CDIO微波通信课程群的实训教学研究论文

2021-06-14 论文

　　摘要：当前微波通信课程群的实训教学中还存在着教师侧重理论而轻视实践，教学内容与射频工程师的岗位需求相脱离等问题。文章提出了基于CDIO的微波通信类课程的实训教学方法，改革微波通信课程群的实训的教学内容、教学模式和教学评价方法，进一步提高了通信工程学生的专业射频设计能力和就业竞争力。

　　关键词：CDIO工程教育模式；教学模式；项目式教学方法

　　当前的微波通信课程群的教育实践中还存在不少问题，如重理论轻实践、重视知识学习而轻视开拓创新的培养、脱离实际微波器件设计等问题。克劳雷[1]提出的CDIO（Conceive，Design，Implement，Operate）工程教育模式，CDIO分别代表构思、设计、实现和运作。CDIO工程教育模式提供了一个全新的面向射频工程师培养的微波通信课程群教学研究思路，它以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生在实际的项目中深入理解和学习工程所需要的知识及技能。我国很多高校专任教师也围绕着工程类课程的教学引入了CDIO工程教育模式改革并取得了一定的成果[2-4]。本课题根据CDIO的教育理念，围绕多个层面的能力培养进行课程教学设计。微波通信课程群的教学研究根据CDIO的教育理念，将通信工程毕业生的能力分为工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力4个层面，并以此为基础展开教学设计。通过注重培养学生系统工程技术能力，尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力，力争通过微波通信课程群教学改革，培养符合企业用人需求的合格的射频工程师，加强高校微波通信课程群的相互联系，提升学生的实际工程能力。

　　1教学内容研究

　　根据CDIO的教育理念，围绕多个层面的能力培养进行课程教学设计。通过注重培养学生系统工程技术能力，尤其是项目的构思、设计、开发和实施能力，力争通过微波通信课程群教学改革，培养符合企业用人需求的合格的射频工程师，加强高校微波通信课程群的相互联系。微波通信课程群主要包括微波技术、微波通信、天线技术等微波通信类课程，通过引入高频结构仿真（HighFrequencyStructureSimulator，HFSS）工程仿真软件，打破了原有微波技术、微波通信、天线技术各课程各自独立的实训模式，使学生的实训环节更符合企业射频工程师岗位的技能要求，采用基于项目导向的教学方法，引导学生有步骤地独立完成学习，提高通信工程专业学生的就业竞争力。首先，了解企业射频工程师岗位的具体需求。其次，分析通信工程专业毕业生在求职射频工程师岗位所欠缺的能力，深入分析信息工程学院现有的微波通信类课程的教学和评价体系所存在的问题。最后，利用CDIO教育理念，实现基于CDIO教育理念的课程教学设计，有针对性地提高和训练学生的微波通信课程的相关技能，构建面向射频工程师岗位的微波通信类课程的教学和评价体系，切实提高学综合熟练应用微波通信类课程的能力，提高学生理论联系实际能能力和自主学习研究的能力。据东北电力大学通信工程专业近3年的就业情况，通信工程专业有38%的学生去到了硬件工程师和射频工程师的岗位。

　　企业射频工程师岗位一般要求学生可以独立完成天线及射频器件的建模和仿真分析，熟悉相关的射频检测设备可以进行器件的调制和测试等工作。通过分析企业射频工程师岗位的要求，设计了基于HFSS软件的实训实验手册。HFSS仿真软件是现在很多企业主流的三维电磁仿真设计软件，其融合了有限元法，集计算电磁学、数学分析等多种方法。针对微波技术、微波通信、天线技术等射频类课程设计实训。微波通信、天线技术的课程中涉及的对称振子天线、微带天线和微波谐振腔等方面的知识点，在课程的教学环节只是物理的概念和理论公式推导等，教学效果并不理想。

