［摘 要］ 提出了基于任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)完成微波理論課程的教學(xué)過程。與傳統(tǒng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程教學(xué)方法相比，任務(wù)驅(qū)動法能明確學(xué)生的目標(biāo)任務(wù)，通過目標(biāo)調(diào)動學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)積極性，通過完成每一輪任務(wù)驅(qū)動的過程，扎實(shí)掌握知識點(diǎn)，并激勵其完成下一個目標(biāo)。實(shí)踐結(jié)果表明，采用任務(wù)驅(qū)動法進(jìn)行教學(xué)能提高學(xué)生的主觀能動性，取得更好的教學(xué)效果。通過任務(wù)驅(qū)動達(dá)成課程的知識目標(biāo)和能力目標(biāo)，同時結(jié)合前沿和案例，使學(xué)生樹立正確的科學(xué)觀念和社會責(zé)任感。

［關(guān)鍵詞］ 任務(wù)驅(qū)動；微波理論課程；教學(xué)方法；工程實(shí)踐

［基金項(xiàng)目］ 2022年度西安電子科技大學(xué)研究生教育改革研究項(xiàng)目“‘虛擬實(shí)驗(yàn)+反轉(zhuǎn)課堂’教學(xué)方式創(chuàng)新研究與實(shí)踐”（JGYB2204）；2022年度西安電子科技大學(xué)新實(shí)驗(yàn)開發(fā)與新實(shí)驗(yàn)設(shè)備研制項(xiàng)目“無人機(jī)飛控教學(xué)新實(shí)驗(yàn)”（SY220381）

［作者簡介］ 吳秋逸（1983—），女，陜西子長人，博士，西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院副教授，主要從事微波器件/電路設(shè)計(jì)研究；楊毅民（1981—），男，山西運(yùn)城人，博士，西安電子科技大學(xué)人工智能學(xué)院教授，主要從事微波網(wǎng)絡(luò)綜合理論及相關(guān)應(yīng)用的研究；吳 邊（1981—），男，湖北咸寧人，博士，西安電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院教授，主要從事微波電路和天線設(shè)計(jì)研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）13-0145-04 ［收稿日期］ 2023-03-10

引言

微波工程技術(shù)隨著無線通信系統(tǒng)的快速發(fā)展，廣泛應(yīng)用在5G/6G無線通信、衛(wèi)星通信、雷達(dá)等各個方面。在微波工程相關(guān)的電子類專業(yè)中，微波基礎(chǔ)理論課程發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但是目前大多數(shù)高校在該類課程上的培養(yǎng)計(jì)劃主要依照傳統(tǒng)的教學(xué)理念，即通過教師講解和布置課堂作業(yè)的方式學(xué)習(xí)鞏固知識，在學(xué)期末通過考試測驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。但是因?yàn)樵撜n程的復(fù)雜性和抽象性，相當(dāng)部分學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中無法深入理解相關(guān)概念，不能對所學(xué)知識靈活運(yùn)用。一方面，傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式中因教師趕進(jìn)度，學(xué)生參與度不高，學(xué)習(xí)效率低；另一方面，教學(xué)內(nèi)容中的微波專業(yè)行業(yè)特色不鮮明。因此，教學(xué)方法改革的重要性日益凸顯。

我們需要思考如何利用各類教學(xué)工具顯著提高課堂學(xué)習(xí)效率，提升學(xué)生的課堂參與度。此外，如何設(shè)置具有行業(yè)特色的教學(xué)內(nèi)容，保持課堂的新鮮感和活力感也是非常重要的問題。采用任務(wù)驅(qū)動式的課程教學(xué)模式，結(jié)合微波理論課程的特點(diǎn)，將課程教學(xué)重點(diǎn)從教師獨(dú)自講，學(xué)生被動參與，只是專心聽講，不主動思考的模式，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動實(shí)踐為主，師生互動交流為關(guān)鍵的教學(xué)模式。在這個過程中，學(xué)生協(xié)作互動，既在學(xué)習(xí)過程中驗(yàn)證了教學(xué)內(nèi)容，獲得了感性認(rèn)識，也通過協(xié)作增加了創(chuàng)新性的知識和理解。充分激勵學(xué)生進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和創(chuàng)造，提高了教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到了滿意的教學(xué)效果。

