面向工程教育認證的教學改革與實踐
——以高頻電路課程為例

覃亮，彭其圣

中南民族大學 電子信息工程學院，湖北武漢，430074

關鍵字：高頻電路；工程教育認證；成果導向；教學改革

0 引言

作為國際通行的工程教育質量保證制度，工程教育認證實現了工程教育和工程師資格的國際互認，加快了我國工程教育人才培養標準與國際接軌的步伐，促進了我國高校工科專業辦學水平和教學質量的提升，也是“新工科”建設的重要手段[1]。其依據是1989年簽署的《華盛頓協議》，2016年我國加入該協議，認證由中國工程教育專業認證協會實施[2]，主要從課程目標、畢業要求、課程體系等多個方面對工程類本科專業進行評價認證，其核心是學生中心、成果導向、持續改進，從而使學生具有較強的解決復雜工程問題能力[3]。截至2020年底，全國共有257所普通高等學校的1600個專業通過了工程教育認證[4]。

高頻電路是電子信息專業和通信專業的重要專業課程之一，是一門實踐性、工程性、綜合性很強的課程，主要包含模擬通信系統中的高頻放大器、高頻振蕩器、高頻信號處理電路等內容，涉及概念繁多，不易理解，且較多地用到非線性分析方法，學生普遍反映學習起來比較困難，甚至流傳著“電路怕模擬，模擬怕高頻”的說法。另外在軟件與數字大熱的背景下，偏向硬件與模擬的高頻電路課程似乎有些“邊緣化”的傾向，有的學生甚至教師都覺得學習和教學的動力不足。對于這種非常重要卻又遇到一定發展瓶頸的課程，有必要通過改革實現進一步的提升與突破。尤其在工程教育認證的背景下，如何解決該課程目前存在的弊端和問題，切實提升教學效果，并達到認證要求，是一個非常值得探索的課題。

1 課程目標的明確

在工程教育認證體系下，普遍采用成果導向教育OBE（Outcome-Based Education），即一種依據學生預期達成的最終學習成果反向設計課程體系的教育模式[5]。課程體系的建設和目標的制定不是無的放矢，而是必須實現對特定畢業要求的支撐。經對本專業學生用人單位的多次調研，結合專家指導與課程組討論，最終確定高頻電路課程所能支撐的畢業要求如下。

（1）能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于復雜電子信息系統的分析、設計與優化。

（2）能夠運用數學、自然科學和工程科學的基本原理，借助文獻研究，分析電子信息系統工程領域的復雜工程問題，形成分析報告，獲得有效結論。

（3）能夠在解決問題方案的框架下，設計滿足特定需求的系統、電路、軟件或算法。

將上述畢業要求中所需能力映射到具體課程，就可以得到高頻電子線路的課程目標。

課程目標1：讓學生了解模擬通信系統的發展歷史、行業現狀與技術前沿，熟悉其應用背景和組成結構，如通信系統發射機與接收機的基本結構和組成框圖，能通過查閱文獻資料來獲取所需知識，并可以報告的形式進行整理歸納；初步理解調制與解調的概念，認識到本課程的主要研究對象為各類高頻放大電路、高頻振蕩電路及高頻信號處理電路；建立一定的工程意識和系統思維，培養學生的學習興趣、提高學生自主學習能力。

課程目標2：對于高頻電子線路及系統所涉及的高頻小信號放大器和功率放大器、高頻振蕩器、調制與解調電路、混頻器、反饋控制電路等具體電路模塊，學生應通過學習掌握其基本工作原理和電路實現方法、電路參數計算與優化、元器件選擇、技術指標的測試與評價等，理解各個電路模塊之間的有機聯系及單個模塊與完整系統的關系，系統訓練學生的觀察能力、理論聯系實際能力、解決問題能力、邏輯思維能力、綜合與創新能力。

課程目標3：熟悉高頻電子線路及系統的基本設計流程和理念，了解技術指標的基本內涵、測試方法及其對設計的主導作用，掌握現代設計技術，能靈活運用各種軟硬件平臺開展設計、開發與測試，培養學生自主實驗、分析、發現、設計和解決復雜工程問題的能力。

另按慣例需附加思政育人目標，具體到本課程，即培養學生克難攻堅的信心和科學嚴謹的作風，即志存高遠又腳踏實地，做“大國工匠”。

可以看出，不同于以往的含糊其辭和空洞無物，基于工程教育認證體系制定的課程目標非常具體詳實，針對性強，其突出特點是體現課程內容的工程性和系統性，提升學生解決復雜工程問題的能力，既為教學過程提供了全面的指引，也為課程改革指明了方向。