　　在微波通信课程群的.实训教学环节中，实训内容主要包括T形波导的内场分析和优化设计、HFSS仿真对称振子天线、HFSS微带天线仿真设计和HFSS谐振腔仿真分析等。通过HFSS三维电磁仿真软件的项目式实训指导，要求学生熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程，掌握对微波器件及微带天线的设计方法、优化设计方法和工作原理。学生可以加深对天线的回波损耗、驻波比、远场辐射方向图、输入阻抗等各种参数的理解和认识，学生需要通过自学实训内容的理论知识，融合各个课程之间的理论，构建起对微波课程群的系统性认识，让原本枯燥的理论学习变得直观和生动，更好地理解天线理论中的相关知识。通过HFSS软件的项目式实训指导，帮助学生掌握企业射频类工程师所要求的电磁仿真软件，提高学生的天线设计和优化的能力。

　　2教学模式研究

　　以往实训环节是围绕微波技术、微波通信、天线技术不同课程各自独立实训，实训的内容一般都是针对某一个知识点，先由老师讲解，再由学生完成实验。引入CDIO理念后，学生按实验手册自主选择实验题目，学生每3人组成一个学习小组，通过组员之间的讨论学习来积极消化知识，学生成了整个实训环节的学习主题，通过仿真完成射频元器件和天线的设计，通过自主学习各个学科的知识架构知识体系，更贴近企业对射频工程师的要求。根据学生不同的能力层次，对于学有余力的同学可以选择新的微波器件的HFSS仿真实验，允许学生自主设计和选择微波器件，确定实验内容和器件的性能。通过3人组成的学习小组的查找文献和书籍自主学习，完成HFSS仿真实验并提交实验报告，自主性实训实验设计可以充分调动学习的积极性。

　　3教学评价研究

　　微波通信课程群主要包括微波技术、微波通信、天线技术等微波通信类课程，通过引入HFSS工程仿真软件，打破了原有微波技术、微波通信、天线技术各课程各自独立的实训模式，使学生的实训环节更符合企业射频工程师岗位的技能要求，采用基于项目导向的教学方法，引导学生有步骤地独立完成学习，通过对项目的考核打分进一步评价学生的技能水平，提高通信工程专业学生的就业竞争力。传统的实训课程的评价主要是每个课程独立实训并评价，只能看出学生对一门课程的相关知识点的掌握情况，评价单一。微波技术、微波通信、天线技术各个课程的实验成绩分别以一定比例计入各门课程的总成绩中。基于CDIO的微波通信课程群的实训教学评价，通过项目式的实验内容的完成情况，可以综合评价学生对微波通信课程群的掌握情况及HFSS仿真软件的应用熟练程度。实训成绩包括3部分，各个项目的实际完成情况占80%，3人小组的自主学习情况占10%，最后的实训心得报告占10%。这样得到的基于CDIO的微波通信课程群的实训成绩单，相当于获得了微波通信课程的一个技能认定，可以用于毕业季的求职简历中，相比于传统的成绩单更有说服力。打破微波技术、微波通信、天线技术各课程独自实验的传统教学模式，改革传统的按不同课程各自考核的模式，构建考核学生射频仿真设计实际动手能力的评价体系，独立考核并评价学生的实训项目完成情况，最后给出微博课程群的实训成绩。

　　4结语

　　本文提出的基于CDIO的微波通信课程群的教学研究方法，面向企业射频工程师的实际需求，梳理并整合微波技术、微波通信、天线技术等微波通信课程的教学内容。通过把CDIO教育理念应用到微波通信课程群的实训教学环节中，提高了学生学习微波射频课程的积极性，提高了学生综合应用射频知识和独立完成射频工程仿真设计方面的动手能力，进一步提高了通信工程专业学生的射频类岗位的就业竞争力。

　　[参考文献]

　　[1]克劳雷.重新认识工程教育国际CDIO培养模式与方法[M].顾佩华，沈民奋，陆小华，译.北京：高等教育出版社，2009.

　　[2]肖扬.CDIO教学模式在《液压与气压传动》课程教学改革中的应用[J].职业，2017（35）：91.

　　[3]程志辉，宋丽伟，李慧哲.工程管理专业实践课程教学改革研究[J].东北电力大学学报，2011（Z1）：155-157.

　　[4]赵海丽，李文娟，胡克用.基于CDIO教学理念的数据结构课程教学改革研究[J].大众科技，2017（6）：134-135.

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