一、基于任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)的課程教學(xué)方法

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)［1-4］指的是在學(xué)習(xí)過程中，首先下達(dá)課程目標(biāo)和課程任務(wù)，接著在問題和目標(biāo)的驅(qū)動作用下，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)際實(shí)踐進(jìn)行自主學(xué)習(xí)探索和創(chuàng)新，從而充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識的積極性，并在完成每個階段性目標(biāo)時，帶領(lǐng)學(xué)生交流討論。學(xué)生通過不斷自我學(xué)習(xí)突破取得成果，增加了其自信心和成就感，更有利于激發(fā)其求知欲和學(xué)習(xí)動力，從而培養(yǎng)獨(dú)立完成任務(wù)的能力和敢于創(chuàng)新的精神，進(jìn)而調(diào)動起積極性進(jìn)入下一個模塊學(xué)習(xí)的良性循環(huán)。在這個過程中要求學(xué)生掌握微波理論基礎(chǔ)知識，同時進(jìn)一步提升自主學(xué)習(xí)能力，掌握科學(xué)規(guī)律，塑造科學(xué)精神。采用任務(wù)驅(qū)動法進(jìn)行微波課程的教學(xué)大致可以分為以下六個步驟。

1.建立應(yīng)用情境。在學(xué)習(xí)一些抽象的概念和知識時，可以讓學(xué)生建立其與現(xiàn)實(shí)中某種具象情境之間的映射關(guān)系，使學(xué)習(xí)環(huán)境更加真實(shí)形象，從而有利于學(xué)生理解復(fù)雜抽象的專業(yè)知識。微波課程是一門兼具理論性和工程實(shí)用性的課程。通過引入實(shí)際應(yīng)用背景，學(xué)生更容易建立感性認(rèn)識。比如5G應(yīng)用中廣泛應(yīng)用的毫米波頻段，通過引導(dǎo)學(xué)生回顧相對帶寬、頻率、絕對帶寬之間的關(guān)系，使學(xué)生能夠更容易理解頻率升高對增大信息傳輸容量的意義。此外，在進(jìn)行背景應(yīng)用技術(shù)的引入及存在的瓶頸介紹時，可介紹相關(guān)科學(xué)技術(shù)發(fā)展史、相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程、科學(xué)家或工程師的貢獻(xiàn)，有助于使學(xué)生正確認(rèn)識學(xué)科、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律和曲折，樹立正確的世界觀、人生觀、價值觀，以激發(fā)學(xué)生的自豪感和家國情懷，更可以激發(fā)學(xué)生在本領(lǐng)域?qū)W習(xí)、研究的興趣和動力。

2.明確任務(wù)。教師提出針對某一部分課程的實(shí)踐任務(wù)和要求，并對如何達(dá)成目標(biāo)作基本思路的引導(dǎo)。問題來自工程實(shí)際，執(zhí)行中注意如何解決工程技術(shù)問題，如何建立工程問題數(shù)學(xué)模型；如何抽象簡化又緊貼工程背景。在這里，教師主要給予學(xué)生解決問題的思路引導(dǎo)，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用提出啟發(fā)式問題，使學(xué)生充分理解問題是什么意思，解決問題的關(guān)鍵在于什么，用什么方法/工具可以解決這一類問題。這一階段的關(guān)鍵是充分調(diào)動學(xué)生的好奇心和參與的意愿。任務(wù)的確定將直接決定教學(xué)的最終效果，因此任務(wù)設(shè)置要合理、難度要適中，要緊緊圍繞課程內(nèi)容和進(jìn)度設(shè)計(jì)。

具體實(shí)施時，需要注意以下幾點(diǎn)：首先，任務(wù)的設(shè)立要具有階段性，考慮課程整體結(jié)構(gòu)，并針對課程每部分內(nèi)容設(shè)立具體任務(wù)。教師需要在總體教學(xué)內(nèi)容和大綱的基礎(chǔ)上，把總的教學(xué)目標(biāo)細(xì)分為若干個模塊，進(jìn)而把每一個學(xué)習(xí)模塊的內(nèi)容細(xì)化為具體的分組任務(wù)，通過這些具體任務(wù)體現(xiàn)總的教學(xué)目標(biāo)。其次，任務(wù)的設(shè)立要有一定的梯度性，即由易入難、循序漸進(jìn)，掌握工科專業(yè)知識和技能一定是逐步積累的，每一部分課程的任務(wù)應(yīng)具有一定的關(guān)聯(lián)性。設(shè)計(jì)目標(biāo)任務(wù)時要考慮知識點(diǎn)難易、知識點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)度等多方面的因素。一方面有利于學(xué)生能夠更好地對課程內(nèi)容有整體的感性認(rèn)識；另一方面更有利于學(xué)生掌握方法和轉(zhuǎn)化應(yīng)用，不會由于難度和工作量突增，導(dǎo)致大部分學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，達(dá)不到授課效果。最后，設(shè)立的任務(wù)要具有一定的實(shí)用性和趣味性。通過讓學(xué)生設(shè)法解決實(shí)際的工程實(shí)踐問題，獲得滿足感和成就感，激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣，有利于其后續(xù)對知識進(jìn)一步的主動探索。

