基于学习成果导向的射频电路设计课程教学改革

赵彦晓 王亚飞 李学华 张月霞

摘  要 射频电路设计是通信工程专业的重要专业课程之一。在工程教育认证背景下，为培养学生达到规定的毕业要求，每门课程都需要达成该课程所对应毕业要求分解的指标点。为了提高学生该门课程的达成度，紧密结合教学实践，对课程内容、教学方法、考核方式等方面进行优化和改革。结果表明，学生学习积极性有所提高，对知识与技术的应用能力有所增强。

关键词 射频电路设计;工程教育认证;教学改革;学习成果导向;翻转课堂

中图分类号：G642.0    文献标识码：B

文章编号：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

基于学习成果导向的教育模式（OBE）强调以学生为中心，强调学生的学习收获与是否成功。2016年6月2日，中国签署加入《华盛顿协议》，成为其正式会员。《华盛顿协议》体系的特点是强调“以学生为本位”，并以“基于学生学习结果”作为评价标准，对毕业生提出12条毕业要求，不仅要求具备工程知识、工程能力，还要求具备沟通能力、团队合作能力，以及具有社会责任感、工程伦理等。在对于学生是否达到毕业要求进行评价时，把12条毕业要求中的每一条分解为若干个指标点，再由若干门课程来支撑每个指标点，即通过课程的达成来实现指标点的达成，最终达到毕业要求。

目前，国内通信工程专业相关课程的教学改革取得一定成果，基于理论教学与工程实践相结合的教学改革注重学生的实践能力与创新能力;基于翻转课堂的教学改革以学生为中心，教师引导启发学生思考，通过学生之间小组交流讨论和总结展示，让他们获得好的学习效果。然而，这些教学方法均是“基于内容的学习”，工程教育认证要求“以学生为本”，实现“基于学生产出的学习系统”。因此，本文以射频电路设计为例，依托工程教育认证进行基于OBE的课程教学改革。

2 目前教学中存在的不足

射频电路设计课程是通信工程专业重要的专业课程之一，在教学实践中存在以下不足。

1）教学方式单一，包括理论课堂讲授与实验，学生被动学习，缺乏积极性和热情，大部分学生不能投入时间和精力下功夫学习该课程。

2）先修课程较多，而且有一定难度，如高等数学、电路分析、模拟电路和微波理论等。同时，该课程集理论性、工程性和实践性于一体，涉及的内容多，概念抽象，数学物理推导烦琐，并且理论涉及的先修课程理论较综合，学生普遍反映这门课程不容易学习，难于掌握。

3）教学内容与集成电路发展脱节，通信标准从2G发展到5G，教学内容较陈旧。并且学生对理论的掌握不够灵活，难以跟上通信行业发展，毕业后难以适应企业的人才需求。

3 课程教学改革探索

基于OBE的工程教育模式要求教师对于学生所获得的知识以及达到的能力有清晰的理解，在此基础上设计教学内容与方法、考核方式等来保证学生达到预期目标。OBE是一种以学生预期达到的目标为中心，设计、开展和评价教学效果的教育模式。基于OBE的教育模式，对该课程的认识归纳如下。

教学目标

1）对射频电路具有一定的认知，能够掌握射频电路的分析方法、设计优化方法;能够利用软件对通信标准所需频段的射频电路进行与分析;能够使用仪器测试射频电路等。

2）运用已有的技术工具，研究射频电路涉及的復杂工程问题，运用创新思维设计具有一定应用价值的射频电路。同时需要考虑社会安全、成本、工程规范等非技术因素，遵守工程职业道德和规范。培养学生具备终身学习的习惯、自学能力以及团队合作能力。

达成途径  分小组，各小组合作完成以下三项内容。

1）低噪声放大器的电路设计与优化，要求该电路工作频率为0.8 GHz，增益不小于10 dB，噪声系数低于4 dB。

2）能够测试射频电路模块的指标参数，并根据测试结果评价以及优化电路。要求对较复杂的工程问题进行分析、分解，找出最优方案，并且在设计过程中考虑安全、健康、成本、经济等因素。

3）要求每个学生根据所学内容查找文献，能读懂文献，并应用该课程所学的技术方法完成滤波器的设计，要求中心频率1.8 GHz，Q值大于10，并完成设计报告，同时培养学生在科技写作方面的逻辑表达能力。

考核方式  总结出评价学习效果的评价标准，包括平时课上讨论情况、项目完成情况、项目PPT展示、项目总结报告等。

把上述内容对应到该课程对应的毕业要求指标点，按照教学目标、达成途径进行分析。

【毕业要求1】工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决信息与通信领域复杂工程问题。

1）毕业要求指标点：1.4掌握电子电路与电磁场相关理论，熟悉相关设计规则和设计方法，并能用于分析复杂电路及电子系统。

2）课程教学目标：对射频电路理论具有一定的认知，掌握低噪声放大器、功率放大器、混频器、振荡器、滤波器等电路模块的工作原理、实现方法。

3）达成途径。理论教学：重点突出、思路清晰，将每个电路模块作为研讨课内容，分析电路原理，会计算并优化电路中的参数。课前发放预习引导问题，以此引导学生自学;课堂讨论，激发学生学习的兴趣;课后作业，巩固所学内容。

【毕业要求2】问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达并通过文献研究分析信息与通信领域复杂工程问题，以获得有效结论。

