以互动式研究性教学培养和引导学生的科研兴趣与能力——以“射频MEMS 器件设计”课程为例
李修函，郑陶雷
（北京交通大学电子信息工程学院，100044）
摘要：“射频MEMS 器件设计”这门课程是介绍电子专业前沿研究领域的课程，本文探讨了这门课程的教学改革方法，将器件的设计理论与科研实际相结合，通过互动讨论的方式，提高学生的创新精神和实践能力；取消试卷考核的方式，举办器件设计大赛，鼓励学生利用所学知识设计射频器件，对于其中比较新颖的想法和设计，支持学生撰写文章并申请专利。实践证明，这种授课方式和考核方式，不仅可以提高学生的学习兴趣和实践能力，而且授课教师也可以汲取到学生的好的想法和建议，在一定程度上提高了教师的科研和教学水平，完美体现了教与学的互相促进。
关键词：研究性教学 互动式教学 大赛考核 科研训练
“射频MEMS 器件设计”这门课程是为电子学专业大学四年级本科生开设的专业限选课程。大学四年级的本科生已经完成了大部分大学基础理论课和专业课的学习，完成了基本知识的储备，而且部分学生马上要步入研究生阶段的学习，为了让他们对微电子学研究前沿有个大体的了解，确定攻读研究生的研究方向，并对科研产生兴趣，在这个时期及时为他们开设一些与本专业研究方向相关的研究型课程是十分必要的。
微机电系统（MEMS）是国际上近几年发展起来的一门新型交叉学科，它是在微电子学的基础上发展起来的，融合了通信、机械、生物、力学、光学等学科的知识。射频MEMS指利用MEMS 技术制作各种用于电子通信的射频器件或系统，最终实现通信系统的产品集成化、微型化、智能化。“射频MEMS 器件设计”这门课程结合科研实际，给学生们介绍如何用MEMS 的方法来设计用于通信的射频器件和系统。由于微电子专业的大四本科学生已经学习了集成电路工艺、通信概论、电磁场与电磁波、信号与系统、射频电路设计等与射频MEMS 设计相关的专业课程，具备了设计射频MEMS 器件的基础知识准备，完全有能力学好这门课。
在信息科学技术发展日新月异的背景下，如何讲好与研究前沿紧密相关的课程，并将科学研究的内容渗入本科生教学，使学生了解技术发展的前沿和动向，培养科研兴趣，掌握从事科学研究工作的基本方法，为本科生参与科研进行预演，成为摆在任课教师面前的重大命题。在教学过程中本课程组主要在以下方面开展了研究性教学的教学实践。
一、教学内容的改革
研究性教学对任课教师提出了更高的要求，尤其是对教师从事教学科研的能力提出了更高的要求。将最新科研进展转化为教学资源、指导学生进行文献调研和科学研究、把握学科基础与发展的联系等，都要求教师具有相当的科研素质。由于本门课程没有统一的教材，因此任课教师查阅了大量的资料，形成了自己的教学内容体系，按着自身对射频MEMS 的理解，撰写了射频MEMS 器件设计的讲义，供学生参考使用；在教学中除了介绍射频MEMS设计的基本理论和基本方法之外，及时更新教学内容，紧跟技术发展的动态，在学科内的一些重要期刊上摘录近期的标志性研究成果，向学生进行介绍和讲解，拓宽学生的视野，引导学生进行思考，激发他们的创新意识。在讲课中引用的参考文献大部分是近几年发表的文章，来自于本领域非常有影响力的国际期刊和会议，如JMEMS、JMM、APL 等顶级期刊和IEEE MEMS、IEEE Transudcer、IEDM 等微电子领域的顶级会议中的论文，这些文章代表了本领域研究的最高水平和最新进展。这样做不仅可以提高学生从事科研工作的起点，同时也保证了任课教师能够紧跟科学研究的前沿，不断进行知识的更新。