3.以學(xué)生自主實(shí)踐為主。教師引導(dǎo)思路方法后，應(yīng)留給學(xué)生充足的自由空間，教師提供研究方向和查閱資料的渠道，學(xué)生自己對該方向的資料文獻(xiàn)進(jìn)行搜索歸納，最后結(jié)合自己的分析思考得到解決問題的方法。放手讓學(xué)生去從反復(fù)實(shí)踐中獲得感性認(rèn)識，這是學(xué)生在充分思考的自主過程中，對專業(yè)概念和理論由初識到扎實(shí)掌握的階段，也是學(xué)生提升各種實(shí)踐學(xué)習(xí)和動手能力的階段。

通過第二、三步的學(xué)習(xí)，學(xué)生首先掌握了相關(guān)任務(wù)的基本模型分析/計(jì)算方法、基本定理和概念。同時通過搭建電路建模分析，鍛煉了仿真和創(chuàng)新能力。最終能熟練運(yùn)用電路仿真軟件對實(shí)現(xiàn)特定功能的電路進(jìn)行建模、分析，并搭建電路進(jìn)行測試；具有熟練的仿真和實(shí)驗(yàn)動手能力與一定的創(chuàng)新能力。

4.進(jìn)入課堂交流討論的步驟。在第三步的過程中，學(xué)生會遇到一些問題，對學(xué)生存在的共性問題，教師應(yīng)統(tǒng)一答疑。在教師解惑過程中，可以先講解一些共同的難點(diǎn)和常見問題，觸類旁通，給出其他的應(yīng)用實(shí)例，加深學(xué)生的理解。需要特別注意的是，交流討論的過程也需要因材施教。有的學(xué)生通過自主思考和學(xué)習(xí)，能在第一輪實(shí)踐過程中達(dá)成目標(biāo)，但可能存在一些知識點(diǎn)的疑問。因此，這一階段中，學(xué)生和教師之間需要通過溝通討論、交流答疑，不斷完善方案。這個過程能夠極大地鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力。

這一階段師生之間可以通過“學(xué)生講，教師問”或者“學(xué)生問，教師講”的雙向互動過程，討論解決問題的具體方法。還可以進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)專業(yè)論文的共讀，充分調(diào)動學(xué)生的好奇心，啟發(fā)思路。這一階段的特點(diǎn)是：在務(wù)實(shí)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展頭腦風(fēng)暴，開闊眼界，啟發(fā)思路，鼓勵大膽創(chuàng)新。

這一步是基于任務(wù)驅(qū)動的微波理論課程教學(xué)方法在執(zhí)行過程中最為關(guān)鍵的一步。課堂上的交流討論本身符合年輕人的認(rèn)知和學(xué)習(xí)規(guī)律，是實(shí)現(xiàn)高效教學(xué)的基本途徑之一。教學(xué)過程即為教師和學(xué)生之間的充分交流和討論的過程，改變了教師“自說自話”的傳統(tǒng)教學(xué)方式。而設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐目標(biāo)可以有效地支撐師生之間的交流過程——在實(shí)踐的基礎(chǔ)上，師生進(jìn)一步交流經(jīng)驗(yàn)和思路，達(dá)成共識。教師可以進(jìn)一步教學(xué)相長，充分將自身的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)傳授給學(xué)生，同時從學(xué)生的大膽思維創(chuàng)造過程中，碰撞出新的火花；學(xué)生在自主實(shí)踐的基礎(chǔ)上才能充分理解和接受知識點(diǎn)和難點(diǎn)。討論的雙方，在高效的討論過程中實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和交流，有助于加強(qiáng)知識體系的構(gòu)建，討論的過程就是學(xué)習(xí)的過程。另外，討論的步驟也有利于提高學(xué)生多方面的能力，其一就是有利于培養(yǎng)學(xué)生的演講和表達(dá)能力，能夠進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的思辨能力和創(chuàng)新能力，既促使全體學(xué)生主動探索、主動學(xué)習(xí)，也能更好地完善學(xué)生個性的發(fā)展。

