓協議》，成為其正式會員。《華盛頓協議》體系的特點是強調“以學生為本位”，并以“基于學生學習結果”作為評價標準，對畢業生提出12條畢業要求，不僅要求具備工程知識、工程能力，還要求具備溝通能力、團隊合作能力，以及具有社會責任感、工程倫理等。在對于學生是否達到畢業要求進行評價時，把12條畢業要求中的每一條分解為若干個指標點，再由若干門課程來支撐每個指標點，即通過課程的達成來實現指標點的達成，最終達到畢業要求。

目前，國內通信工程專業相關課程的教學改革取得一定成果，基于理論教學與工程實踐相結合的教學改革注重學生的實踐能力與創新能力;基于翻轉課堂的教學改革以學生為中心，教師引導啟發學生思考，通過學生之間小組交流討論和總結展示，讓他們獲得好的學習效果。然而，這些教學方法均是“基于內容的學習”，工程教育認證要求“以學生為本”，實現“基于學生產出的學習系統”。因此，本文以射頻電路設計為例，依托工程教育認證進行基于OBE的課程教學改革。

2 目前教學中存在的不足

射頻電路設計課程是通信工程專業重要的專業課程之一，在教學實踐中存在以下不足。

1）教學方式單一，包括理論課堂講授與實驗，學生被動學習，缺乏積極性和熱情，大部分學生不能投入時間和精力下功夫學習該課程。

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

3）教學內容與集成電路發展脫節，通信標準從2G發展到5G，教學內容較陳舊。并且學生對理論的掌握不夠靈活，難以跟上通信行業發展，畢業后難以適應企業的人才需求。

3 課程教學改革探索

基于OBE的工程教育模式要求教師對于學生所獲得的知識以及達到的能力有清晰的理解，在此基礎上設計教學內容與方法、考核方式等來保證學生達到預期目標。OBE是一種以學生預期達到的目標為中心，設計、開展和評價教學效果的教育模式。基于OBE的教育模式，對該課程的認識歸納如下。

教學目標

1）對射頻電路具有一定的認知，能夠掌握射頻電路的分析方法、設計優化方法;能夠利用軟件對通信標準所需頻段的射頻電路進行與分析;能夠使用儀器測試射頻電路等。

2）運用已有的技術工具，研究射頻電路涉及的復雜工程問題，運用創新思維設計具有一定應用價值的射頻電路。同時需要考慮社會安全、成本、工程規范等非技術因素，遵守工程職業道德和規范。培養學生具備終身學習的習慣、自學能力以及團隊合作能力。

達成途徑? 分小組，各小組合作完成以下三項內容。

1）低噪聲放大器的電路設計與優化，要求該電路工作頻率為0.8 GHz，增益不小于10 dB，噪聲系數低于4 dB。

2）能夠測試射頻電路模塊的指標參數，并根據測試結果評價以及優化電路。要求對較復雜的工程問題進行分析、分解，找出最優方案，并且在設計過程中考慮安全、健康、成本、經濟等因素。

3）要求每個學生根據所學內容查找文獻，能讀懂文獻，并應用該課程所學的技術方法完成濾波器的設計，要求中心頻率1.8 GHz，Q值大于10，并完成設計報告，同時培養學生在科技寫作方面的邏輯表達能力。

考核方式? 總結出評價學習效果的評價標準，包括平時課上討論情況、項目完成情況、項目PPT展示、項目總結報告等。

把上述內容對應到該課程對應的畢業要求指標點，按照教學目標、達成途徑進行分析。

【畢業要求1】工程知識：能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于解決信息與通信領域復雜工程問題。

1）畢業要求指標點：1.4掌握電子電路與電磁場相關理論，熟悉相關設計規則和設計方法，并能用于分析復雜電路及電子系統。

2）課程教學目標：對射頻電路理論具有一定的認知，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、實現方法。

3）達成途徑。理論教學：重點突出、思路清晰，將每個電路模塊作為研討課內容，分析電路原理，會計算并優化電路中的參數。課前發放預習引導問題，以此引導學生自學;課堂討論，激發學生學習的興趣;課后作業，鞏固所學內容。

【畢業要求2】問題分析：能夠應用數學、自然科學和工程科學的基本原理，識別、表達并通過文獻研究分析信息與通信領域復雜工程問題，以獲得有效結論。

1）畢業要求指標點：2.1能夠綜合運用所掌握的知識、方法和技術，識別和判斷復雜工程問題的關鍵環節和參數。

2）課程教學目標：能夠分析射頻通信系統中復雜工程問題的關鍵環節，綜合運用射頻電路的理論設計方法找到優化性能參數的方法。

3）達成途徑。理論教學：在每一個電路模塊中，重點分析模塊的性能參數、優化方法，以及在優化過程中對電路其他性能參數產生的影響。課前發放引導問題，以此引導學生預習，提高其自學能力;課堂討論，激發學生學習的興趣;課后作業，鞏固所學內容。