2 課程教學改革與實踐

2.1 理論教學環節改革

根據以上課程目標和工程認證要求，課題組經過認真討論，并充分聽取專家意見，對高頻電路的課堂理論教學進行了大刀闊斧的改革。

（1）改用更為主流且更符合認證要求和實際需求的新教材，并從教學目標、教學內容、教學方法、課程考核、改良機制等多個方面對教學大綱進行大幅修訂。

（2）在講述時打破章節之間的隔閡，不再孤立地看待模擬通信系統中各電路功能模塊，而是用一定時間來講解該電路模塊在整個系統中的地位、作用及其對系統總體性能的影響，例如在講授小信號頻帶放大器時，除常規內容外，還可分析該放大器自身的信噪比對整個通信接收機接收靈敏度的影響。

（3）打破定勢思維，解決理論教學與工程實踐脫節的問題：以電路的技術指標為例，以往的講述中，往往在介紹電路原理和組成后，再順帶計算一下技術指標，但在實際的電路設計過程中，一般是先提出技術指標，再根據技術指標確定電路形式和參數，在教學中應引導學生掌握這種“逆向”的思維方法。再如，以往的教學中，一般是不考慮電路成本的，但在工程實踐上，這是無法回避的環節，所以也應讓學生思考如何用較低成本實現系統目標。此外，在設計電路系統時還應考慮各類國際/國家標準、法律法規、環保等諸多方面的問題，都是其工程性的具體體現。

（4）以學生為主體：學生對該課程普遍存在一定畏難情緒，所以應著力抓住學生心理，充分利用“翻轉課堂”之類的新型教學模式及各種現代新型教學平臺（如線上課程），加強老師與學生的互動交流，將課程打造得更有吸引力。

顯然，以上改革措施對教師的教學水平和能力也提出了更高要求，一方面要加強學習，一方面通過專業講座培訓、同行交流等方式開闊眼界，提升自我。

2.2 實踐教學環節改革

高頻電路是實踐性和工程性極強的課程，顯然，實踐教學是保證教學效果的重要環節。恰逢高頻實驗室的儀器設備更新換代，因此新平臺和新設備為實踐教學環節進行全面和深入改革提供了便利。其主要思路是改變以往以驗證性實驗為主的情況，大幅增加設計性和綜合性實驗（超過50%），具體見表1。

表1 高頻電路實驗教學改革前后內容對比

為適應新形勢，針對實踐教學也提出了一些新的要求和措施：設計性實驗中要求使用現代設計工具，如電子CAD與仿真分析軟件；考慮到學生科技文檔寫作能力普遍較弱的情況，適當提高了實驗報告和設計報告在總成績中的比例。此外，還將課內實驗、硬件課程設計、畢業論文、學科競賽、課外科研創新活動等實踐環節有機結合起來，強化學生的綜合能力。為方便師生進入實驗室，并推進項目驅動式教學，高頻電路實驗室實現了全天開放。以上改革舉措使實踐教學變得多層次、立體化，成為提升教學效果的重要基石。

3 評價反饋與持續改進機制

在工程教育認證的要求中，明確提出相關專業和課程應有一整套的評價反饋與持續改進機制，具體而言，就是要建立完善的教學過程質量監控機制，各主要教學環節有明確的質量要求，定期開展課程體系設置和課程質量評價，并能證明評價的結果被用于專業與課程的持續改進。

以往的課程評價往往過于主觀和隨意，流于形式化，評價準確度低，且不滿足工程認證的要求。為解決這一弊端，對課程采用了完全量化的全新評價方式，針對每門課程都制定了專門的課程目標達成度計算規則，如高頻電路課程的計算規則（表2）。通過針對特定課程目標的各項考核內容平均成績，按相應權重，計算出課程目標整體達成值（0～1之間），以判斷課程目標的達成情況。這種評價方式的優點：①涵蓋了教學的全部過程，尤其是對平時表現、作業、實驗這些過程考核內容給予較高權重（50%），避免了學生平時不認真，期末突擊的錯誤學習方法；②通過分析不同課程目標的達成情況，很容易發現教學和學習中的薄弱環節，便于后續有針對性地改進。

表2 課程目標達成度量化計算方法

基于以上數據，每門課程將出具一份課程目標達成分析表，對數據進行詳細研究和解析，既總結成功的經驗，也指出不足之處，并據此對下一學年的課程教學提出持續改進的具體措施，包括對教學大綱的修訂、教學內容的微調、教學方法的改進等。此外，對總評成績不及格的同學開展一些專門的分析，找出其成績不佳的原因，以便對基礎較差或學習困難的同學進行重點關注和幫扶。

這種基于科學量化數據的持續動態改進，可以使課程的發展進入一種良性循環，不停地自我完善，緊跟時代潮流，永遠保持生命力。

4 結語

從面向工程教育認證的高頻電路課程改革這一案例，可以看出，工程教育認證為高校教育改革提供了強大的驅動力和方向指引。相關高校工程類專業和課程，應抓住機遇，以認證促建設，以評估促改革，始終緊緊圍繞“讓學生具有解決復雜工程問題的能力”這一核心目標，從優化資源配置、提升教學方法、改善評價體制等多個層面進行深入革新，為社會培養出更多具有國際視野和卓越能力的優秀工程類人才。