這一階段，教師應(yīng)做好引導(dǎo)和組織工作，對課堂的管理更加細(xì)致和靈活。首先，教師需要為討論定標(biāo)定準(zhǔn)，確保討論過程不偏離教學(xué)主題，以高效地達(dá)成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。其次，教師需要作為成員積極地參與討論的過程，這樣既能提高交流的深度和廣度，也便于沿著教學(xué)主線完成討論內(nèi)容。

5.進(jìn)入復(fù)盤期。學(xué)生在交流討論結(jié)束后，會燃起再次復(fù)盤實(shí)踐的熱情。在這一階段，學(xué)生通過再次實(shí)踐，調(diào)整和創(chuàng)新方案，解決遺留問題，鞏固知識點(diǎn)，獲得更深刻的認(rèn)識。同時，針對實(shí)際工程問題具有方案選擇和工程分析的能力，具備對復(fù)雜電路分析和知識綜合運(yùn)用的能力。

6.總結(jié)歸納。學(xué)生之間學(xué)習(xí)能力、學(xué)習(xí)方法和態(tài)度上的差異，導(dǎo)致在傳統(tǒng)課堂中容易出現(xiàn)學(xué)生成績兩極分化的現(xiàn)象。通過基于任務(wù)驅(qū)動模式的微波理論課程教學(xué)，實(shí)踐結(jié)束后梳理總結(jié)知識點(diǎn)和歸納整理設(shè)計(jì)方案，使學(xué)生能夠在反復(fù)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，真正全面掌握知識點(diǎn)，達(dá)到教師的教學(xué)要求。結(jié)合學(xué)科前沿和工程案例使學(xué)生樹立工程意識、科學(xué)觀念和辯證思維邏輯。教師通過對教學(xué)過程和成果的合理評估和歸納總結(jié)，思考學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能否獨(dú)立完成設(shè)定目標(biāo)、目標(biāo)難度是否符合學(xué)生、學(xué)生在自主學(xué)習(xí)過程中遇到的問題如何解決，這些總結(jié)能更好地幫助教師在以后的教學(xué)過程中實(shí)施教學(xué)，提高教學(xué)效果。

針對課程中的每個關(guān)鍵知識點(diǎn)，代入工程實(shí)例，通過物理抽象和工程近似，建立網(wǎng)絡(luò)模型和場模型，應(yīng)用電路理論進(jìn)行分析，完成分析計(jì)算和仿真計(jì)算，通過仿真結(jié)果對實(shí)際工程現(xiàn)象給予物理解釋。經(jīng)過完整的一輪教學(xué)，使學(xué)生針對實(shí)際工程問題具有方案選擇和工程問題分析的能力，具備對復(fù)雜模型或電路的分析和知識綜合運(yùn)用的能力，強(qiáng)化學(xué)生對基礎(chǔ)知識、基本分析方法等的理解和應(yīng)用

此外，在教學(xué)過程中，任務(wù)緊密結(jié)合學(xué)科前沿和工程案例，樹立了學(xué)生的工程意識、科學(xué)觀念和辯證邏輯思維；行業(yè)新動態(tài)與國內(nèi)新的科研成果、工程案例的引入使其增強(qiáng)民族自信心和社會責(zé)任感。以工程實(shí)踐為導(dǎo)向的課程實(shí)例緊密圍繞工程實(shí)踐展開，把素質(zhì)和能力培養(yǎng)融入知識培養(yǎng)中，獲得了良好的教學(xué)效果。通過任務(wù)驅(qū)動作業(yè)，學(xué)生的綜合素質(zhì)與能力獲得了提升。

二、實(shí)施實(shí)例

微波基礎(chǔ)理論課程以“電磁場理論”“電路基礎(chǔ)”等先導(dǎo)課程為基礎(chǔ)，從研究“場”轉(zhuǎn)換為研究“路”的思想，利用參數(shù)的概念，以微波器件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)應(yīng)用為研究對象，學(xué)習(xí)微波元件和微波系統(tǒng)的性能、特性以及設(shè)計(jì)理論等。該課程要求學(xué)生通過學(xué)習(xí)，了解微波系統(tǒng)構(gòu)架和微波的分析綜合方法，熟悉常見微波器件的參數(shù)含義及計(jì)算方法；掌握典型微波器件和電路的綜合設(shè)計(jì)理論與方法。由于本課程在專業(yè)課程中的重要性以及與其他課程之間的關(guān)聯(lián)性，要求學(xué)生能夠融會貫通，樹立和培養(yǎng)“利用學(xué)過的知識解決面對的新問題”的意識和能力。

