基于任务驱动式教学的微波理论课程教学探索

［摘 要］ 提出了基于任务驱动式教学完成微波理论课程的教学过程。与传统的专业基础课程教学方法相比，任务驱动法能明确学生的目标任务，通过目标调动学生的好奇心和学习积极性，通过完成每一轮任务驱动的过程，扎实掌握知识点，并激励其完成下一个目标。实践结果表明，采用任务驱动法进行教学能提高学生的主观能动性，取得更好的教学效果。通过任务驱动达成课程的知识目标和能力目标，同时结合前沿和案例，使学生树立正确的科学观念和社会责任感。

［关键词］ 任务驱动；微波理论课程；教学方法；工程实践

［基金项目］ 2022年度西安电子科技大学研究生教育改革研究项目“‘虚拟实验+反转课堂’教学方式创新研究与实践”（JGYB2204）；2022年度西安电子科技大学新实验开发与新实验设备研制项目“无人机飞控教学新实验”（SY220381）

［作者简介］ 吴秋逸（1983—），女，陕西子长人，博士，西安电子科技大学电子工程学院副教授，主要从事微波器件/电路设计研究；杨毅民（1981—），男，山西运城人，博士，西安电子科技大学人工智能学院教授，主要从事微波网络综合理论及相关应用的研究；吴 边（1981—），男，湖北咸宁人，博士，西安电子科技大学电子工程学院教授，主要从事微波电路和天线设计研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）13-0145-04 ［收稿日期］ 2023-03-10

引言

微波工程技术随着无线通信系统的快速发展，广泛应用在5G/6G无线通信、卫星通信、雷达等各个方面。在微波工程相关的电子类专业中，微波基础理论课程发挥着至关重要的作用。但是目前大多数高校在该类课程上的培养计划主要依照传统的教学理念，即通过教师讲解和布置课堂作业的方式学习巩固知识，在学期末通过考试测验学生的学习成果。但是因为该课程的复杂性和抽象性，相当部分学生在学习过程中无法深入理解相关概念，不能对所学知识灵活运用。一方面，传统课堂教学模式中因教师赶进度，学生参与度不高，学习效率低；另一方面，教学内容中的微波专业行业特色不鲜明。因此，教学方法改革的重要性日益凸显。

我们需要思考如何利用各类教学工具显著提高课堂学习效率，提升学生的课堂参与度。此外，如何设置具有行业特色的教学内容，保持课堂的新鲜感和活力感也是非常重要的问题。采用任务驱动式的课程教学模式，结合微波理论课程的特点，将课程教学重点从教师独自讲，学生被动参与，只是专心听讲，不主动思考的模式，转变为学生主动实践为主，师生互动交流为关键的教学模式。在这个过程中，学生协作互动，既在学习过程中验证了教学内容，获得了感性认识，也通过协作增加了创新性的知识和理解。充分激励学生进行自我学习和创造，提高了教学质量，达到了满意的教学效果。

一、基于任务驱动式教学的课程教学方法

任务驱动教学［1-4］指的是在学习过程中，首先下达课程目标和课程任务，接着在问题和目标的驱动作用下，引导学生结合实际实践进行自主学习探索和创新，从而充分调动学生学习专业知识的积极性，并在完成每个阶段性目标时，带领学生交流讨论。学生通过不断自我学习突破取得成果，增加了其自信心和成就感，更有利于激发其求知欲和学习动力，从而培养独立完成任务的能力和敢于创新的精神，进而调动起积极性进入下一个模块学习的良性循环。在这个过程中要求学生掌握微波理论基础知识，同时进一步提升自主学习能力，掌握科学规律，塑造科学精神。采用任务驱动法进行微波课程的教学大致可以分为以下六个步骤。

1.建立应用情境。在学习一些抽象的概念和知识时，可以让学生建立其与现实中某种具象情境之间的映射关系，使学习环境更加真实形象，从而有利于学生理解复杂抽象的专业知识。微波课程是一门兼具理论性和工程实用性的课程。通过引入实际应用背景，学生更容易建立感性认识。比如5G应用中广泛应用的毫米波频段，通过引导学生回顾相对带宽、频率、绝对带宽之间的关系，使学生能够更容易理解频率升高对增大信息传输容量的意义。此外，在进行背景应用技术的引入及存在的瓶颈介绍时，可介绍相关科学技术发展史、相关行业产业发展历程、科学家或工程师的贡献，有助于使学生正确认识学科、产业发展的规律和曲折，树立正确的世界观、人生观、价值观，以激发学生的自豪感和家国情怀，更可以激发学生在本领域学习、研究的兴趣和动力。

