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谈高频电子线路课程的工程教育设计

2022/03/15 阅读:

摘要:阐述工程教育认证背景下的高频电子线路课程的教学设计,课程教学的背景、现状、改革实践,制定以成果为导向课程目标、以学生为中心的教学模式、反映学习效果的测评体系。

关键词:高频电子线路,工程教育,成果为导向

0引言

全球经济发展及各国的综合国力受科技发展和产业革命影响日益加大,如半导体、集成电路等领域的科技水平甚至影响到我国在大国博弈中所处地位。尤其受疫情常态化及技术封锁等因素影响,在射频芯片、高端模拟集成电路等电子信息产业的关键技术上卡脖子的问题更加显现。而与技术同样出现短缺的是具有批判性思维、创新能力和较强工程实践能力的电子信息领域科研和工程人才。因此,以工程教育专业认证为标准在高校进行工程教育改革便势在必行。

1研究背景

工程教育专业认证的目的与意义。为提高工程教育人才培养质量、解决我国工程教育标准相对滞后这一问题,教育部自2006年启动工程教育认证试点工作,2013年正式加入“华盛顿协议”。2014年教育部首次公开发布《中国工程教育质量报告》中明确了工程教育在国家工业化进程中的重要作用,同时公布的数据显示我国工程教育规模已达到世界第一,但培养的工科学生国际认可度和社会需求适应度上仍有所欠缺。所以,进行工程教育专业认证工作已成为各高校进行工程人才培养的必修课。截至2020年底我国已有1600个专业通过了工程教育专业认证,其中电子信息类专业126个,为培养行业急需的合格电子工程师人才具有重要意义。工程教育专业认证背景下专业课程建设的必要性。在工程教育质量标准中,合格的工程人才应当具有在工程中能够发挥自身能力的价值性和能够不断发展自身能力的可持续发展性等核心能力[1]。为培养以上核心能力,应当在整个人才培养过程中坚持“以学生为中心”,落实“成果导向(Outcomes-BasedEducation,OBE)”,并建立持续改进的机制。所以,开展工程教育专业认证工作本质上就是在教学活动中贯彻以学生为中心的思想。同时,根据OBE理念进行课程建设。在以往的教学活动中,教师通常采用讲解、解释、演示和推导等方式进行专业理论和专业知识的传授,而忽视了学生对使用专业知识和工具进行问题分析等能力的培养。经文献调查,尽管目前已经有大量高校教师进行了关于翻转课堂、项目驱动法等教学模式的研究及实践。但以上工作主要集中在添加新的教学内容和教学方式上,如增加工程案例分析、小组讨论等环节。而对于在专业课程学习的过程中具体如何培养学生成为工程人才的能力,即令课程目标和教学效果满足工程教育专业认证的要求,却较少在文献中被提及。因此,以工程教育专业认证的能力要求为标准进行专业课程建设势在必行。

2高频电子线路教学现状

高频电子线路是电子信息工程专业的一门重要的专业基础课,是模拟电子线路、信号与系统的后续课程,课程主要内容包括各功能电路的分析方法及电子线路系统的组成和设计原理,以及系统的设计仿真和安装。由于该课程同时涉及信号在系统中的理论分析和电路的实现,因此部分学生或出现重理论不重实践、只会分析计算不会设计调试等问题。该课程改革的具体思路可以归纳为如下几点:首先根据工程教育专业认证标准和应用型本科高校的办学定位以及服务地方发展的目标,制定相适应的电子信息人才培养方案和毕业要求。其次,针对毕业要求中的能力培养目标设置对应的高频电子线路课程目标。最后,对高频电子线路课程教学内容重新梳理整合为一系列关键知识点,打破教材章节限制,以课程能力培养目标为主线将课程知识点“像珍珠项链一样”串联起来。同时,对照课程目标设计可量化评价课程学习效果的考核方式。

3高频电子线路课程的工程教育实践

制定以成果为导向课程目标。根据高频电子线路课程特点,对照某高校电子信息工程专业2021版人才培养方案中的12个毕业能力要求设计课程目标。例如,原有的高频电子线路教学目标在正弦波振荡器部分描述为:“掌握LC振荡器、晶体振荡器的电路组成、工作原理和性能特点;了解频率稳定度的概念和影响频率稳定度的因素;掌握改善频率稳定度的措施”。该描述只对正弦波振荡器的知识理解层级进行了划分,并未体现出课程与能力培养之间的关系。因此笔者按照毕业能力要求将以上教学目标调整为六条课程目标,如课程目标三描述为“能够选择合适的测试测量工具如示波器、频谱仪等搭建高频电子线路系统的测试系统,并使用正确的测试技术,对电子元器件参数、放大电路的静态和动态参数、信号的频率和周期、信号的幅度和功率等主要参数进行测试”。通过以上修改,使学生完成课程学习后能达到的能力要求更为明确。构建以学生为中心的教学模式。改革前高频电子线路课程分为理论部分和实践部分教学,理论教学主要按照教材顺序对选频回路与阻抗匹配网络、射频功放电路、振荡器、频谱搬移电路进行讲解,实践部分主要对由分立元件组成的经典单元电路进行实验验证[2]。学生仍然难以对电子线路系统有整体性的认识。由于课程目标主要反映学生的能力要求,为此充分利用网络教学平台对高频电子线路的教学模式进行改革。其主要措施如下:(1)利用学习通平台建立高频电子线路网络课程,将知识点录制为5~10min左右的讲解视频上传至网络课程供学生课下重复观看进行预习或复习。(2)将单元电路的基本原理和典型电路的分析计算设计为随堂练习,在课前发放及时了解学生对知识点的掌握程度。(3)考虑到实践学时较少,课后作业全部调整为使用Multisim对单元电路进行仿真分析。(4)增加开放性实验,让学生设计制作小型调幅发射机等简单系统,实践电子系统的设计、仿真、安装及调试工作。建立反映学习效果的测评体系。工程教育评价标准与以往侧重评价教学效果的“学生评教+教师考核”测评体系的最大区别就是以成果为导向的测评体系[3]。以成果为导向的工程教育理念具体到课程考核评价体系中,就是可量化评价学生的学习效果,即评价学生的课程目标达成程度[4-6]。(1)针对不同课程目标设计多样化考核方式。例如,课程目标要求学生能够通过文献、互联网和手册查询器件参数,理解并设计较复杂的高频电子线路系统电路并撰写技术文档。由于针对该目标设计了相应的开放性实验环节,因此通过实验报告完成质量考核该目标达成度。(2)制定《试题合理性审查表》《指标点支撑度量表》和《课程改进分析报告》等量表,促进教师持续改进教学活动,保证学生获得满足课程目标的能力。

4结语

强调培养工程人才的核心能力,参考工程教育质量标准对高频电子线路课程进行改革是电子信息类专业教师必须完成目标。尽管在改革过程中还出现了为便于计算达成度设计的课程评价体系过于模式化等问题,仍然要坚持“持续改进”的理念进行课程改革,为社会培养合格的电子工程师。

作者:王丹阳 卢亚鹏 牛姿懿 单位:河南城建学院 电气与信息工程学院

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