在微波基礎(chǔ)課程教學(xué)中，實(shí)施流程如圖1所示。例如微波濾波器綜合設(shè)計(jì)方法這一部分內(nèi)容，課程一開始，教師可提出某個工程指標(biāo)作為課程任務(wù)，工程案例是培養(yǎng)工科學(xué)生創(chuàng)新能力的最好的素材。然后對指標(biāo)進(jìn)行具體分析，給予學(xué)生整體模塊劃分的指導(dǎo)，提出一些啟發(fā)性的對應(yīng)問題，引導(dǎo)其深入思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。再在后續(xù)的內(nèi)容教學(xué)中，分模塊細(xì)化任務(wù)，逐個引導(dǎo)學(xué)生拆分并運(yùn)用基本專業(yè)知識進(jìn)行歸納、建模及系統(tǒng)地分析和決策，最終解決問題。在學(xué)生獨(dú)立完成課程任務(wù)的第一輪，指導(dǎo)學(xué)生查閱指定最新的專業(yè)資料。先學(xué)會查閱和閱讀資料的方法，然后進(jìn)行理論運(yùn)算和仿真分析，不同的學(xué)生在這一步中，會出現(xiàn)進(jìn)度差異，學(xué)生會存在不同的疑問，帶著疑問，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入課堂討論階段，通過交流討論，鍛煉學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)能力和表達(dá)思辨能力。課堂討論交流結(jié)束后，學(xué)生再進(jìn)行第二輪的獨(dú)立或分組完成預(yù)定的課程任務(wù)，他們會有更深刻的體會和認(rèn)識。完成課程任務(wù)后，進(jìn)行總結(jié)歸納，再次交流問題和收獲。對常見復(fù)雜工程問題的思考，引導(dǎo)學(xué)生拆分并運(yùn)用基本專業(yè)知識進(jìn)行歸納、建模及系統(tǒng)地分析和決策。

學(xué)生在課后對課程反映：可以有更多的參與度、獲得感、自由度和自主性，增強(qiáng)了責(zé)任感，具有了更多的質(zhì)疑和批判思維方式，使知識內(nèi)化、能力提高和價值觀的塑造有機(jī)融合，對以后的學(xué)習(xí)和工作大有幫助。

結(jié)語

針對目前傳統(tǒng)教學(xué)模式的一些弊端，本文介紹了采用任務(wù)驅(qū)動教學(xué)模式進(jìn)行課程教學(xué)的方法和經(jīng)驗(yàn)。與傳統(tǒng)教學(xué)法不同的是，任務(wù)驅(qū)動法將教學(xué)的重心從教師轉(zhuǎn)換到學(xué)生，通過設(shè)立階段性目標(biāo)和任務(wù)，極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)探索興趣，充分發(fā)揮其主觀能動性，提升了自我學(xué)習(xí)的能力。這里詳細(xì)介紹了任務(wù)驅(qū)動法在微波基礎(chǔ)課程中的實(shí)施過程，取得了預(yù)期的教學(xué)效果。

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Exploration of Microwave Theory Course Teaching Based on Task-driven Teaching

WU Qiu-yia， YANG Yi-minb， WU Biana

（a. School of Electronic Engineering， b. School of Artificial Intelligence， Xidian University， Xi’an，

Shaanxi 710071， China）

Abstract： This paper proposes the teaching process of completing microwave theory courses based on task-driven teaching. Compared with the traditional teaching method of professional basic courses， the task-driven method can clarify students’ goals and tasks， mobilize each student’s curiosity and learning enthusiasm through goals， and firmly grasp the knowledge points by completing each round of task-driven processes， and motivate them to complete the next goal. The practical results show that the task-driven method of teaching can improve students’ subjective initiative and achieve better teaching results. Achieving the knowledge and ability goals of the course through task-driven， combined with frontiers and cases， can enable students to establish correct scientific concepts and social responsibility.

Key words： task-driven; microwave theory courses; teaching methods; engineering practice