摘 要 工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，為滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證對本科層次人才培養(yǎng)應(yīng)能解決復(fù)雜工程問題的質(zhì)量要求，對高頻電路課程教學(xué)進(jìn)行改革探索。在明確課程目標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過分析高頻電路課程的特點和教學(xué)中遇到的問題，進(jìn)行高頻電路課程理論教學(xué)改革、實驗教學(xué)改革和校企合作工程實踐，旨在提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新意識和工程實踐能力。

關(guān)鍵詞 高頻電路；工程教育認(rèn)證；實驗教學(xué)；校企合作

中圖分類號：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）18-0088-04

0 引言

工程教育認(rèn)證是國際通行的工程教育質(zhì)量保證制度，也是我國高等教育質(zhì)量保障體系中的重要組成部分。截至2022年底，全國共有321所普通高等學(xué)校2 385個專業(yè)通過了工程教育認(rèn)證，涉及機(jī)械、儀器等24個工科專業(yè)類[1]。《工程教育認(rèn)證通用標(biāo)準(zhǔn)解讀及使用指南（2022版）》（以下簡稱《指南》）明確了落實立德樹人根本任務(wù)有關(guān)要求，直觀地表述了產(chǎn)出導(dǎo)向理念和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)涵，突出了以學(xué)生學(xué)習(xí)的產(chǎn)出目標(biāo)（畢業(yè)要求）達(dá)成為主線，以產(chǎn)出目標(biāo)評價機(jī)制為底線的認(rèn)證要求?！吨改稀愤M(jìn)一步明確以工程師為主要目標(biāo)的本科層次人才培養(yǎng)應(yīng)將解決問題的范疇定為“復(fù)雜工程問題”，而不是“寬泛工程問題”，也不是“一般工程問題”，確保滿足《華盛頓協(xié)議》的實質(zhì)等效要求[2]。

高頻電路是通信工程、電子信息工程等專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)課，有很強(qiáng)的理論性、工程性和實踐性，主要介紹無線通信系統(tǒng)各組成單元電路的工作原理及設(shè)計方法。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握通信系統(tǒng)的基本組成及各模塊的功能，培養(yǎng)高頻電路的工程設(shè)計能力和實踐動手能力。由于高頻電路課程內(nèi)容概念繁多、電路形式復(fù)雜，分析方法以復(fù)雜的非線性分析為主，高頻電路實驗現(xiàn)象不穩(wěn)定，且有些實驗現(xiàn)象不易觀察到，因此，學(xué)生普遍反映學(xué)習(xí)高頻電路比較困難，教學(xué)效果不理想。

在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，如何調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，切實提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，是高頻電路課程的重要任務(wù)。西南大學(xué)為對標(biāo)工程教育專業(yè)認(rèn)證、建設(shè)一流課程，提高學(xué)生的高頻電路工程實踐能力，對高頻電路課程進(jìn)行了全方位的教學(xué)設(shè)計和改革。

1 明確課程目標(biāo)

課程目標(biāo)是課程結(jié)束時學(xué)生能夠達(dá)到的專業(yè)能力、相關(guān)素養(yǎng)、社會責(zé)任等能力產(chǎn)出或成果。課程目標(biāo)的設(shè)計原則是：課程目標(biāo)決定于畢業(yè)要求（指標(biāo)點），必須支撐畢業(yè)要求的達(dá)成[3]。西南大學(xué)的高頻電路課程是電子信息類專業(yè)的必修課程，在大二下學(xué)期開設(shè)，包括48個理論學(xué)時和8個實驗學(xué)時。高頻電路課程根據(jù)學(xué)生的畢業(yè)要求，以及課程與畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐關(guān)系，制定四點課程目標(biāo)，如表1所示。課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的關(guān)系如表2所示。

可以看出，基于工程教育認(rèn)證體系制定的課程目標(biāo)非常具體翔實，圍繞提升學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力而制定，體現(xiàn)了課程內(nèi)容的工程性和系統(tǒng)性。

2 教學(xué)改革措施

高頻電路的課程目標(biāo)確定后，就要確定課程教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)方式，課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計要能支撐課程目標(biāo)的達(dá)成，要與教學(xué)方式相適應(yīng)[4]。西南大學(xué)高頻電路課程組以工程教育認(rèn)證為導(dǎo)向，根據(jù)課程目標(biāo)的要求，重新修訂高頻電路課程的教學(xué)大綱，以課堂理論教學(xué)、實驗教學(xué)與校企合作工程實踐作為高頻電路課程教學(xué)的三個部分，形成一個完整的課程結(jié)構(gòu)體系，切實加強(qiáng)學(xué)生工程實踐能力和科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.1 理論教學(xué)改革

