基于OBE理念的“射频电路设计”课程教学改革与探索

    任宝平 黄德昌

    【摘要】 ? ?“射频电路设计”是通信工程专业一门重要的专业课程，属于电磁场与微波技术学科体系中偏电路、偏工程的课程。该课程内容繁多，理论与实践并重，教学难度较大，学生普遍反映难学。本文结合自身教学，在新工科背景下，基于OBE理念，从教学内容、教学方法和考核体系三方面探索课程教学改革，突出学生在课程教学中的主体地位。通过课程改革，增强学生学习兴趣和参与度，培养学生创新、团队协作和工程思维，提高学以致用和解决问题的能力。

    【关键词】 ? ?射频电路设计 ? ?OBE理念 ? ?教学改革 ? ?新工科

    引言：

    为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略，教育部提出“新工科”的创新概念并积极推进建设。与传统工科相比，“新工科”更强调学科的实用性、交叉性与综合性，尤其注重信息通信、电子控制、软件设计等新技术与传统工业技术的紧密结合，适应和推动新兴产业（如大数据、人工智能）的发展[1]。

    《射频电路设计》是电子通信类专业的一门核心课程，是无线通信基础学科—电磁场与微波技术的一个重要分支。另一方面，无线通信作为移动互联和物联网的关键技术，可以推动大数据、人工智能等新兴产业的发展。因此，开展好《射频电路设计》本科教学工作具有重要意义。然而，繁多的电路模型、复杂的理论公式和极强的应用场景是该课程的几大特点，也是课程教学、学生学习的几大难点。近些年，国内包括华南理工大学、电子科技大学在内的部分高校学者开展了关于《射频电路设计》课程内容和教学体系改革研究[2-5]。然而，通过文献分析发现，单纯课程内容和体系的改革难以满足新工科视域下“以学生为本”的工程教育要求，需进一步研究和优化。此外，不同学校的课程体系不尽相同，需结合具体情况因材施教，这样才能取得满意的教学效果。

    OBE（Outcomes-based Education）是指基于成果产出的教育模式，突出学生的的中心地位，强调学习效果和目标达成度[6]。OBE是在1981年由美国教育家Spady提出，因其理念先进效果明显，以惊人速度获得了广泛重视和应用，现成为了发达国家教育改革的主流理念。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。为此，结合《射频电路设计》课程特点，基于OBE理念对课程的教学进行改革和探索，满足新工科和新产业的发展需求，具有重要意义。

    一、课程特点和教学现状

    根据课程内容、专业课程体系和教学实际，射频电路设计课程在具体实施中存在以下特点和不足。

    1.课程内容多且难度较大。以课程教材《射频电路设计-理论与应用》（王子宇，王心悦等译，电子工业出版社，第二版）为例，全文共有10章内容，涉及传输线理论和史密斯圆图、无源射频器件和有源射频器件。可见，课程内容繁多且难度较大。

    2.技术更新快。根据摩尔定律，集成电路的集成度每18个月便会增加一倍，可见集成电路技术的革新速度之快。此外，无线通信技术发展迅速，特别是5G毫米波通信的逐步应用，对射频前端重要部件的性能要求与日俱增。并且，射频电路设计课程实践性和应用性都是非常强的一门课程。因此，教学设计和课堂授课也要与时俱进，否则容易脱节。

    3.课时偏少。课时是课程教学内容完成和教學效果的首要因素，然而当前我校射频电路设计课程课时较少，仅为32学时。调研发现，许多高校此类课程课时为48或64学时，少了1/3或1/2。课程偏少，而课程内容繁多，很多教学无法开展。

    4.内容存在叠加。由于射频电路设计课程与微波技术与天线课程存在内容重复，主要为前几章节内容，具体为基本传输线理论、网络理论和阻抗匹配章节。而微波技术与天线为先修课程，因此，内容存在叠加，需要删减和优化，或者教学侧重点有所偏向。

    5.教学方式单一。教学包括理论课堂和实验课堂，但目前多为讲授或按部就班开展实验，学生被动学习，缺乏主动性和积极性，加上课程难度较大，大部分学生得过且过，不能投入足够时间和精力学习该课程。

    二、课程教学改革

    针对于上述射频电路设计课程的特点和当前教学存在的问题，结合OBE理念对该课程教学进行探索改革，促进学生课程的达成，达到工程教育认证的毕业要求，真正学有所成，学能致用。

    2.1 重构、优化教学目标和教学内容，做好顶层设计

    无线通信在不断发展，新技术、新工艺层出不穷，而目标和内容陈旧，难以满足新工科、新产业发展需求，因此需对课程的教学目标和教学进行重构和优化。另一方面，射频电路设计课程内容繁杂、概念抽象、数学物理推导烦琐，在课时有限的情况下需对内容优有所取舍，并多教材交叉使用，扬长避短，优化教学内容，同时满足教学目标。因此，重构、优化课程教学目标和教学内容，做好顶层设计是十分必要的。

    教学目标的设计需要根据课程内容、特点、学时并重点结合毕业要求进行设定。在新工科背景下，高校人才培养更加突出创新思维、工程思维和合作意识，而非单纯的灌入式教学。当前教学目标仅需满足毕业要求3（设计＼开发解决方案），无法满足当前人才培养要求，需进行调整优化。相应的，教学目标也对应重构和优化。结合课程特点和行业需求，可加入电路创新设计和射频电路工程案例分析，培养学生的创新、工程和团队思维。

