新工科背景下基于项目学习方法的高频电子线路课程改革研究

陈剑培，范 菁，丰继华，邢传玺

(云南民族大学 电气信息工程学院，云南 昆明 650500)

自2017年教育部提出新工科建设以来，符合工程教育的工程类院校开始积极开展新工科研究与实践.工程教育是针对工程类专业开展的培养知识能力、实践能力、工程能力的一种教育项目，是大学本科教育体系中重要的组织部分[1].

为了评价工程教育的效果，ABET认证标准为工程教育提供了理论支撑.其中关于学生产出给出了11条规定.其中第1条“应用数学、科学和工程知识的能力”、第5条“培养学生识别、制定和解决工程问题的能力”和第11条“运用技术、技能和现代工程工具进行工程实践的能力”，给出了学生工程能力培养的基本要求[2].

《高频电子线路》课程是电子信息类专业的重要基础课程，是一门工程性、实践性很强的课程.学生通过课程学习，不但应掌握基础理论知识，还应在分析问题、解决问题和实际动手等工程能力方面得到锻炼和提高.

目前本课程的教学学生考试心态严重，工程能力得不到较好地提高，因此，本项目对照ABET工程认证标准，对课程教学方法——基于项目学习进行了研究、改革实践，在课程教学中加入了2个基于项目学习的环节——“调频调幅收音机电路制作”和“基于高频仿真软件HFSS的天线/滤波器的电路设计仿真”.本文中介绍基于项目学习的教学方法在电子电气类专业中的研究现状，并对基于于项目学习的调频调幅收音机电路制作进行了详细的项目设计、实施，通过3年的项目实施，分析了学生产出.

1 基于项目学习的教学方法

基于项目学习(project-based learning，PBL)的教学方法来源于美国教育学家John Dewey的实用主义教学思想[3]，以问题激励为中心，使学生处于教学和学习活动的核心，还使他们有能力将所学的科学知识转化为工业实践.

过去20年PBL教学方法已经作为一种很受欢迎的教学方法，用于改善电子电气工程专业的工程教育质量[4-8].Zhang等[4]在丹麦技术大学电力电子课程中，对“模式电源切换”知识进行PBL教学，并混合了protest方式和同行评审，提高了学生的学习积极性和成绩.Martinez等[5]同样在电力电子课程中采用了PBL方法开展了直流/交流转换器的工程问题教学，并混合使用了Jigsaw、合作学习和Assessment Rubrics等教学方法，提高了教学产出和学生满意度.Luis等[6]提出了基于光学无线音频传输系统设计的2个PBL项目，用于通信工程专业的课程设计.为了提高PBL教学方法的适用性，Bruno等[7]研究了一种多角色的PBL项目方法，适用于所有的STEM课程.该方法围绕一个原则，将项目学习视为基于学习项目和工程项目的2个项目，并在法国高等教育机构中应用，结果表明，学生建立了密切的团队协作，获得了技术和非技术知识，达到了较高的满意度.

通过对以上基于项目的教学方法分析发现，第1，该教学方法大多数针对的是大学中高年级的专业课程，学生具备了一定的专业基础知识，面对就业的需要；第2，该教学方法充分考虑以能力培养为目标，并且以知识点掌握为基础；第3，该教学方法的实施周期长，通常为5周以上，甚至1个学期，实施周期中都考虑了监督机制.

2 基于项目学习的调频调幅收音机电路制作的教学设计

基于项目学习的教学，除课程知识点以外，学生还需要自学高年级的知识、交叉学科的知识、学术写作知识、仿真软件和文档处理软件等.本项目将通过培养学生的问题分析能力、任务分配能力、自我学习能力、团队合作能力、沟通交流能力、结果和数据分析能力等，从而实现工程能力的培养.

根据前面文献[5]给出的项目设计流程，结合高频电子线路课程的教学内容，针对第1章的模拟调幅通信系统中的“超外差接收机”知识点进行教学设计.当学生完成了超外差接收机的基本原理、功能模块的学习后，将进行基于项目学习的调频调幅收音机电路制作的教学.