在授课的过程中，授课教师及时地将自己在科研工作中得到的新知识、新体会融入教学内容，教会学生探索研究的方法和获取新知识的能力，着重培养学生学以致用的能力。例如，在教学中将射频MEMS 与生物医疗仪器结合的863项目中实际采用的器件设计和工艺步骤总结成实验报告的形式，发给学生并指导学生在实验课上按着实验报告上的内容实际演练如何进行射频MEMS 器件的设计，学生的反响很好。亲自动手做学来的知识和纸上谈兵是有本质区别的，以这种方式学来的知识不但扎实，而且与科研实际联系紧密，可以让学生充分体会到科研并不神秘，只是一些基础知识的实际运用和升华。在向学生介绍设计工艺步骤时，教师以自己过去在设计器件工艺步骤时，因忽视了金属活动顺序表与酸反应的关系，结果导致整个器件损坏，使整个实验功亏一篑的教训为例，提醒学生，在做科研及任何其他事情时，必须具备扎实的基本功和认真、严谨的科学态度，以及从全局出发考虑问题的能力，这些都是科研工作者必备的素质。
二、教学手段的扩充
在教学中以多媒体为主要教学手段，引入多种形式的演示内容，大量采用图片、动画和录像等形式向学生展示各种器件的结构和工艺流程，使得教学内容更加直观、更易被学生理解和接受。例如，在讲解表面牺牲层工艺时，用多媒体动画演示表面牺牲层工艺流程后，还向学生展示以前的研究项目中利用表面牺牲层工艺制备的各种器件在显微镜下运动时所拍的录像。类似的演示，不但吸引了学生的注意力，而且也提高了他们的兴趣。当学生看到利用所学知识制备的真实器件在显微镜下快速运动时，一下子就兴奋了起来。最终，学生不但扎实地掌握了表面牺牲层工艺的基本工艺步骤，而且对射频MEMS 器件的设计产生了浓厚兴趣。
三、互动式教学方法的引入
课程的讲授主要采用互动讨论的方式进行，针对每一个独立章节的核心内容，设计一组开放式的问题，让同学们就其开展讨论，而非“单纯地教师在上面讲、学生在下面听”的传统模式。对于一些探索性较强的内容和章节，让学生自己查找资料、阅读文献，给他们机会站到讲台上、为大家讲课，并由教师对主讲的内容进行点评。这种方式不但可以使得学生对具体的知识有更深入的理解，而且也可以锻炼学生进行文献调研的能力和自我学习能力、提升他们从事探索性科学研究工作的综合素质。
对于今天的科研工作者而言，不但要做好具体的研究工作，而且更应该具备出色的交流和沟通能力。今天的科研工作已经不能像过去一样采取闭门造车的形式，必须要走出去，要和同行交流，要让学术界和企业界了解研究工作的意义，因此，优秀的交流和沟通能力显得尤为重要。在本课程的教学过程中，为学生创造了一个交流的平台，鼓励他们向自己的同行（同时选修本门课程的其他同学）介绍自己的探索和研究成果，这实际上是为他们提供了一个预先感受从事科研工作体会的机会。
教师在与学生的互动过程中，结合自己科研实际，作为互动式课堂的平等参与者，积极地参与讨论，与学生分享自己的科研经验，以实例在课堂上播撒创新的种子。例如，在讲到电感的设计时，教师结合自己正在从事的国家自然科学基金项目中主要难点——三维六自由度电感的设计与学生展开讨论。目前还没有这一题目的相关文献报道，这是一个创新性很强的题目，在讲课中教师特地与学生探讨如何设计这样的三维电感并提供一些可行的但尚未完全成型的设计方案给他们，鼓励他们自己去查找资料并进行完善。最后，学生不但很好地完善了初步方案，而且还提出了很多令人耳目一新的想法。其中，有一个小组的学生提出了设计一种环形截面螺线管电感的方案，巧妙利用了各种工艺的组合，创新性很强。对于这样的设计，教师鼓励他们深入进行讨论和研究，并最终规范地转化为专利和文章的形式。该设计的相关文章已经发表到在香港召开的国际会议上，相关专利正在申请中。这样的教学过程充分体现了教学相长的过程，学生不仅可以从教师那里学到知识，教师也可以从学生那里汲取到新的思想火花，甚至可以进一步促进和提高教师的教学和科研水平。