2.明确任务。教师提出针对某一部分课程的实践任务和要求，并对如何达成目标作基本思路的引导。问题来自工程实际，执行中注意如何解决工程技术问题，如何建立工程问题数学模型；如何抽象简化又紧贴工程背景。在这里，教师主要给予学生解决问题的思路引导，并结合实际应用提出启发式问题，使学生充分理解问题是什么意思，解决问题的关键在于什么，用什么方法/工具可以解决这一类问题。这一阶段的关键是充分调动学生的好奇心和参与的意愿。任务的确定将直接决定教学的最终效果，因此任务设置要合理、难度要适中，要紧紧围绕课程内容和进度设计。

具体实施时，需要注意以下几点：首先，任务的设立要具有阶段性，考虑课程整体结构，并针对课程每部分内容设立具体任务。教师需要在总体教学内容和大纲的基础上，把总的教学目标细分为若干个模块，进而把每一个学习模块的内容细化为具体的分组任务，通过这些具体任务体现总的教学目标。其次，任务的设立要有一定的梯度性，即由易入难、循序渐进，掌握工科专业知识和技能一定是逐步积累的，每一部分课程的任务应具有一定的关联性。设计目标任务时要考虑知识点难易、知识点之间的关联度等多方面的因素。一方面有利于学生能够更好地对课程内容有整体的感性认识；另一方面更有利于学生掌握方法和转化应用，不会由于难度和工作量突增，导致大部分学生产生畏难情绪，达不到授课效果。最后，设立的任务要具有一定的实用性和趣味性。通过让学生设法解决实际的工程实践问题，获得满足感和成就感，激发学生进一步学习的兴趣，有利于其后续对知识进一步的主动探索。

3.以学生自主实践为主。教师引导思路方法后，应留给学生充足的自由空间，教师提供研究方向和查阅资料的渠道，学生自己对该方向的资料文献进行搜索归纳，最后结合自己的分析思考得到解决问题的方法。放手让学生去从反复实践中获得感性认识，这是学生在充分思考的自主过程中，对专业概念和理论由初识到扎实掌握的阶段，也是学生提升各种实践学习和动手能力的阶段。

通过第二、三步的学习，学生首先掌握了相关任务的基本模型分析/计算方法、基本定理和概念。同时通过搭建电路建模分析，锻炼了仿真和创新能力。最终能熟练运用电路仿真软件对实现特定功能的电路进行建模、分析，并搭建电路进行测试；具有熟练的仿真和实验动手能力与一定的创新能力。

4.进入课堂交流讨论的步骤。在第三步的过程中，学生会遇到一些问题，对学生存在的共性问题，教师应统一答疑。在教师解惑过程中，可以先讲解一些共同的难点和常见问题，触类旁通，给出其他的应用实例，加深学生的理解。需要特别注意的是，交流讨论的过程也需要因材施教。有的学生通过自主思考和学习，能在第一轮实践过程中达成目标，但可能存在一些知识点的疑问。因此，这一阶段中，学生和教师之间需要通过沟通讨论、交流答疑，不断完善方案。这个过程能够极大地锻炼学生的表达能力。

这一阶段师生之间可以通过“学生讲，教师问”或者“学生问，教师讲”的双向互动过程，讨论解决问题的具体方法。还可以进一步进行相关专业论文的共读，充分调动学生的好奇心，启发思路。这一阶段的特点是：在务实实践的基础上，进一步开展头脑风暴，开阔眼界，启发思路，鼓励大胆创新。

这一步是基于任务驱动的微波理论课程教学方法在执行过程中最为关键的一步。课堂上的交流讨论本身符合年轻人的认知和学习规律，是实现高效教学的基本途径之一。教学过程即为教师和学生之间的充分交流和讨论的过程，改变了教师“自说自话”的传统教学方式。而设计的工程实践目标可以有效地支撑师生之间的交流过程——在实践的基础上，师生进一步交流经验和思路，达成共识。教师可以进一步教学相长，充分将自身的工程实践经验传授给学生，同时从学生的大胆思维创造过程中，碰撞出新的火花；学生在自主实践的基础上才能充分理解和接受知识点和难点。讨论的双方，在高效的讨论过程中实现信息的传递和交流，有助于加强知识体系的构建，讨论的过程就是学习的过程。另外，讨论的步骤也有利于提高学生多方面的能力，其一就是有利于培养学生的演讲和表达能力，能够进一步激发学生的思辨能力和创新能力，既促使全体学生主动探索、主动学习，也能更好地完善学生个性的发展。