本課程以高等教育出版社出版，馮軍等[5]主編的《電子線路：非線性部分》為基礎(chǔ)，主要內(nèi)容是無線通信系統(tǒng)所涉及的各單元電路的組成、工作原理和性能特點。典型的無線通信系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)兩部分。以調(diào)幅發(fā)射接收機(jī)為例，圖1是采用調(diào)幅方式的中波廣播發(fā)射機(jī)的一種組成框圖，圖2是采用調(diào)幅方式的無線廣播接收機(jī)組成框圖。

上述電路中，除了低頻小信號放大器外，都屬于高頻電路的研究對象，主要包括功率電子電路、振蕩電路、波形變換和頻率變換電路等三種類型的電路。其中，功率電子電路的作用是在輸入信號的控制下，使輸出信號按輸入信號變化，并使其功率大于輸入信號的功率，內(nèi)容主要包括第1章中的非諧振功率放大器、功率合成電路和第2章中的諧振功率放大器；振蕩電路不需加入輸入信號就能產(chǎn)生特定頻率范圍的振蕩信號，內(nèi)容主要是第3章的LC振蕩器、晶體振蕩器、RC振蕩器等；波形變換和頻率變換電路種類最多，電路形式也最復(fù)雜，其能在輸入信號的控制下，產(chǎn)生與輸入信號波形和頻譜完全不同的輸出信號，內(nèi)容主要包括第4章的調(diào)制電路、解調(diào)和混頻電路，以及第5章的角度調(diào)制與解調(diào)電路。

高頻電路是包含非線性器件的電路，其響應(yīng)特性的分析需要求解非線性代數(shù)方程和非線性微分方程，求解非常困難。在工程應(yīng)用中，往往根據(jù)實際情況對器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似，以圖解法、指數(shù)函數(shù)分析法、折線近似分析法、開關(guān)函數(shù)分析法、線性時變電路分析法和頻譜法進(jìn)行求解，分析方法不統(tǒng)一，難以系統(tǒng)化梳理。并且高頻電路工作在高頻范圍內(nèi)，需要考慮有源器件的高頻效應(yīng)以及電路的高頻效應(yīng)帶來的電路性能下降、參數(shù)不穩(wěn)定、電磁干擾等影響。該課程雖然與實際工程應(yīng)用聯(lián)系緊密，卻也是比較難學(xué)的一門課程[6]。

為了提高本課程的教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生高頻電路與系統(tǒng)的研究分析能力、工程設(shè)計能力和實踐動手能力，學(xué)校高頻電路課程組經(jīng)過認(rèn)真討論，并充分聽取專家意見，對理論課程教學(xué)方式作了進(jìn)一步探討和改進(jìn)。

1）設(shè)計了專家授課主題。學(xué)校已和國內(nèi)多家知名企業(yè)建立了合作關(guān)系，由企業(yè)委派從事無線通信系統(tǒng)設(shè)計、制造和運(yùn)行維護(hù)的一線知名專家，進(jìn)課堂給學(xué)生講授高頻電路導(dǎo)讀方面的內(nèi)容。企業(yè)專家?guī)砹饲把刂R和技術(shù)，也帶來了典型案例，將學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)與國家需求、行業(yè)需求結(jié)合在一起，讓學(xué)生切身理解學(xué)習(xí)高頻電路的意義。

2）設(shè)計了MOOCs授課主題。對高頻電路課程的基本理論和基本方法等知識性較強(qiáng)的章節(jié)，采用MOOCs作為課程內(nèi)容的主要傳授方式，形成翻轉(zhuǎn)課堂。學(xué)生利用課外時間觀看講座視頻或瀏覽課本，上課時由一名學(xué)生講解其中的一個知識點，其他學(xué)生參與質(zhì)疑和討論，教師也參與質(zhì)疑和提問并作適當(dāng)引導(dǎo)。由于學(xué)生在課前通過自主學(xué)習(xí)掌握了一些基本的知識，在課堂上便可拋出大量的問題進(jìn)行探究。利用課堂時間進(jìn)行學(xué)習(xí)經(jīng)驗的交流與觀點的相互碰撞，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也深化了學(xué)生的認(rèn)知。

