CDIO微波通訊課程群的實訓教學研究論文
CDIO微波通訊課程群的實訓教學研究論文
摘要：當前微波通訊課程群的實訓教學中還存在著教師側重理論而輕視實踐，教學內容與射頻工程師的崗位需求相脫離等問題。文章提出了基於CDIO的微波通訊類課程的實訓教學方法，改革微波通訊課程群的實訓的教學內容、教學模式和教學評價方法，進一步提高了通訊工程學生的專業射頻設計能力和就業競爭力。
關鍵詞：CDIO工程教育模式；教學模式；專案式教學方法
當前的微波通訊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訊課程群教學研究思路，它以產品研發到產品執行的生命週期為載體，讓學生在實際的專案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工程教育模式改革並取得了一定的成果[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。微波通訊課程群的教學研究根據CDIO的教育理念，將通訊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，並以此為基礎展開教學設計。透過注重培養學生系統工程技術能力，尤其是專案的構思、設計、開發和實施能力，力爭透過微波通訊課程群教學改革，培養符合企業用人需求的合格的射頻工程師，加強高校微波通訊課程群的相互聯絡，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。透過注重培養學生系統工程技術能力，尤其是專案的構思、設計、開發和實施能力，力爭透過微波通訊課程群教學改革，培養符合企業用人需求的合格的射頻工程師，加強高校微波通訊課程群的相互聯絡。微波通訊課程群主要包括微波技術、微波通訊、天線技術等微波通訊類課程，透過引入高頻結構模擬（HighFrequencyStructureSimulator，HFSS）工程模擬軟體，打破了原有微波技術、微波通訊、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，採用基於專案導向的教學方法，引導學生有步驟地獨立完成學習，提高通訊工程專業學生的就業競爭力。首先，瞭解企業射頻工程師崗位的具體需求。其次，分析通訊工程專業畢業生在求職射頻工程師崗位所欠缺的能力，深入分析資訊工程學院現有的微波通訊類課程的教學和評價體系所存在的問題。最後，利用CDIO教育理念，實現基於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訊課程的相關技能，構建面向射頻工程師崗位的微波通訊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訊類課程的能力，提高學生理論聯絡實際能能力和自主學習研究的能力。據東北電力大學通訊工程專業近3年的就業情況，通訊工程專業有38%的學生去到了硬體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模擬分析，熟悉相關的射頻檢測裝置可以進行器件的調製和測試等工作。透過分析企業射頻工程師崗位的要求，設計了基於HFSS軟體的實訓實驗手冊。HFSS模擬軟體是現在很多企業主流的三維電磁模擬設計軟體，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、微波通訊、天線技術等射頻類課程設計實訓。微波通訊、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，教學效果並不理想。
在微波通訊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最佳化設計、HFSS模擬對稱振子天線、HFSS微帶天線模擬設計和HFSS諧振腔模擬分析等。透過HFSS三維電磁模擬軟體的專案式實訓指導，要求學生熟悉並掌握HFSS的工作介面、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、最佳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、輸入阻抗等各種引數的理解和認識，學生需要透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。透過HFSS軟體的專案式實訓指導，幫助學生掌握企業射頻類工程師所要求的電磁模擬軟體，提高學生的天線設計和最佳化的能力。
2教學模式研究
以往實訓環節是圍繞微波技術、微波通訊、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理念後，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，透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，透過模擬完成射頻元器件和天線的設計，透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，對於學有餘力的同學可以選擇新的微波器件的HFSS模擬實驗，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效能。透過3人組成的學習小組的查詢文獻和書籍自主學習，完成HFSS模擬實驗並提交實驗報告，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
微波通訊課程群主要包括微波技術、微波通訊、天線技術等微波通訊類課程，透過引入HFSS工程模擬軟體，打破了原有微波技術、微波通訊、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，採用基於專案導向的教學方法，引導學生有步驟地獨立完成學習，透過對專案的考核打分進一步評價學生的技能水平，提高通訊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並評價，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、微波通訊、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。基於CDIO的微波通訊課程群的實訓教學評價，透過專案式的實驗內容的完成情況，可以綜合評價學生對微波通訊課程群的掌握情況及HFSS模擬軟體的應用熟練程度。實訓成績包括3部分，各個專案的實際完成情況佔80%，3人小組的自主學習情況佔10%，最後的實訓心得報告佔10%。這樣得到的基於CDIO的微波通訊課程群的實訓成績單，相當於獲得了微波通訊課程的一個技能認定，可以用於畢業季的求職簡歷中，相比於傳統的成績單更有說服力。打破微波技術、微波通訊、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，構建考核學生射頻模擬設計實際動手能力的評價體系，獨立考核並評價學生的實訓專案完成情況，最後給出微博課程群的實訓成績。
4結語
本文提出的基於CDIO的微波通訊課程群的教學研究方法，面向企業射頻工程師的實際需求，梳理並整合微波技術、微波通訊、天線技術等微波通訊課程的教學內容。透過把CDIO教育理念應用到微波通訊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模擬設計方面的動手能力，進一步提高了通訊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.基於CDIO教學理念的資料結構課程教學改革研究[J].大眾科技，2017（6）：134-135.