基于CDIO的微波通信課程群實訓教學研究

鄭學梅，滕志軍，趙立權

（東北電力大學 信息工程學院，吉林 吉林 132012）

當前的微波通信課程群的教育實踐中還存在不少問題，如重理論輕實踐、重視知識學習而輕視開拓創新的培養、脫離實際微波器件設計等問題。克勞雷[1]提出的CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）工程教育模式，CDIO分別代表構思、設計、實現和運作。CDIO工程教育模式提供了一個全新的面向射頻工程師培養的微波通信課程群教學研究思路，它以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生在實際的項目中深入理解和學習工程所需要的知識及技能。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CDIO的教育理念，圍繞多個層面的能力培養進行課程教學設計。微波通信課程群的教學研究根據CDIO的教育理念，將通信工程畢業生的能力分為工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力4個層面，并以此為基礎展開教學設計。通過注重培養學生系統工程技術能力，尤其是項目的構思、設計、開發和實施能力，力爭通過微波通信課程群教學改革，培養符合企業用人需求的合格的射頻工程師，加強高校微波通信課程群的相互聯系，提升學生的實際工程能力。

1 教學內容研究

根據CDIO的教育理念，圍繞多個層面的能力培養進行課程教學設計。通過注重培養學生系統工程技術能力，尤其是項目的構思、設計、開發和實施能力，力爭通過微波通信課程群教學改革，培養符合企業用人需求的合格的射頻工程師，加強高校微波通信課程群的相互聯系。

微波通信課程群主要包括微波技術、微波通信、天線技術等微波通信類課程，通過引入高頻結構仿真（High Frequency Structure Simulator，HFSS）工程仿真軟件，打破了原有微波技術、微波通信、天線技術各課程各自獨立的實訓模式，使學生的實訓環節更符合企業射頻工程師崗位的技能要求，采用基于項目導向的教學方法，引導學生有步驟地獨立完成學習，提高通信工程專業學生的就業競爭力。

首先，了解企業射頻工程師崗位的具體需求。其次，分析通信工程專業畢業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院現有的微波通信類課程的教學和評價體系所存在的問題。最后，利用CDIO教育理念，實現基于CDIO教育理念的課程教學設計，有針對性地提高和訓練學生的微波通信課程的相關技能，構建面向射頻工程師崗位的微波通信類課程的教學和評價體系，切實提高學綜合熟練應用微波通信類課程的能力，提高學生理論聯系實際能能力和自主學習研究的能力。

據東北電力大學通信工程專業近3年的就業情況，通信工程專業有38%的學生去到了硬件工程師和射頻工程師的崗位。企業射頻工程師崗位一般要求學生可以獨立完成天線及射頻器件的建模和仿真分析，熟悉相關的射頻檢測設備可以進行器件的調制和測試等工作。通過分析企業射頻工程師崗位的要求，設計了基于HFSS軟件的實訓實驗手冊。HFSS仿真軟件是現在很多企業主流的三維電磁仿真設計軟件，其融合了有限元法，集計算電磁學、數學分析等多種方法。針對微波技術、微波通信、天線技術等射頻類課程設計實訓。

微波通信、天線技術的課程中涉及的對稱振子天線、微帶天線和微波諧振腔等方面的知識點，在課程的教學環節只是物理的概念和理論公式推導等，教學效果并不理想。在微波通信課程群的實訓教學環節中，實訓內容主要包括T形波導的內場分析和優化設計、HFSS仿真對稱振子天線、HFSS微帶天線仿真設計和HFSS諧振腔仿真分析等。通過HFSS三維電磁仿真軟件的項目式實訓指導，要求學生熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步驟及工作流程，掌握對微波器件及微帶天線的設計方法、優化設計方法和工作原理。學生可以加深對天線的回波損耗、駐波比、遠場輻射方向圖、輸入阻抗等各種參數的理解和認識，學生需要通過自學實訓內容的理論知識，融合各個課程之間的理論，構建起對微波課程群的系統性認識，讓原本枯燥的理論學習變得直觀和生動，更好地理解天線理論中的相關知識。通過HFSS軟件的項目式實訓指導，幫助學生掌握企業射頻類工程師所要求的電磁仿真軟件，提高學生的天線設計和優化的能力。