3）設(shè)計了專題研究主題。教師將專題研究任務(wù)下發(fā)給研究小組，研究小組成員分工合作，通過查閱文獻(xiàn)、收集整理學(xué)習(xí)資料，完成文獻(xiàn)綜述和書面研究報告的撰寫。上課時，組長用PPT對研究成果做口頭匯報，其他學(xué)生參與質(zhì)詢和討論。通過專題研究主題，可以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題、口頭匯報工作和撰寫研究報告的能力。

2.2 實驗教學(xué)改革

高頻電路是一門實踐性、工程性和綜合性很強(qiáng)的課程，不僅要求學(xué)生能較深入地掌握相關(guān)理論知識，更對學(xué)生的工程實踐能力提出較高要求。但學(xué)生普遍對做高頻電路實驗興趣不高，實驗效果不理想，主要原因如下。

1）高頻電路實驗現(xiàn)象不穩(wěn)定。在高頻條件下，構(gòu)成電路的元器件物理性質(zhì)發(fā)生明顯變化。例如：電阻和電容在高頻區(qū)表現(xiàn)出引線電感性質(zhì)；并行傳輸線呈現(xiàn)電容特性；電感容易受到集膚效應(yīng)的干

擾；三極管在高頻區(qū)放大倍數(shù)下降；導(dǎo)線的電阻和電感量因集膚效應(yīng)也會隨著頻率的變化而變化。因此，受電路參數(shù)的影響，高頻電路分析和研究變得相當(dāng)復(fù)雜，實驗現(xiàn)象不穩(wěn)定，調(diào)試?yán)щy，實驗結(jié)果有較大誤差，影響學(xué)生對實驗結(jié)果的觀察和分析。

2）有些高頻實驗現(xiàn)象不易觀察。由于實驗儀器不足或現(xiàn)有儀器無法測試，導(dǎo)致高頻電路有些實驗現(xiàn)象不明顯或不易觀察。例如：在正弦波振蕩器實驗中，用示波器可以觀察到正弦波振蕩后的情況，但起振的過程稍縱即逝，根本無法觀察到[7]；在功率放大實驗中，幅頻特性曲線可以借助掃頻儀進(jìn)行測試，但是相頻特性曲線就沒有相應(yīng)的儀器進(jìn)行測試；還有各種干擾現(xiàn)象也不易用現(xiàn)有儀器測試，導(dǎo)致學(xué)生不能很好地驗證高頻電路的理論知識[8]。

3）基于實驗箱的實驗缺乏創(chuàng)新性。實驗箱的電路模塊由生產(chǎn)廠家提前設(shè)計好，實驗電路已固定，學(xué)生不能進(jìn)行更改和升級，實驗內(nèi)容大多是驗證性實驗，按照實驗步驟進(jìn)行簡單的連線就可完成實驗任務(wù)。學(xué)生沒有參與電路的設(shè)計，實驗過程缺乏創(chuàng)新性和探索性，抑制了他們的自主開發(fā)潛力。

在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，對實驗教學(xué)的定位是兼具綜合性、設(shè)計性以及研究探索性的實驗。實驗教學(xué)除了培養(yǎng)學(xué)生動手實踐能力，更加注重學(xué)生獨立思考的能力、運(yùn)用所學(xué)知識解決復(fù)雜性工程問題的能力。傳統(tǒng)的實驗操作模式并不能滿足這一點，這就要求對傳統(tǒng)的實驗教學(xué)進(jìn)行改革[9]。

1）引入軟件仿真實驗。在高頻電路實驗教學(xué)中，把用硬件電路不能實現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)困難的項目用軟件仿真實驗代替，這樣學(xué)生既能進(jìn)行硬件操作，又能利用仿真軟件對一些硬件不易觀察和不易實現(xiàn)的現(xiàn)象獲得感性認(rèn)識[10]。例如：用Multisim軟件仿真實驗觀察正弦波振蕩器起振的過程，測試功率放大電路的相頻特性曲線等。引入軟件仿真實驗，可以彌補(bǔ)硬件實驗的不足，加深學(xué)生對電路工作原理的理解，增強(qiáng)實驗效果。在設(shè)計性實驗中利用仿真軟件可以快速完成電路的設(shè)計并驗證設(shè)計結(jié)果是否正確。對一些新技術(shù)新器件，學(xué)生可以通過仿真軟件自行進(jìn)行分析，完成電路的設(shè)計和參數(shù)的修改，并分析輸出信號的特征。引入仿真軟件及時跟蹤了解新技術(shù)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鍛煉學(xué)生的設(shè)計創(chuàng)新能力和工程實踐能力。

