CDIO微波通信課程群的實(shí)訓(xùn)教學(xué)研究
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摘要：當(dāng)前微波通信課程群的實(shí)訓(xùn)教學(xué)中還存在著教師側(cè)重理論而輕視實(shí)踐，教學(xué)內(nèi)容與射頻工程師的崗位需求相脫離等問題。文章提出了基于cdio的微波通信類課程的實(shí)訓(xùn)教學(xué)方法，改革微波通信課程群的實(shí)訓(xùn)的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)評(píng)價(jià)方法，進(jìn)一步提高了通信工程學(xué)生的專業(yè)射頻設(shè)計(jì)能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
關(guān)鍵詞：CDIO工程教育模式；教學(xué)模式；項(xiàng)目式教學(xué)方法
當(dāng)前的微波通信課程群的教育實(shí)踐中還存在不少問題，如重理論輕實(shí)踐、重視知識(shí)學(xué)習(xí)而輕視開拓創(chuàng)新的培養(yǎng)、脫離實(shí)際微波器件設(shè)計(jì)等問題?？藙诶譡1]提出的CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）工程教育模式，CDIO分別代表構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和運(yùn)作。CDIO工程教育模式提供了一個(gè)全新的面向射頻工程師培養(yǎng)的微波通信課程群教學(xué)研究思路，它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生在實(shí)際的項(xiàng)目中深入理解和學(xué)習(xí)工程所需要的知識(shí)及技能。我國很多高校專任教師也圍繞著工程類課程的教學(xué)引入了CDIO工程教育模式改革并取得了一定的成果[2-4]。本課題根據(jù)CDIO的教育理念，圍繞多個(gè)層面的能力培養(yǎng)進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)。微波通信課程群的教學(xué)研究根據(jù)CDIO的教育理念，將通信工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力4個(gè)層面，并以此為基礎(chǔ)展開教學(xué)設(shè)計(jì)。通過注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)工程技術(shù)能力，尤其是項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施能力，力爭(zhēng)通過微波通信課程群教學(xué)改革，培養(yǎng)符合企業(yè)用人需求的合格的射頻工程師，加強(qiáng)高校微波通信課程群的相互聯(lián)系，提升學(xué)生的實(shí)際工程能力。
1教學(xué)內(nèi)容研究
根據(jù)CDIO的教育理念，圍繞多個(gè)層面的能力培養(yǎng)進(jìn)行課程教學(xué)設(shè)計(jì)。通過注重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)工程技術(shù)能力，尤其是項(xiàng)目的構(gòu)思、設(shè)計(jì)、開發(fā)和實(shí)施能力，力爭(zhēng)通過微波通信課程群教學(xué)改革，培養(yǎng)符合企業(yè)用人需求的合格的射頻工程師，加強(qiáng)高校微波通信課程群的相互聯(lián)系。微波通信課程群主要包括微波技術(shù)、微波通信、天線技術(shù)等微波通信類課程，通過引入高頻結(jié)構(gòu)仿真（HighFrequencyStructureSimulator，HFSS）工程仿真軟件，打破了原有微波技術(shù)、微波通信、天線技術(shù)各課程各自獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)模式，使學(xué)生的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)更符合企業(yè)射頻工程師崗位的技能要求，采用基于項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生有步驟地獨(dú)立完成學(xué)習(xí)，提高通信工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。首先，了解企業(yè)射頻工程師崗位的具體需求。其次，分析通信工程專業(yè)畢業(yè)生在求職射頻工程師崗位所欠缺的能力，深入分析信息工程學(xué)院現(xiàn)有的微波通信類課程的教學(xué)和評(píng)價(jià)體系所存在的問題。最后，利用CDIO教育理念，實(shí)現(xiàn)基于CDIO教育理念的課程教學(xué)設(shè)計(jì)，有針對(duì)性地提高和訓(xùn)練學(xué)生的微波通信課程的相關(guān)技能，構(gòu)建面向射頻工程師崗位的微波通信類課程的教學(xué)和評(píng)價(jià)體系，切實(shí)提高學(xué)綜合熟練應(yīng)用微波通信類課程的能力，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能能力和自主學(xué)習(xí)研究的能力。據(jù)東北電力大學(xué)通信工程專業(yè)近3年的就業(yè)情況，通信工程專業(yè)有38%的學(xué)生去到了硬件工程師和射頻工程師的崗位。企業(yè)射頻工程師崗位一般要求學(xué)生可以獨(dú)立完成天線及射頻器件的建模和仿真分析，熟悉相關(guān)的射頻檢測(cè)設(shè)備可以進(jìn)行器件的調(diào)制和測(cè)試等工作。通過分析企業(yè)射頻工程師崗位的要求，設(shè)計(jì)了基于HFSS軟件的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)。HFSS仿真軟件是現(xiàn)在很多企業(yè)主流的三維電磁仿真設(shè)計(jì)軟件，其融合了有限元法，集計(jì)算電磁學(xué)、數(shù)學(xué)分析等多種方法。針對(duì)微波技術(shù)、微波通信、天線技術(shù)等射頻類課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)。微波通信、天線技術(shù)的課程中涉及的對(duì)稱振子天線、微帶天線和微波諧振腔等方面的知識(shí)點(diǎn)，在課程的教學(xué)環(huán)節(jié)只是物理的概念和理論公式推導(dǎo)等，教學(xué)效果并不理想。在微波通信課程群的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，實(shí)訓(xùn)內(nèi)容主要包括T形波導(dǎo)的內(nèi)場(chǎng)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)、HFSS仿真對(duì)稱振子天線、HFSS微帶天線仿真設(shè)計(jì)和HFSS諧振腔仿真分析等。通過HFSS三維電磁仿真軟件的項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)，要求學(xué)生熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步驟及工作流程，掌握對(duì)微波器件及微帶天線的設(shè)計(jì)方法、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和工作原理。