2 教學模式研究

以往實訓環節是圍繞微波技術、微波通信、天線技術不同課程各自獨立實訓，實訓的內容一般都是針對某一個知識點，先由老師講解，再由學生完成實驗。引入CDIO理念后，學生按實驗手冊自主選擇實驗題目，學生每3人組成一個學習小組，通過組員之間的討論學習來積極消化知識，學生成了整個實訓環節的學習主題，通過仿真完成射頻元器件和天線的設計，通過自主學習各個學科的知識架構知識體系，更貼近企業對射頻工程師的要求。

根據學生不同的能力層次，對于學有余力的同學可以選擇新的微波器件的HFSS仿真實驗，允許學生自主設計和選擇微波器件，確定實驗內容和器件的性能。通過3人組成的學習小組的查找文獻和書籍自主學習，完成HFSS仿真實驗并提交實驗報告，自主性實訓實驗設計可以充分調動學習的積極性。

3 教學評價研究

微波通信課程群主要包括微波技術、微波通信、天線技術等微波通信類課程，通過引入HFSS工程仿真軟件，打破了原有微波技術、微波通信、天線技術各課程各自獨立的實訓模式，使學生的實訓環節更符合企業射頻工程師崗位的技能要求，采用基于項目導向的教學方法，引導學生有步驟地獨立完成學習，通過對項目的考核打分進一步評價學生的技能水平，提高通信工程專業學生的就業競爭力。

傳統的實訓課程的評價主要是每個課程獨立實訓并評價，只能看出學生對一門課程的相關知識點的掌握情況，評價單一。微波技術、微波通信、天線技術各個課程的實驗成績分別以一定比例計入各門課程的總成績中。基于CDIO的微波通信課程群的實訓教學評價，通過項目式的實驗內容的完成情況，可以綜合評價學生對微波通信課程群的掌握情況及HFSS仿真軟件的應用熟練程度。實訓成績包括3部分，各個項目的實際完成情況占80%，3人小組的自主學習情況占10%，最后的實訓心得報告占10%。這樣得到的基于CDIO的微波通信課程群的實訓成績單，相當于獲得了微波通信課程的一個技能認定，可以用于畢業季的求職簡歷中，相比于傳統的成績單更有說服力。打破微波技術、微波通信、天線技術各課程獨自實驗的傳統教學模式，改革傳統的按不同課程各自考核的模式，構建考核學生射頻仿真設計實際動手能力的評價體系，獨立考核并評價學生的實訓項目完成情況，最后給出微博課程群的實訓成績。

4 結語

本文提出的基于CDIO的微波通信課程群的教學研究方法，面向企業射頻工程師的實際需求，梳理并整合微波技術、微波通信、天線技術等微波通信課程的教學內容。通過把CDIO教育理念應用到微波通信課程群的實訓教學環節中，提高了學生學習微波射頻課程的積極性，提高了學生綜合應用射頻知識和獨立完成射頻工程仿真設計方面的動手能力，進一步提高了通信工程專業學生的射頻類崗位的就業競爭力。

[參考文獻]

[1]克勞雷.重新認識工程教育國際CDIO培養模式與方法[M].顧佩華，沈民奮，陸小華，譯.北京：高等教育出版社，2009.

[2]肖揚.CDIO教學模式在《液壓與氣壓傳動》課程教學改革中的應用[J].職業，2017（35）：91.

[3]程志輝，宋麗偉，李慧哲.工程管理專業實踐課程教學改革研究[J].東北電力大學學報，2011（Z1）：155-157.

[4]趙海麗，李文娟，胡克用.基于CDIO教學理念的數據結構課程教學改革研究[J].大眾科技，2017（6）：134-135.