2）制作單元電路板。由于實驗箱已經(jīng)提前設(shè)計好典型模塊電路，元器件已經(jīng)提前集成好，不利于學(xué)生了解高頻單元電路的基本結(jié)構(gòu)和元器件的選擇方法，因此，高頻電路課程組對高頻電路所涉及的部分單元電路讓學(xué)生重新設(shè)計制板，如正弦波振蕩器、寬帶功率放大器、小信號諧振放大器等模塊。學(xué)生通過仿真軟件在原有實驗電路的基礎(chǔ)上自行進(jìn)行分析設(shè)計，完成電路的變換和參數(shù)的修改，仿真通過之后自行繪制PCB板，然后在學(xué)校的電路制板實驗室加工制作。學(xué)生通過自主設(shè)計、加工電路板，不僅加深了對高頻電路基本單元電路的掌握，而且實現(xiàn)了知識掌握向?qū)嵺`創(chuàng)新能力的轉(zhuǎn)化。

3）增加設(shè)計性和綜合性實驗。目前，高頻電路實驗主要是以實驗箱為基礎(chǔ)的驗證性實驗，不能滿足工程性、綜合性的實驗要求。為此，高頻電路課程組在實驗中大幅增加綜合性的整機(jī)電路設(shè)計實驗，如半雙工調(diào)頻無線對講機(jī)、超外差中波調(diào)幅收音機(jī)、超外差式調(diào)頻收音機(jī)等綜合性實驗，要求學(xué)生根據(jù)實際的設(shè)計需求和性能參數(shù)，綜合運(yùn)用學(xué)過的高頻電路知識設(shè)計符合要求的電路。此外，高頻電路課程組將全國電子設(shè)計競賽中的高頻電路類題目作為學(xué)生綜合設(shè)計類實驗，將競賽中采用的新技術(shù)、新方法在高頻電路實驗中推廣，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識進(jìn)行運(yùn)用和拓展，提高學(xué)生的綜合設(shè)計能力。

2.3 校企合作工程實踐

傳統(tǒng)的高頻電路課堂主要專注于講解電路的組成及其工作原理，脫離了工程的需要去理解晦澀難懂的理論知識，沒有從現(xiàn)實產(chǎn)品需求出發(fā)驅(qū)動學(xué)生設(shè)計電路方案、論證電路工作特性，沒有站在整個產(chǎn)品的角度去考慮問題、分析問題、解決問題。為此，學(xué)校采用校企合作的方式來提高學(xué)生的工程實踐能力。目前已和國內(nèi)多家知名企業(yè)建立了合作關(guān)系，合作方式有以下幾種。

1）建立校企合作高頻電路實踐平臺。以工程問題導(dǎo)向延伸和拓展理論知識內(nèi)容，以工程項目式實驗實訓(xùn)方式深化學(xué)生對高頻電路理論知識的認(rèn)知，以專業(yè)競賽的實戰(zhàn)訓(xùn)練方式提升學(xué)生系統(tǒng)分析、設(shè)計和制造的能力。

2）共建一系列的專業(yè)實習(xí)基地。學(xué)生在學(xué)習(xí)高頻電路課程之后到校外實習(xí)基地進(jìn)行實習(xí)，參與企業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)和開發(fā)，解決生產(chǎn)中的實際問題，實現(xiàn)工程實踐能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，以增強(qiáng)專業(yè)適應(yīng)能力和就業(yè)競爭力。

3 結(jié)束語

工程教育專業(yè)認(rèn)證要求培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力、創(chuàng)新思維能力、系統(tǒng)分析與設(shè)計能力，能夠運(yùn)用所學(xué)知識解決復(fù)雜性工程問題。高頻電路課程組在重慶市教育教學(xué)改革項目、西南大學(xué)實驗技術(shù)研究項目的支持下，對高頻電路課程進(jìn)行改革與實踐。本文根據(jù)高頻電路的課程目標(biāo)，對課程教學(xué)內(nèi)容和特點進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了理論教學(xué)改革、實驗教學(xué)改革和校企合作工程實踐。高頻電路課程改革在2021級電子信息工程、通信工程專業(yè)本科教學(xué)中進(jìn)行了實踐，收到良好的教學(xué)效果。在今后的高頻電路課程教學(xué)中，課程組將繼續(xù)優(yōu)化資源配置、改進(jìn)教學(xué)方法，加強(qiáng)學(xué)生實踐能力和科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，為國家培養(yǎng)更多優(yōu)秀的電子信息工程類人才。

4 參考文獻(xiàn)

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