基于OBE理念的“射頻電路設計”課程教學改革與探索

任寶平 黃德昌

【摘要】 ? ?“射頻電路設計”是通信工程專業一門重要的專業課程，屬于電磁場與微波技術學科體系中偏電路、偏工程的課程。該課程內容繁多，理論與實踐并重，教學難度較大，學生普遍反映難學。本文結合自身教學，在新工科背景下，基于OBE理念，從教學內容、教學方法和考核體系三方面探索課程教學改革，突出學生在課程教學中的主體地位。通過課程改革，增強學生學習興趣和參與度，培養學生創新、團隊協作和工程思維，提高學以致用和解決問題的能力。

【關鍵詞】 ? ?射頻電路設計 ? ?OBE理念 ? ?教學改革 ? ?新工科

引言：

為主動應對新一輪科技革命與產業變革，支撐服務創新驅動發展、“中國制造2025”等一系列國家戰略，教育部提出“新工科”的創新概念并積極推進建設。與傳統工科相比，“新工科”更強調學科的實用性、交叉性與綜合性，尤其注重信息通信、電子控制、軟件設計等新技術與傳統工業技術的緊密結合，適應和推動新興產業（如大數據、人工智能）的發展[1]。

《射頻電路設計》是電子通信類專業的一門核心課程，是無線通信基礎學科—電磁場與微波技術的一個重要分支。另一方面，無線通信作為移動互聯和物聯網的關鍵技術，可以推動大數據、人工智能等新興產業的發展。因此，開展好《射頻電路設計》本科教學工作具有重要意義。然而，繁多的電路模型、復雜的理論公式和極強的應用場景是該課程的幾大特點，也是課程教學、學生學習的幾大難點。近些年，國內包括華南理工大學、電子科技大學在內的部分高校學者開展了關于《射頻電路設計》課程內容和教學體系改革研究[2-5]。然而，通過文獻分析發現，單純課程內容和體系的改革難以滿足新工科視域下“以學生為本”的工程教育要求，需進一步研究和優化。此外，不同學校的課程體系不盡相同，需結合具體情況因材施教，這樣才能取得滿意的教學效果。

OBE（Outcomes-based Education）是指基于成果產出的教育模式，突出學生的的中心地位，強調學習效果和目標達成度[6]。OBE是在1981年由美國教育家Spady提出，因其理念先進效果明顯，以驚人速度獲得了廣泛重視和應用，現成為了發達國家教育改革的主流理念。2016 年 6 月 2 日，中國簽署加入《華盛頓協議》，成為其正式會員?！度A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。為此，結合《射頻電路設計》課程特點，基于OBE理念對課程的教學進行改革和探索，滿足新工科和新產業的發展需求，具有重要意義。

一、課程特點和教學現狀

根據課程內容、專業課程體系和教學實際，射頻電路設計課程在具體實施中存在以下特點和不足。

1.課程內容多且難度較大。以課程教材《射頻電路設計-理論與應用》（王子宇，王心悅等譯，電子工業出版社，第二版）為例，全文共有10章內容，涉及傳輸線理論和史密斯圓圖、無源射頻器件和有源射頻器件?？梢?，課程內容繁多且難度較大。

2.技術更新快。根據摩爾定律，集成電路的集成度每18個月便會增加一倍，可見集成電路技術的革新速度之快。此外，無線通信技術發展迅速，特別是5G毫米波通信的逐步應用，對射頻前端重要部件的性能要求與日俱增。并且，射頻電路設計課程實踐性和應用性都是非常強的一門課程。因此，教學設計和課堂授課也要與時俱進，否則容易脫節。

3.課時偏少。課時是課程教學內容完成和教學效果的首要因素，然而當前我校射頻電路設計課程課時較少，僅為32學時。調研發現，許多高校此類課程課時為48或64學時，少了1/3或1/2。課程偏少，而課程內容繁多，很多教學無法開展。

4.內容存在疊加。由于射頻電路設計課程與微波技術與天線課程存在內容重復，主要為前幾章節內容，具體為基本傳輸線理論、網絡理論和阻抗匹配章節。而微波技術與天線為先修課程，因此，內容存在疊加，需要刪減和優化，或者教學側重點有所偏向。

5.教學方式單一。教學包括理論課堂和實驗課堂，但目前多為講授或按部就班開展實驗，學生被動學習，缺乏主動性和積極性，加上課程難度較大，大部分學生得過且過，不能投入足夠時間和精力學習該課程。

二、課程教學改革

針對于上述射頻電路設計課程的特點和當前教學存在的問題，結合OBE理念對該課程教學進行探索改革，促進學生課程的達成，達到工程教育認證的畢業要求，真正學有所成，學能致用。

2.1 重構、優化教學目標和教學內容，做好頂層設計

無線通信在不斷發展，新技術、新工藝層出不窮，而目標和內容陳舊，難以滿足新工科、新產業發展需求，因此需對課程的教學目標和教學進行重構和優化。另一方面，射頻電路設計課程內容繁雜、概念抽象、數學物理推導煩瑣，在課時有限的情況下需對內容優有所取舍，并多教材交叉使用，揚長避短，優化教學內容，同時滿足教學目標。因此，重構、優化課程教學目標和教學內容，做好頂層設計是十分必要的。

教學目標的設計需要根據課程內容、特點、學時并重點結合畢業要求進行設定。在新工科背景下，高校人才培養更加突出創新思維、工程思維和合作意識，而非單純的灌入式教學。當前教學目標僅需滿足畢業要求3（設計＼開發解決方案），無法滿足當前人才培養要求，需進行調整優化。相應的，教學目標也對應重構和優化。結合課程特點和行業需求，可加入電路創新設計和射頻電路工程案例分析，培養學生的創新、工程和團隊思維。