1）毕业要求指标点：2.1能够综合运用所掌握的知识、方法和技术，识别和判断复杂工程问题的关键环节和参数。

2）课程教学目标：能够分析射频通信系统中复杂工程问题的关键环节，综合运用射频电路的理论设计方法找到优化性能参数的方法。

3）达成途径。理论教学：在每一个电路模块中，重点分析模块的性能参数、优化方法，以及在优化过程中对电路其他性能参数产生的影响。课前发放引导问题，以此引导学生预习，提高其自学能力;课堂讨论，激发学生学习的兴趣;課后作业，巩固所学内容。

【毕业要求3】设计/开发解决方案：能够设计针对信息与通信领域复杂工程问题的解决方案，设计满足特定需求的系统、单元（部件）或工艺流程，并能够在设计环节体现创新意识，考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。

1）毕业要求指标点：3.2具备开发满足特定需求的基本电路单元、系统和工艺流程的能力，并能够在设计过程中考虑多种制约条件，体现创新意识。

2）课程教学目标：利用安捷伦公司的仿真软件ADS设计电路模块，掌握电路模块设计流程，并考虑成本、可行性等非技术因素。

3）达成途径。电路仿真分析：能够利用ADS软件实现阻抗匹配，完成低噪声放大器电路的设计与优化，并最终形成报告。

【毕业要求4】研究：能够基于科学原理并采用科学方法对信息与通信领域复杂工程问题进行研究，包括设计实验、分析与解释数据、通过信息综合得到合理有效的结论。

1）毕业要求指标点：4.1掌握专业仪器和设备管理，能够在解决复杂、综合型工程问题中合理选择和正确使用相关仪器设备;4.3能根据实验结果合理分析与解释数据，并通过信息综合得到合理有效的结论。

2）课程教学目标：使用网络分析仪测试S参数，并对性能进行评估。

3）达成途径。实验：完成八学时的实验课程，提交试验报告并对实验结果进行分析。课程考核方式：

平时表现10%+电路仿真分析15%+实验15%+期末考试60%

可以看出，射频电路设计课程对应工程教育认证12条毕业要求中的1、2、3，支撑毕业要求分解的指标点中的1.4、2.1、3.2、4.1、4.3，比较详细说明了该课程的教学目标和达成途径，并且与指标点对应的其他课程共同实现指标点的达成，从而达到毕业要求。

在设计教学过程时，课程的教学内容注重培养学生的创新意识，要求学生灵活掌握射频电路的设计方法，以适应不同通信背景下的设计需求，并且注重工程中的非技术因素，帮助学生具备解决复杂工程问题的能力。教学方法注重学生之间的团队合作能力，以项目为作业单位，通过小组中成员之间的合作，共同完成项目作业。另外，上课之前给学生提供预习提纲，帮助学生做好预习，培养自学能力。课后帮助学生总结，形成系统的概念和技术知识，并在教学过程中帮助学生树立终身学习的理念。

考核方法注重过程的考核，主要进行工程实践能力的考核，从平时的电路仿真项目完成情况、实验测试完成情况考核学生的工程实践能力;并且期末考试也融入工程实践内容的考核，避免脱离工程实际的纯理论考核。期末考试试卷题目既要求学生掌握基础理论，又能对其灵活运用。

教学过程设计具体内容如下。

1）课前材料：课前引导问题;与本课程相关的文献资

料;PPT教学课件。

2）课堂上：以课前引导问题为主线，要求学生能够回答涉及的概念问题，教师给予补充解释说明引申;涉及的技术理论以具体实例让学生阐述自己的思想方法，教师给予点评，并且通过不同方式途径解决问题，根据工程中的环境、成本、安全等因素分析其利弊，培养学生解决复杂工程问题的能力。

3）课后：一方面是书面作业，包括选择、填空、简答、计算，总结概念、技术知识等;另一方面要求学生灵活运用所学内容，以小组为单位进行电路设计、仿真分析并形成报告，锻炼学生的科技写作与逻辑思维能力。

4 教学改革的创新之处

1）该教学改革模式既继承了“基于理论与工程实践相结合”与“基于翻转课堂”的教学改革成果，又实现了教育范式由“以内容为本”向“以学生为本”的根本转变，形成一套“基于学生产出”的学习体系。

2）该体系中，教师必须理解学生毕业时应达到的能力及其水平，该课程对毕业要求的支撑，制定出学生该课程的达成目标，然后设计相应的教学手段来保证课程的达成。以学生能够达到该课程产出为学习目标，进而为达到毕业要求提供保障。

3）最终，学生不仅能从这门课的学习中收获知识和技能，而且可以实现“能够分析射频电路、优化射频电路、联合仿真分析、测试射频电路”的课程目标，“学来即用”，提高对专业技能的学习兴趣，自学并应用专业技能，为实现终身学习打下基础。同时，学生可以在学习过程中掌握工作流程规范、科技写作规范，培养实践安全意识、合作能力与创新能力等。

5 结语

高等学校工程教育认证的重要意义在于培养学生的工程实践能力和创新能力，把学生培养成与国际接轨的合格人才。以工程教育认证标准为指导思想，贯彻OBE教学理念，对射频电路设计课程的教学内容、教学方法与考核模式进行改革与优化，促进学生课程的达成，从而达到毕业要求。实践表明，学生在学习兴趣、工程实践能力与创新能力以及考虑非技术因素的能力等方面均有一定程度的提高，教学改革取得初步成效。■

参考文献

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