學(xué)生可以加深對(duì)天線的回波損耗、駐波比、遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖、輸入阻抗等各種參數(shù)的理解和認(rèn)識(shí)，學(xué)生需要通過自學(xué)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的理論知識(shí)，融合各個(gè)課程之間的理論，構(gòu)建起對(duì)微波課程群的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)，讓原本枯燥的理論學(xué)習(xí)變得直觀和生動(dòng)，更好地理解天線理論中的相關(guān)知識(shí)。通過HFSS軟件的項(xiàng)目式實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)，幫助學(xué)生掌握企業(yè)射頻類工程師所要求的電磁仿真軟件，提高學(xué)生的天線設(shè)計(jì)和優(yōu)化的能力。
2教學(xué)模式研究
以往實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)是圍繞微波技術(shù)、微波通信、天線技術(shù)不同課程各自獨(dú)立實(shí)訓(xùn)，實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容一般都是針對(duì)某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，先由老師講解，再由學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。引入CDIO理念后，學(xué)生按實(shí)驗(yàn)手冊(cè)自主選擇實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生每3人組成一個(gè)學(xué)習(xí)小組，通過組員之間的討論學(xué)習(xí)來積極消化知識(shí)，學(xué)生成了整個(gè)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)主題，通過仿真完成射頻元器件和天線的設(shè)計(jì)，通過自主學(xué)習(xí)各個(gè)學(xué)科的知識(shí)架構(gòu)知識(shí)體系，更貼近企業(yè)對(duì)射頻工程師的要求。根據(jù)學(xué)生不同的能力層次，對(duì)于學(xué)有余力的同學(xué)可以選擇新的微波器件的HFSS仿真實(shí)驗(yàn)，允許學(xué)生自主設(shè)計(jì)和選擇微波器件，確定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和器件的性能。通過3人組成的學(xué)習(xí)小組的查找文獻(xiàn)和書籍自主學(xué)習(xí)，完成HFSS仿真實(shí)驗(yàn)并提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，自主性實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。
3教學(xué)評(píng)價(jià)研究
微波通信課程群主要包括微波技術(shù)、微波通信、天線技術(shù)等微波通信類課程，通過引入HFSS工程仿真軟件，打破了原有微波技術(shù)、微波通信、天線技術(shù)各課程各自獨(dú)立的實(shí)訓(xùn)模式，使學(xué)生的實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)更符合企業(yè)射頻工程師崗位的技能要求，采用基于項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生有步驟地獨(dú)立完成學(xué)習(xí)，通過對(duì)項(xiàng)目的考核打分進(jìn)一步評(píng)價(jià)學(xué)生的技能水平，提高通信工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。傳統(tǒng)的實(shí)訓(xùn)課程的評(píng)價(jià)主要是每個(gè)課程獨(dú)立實(shí)訓(xùn)并評(píng)價(jià)，只能看出學(xué)生對(duì)一門課程的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，評(píng)價(jià)單一。微波技術(shù)、微波通信、天線技術(shù)各個(gè)課程的實(shí)驗(yàn)成績(jī)分別以一定比例計(jì)入各門課程的總成績(jī)中。基于CDIO的微波通信課程群的實(shí)訓(xùn)教學(xué)評(píng)價(jià)，通過項(xiàng)目式的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的完成情況，可以綜合評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)微波通信課程群的掌握情況及HFSS仿真軟件的應(yīng)用熟練程度。實(shí)訓(xùn)成績(jī)包括3部分，各個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際完成情況占80%，3人小組的自主學(xué)習(xí)情況占10%，最后的實(shí)訓(xùn)心得報(bào)告占10%。這樣得到的基于CDIO的微波通信課程群的實(shí)訓(xùn)成績(jī)單，相當(dāng)于獲得了微波通信課程的一個(gè)技能認(rèn)定，可以用于畢業(yè)季的求職簡(jiǎn)歷中，相比于傳統(tǒng)的成績(jī)單更有說服力。打破微波技術(shù)、微波通信、天線技術(shù)各課程獨(dú)自實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)模式，改革傳統(tǒng)的按不同課程各自考核的模式，構(gòu)建考核學(xué)生射頻仿真設(shè)計(jì)實(shí)際動(dòng)手能力的評(píng)價(jià)體系，獨(dú)立考核并評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目完成情況，最后給出微博課程群的實(shí)訓(xùn)成績(jī)。
4結(jié)語
本文提出的基于CDIO的微波通信課程群的教學(xué)研究方法，面向企業(yè)射頻工程師的實(shí)際需求，梳理并整合微波技術(shù)、微波通信、天線技術(shù)等微波通信課程的教學(xué)內(nèi)容。通過把CDIO教育理念應(yīng)用到微波通信課程群的實(shí)訓(xùn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)微波射頻課程的積極性，提高了學(xué)生綜合應(yīng)用射頻知識(shí)和獨(dú)立完成射頻工程仿真設(shè)計(jì)方面的動(dòng)手能力，進(jìn)一步提高了通信工程專業(yè)學(xué)生的射頻類崗位的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
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作者:鄭學(xué)梅 滕志軍 趙立權(quán) 單位:東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院