陳劍培，范 菁，豐繼華，邢傳璽

(云南民族大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，云南 昆明 650500)

自2017年教育部提出新工科建設(shè)以來，符合工程教育的工程類院校開始積極開展新工科研究與實(shí)踐.工程教育是針對(duì)工程類專業(yè)開展的培養(yǎng)知識(shí)能力、實(shí)踐能力、工程能力的一種教育項(xiàng)目，是大學(xué)本科教育體系中重要的組織部分[1].

為了評(píng)價(jià)工程教育的效果，ABET認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為工程教育提供了理論支撐.其中關(guān)于學(xué)生產(chǎn)出給出了11條規(guī)定.其中第1條“應(yīng)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程知識(shí)的能力”、第5條“培養(yǎng)學(xué)生識(shí)別、制定和解決工程問題的能力”和第11條“運(yùn)用技術(shù)、技能和現(xiàn)代工程工具進(jìn)行工程實(shí)踐的能力”，給出了學(xué)生工程能力培養(yǎng)的基本要求[2].

《高頻電子線路》課程是電子信息類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，是一門工程性、實(shí)踐性很強(qiáng)的課程.學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)，不但應(yīng)掌握基礎(chǔ)理論知識(shí)，還應(yīng)在分析問題、解決問題和實(shí)際動(dòng)手等工程能力方面得到鍛煉和提高.

目前本課程的教學(xué)學(xué)生考試心態(tài)嚴(yán)重，工程能力得不到較好地提高，因此，本項(xiàng)目對(duì)照ABET工程認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)課程教學(xué)方法——基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)進(jìn)行了研究、改革實(shí)踐，在課程教學(xué)中加入了2個(gè)基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)——“調(diào)頻調(diào)幅收音機(jī)電路制作”和“基于高頻仿真軟件HFSS的天線/濾波器的電路設(shè)計(jì)仿真”.本文中介紹基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)方法在電子電氣類專業(yè)中的研究現(xiàn)狀，并對(duì)基于于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的調(diào)頻調(diào)幅收音機(jī)電路制作進(jìn)行了詳細(xì)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)、實(shí)施，通過3年的項(xiàng)目實(shí)施，分析了學(xué)生產(chǎn)出.

1 基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)方法

基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)(project-based learning，PBL)的教學(xué)方法來源于美國教育學(xué)家John Dewey的實(shí)用主義教學(xué)思想[3]，以問題激勵(lì)為中心，使學(xué)生處于教學(xué)和學(xué)習(xí)活動(dòng)的核心，還使他們有能力將所學(xué)的科學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為工業(yè)實(shí)踐.

過去20年P(guān)BL教學(xué)方法已經(jīng)作為一種很受歡迎的教學(xué)方法，用于改善電子電氣工程專業(yè)的工程教育質(zhì)量[4-8].Zhang等[4]在丹麥技術(shù)大學(xué)電力電子課程中，對(duì)“模式電源切換”知識(shí)進(jìn)行PBL教學(xué)，并混合了protest方式和同行評(píng)審，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和成績(jī).Martinez等[5]同樣在電力電子課程中采用了PBL方法開展了直流/交流轉(zhuǎn)換器的工程問題教學(xué)，并混合使用了Jigsaw、合作學(xué)習(xí)和Assessment Rubrics等教學(xué)方法，提高了教學(xué)產(chǎn)出和學(xué)生滿意度.Luis等[6]提出了基于光學(xué)無線音頻傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的2個(gè)PBL項(xiàng)目，用于通信工程專業(yè)的課程設(shè)計(jì).為了提高PBL教學(xué)方法的適用性，Bruno等[7]研究了一種多角色的PBL項(xiàng)目方法，適用于所有的STEM課程.該方法圍繞一個(gè)原則，將項(xiàng)目學(xué)習(xí)視為基于學(xué)習(xí)項(xiàng)目和工程項(xiàng)目的2個(gè)項(xiàng)目，并在法國高等教育機(jī)構(gòu)中應(yīng)用，結(jié)果表明，學(xué)生建立了密切的團(tuán)隊(duì)協(xié)作，獲得了技術(shù)和非技術(shù)知識(shí)，達(dá)到了較高的滿意度.