【畢業要求3】設計/開發解決方案：能夠設計針對信息與通信領域復雜工程問題的解決方案，設計滿足特定需求的系統、單元（部件）或工藝流程，并能夠在設計環節體現創新意識，考慮社會、健康、安全、法律、文化以及環境等因素。

1）畢業要求指標點：3.2具備開發滿足特定需求的基本電路單元、系統和工藝流程的能力，并能夠在設計過程中考慮多種制約條件，體現創新意識。

2）課程教學目標：利用安捷倫公司的仿真軟件ADS設計電路模塊，掌握電路模塊設計流程，并考慮成本、可行性等非技術因素。

3）達成途徑。電路仿真分析：能夠利用ADS軟件實現阻抗匹配，完成低噪聲放大器電路的設計與優化，并最終形成報告。

【畢業要求4】研究：能夠基于科學原理并采用科學方法對信息與通信領域復雜工程問題進行研究，包括設計實驗、分析與解釋數據、通過信息綜合得到合理有效的結論。

1）畢業要求指標點：4.1掌握專業儀器和設備管理，能夠在解決復雜、綜合型工程問題中合理選擇和正確使用相關儀器設備;4.3能根據實驗結果合理分析與解釋數據，并通過信息綜合得到合理有效的結論。

2）課程教學目標：使用網絡分析儀測試S參數，并對性能進行評估。

3）達成途徑。實驗：完成八學時的實驗課程，提交試驗報告并對實驗結果進行分析。課程考核方式：

平時表現10%+電路仿真分析15%+實驗15%+期末考試60%

可以看出，射頻電路設計課程對應工程教育認證12條畢業要求中的1、2、3，支撐畢業要求分解的指標點中的1.4、2.1、3.2、4.1、4.3，比較詳細說明了該課程的教學目標和達成途徑，并且與指標點對應的其他課程共同實現指標點的達成，從而達到畢業要求。

在設計教學過程時，課程的教學內容注重培養學生的創新意識，要求學生靈活掌握射頻電路的設計方法，以適應不同通信背景下的設計需求，并且注重工程中的非技術因素，幫助學生具備解決復雜工程問題的能力。教學方法注重學生之間的團隊合作能力，以項目為作業單位，通過小組中成員之間的合作，共同完成項目作業。另外，上課之前給學生提供預習提綱，幫助學生做好預習，培養自學能力。課后幫助學生總結，形成系統的概念和技術知識，并在教學過程中幫助學生樹立終身學習的理念。

考核方法注重過程的考核，主要進行工程實踐能力的考核，從平時的電路仿真項目完成情況、實驗測試完成情況考核學生的工程實踐能力;并且期末考試也融入工程實踐內容的考核，避免脫離工程實際的純理論考核。期末考試試卷題目既要求學生掌握基礎理論，又能對其靈活運用。

教學過程設計具體內容如下。

1）課前材料：課前引導問題;與本課程相關的文獻資

料;PPT教學課件。

2）課堂上：以課前引導問題為主線，要求學生能夠回答涉及的概念問題，教師給予補充解釋說明引申;涉及的技術理論以具體實例讓學生闡述自己的思想方法，教師給予點評，并且通過不同方式途徑解決問題，根據工程中的環境、成本、安全等因素分析其利弊，培養學生解決復雜工程問題的能力。

3）課后：一方面是書面作業，包括選擇、填空、簡答、計算，總結概念、技術知識等;另一方面要求學生靈活運用所學內容，以小組為單位進行電路設計、仿真分析并形成報告，鍛煉學生的科技寫作與邏輯思維能力。

4 教學改革的創新之處

1）該教學改革模式既繼承了“基于理論與工程實踐相結合”與“基于翻轉課堂”的教學改革成果，又實現了教育范式由“以內容為本”向“以學生為本”的根本轉變，形成一套“基于學生產出”的學習體系。

2）該體系中，教師必須理解學生畢業時應達到的能力及其水平，該課程對畢業要求的支撐，制定出學生該課程的達成目標，然后設計相應的教學手段來保證課程的達成。以學生能夠達到該課程產出為學習目標，進而為達到畢業要求提供保障。

3）最終，學生不僅能從這門課的學習中收獲知識和技能，而且可以實現“能夠分析射頻電路、優化射頻電路、聯合仿真分析、測試射頻電路”的課程目標，“學來即用”，提高對專業技能的學習興趣，自學并應用專業技能，為實現終身學習打下基礎。同時，學生可以在學習過程中掌握工作流程規范、科技寫作規范，培養實踐安全意識、合作能力與創新能力等。

5 結語

高等學校工程教育認證的重要意義在于培養學生的工程實踐能力和創新能力，把學生培養成與國際接軌的合格人才。以工程教育認證標準為指導思想，貫徹OBE教學理念，對射頻電路設計課程的教學內容、教學方法與考核模式進行改革與優化，促進學生課程的達成，從而達到畢業要求。實踐表明，學生在學習興趣、工程實踐能力與創新能力以及考慮非技術因素的能力等方面均有一定程度的提高，教學改革取得初步成效。■

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