由于課時限制，完成所有章節的內容講授是不太現實的，即使完成效果也會很差，因此需要對教學內容進行優化。優化時，突出學生主體地位，重難點分明并有所取舍。首先，刪除與前序課程—微波技術與天線重疊的內容。其次，以一本教材為主線、多本教材為參考來優化教學內容，取不同教材所長，形成完整和易于理解、接受的教學思路。最后，結合自身的科學研究和工程實際，在合適章節內容加入電路設計和案例分析內容。通過課程內容的重構和優化，在一本教材為主線基礎，替換、補充相關知識點，在保證流暢、清晰教學效果的同時培養學生多方面能力。

2.2 ?改革教學方法和課堂情景模式，突出學生主體

課程教學方法研究和改革是關鍵，目前課程的教學方式比較單一，主要體現為教師滿堂灌，學生被動學習，效果不佳。加之課程內容難度較大，難以調動學生的學習興趣。OBE模式強調以學生為中心，突出學生在課程教學中的主體地位。因此，研究改革教學方法，改變傳統課堂情景模式，將豐富的上課素材和前沿課題以問題提前導入方式以及學習目標導向，調動學生積極性和學習熱情，讓學生充分參與課堂學習。首先，通過內容改革，激發學生興趣。在課程導引中，重點講解射頻前端框圖，采用總分形式，讓學生先整體把握射頻電路在無線通信系統中的核心作用，然后結合全書授課內容以不同形式的射頻電路為點進行串講，樹立學生的全局觀和知識分解能力。然后，介紹當前射頻工程師的就業前景和薪資狀況，讓學生非常直觀地知悉學好本課程大有前途。此外，結合生活日常、熱點問題和引經據典開展一些知識點的講解。例如講解阻抗匹配時，可以引出電火花的生活例子;講解諧振器和濾波器時，可結合國內外橋面共振晃動甚至斷裂例子;講解射頻有源電路時，可結合近兩年的貿易戰和中興事件展開等等。在增強學生學習興趣和課程作用度的同時也引入了思政元素。其次，加入專題學習。專題學習可以比較全面了解一個知識點的來龍去脈、發展現狀、工程應用等，同時可以調動學生的積極性，突出學生主體地位。同樣，以射頻濾波器為例，在講解完教材內容后開展濾波器專題學習。專題學習可采用任務式開展，以不同濾波器類型（普通微帶濾波器、介質濾波器、超導濾波器等）安排學生分組查閱資料和準備PPT報告材料，鍛煉學生資料查閱、團隊協作和語言組織能力等。最后，改革實驗內容。實驗是課程內容的工程補充，能夠讓學生更加直觀的理解知識點的應用和工程實現，作用重大。然而，在實驗設施時，大多時候是學生參照實驗內容和詳細步驟按部就班的機械式完成，沒有任何的思考和主觀能動性，這樣的實驗效果會大打折扣。所以，改革實驗內容非常必要，首當其沖的是實驗任務書改革，刪減詳細實驗步驟和具體的尺寸參數。以濾波器設計仿真為例，刪除任務書中的電路建模步驟和尺寸參數，僅給出參數指標范圍和最后濾波器結構形式，充分調動學生的主觀能動性，多次實驗后，學生的獲得感和成就感會大大增加。

2.3 設計多目標點課程考核體系，輸出學習成果

課程考核與教學重點直接相關，科學合理的考核體系是實現優異教學成效的關鍵，也是能否發揮學生主體作用的指揮棒。為培養學生主動學習能力、動手實操能力、團隊協作意識和創新精神，突破傳統以考試為核心的單一考核模式，以實際學習成果為導向，設計多目標點課程考核體系，達到教學目標。在本課程中，考核分為三塊，平時表現（15%）、實驗（35%）和大作業（50%）。由于改革了實驗內容和方式，提高了成績占比。平時表現中一個重點考量指標是專題學習中的學生表現，包括內容收集和PPT展示效果。終期大作業采用試題形式進行，但是試題采用簡答計算題，摒棄填空選擇，且試題偏開放式、工程性，提高學生解決問題、學以致用的能力。通過三部分內容考核，能夠全面檢驗學生對課程知識點的掌握程度，以及通過本課程學習獲得利用所學知識解決實際工程問題并能設計基本的射頻電路。

三、結束語

科學技術日新月異，作為培養高素質創新型人才的搖籃，高校需不斷探索教學改革，滿足社會需求。本文在新工科背景下，基于OBE理念探索了射頻電路設計課程的教學改革，列舉了課程特點和目前的教學現狀，從三方面詳細闡述了課程教學改革思路和途徑。擬通過該課程改革，增強學生學習興趣、調動主觀能動性，培養創新思維、合作思維和工程思維，切實提高學生學以致用和解決問題的能力。

參 ?考 ?文 ?獻

[1]李波，貝紹軼，周亭等. “新工科”背景下地方高校應用型本科人才培養模式探究[J]. 高教學刊， 2020（1）：149-151.

[2]郭守釗，高源慈，陳瑜. 《射頻電子線路》課程教學改革與實踐[J]. 實驗科學與技術， 2013（11）：211-214.

[3]王云，陳付昌，鄧紅波等. 射頻電路探索性實驗教學改革與實踐[J]. 實驗室研究與探索， 2018（10）：188-191.

[4]羅勇. 面向應用的“射頻電路設計”的教學方法的探索[J]. 教育現代化， 2019（57）：133-135.

[5]趙彥曉，王亞飛，李學華，張月霞. 基于學習成果導向的射頻電路設計課程教學改革[J]. 中國教育技術裝備， 2019（06）：84-86.

[6]單明廣，鐘志，于蕾. OBE理念下的教學改革研究—以電子技術類課程為例[J]. 工業和信息化教育， 2021（3）：51-54.