通過對(duì)以上基于項(xiàng)目的教學(xué)方法分析發(fā)現(xiàn)，第1，該教學(xué)方法大多數(shù)針對(duì)的是大學(xué)中高年級(jí)的專業(yè)課程，學(xué)生具備了一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，面對(duì)就業(yè)的需要；第2，該教學(xué)方法充分考慮以能力培養(yǎng)為目標(biāo)，并且以知識(shí)點(diǎn)掌握為基礎(chǔ)；第3，該教學(xué)方法的實(shí)施周期長，通常為5周以上，甚至1個(gè)學(xué)期，實(shí)施周期中都考慮了監(jiān)督機(jī)制.

2 基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的調(diào)頻調(diào)幅收音機(jī)電路制作的教學(xué)設(shè)計(jì)

基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)，除課程知識(shí)點(diǎn)以外，學(xué)生還需要自學(xué)高年級(jí)的知識(shí)、交叉學(xué)科的知識(shí)、學(xué)術(shù)寫作知識(shí)、仿真軟件和文檔處理軟件等.本項(xiàng)目將通過培養(yǎng)學(xué)生的問題分析能力、任務(wù)分配能力、自我學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、溝通交流能力、結(jié)果和數(shù)據(jù)分析能力等，從而實(shí)現(xiàn)工程能力的培養(yǎng).

根據(jù)前面文獻(xiàn)[5]給出的項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程，結(jié)合高頻電子線路課程的教學(xué)內(nèi)容，針對(duì)第1章的模擬調(diào)幅通信系統(tǒng)中的“超外差接收機(jī)”知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì).當(dāng)學(xué)生完成了超外差接收機(jī)的基本原理、功能模塊的學(xué)習(xí)后，將進(jìn)行基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的調(diào)頻調(diào)幅收音機(jī)電路制作的教學(xué).

2.1 預(yù)期結(jié)果

針對(duì)基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的調(diào)頻調(diào)幅收音機(jī)電路制作的教學(xué)設(shè)計(jì)，預(yù)期結(jié)果包括：

1) 提高學(xué)生電工技能、收音機(jī)電路知識(shí)；

2) 提高學(xué)生在期末考試中關(guān)于超外差接收機(jī)電路知識(shí)點(diǎn)的得分；

3) 使學(xué)生了解項(xiàng)目的實(shí)施流程；

4) 提高學(xué)生的問題分析、任務(wù)分配、自我學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)合作和數(shù)據(jù)分析能力；

5) 提高學(xué)生對(duì)本學(xué)科領(lǐng)域的興趣和課程滿意度.

2.2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.2.1 項(xiàng)目?jī)?nèi)容

在網(wǎng)上購買調(diào)頻/調(diào)幅收音機(jī)教學(xué)套件(包括電路元件、收音機(jī)盒子和電烙鐵等)，焊接組裝收音機(jī)，并形成課程設(shè)計(jì)報(bào)告(包括設(shè)計(jì)題目、設(shè)計(jì)目的、工作分工、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)結(jié)果、設(shè)計(jì)總結(jié))，進(jìn)行課上答辯.

項(xiàng)目要求：

1) 以團(tuán)隊(duì)形式完成任務(wù)，團(tuán)隊(duì)人數(shù)2～3人，工作分工必須明確；

2) 團(tuán)隊(duì)名稱為“No.xx-團(tuán)隊(duì)名”，并將團(tuán)隊(duì)名刻在收音機(jī)后機(jī)蓋；

3) 焊接組裝收音機(jī)的照片、調(diào)諧視頻等作為設(shè)計(jì)結(jié)果；

4) 掌握收音機(jī)的電路原理圖的元件作用和功能模塊；

5) 形成一篇學(xué)術(shù)報(bào)告，格式參考學(xué)術(shù)論文格式.

項(xiàng)目的評(píng)審準(zhǔn)則列出具體標(biāo)準(zhǔn)，包括寫作質(zhì)量、方法、內(nèi)容、關(guān)鍵分析和圖形，并為每項(xiàng)給出了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn).

項(xiàng)目?jī)?nèi)容與預(yù)期結(jié)果的映射關(guān)系為表1所示.

表1 項(xiàng)目?jī)?nèi)容與預(yù)期結(jié)果的映射關(guān)系

2.1.2 項(xiàng)目進(jìn)度安排

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)5周時(shí)間，由學(xué)生在課下完成、課上答辯.項(xiàng)目布置時(shí)間為超外差接收機(jī)知識(shí)點(diǎn)后，具體的進(jìn)度安排如下表2所示.

表2 項(xiàng)目進(jìn)度安排

2.2.3 考核

對(duì)于項(xiàng)目的考核分為3部分.