2.1 预期结果

针对基于项目学习的调频调幅收音机电路制作的教学设计，预期结果包括：

1) 提高学生电工技能、收音机电路知识；

2) 提高学生在期末考试中关于超外差接收机电路知识点的得分；

3) 使学生了解项目的实施流程；

4) 提高学生的问题分析、任务分配、自我学习、团队合作和数据分析能力；

5) 提高学生对本学科领域的兴趣和课程满意度.

2.2 教学设计

2.2.1 项目内容

在网上购买调频/调幅收音机教学套件(包括电路元件、收音机盒子和电烙铁等)，焊接组装收音机，并形成课程设计报告(包括设计题目、设计目的、工作分工、设计内容、设计结果、设计总结)，进行课上答辩.

项目要求：

1) 以团队形式完成任务，团队人数2～3人，工作分工必须明确；

2) 团队名称为“No.xx-团队名”，并将团队名刻在收音机后机盖；

3) 焊接组装收音机的照片、调谐视频等作为设计结果；

4) 掌握收音机的电路原理图的元件作用和功能模块；

5) 形成一篇学术报告，格式参考学术论文格式.

项目的评审准则列出具体标准，包括写作质量、方法、内容、关键分析和图形，并为每项给出了质量标准和评分标准.

项目内容与预期结果的映射关系为表1所示.

表1 项目内容与预期结果的映射关系

2.1.2 项目进度安排

该项目设计5周时间，由学生在课下完成、课上答辩.项目布置时间为超外差接收机知识点后，具体的进度安排如下表2所示.

表2 项目进度安排

2.2.3 考核

对于项目的考核分为3部分.

1) 教师评审(60%)，由考核由收音机调试(根据收音机调试台的数目为标准，4个台以上为满分)、课程设计报告(对课程设计报告内容、格式等进行评分)、答辩(教师对小组所有成员进行提问，如果一个学生回答错误，整个小组答辩分数为零)3部分组成，各占20%.

2) 学生互审(30%)，由其他小组为参加答辩的小组打分.

3) 参与度和积极性(10%),由老师通过平时指导和学生问问题的情况观察得到此分数.

2.3 项目执行结果

高频电子线路的PBL项目在2017—2018学年、2018—2019学年、2019—2020学年执行了3次.本节从项目实施与监督机制、项目完成情况、期末相关知识点得分提高和问卷调查4方面介绍了项目执行情况.

1) 项目实施与监督机制 为了保证PBL项目执行，我们在项目实施过程中进行了教师监督的机制.首先时开始阶段的报备式监督.第4周开始进行项目时，学生需要分组并向任课教师报备；第5周的分工情况也应以作业形式进行报备，如组员人数过多或分工不合理，教师将提出修改指导.以上监督机制保证了学生的组员安排、分工合理.

接着在6～7周的电路焊接、收音机调试、科技报告形成阶段，采取的监督机制是在课上对工作进度的随机抽查.每周理论课堂上，利用课间休息时间，抽取2～3组同学，对每组中的组员进行抽查问答.以上监督机制保证了项目能按进度安排中的按时进行，保证项目能够按时完成，并且还能为学生答疑.

2) 项目完成情况 3个学年的项目执行完成情况较理想，如表3所示.

表3 项目执行完成情况

从上表3可以看出，在收音机完成度上，每年都在提高；而课程设计报告除第1次实施外，其他2018—2019和2019—2020学年完成质量相似；答辩情况每年都在提高.

3) 期末相关知识点得分提高 通过3年的课程改革实践，学生在对超外差接收机的知识点得分方面得到了提高，具体表现在：①对接收机功能框图更加清楚；②对AM/FM的中频频率及工作频段范围更加清晰；③可以清楚辨别对通信电子电路的高频元件如高频扼流圈、旁路电容等.

4) 问卷调查 通过课上问卷调查，95%以上的同学学习满意度较高.学生认为基于项目学习的环节加深了对本课程的电子电路知识的掌握程度，提高了自学能力、团队协作、项目执行方面的能力.

3 结语

文中采用基于项目学习的教学方法对高频电子线路课程进行了改革研究，旨在提高学生的问题分析能力、自我学习能力、团队合作能力等，从而实现工程能力的培养.通过3个学年的项目实施，结果表明学生产出得到了提高.