四、考核方法的改进
课程考试是一个继续研究学习的过程，传统的考核方式基本上是以一张考卷决定平时成绩。为了激发学生的学习热情，将学习知识与获得认可和鼓励有机地结合起来，本课程组在课程的考核方面做了一些改革和尝试，取消了常规的以试卷来定成绩的传统方式，以提交课程设计论文和完成一次设计论文汇报作为考核内容，鼓励学生开拓思路，利用课堂所学的知识设计出一种满足某种特定功能的射频器件。具体的实现过程为：将86名学生自由组合成16个组，每个组有56个人，小组分工明确，即统筹规划、查阅文献、理论计算、模拟分析、工艺设计等，每个人负责其中的一块，但要求对所有部分的工作必须了解，注重培养学生团队精神和沟通能力。考核评比时，每个组派一名代表宣讲本小组的设计方案。由于在论文组织和器件设计过程中，学生已经查阅了大量的文献，充分了解了相关的背景知识，积累了一定的实践经验，并在总结归纳文献的基础上提出了自己的创新性方案，考核现场气氛活跃，讨论非常热烈。实践证明，这种考核方式与试卷考核方式相比，充分调动了学生的学习积极性。
五、结束语
对“射频MEMS 器件设计”这门课程进行改革之后，选课学生的出勤率基本达到了100%，而且学生听课专注，课堂互动气氛好，课间提问或与教师的讨论明显增多，学生的作业也能按时完成。在研究性教学过程中，学生初步体会到了科研工作究竟是怎样的一个过程，学习到了从事科研工作的基本方法和基本要求；为人师者也得到了许多启发和提高。
学习这门课程之后，很多学生表示愿意现在就参加到科研项目中，目前就有几名大学四年级保研和考研的学生进入了本文作者的项目小组，已经开展了一些科研工作，其中一名学生已经将他的研究工作发表在近期在台湾召开的一个国际学术会议上。实践证明，在本科生中开设这样的研究性课程是十分必要的，可以为我校的科研队伍输送大量后备人才。
参考文献
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“通信系统原理”教学中的一些体会
张星，刘云
（北京交通大学电子信息工程学院，100044）
摘要：本文结合“通信系统原理”教学实践中的一些体会，分析了教学准备和教学过程的特点，阐述了传统板书与多媒体辅助教学之间的关系，并结合实际案例进行了说明。
关键词：通信 教学方法 教学课件
“通信系统原理”是通信工程专业的专业基础课，也是通信类硕士研究生入学考试课程，由于该课程运用了高等数学、概率论、线性代数等专业数学知识及信号与线性系统的分析方法，数学特征很强，因此又被称为“通信中的数学课程”。本课程大纲要求，通过本课程的学习，要使学生掌握通信系统的基础理论知识和分析方法，为后续专业课程的学习打好基础。因此，要教好“通信系统原理”这一课程，对教师的基础理论知识、知识面、教学方法和教学手段要求都比较高。通过20几年的教学实践，我们认识到，要教好此课，需要教师在自我学习、备课、改进教学方法等环节上都要有较深入的准备与研究。下面就结合自身的体会介绍一下。
一、认真备课，扩大知识面
随着科学技术的迅猛发展，通信学科的知识更新速度日益加快，对任课教师提出了更高的要求。任课教师只有不断地给自己充电，才能提高自身的业务知识，掌握好日新月异的技术，才能跟上时代飞速发展的步伐，为培养出具有创新能力的新世纪社会发展所需要的合格人才作出贡献。特别是对于“通信系统原理”的任课教师来讲，这种特征更加明显。