CDIO微波通信課程群的實(shí)訓教學(xué)研究論文

　　摘要：當前微波通信課程群的實(shí)訓教學(xué)中還存在著(zhù)教師側重理論而輕視實(shí)踐，教學(xué)內容與射頻工程師的崗位需求相脫離等問(wèn)題。文章提出了基于CDIO的微波通信類(lèi)課程的實(shí)訓教學(xué)方法，改革微波通信課程群的實(shí)訓的教學(xué)內容、教學(xué)模式和教學(xué)評價(jià)方法，進(jìn)一步提高了通信工程學(xué)生的專(zhuān)業(yè)射頻設計能力和就業(yè)競爭力。

　　關(guān)鍵詞：CDIO工程教育模式；教學(xué)模式；項目式教學(xué)方法

　　當前的微波通信課程群的教育實(shí)踐中還存在不少問(wèn)題，如重理論輕實(shí)踐、重視知識學(xué)習而輕視開(kāi)拓創(chuàng )新的培養、脫離實(shí)際微波器件設計等問(wèn)題�？藙诶譡1]提出的CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）工程教育模式，CDIO分別代表構思、設計、實(shí)現和運作。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)品運行的生命周期為載體，讓學(xué)生在實(shí)際的項目中深入理解和學(xué)習工程所需要的知識及技能。我國很多高校專(zhuān)任教師也圍繞著(zhù)工程類(lèi)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CDIO的教育理念，圍繞多個(gè)層面的能力培養進(jìn)行課程教學(xué)設計。微波通信課程群的教學(xué)研究根據CDIO的教育理念，將通信工程畢業(yè)生的能力分為工程基礎知識、個(gè)人能力、人際團隊能力和工程系統能力4個(gè)層面，并以此為基礎展開(kāi)教學(xué)設計。通過(guò)注重培養學(xué)生系統工程技術(shù)能力，尤其是項目的構思、設計、開(kāi)發(fā)和實(shí)施能力，力爭通過(guò)微波通信課程群教學(xué)改革，培養符合企業(yè)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(lián)系，提升學(xué)生的實(shí)際工程能力。

　　1教學(xué)內容研究

　　根據CDIO的教育理念，圍繞多個(gè)層面的能力培養進(jìn)行課程教學(xué)設計。通過(guò)注重培養學(xué)生系統工程技術(shù)能力，尤其是項目的構思、設計、開(kāi)發(fā)和實(shí)施能力，力爭通過(guò)微波通信課程群教學(xué)改革，培養符合企業(yè)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(lián)系。微波通信課程群主要包括微波技術(shù)、微波通信、天線(xiàn)技術(shù)等微波通信類(lèi)課程，通過(guò)引入高頻結構仿真（HighFrequencyStructureSimulator，HFSS）工程仿真軟件，打破了原有微波技術(shù)、微波通信、天線(xiàn)技術(shù)各課程各自獨立的實(shí)訓模式，使學(xué)生的實(shí)訓環(huán)節更符合企業(yè)射頻工程師崗位的技能要求，采用基于項目導向的教學(xué)方法，引導學(xué)生有步驟地獨立完成學(xué)習，提高通信工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的就業(yè)競爭力。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(zhuān)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)院現有的微波通信類(lèi)課程的教學(xué)和評價(jià)體系所存在的問(wèn)題。最后，利用CDIO教育理念，實(shí)現基于CDIO教育理念的課程教學(xué)設計，有針對性地提高和訓練學(xué)生的微波通信課程的相關(guān)技能，構建面向射頻工程師崗位的微波通信類(lèi)課程的教學(xué)和評價(jià)體系，切實(shí)提高學(xué)綜合熟練應用微波通信類(lèi)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)習研究的能力。據東北電力大學(xué)通信工程專(zhuān)業(yè)近3年的就業(yè)情況，通信工程專(zhuān)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)生可以獨立完成天線(xiàn)及射頻器件的建模和仿真分析，熟悉相關(guān)的射頻檢測設備可以進(jìn)行器件的調制和測試等工作。通過(guò)分析企業(yè)射頻工程師崗位的要求，設計了基于HFSS軟件的實(shí)訓實(shí)驗手冊。HFSS仿真軟件是現在很多企業(yè)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(xué)、數學(xué)分析等多種方法。針對微波技術(shù)、微波通信、天線(xiàn)技術(shù)等射頻類(lèi)課程設計實(shí)訓。微波通信、天線(xiàn)技術(shù)的課程中涉及的對稱(chēng)振子天線(xiàn)、微帶天線(xiàn)和微波諧振腔等方面的知識點(diǎn)，在課程的教學(xué)環(huán)節只是物理的概念和理論公式推導等，教學(xué)效果并不理想。