这一阶段，教师应做好引导和组织工作，对课堂的管理更加细致和灵活。首先，教师需要为讨论定标定准，确保讨论过程不偏离教学主题，以高效地达成预期的教学目标。其次，教师需要作为成员积极地参与讨论的过程，这样既能提高交流的深度和广度，也便于沿着教学主线完成讨论内容。

5.进入复盘期。学生在交流讨论结束后，会燃起再次复盘实践的热情。在这一阶段，学生通过再次实践，调整和创新方案，解决遗留问题，巩固知识点，获得更深刻的认识。同时，针对实际工程问题具有方案选择和工程分析的能力，具备对复杂电路分析和知识综合运用的能力。

6.总结归纳。学生之间学习能力、学习方法和态度上的差异，导致在传统课堂中容易出现学生成绩两极分化的现象。通过基于任务驱动模式的微波理论课程教学，实践结束后梳理总结知识点和归纳整理设计方案，使学生能够在反复实践的基础上，真正全面掌握知识点，达到教师的教学要求。结合学科前沿和工程案例使学生树立工程意识、科学观念和辩证思维逻辑。教师通过对教学过程和成果的合理评估和归纳总结，思考学生在学习过程中能否独立完成设定目标、目标难度是否符合学生、学生在自主学习过程中遇到的问题如何解决，这些总结能更好地帮助教师在以后的教学过程中实施教学，提高教学效果。

针对课程中的每个关键知识点，代入工程实例，通过物理抽象和工程近似，建立网络模型和场模型，应用电路理论进行分析，完成分析计算和仿真计算，通过仿真结果对实际工程现象给予物理解释。经过完整的一轮教学，使学生针对实际工程问题具有方案选择和工程问题分析的能力，具备对复杂模型或电路的分析和知识综合运用的能力，强化学生对基础知识、基本分析方法等的理解和应用

此外，在教学过程中，任务紧密结合学科前沿和工程案例，树立了学生的工程意识、科学观念和辩证逻辑思维；行业新动态与国内新的科研成果、工程案例的引入使其增强民族自信心和社会责任感。以工程实践为导向的课程实例紧密围绕工程实践展开，把素质和能力培养融入知识培养中，获得了良好的教学效果。通过任务驱动作业，学生的综合素质与能力获得了提升。

二、实施实例

微波基础理论课程以“电磁场理论”“电路基础”等先导课程为基础，从研究“场”转换为研究“路”的思想，利用参数的概念，以微波器件设计和系统应用为研究对象，学习微波元件和微波系统的性能、特性以及设计理论等。该课程要求学生通过学习，了解微波系统构架和微波的分析综合方法，熟悉常见微波器件的参数含义及计算方法；掌握典型微波器件和电路的综合设计理论与方法。由于本课程在专业课程中的重要性以及与其他课程之间的关联性，要求学生能够融会贯通，树立和培养“利用学过的知识解决面对的新问题”的意识和能力。

在微波基础课程教学中，实施流程如图1所示。例如微波滤波器综合设计方法这一部分内容，课程一开始，教师可提出某个工程指标作为课程任务，工程案例是培养工科学生创新能力的最好的素材。然后对指标进行具体分析，给予学生整体模块划分的指导，提出一些启发性的对应问题，引导其深入思考，激发学生的学习兴趣，提高学生的创新实践能力。再在后续的内容教学中，分模块细化任务，逐个引导学生拆分并运用基本专业知识进行归纳、建模及系统地分析和决策，最终解决问题。在学生独立完成课程任务的第一轮，指导学生查阅指定最新的专业资料。先学会查阅和阅读资料的方法，然后进行理论运算和仿真分析，不同的学生在这一步中，会出现进度差异，学生会存在不同的疑问，带着疑问，教师引导学生进入课堂讨论阶段，通过交流讨论，锻炼学生的协作学习能力和表达思辨能力。课堂讨论交流结束后，学生再进行第二轮的独立或分组完成预定的课程任务，他们会有更深刻的体会和认识。完成课程任务后，进行总结归纳，再次交流问题和收获。对常见复杂工程问题的思考，引导学生拆分并运用基本专业知识进行归纳、建模及系统地分析和决策。