    由于课时限制，完成所有章节的内容讲授是不太现实的，即使完成效果也会很差，因此需要对教学内容进行优化。优化时，突出学生主体地位，重难点分明并有所取舍。首先，删除与前序课程—微波技术与天线重叠的内容。其次，以一本教材为主线、多本教材为参考来优化教学内容，取不同教材所长，形成完整和易于理解、接受的教学思路。最后，结合自身的科学研究和工程实际，在合适章节内容加入电路设计和案例分析内容。通过课程内容的重构和优化，在一本教材为主线基础，替换、补充相关知识点，在保证流畅、清晰教学效果的同时培养学生多方面能力。

    2.2 ?改革教学方法和课堂情景模式，突出学生主体

    课程教学方法研究和改革是关键，目前课程的教学方式比较单一，主要体现为教师满堂灌，学生被动学习，效果不佳。加之课程内容难度较大，难以调动学生的学习兴趣。OBE模式强调以学生为中心，突出学生在课程教学中的主体地位。因此，研究改革教学方法，改变传统课堂情景模式，将丰富的上课素材和前沿课题以问题提前导入方式以及学习目标导向，调动学生积极性和学习热情，让学生充分参与课堂学习。首先，通过内容改革，激发学生兴趣。在课程导引中，重点讲解射频前端框图，采用总分形式，让学生先整体把握射频电路在无线通信系统中的核心作用，然后结合全书授课内容以不同形式的射频电路为点进行串讲，树立学生的全局观和知识分解能力。然后，介绍当前射频工程师的就业前景和薪资状况，让学生非常直观地知悉学好本课程大有前途。此外，结合生活日常、热点问题和引经据典开展一些知识点的讲解。例如讲解阻抗匹配时，可以引出电火花的生活例子;讲解谐振器和滤波器时，可结合国内外桥面共振晃动甚至断裂例子;讲解射频有源电路时，可结合近两年的贸易战和中兴事件展开等等。在增强学生学习兴趣和课程作用度的同时也引入了思政元素。其次，加入专题学习。专题学习可以比较全面了解一个知识点的来龙去脉、发展现状、工程应用等，同时可以调动学生的积极性，突出学生主体地位。同样，以射频滤波器为例，在讲解完教材内容后开展滤波器专题学习。专题学习可采用任务式开展，以不同滤波器类型（普通微带滤波器、介质滤波器、超导滤波器等）安排学生分组查阅资料和准备PPT报告材料，锻炼学生资料查阅、团队协作和语言组织能力等。最后，改革实验内容。实验是课程内容的工程补充，能够让学生更加直观的理解知识点的应用和工程实现，作用重大。然而，在实验设施时，大多时候是学生参照实验内容和详细步骤按部就班的机械式完成，没有任何的思考和主观能动性，这样的实验效果会大打折扣。所以，改革实验内容非常必要，首当其冲的是实验任务书改革，删减详细实验步骤和具體的尺寸参数。以滤波器设计仿真为例，删除任务书中的电路建模步骤和尺寸参数，仅给出参数指标范围和最后滤波器结构形式，充分调动学生的主观能动性，多次实验后，学生的获得感和成就感会大大增加。

    2.3 设计多目标点课程考核体系，输出学习成果

    课程考核与教学重点直接相关，科学合理的考核体系是实现优异教学成效的关键，也是能否发挥学生主体作用的指挥棒。为培养学生主动学习能力、动手实操能力、团队协作意识和创新精神，突破传统以考试为核心的单一考核模式，以实际学习成果为导向，设计多目标点课程考核体系，达到教学目标。在本课程中，考核分为三块，平时表现（15%）、实验（35%）和大作业（50%）。由于改革了实验内容和方式，提高了成绩占比。平时表现中一个重点考量指标是专题学习中的学生表现，包括内容收集和PPT展示效果。终期大作业采用试题形式进行，但是试题采用简答计算题，摒弃填空选择，且试题偏开放式、工程性，提高学生解决问题、学以致用的能力。通过三部分内容考核，能够全面检验学生对课程知识点的掌握程度，以及通过本课程学习获得利用所学知识解决实际工程问题并能设计基本的射频电路。

    三、结束语

    科学技术日新月异，作为培养高素质创新型人才的摇篮，高校需不断探索教学改革，满足社会需求。本文在新工科背景下，基于OBE理念探索了射频电路设计课程的教学改革，列举了课程特点和目前的教学现状，从三方面详细阐述了课程教学改革思路和途径。拟通过该课程改革，增强学生学习兴趣、调动主观能动性，培养创新思维、合作思维和工程思维，切实提高学生学以致用和解决问题的能力。

    参 ?考 ?文 ?献

    [1]李波，贝绍轶，周亭等. “新工科”背景下地方高校应用型本科人才培养模式探究[J]. 高教学刊， 2020（1）：149-151.

    [2]郭守钊，高源慈，陈瑜. 《射频电子线路》课程教学改革与实践[J]. 实验科学与技术， 2013（11）：211-214.

    [3]王云，陈付昌，邓红波等. 射频电路探索性实验教学改革与实践[J]. 实验室研究与探索， 2018（10）：188-191.

    [4]罗勇. 面向应用的“射频电路设计”的教学方法的探索[J]. 教育现代化， 2019（57）：133-135.

    [5]赵彦晓，王亚飞，李学华，张月霞. 基于学习成果导向的射频电路设计课程教学改革[J]. 中国教育技术装备， 2019（06）：84-86.

    [6]单明广，钟志，于蕾. OBE理念下的教学改革研究—以电子技术类课程为例[J]. 工业和信息化教育， 2021（3）：51-54.