　　在微波通信課程群的實(shí)訓教學(xué)環(huán)節中，實(shí)訓內容主要包括T形波導的內場(chǎng)分析和優(yōu)化設計、HFSS仿真對稱(chēng)振子天線(xiàn)、HFSS微帶天線(xiàn)仿真設計和HFSS諧振腔仿真分析等。通過(guò)HFSS三維電磁仿真軟件的項目式實(shí)訓指導，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，掌握對微波器件及微帶天線(xiàn)的設計方法、優(yōu)化設計方法和工作原理。學(xué)生可以加深對天線(xiàn)的回波損耗、駐波比、遠場(chǎng)輻射方向圖、輸入阻抗等各種參數的理解和認識，學(xué)生需要通過(guò)自學(xué)實(shí)訓內容的理論知識，融合各個(gè)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(xué)習變得直觀(guān)和生動(dòng)，更好地理解天線(xiàn)理論中的相關(guān)知識。通過(guò)HFSS軟件的項目式實(shí)訓指導，幫助學(xué)生掌握企業(yè)射頻類(lèi)工程師所要求的電磁仿真軟件，提高學(xué)生的天線(xiàn)設計和優(yōu)化的能力。

　　2教學(xué)模式研究

　　以往實(shí)訓環(huán)節是圍繞微波技術(shù)、微波通信、天線(xiàn)技術(shù)不同課程各自獨立實(shí)訓，實(shí)訓的內容一般都是針對某一個(gè)知識點(diǎn)，先由老師講解，再由學(xué)生完成實(shí)驗。引入CDIO理念后，學(xué)生按實(shí)驗手冊自主選擇實(shí)驗題目，學(xué)生每3人組成一個(gè)學(xué)習小組，通過(guò)組員之間的討論學(xué)習來(lái)積極消化知識，學(xué)生成了整個(gè)實(shí)訓環(huán)節的學(xué)習主題，通過(guò)仿真完成射頻元器件和天線(xiàn)的設計，通過(guò)自主學(xué)習各個(gè)學(xué)科的知識架構知識體系，更貼近企業(yè)對射頻工程師的要求。根據學(xué)生不同的能力層次，對于學(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，允許學(xué)生自主設計和選擇微波器件，確定實(shí)驗內容和器件的性能。通過(guò)3人組成的學(xué)習小組的查找文獻和書(shū)籍自主學(xué)習，完成HFSS仿真實(shí)驗并提交實(shí)驗報告，自主性實(shí)訓實(shí)驗設計可以充分調動(dòng)學(xué)習的積極性。

　　3教學(xué)評價(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(xiàn)技術(shù)等微波通信類(lèi)課程，通過(guò)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(xiàn)技術(shù)各課程各自獨立的實(shí)訓模式，使學(xué)生的實(shí)訓環(huán)節更符合企業(yè)射頻工程師崗位的技能要求，采用基于項目導向的教學(xué)方法，引導學(xué)生有步驟地獨立完成學(xué)習，通過(guò)對項目的考核打分進(jìn)一步評價(jià)學(xué)生的技能水平，提高通信工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的就業(yè)競爭力。傳統的實(shí)訓課程的評價(jià)主要是每個(gè)課程獨立實(shí)訓并評價(jià)，只能看出學(xué)生對一門(mén)課程的相關(guān)知識點(diǎn)的掌握情況，評價(jià)單一。微波技術(shù)、微波通信、天線(xiàn)技術(shù)各個(gè)課程的實(shí)驗成績(jì)分別以一定比例計入各門(mén)課程的總成績(jì)中�；�于CDIO的微波通信課程群的實(shí)訓教學(xué)評價(jià)，通過(guò)項目式的實(shí)驗內容的完成情況，可以綜合評價(jià)學(xué)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(shí)訓成績(jì)包括3部分，各個(gè)項目的實(shí)際完成情況占80%，3人小組的自主學(xué)習情況占10%，最后的實(shí)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(shí)訓成績(jì)單，相當于獲得了微波通信課程的一個(gè)技能認定，可以用于畢業(yè)季的求職簡(jiǎn)歷中，相比于傳統的成績(jì)單更有說(shuō)服力。打破微波技術(shù)、微波通信、天線(xiàn)技術(shù)各課程獨自實(shí)驗的傳統教學(xué)模式，改革傳統的按不同課程各自考核的模式，構建考核學(xué)生射頻仿真設計實(shí)際動(dòng)手能力的評價(jià)體系，獨立考核并評價(jià)學(xué)生的實(shí)訓項目完成情況，最后給出微博課程群的實(shí)訓成績(jì)。

　　4結語(yǔ)

　　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(xiàn)技術(shù)等微波通信課程的教學(xué)內容。通過(guò)把CDIO教育理念應用到微波通信課程群的實(shí)訓教學(xué)環(huán)節中，提高了學(xué)生學(xué)習微波射頻課程的積極性，提高了學(xué)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(dòng)手能力，進(jìn)一步提高了通信工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生的射頻類(lèi)崗位的就業(yè)競爭力。

　　[參考文獻]

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