1) 教師評(píng)審(60%)，由考核由收音機(jī)調(diào)試(根據(jù)收音機(jī)調(diào)試臺(tái)的數(shù)目為標(biāo)準(zhǔn)，4個(gè)臺(tái)以上為滿分)、課程設(shè)計(jì)報(bào)告(對(duì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告內(nèi)容、格式等進(jìn)行評(píng)分)、答辯(教師對(duì)小組所有成員進(jìn)行提問，如果一個(gè)學(xué)生回答錯(cuò)誤，整個(gè)小組答辯分?jǐn)?shù)為零)3部分組成，各占20%.

2) 學(xué)生互審(30%)，由其他小組為參加答辯的小組打分.

3) 參與度和積極性(10%),由老師通過平時(shí)指導(dǎo)和學(xué)生問問題的情況觀察得到此分?jǐn)?shù).

2.3 項(xiàng)目執(zhí)行結(jié)果

高頻電子線路的PBL項(xiàng)目在2017—2018學(xué)年、2018—2019學(xué)年、2019—2020學(xué)年執(zhí)行了3次.本節(jié)從項(xiàng)目實(shí)施與監(jiān)督機(jī)制、項(xiàng)目完成情況、期末相關(guān)知識(shí)點(diǎn)得分提高和問卷調(diào)查4方面介紹了項(xiàng)目執(zhí)行情況.

1) 項(xiàng)目實(shí)施與監(jiān)督機(jī)制 為了保證PBL項(xiàng)目執(zhí)行，我們?cè)陧?xiàng)目實(shí)施過程中進(jìn)行了教師監(jiān)督的機(jī)制.首先時(shí)開始階段的報(bào)備式監(jiān)督.第4周開始進(jìn)行項(xiàng)目時(shí)，學(xué)生需要分組并向任課教師報(bào)備；第5周的分工情況也應(yīng)以作業(yè)形式進(jìn)行報(bào)備，如組員人數(shù)過多或分工不合理，教師將提出修改指導(dǎo).以上監(jiān)督機(jī)制保證了學(xué)生的組員安排、分工合理.

接著在6～7周的電路焊接、收音機(jī)調(diào)試、科技報(bào)告形成階段，采取的監(jiān)督機(jī)制是在課上對(duì)工作進(jìn)度的隨機(jī)抽查.每周理論課堂上，利用課間休息時(shí)間，抽取2～3組同學(xué)，對(duì)每組中的組員進(jìn)行抽查問答.以上監(jiān)督機(jī)制保證了項(xiàng)目能按進(jìn)度安排中的按時(shí)進(jìn)行，保證項(xiàng)目能夠按時(shí)完成，并且還能為學(xué)生答疑.

2) 項(xiàng)目完成情況 3個(gè)學(xué)年的項(xiàng)目執(zhí)行完成情況較理想，如表3所示.

表3 項(xiàng)目執(zhí)行完成情況

從上表3可以看出，在收音機(jī)完成度上，每年都在提高；而課程設(shè)計(jì)報(bào)告除第1次實(shí)施外，其他2018—2019和2019—2020學(xué)年完成質(zhì)量相似；答辯情況每年都在提高.

3) 期末相關(guān)知識(shí)點(diǎn)得分提高 通過3年的課程改革實(shí)踐，學(xué)生在對(duì)超外差接收機(jī)的知識(shí)點(diǎn)得分方面得到了提高，具體表現(xiàn)在：①對(duì)接收機(jī)功能框圖更加清楚；②對(duì)AM/FM的中頻頻率及工作頻段范圍更加清晰；③可以清楚辨別對(duì)通信電子電路的高頻元件如高頻扼流圈、旁路電容等.

4) 問卷調(diào)查 通過課上問卷調(diào)查，95%以上的同學(xué)學(xué)習(xí)滿意度較高.學(xué)生認(rèn)為基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的環(huán)節(jié)加深了對(duì)本課程的電子電路知識(shí)的掌握程度，提高了自學(xué)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、項(xiàng)目執(zhí)行方面的能力.

3 結(jié)語

文中采用基于項(xiàng)目學(xué)習(xí)的教學(xué)方法對(duì)高頻電子線路課程進(jìn)行了改革研究，旨在提高學(xué)生的問題分析能力、自我學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作能力等，從而實(shí)現(xiàn)工程能力的培養(yǎng).通過3個(gè)學(xué)年的項(xiàng)目實(shí)施，結(jié)果表明學(xué)生產(chǎn)出得到了提高.