媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在天線專業(yè)課程中的應(yīng)用研究

冉小英

(華北科技學(xué)院電子信息工程學(xué)院，北京 東燕郊 101601)

0 引言

“天線與電波傳播”課程是通信、電子信息類專業(yè)一門應(yīng)用性非常強(qiáng)的專業(yè)課程。課程以“場論”、“電路分析”、“電磁場”、“微波技術(shù)”等課程內(nèi)容為理論基礎(chǔ)，在無線通信領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。課程理論抽象復(fù)雜，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象能力、抽象思維能力和邏輯推理能力。為建設(shè)好該課程，提高學(xué)生素質(zhì)教育和教學(xué)質(zhì)量，在教學(xué)和實(shí)踐過程中，通過豐富教學(xué)內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法和手段，完善多媒體課件，優(yōu)化實(shí)踐內(nèi)容，建設(shè)課程優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等幾個(gè)方面進(jìn)行。利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢引入課外資源，將教、科研項(xiàng)目及研究成果融入網(wǎng)站，將復(fù)雜抽象內(nèi)容簡單化、形象化，培養(yǎng)學(xué)生工程意識(shí)，不斷提高本課程教學(xué)質(zhì)量［1－2］。

1 課程內(nèi)容及教學(xué)方法

課程分為天線與電波兩大部分，包括天線的基礎(chǔ)理論分析，線狀天線及陣列、面狀天線和縫隙微帶天線大類幾十種天線的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能參數(shù)的分析及設(shè)計(jì)，以及不同波段的電波在自由空間、地球表面、各層大氣等不同媒質(zhì)中傳播的原理規(guī)律及特性，內(nèi)容層次如圖1所示［3］。

圖1 課程教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)過程中，加強(qiáng)理論與實(shí)際結(jié)合，將教科研相關(guān)研究成果引入教學(xué)，擴(kuò)展天線研究與設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容;對于抽象復(fù)雜的問題，利用仿真軟件Matlab、Ansoft－HFSS、CST、ADS 及 IE3D 等，對天線的輻射和電波傳播等理論編寫程序或搭建模型進(jìn)行仿真分析，使之可視化，進(jìn)行輔助演示［4－5］;通過視頻圖像等多媒體資源，將理性分析與感性認(rèn)知結(jié)合，擴(kuò)展視野，突破教學(xué)難點(diǎn);通過編寫程序、制作動(dòng)畫，生動(dòng)形象地表現(xiàn)抽象原理概念;通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)增強(qiáng)交互功能，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。在網(wǎng)站建設(shè)的過程中通過利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)生動(dòng)、直觀、形象、信息量大的優(yōu)點(diǎn)，以動(dòng)畫和仿真的形式將抽象晦澀的內(nèi)容變得形象生動(dòng)，將復(fù)雜的物理過程變得簡單直觀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)的興趣［6］。

圖2 課程網(wǎng)站結(jié)構(gòu)

2 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)

2.1 網(wǎng)站結(jié)構(gòu)

充分利用學(xué)校的網(wǎng)絡(luò)資源，按照我校優(yōu)秀課程網(wǎng)站建設(shè)要求，搭建了課程教學(xué)網(wǎng)站，如圖2所示。申報(bào)網(wǎng)站中，對課程的教學(xué)內(nèi)容、方法、手段、條件和特色等情況進(jìn)行介紹;學(xué)習(xí)網(wǎng)站中，給出了詳細(xì)的培養(yǎng)計(jì)劃、學(xué)習(xí)導(dǎo)言、課程介紹、教學(xué)隊(duì)伍、課程教案、實(shí)踐教學(xué)、工程案例、學(xué)習(xí)園地、學(xué)習(xí)拓展和學(xué)習(xí)論壇等欄目，為學(xué)生提供了一個(gè)全方位的自主學(xué)習(xí)環(huán)境［7］。

2.2 網(wǎng)站特色內(nèi)容

經(jīng)過多年的積累完善，制作并不斷完善了“天線與電波傳播”課程多媒體課件及網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，并在2012年第十六屆全國多媒體教育軟件大獎(jiǎng)賽中獲得河北省一等獎(jiǎng)。課程建設(shè)中突出該課程理論性和工程性強(qiáng)、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶攸c(diǎn)。注重課程內(nèi)容與科研成果的結(jié)合，將科教研成果融入課程教學(xué)網(wǎng)站［8］。下面主要對學(xué)習(xí)網(wǎng)站中具有特色的“工程案例”和“學(xué)習(xí)拓展”兩部分內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2.1 “工程案例”部分

進(jìn)入“工程案例”部分，點(diǎn)擊網(wǎng)站左側(cè)不同選項(xiàng)分別進(jìn)入“VB交互程序”、“天線模型仿真”、“天線虛擬實(shí)驗(yàn)室”和“教科研成果展示”四個(gè)欄目，如圖3所示。

圖3－a)“VB交互程序”菜單中是利用Visual Basic軟件針對不同類型天線設(shè)計(jì)的多個(gè)交互式天線參數(shù)計(jì)算軟件。圖中選擇并彈出了一個(gè)十六單元對數(shù)周期天線參數(shù)計(jì)算器，當(dāng)輸入該天線的中心工作頻率和相關(guān)指標(biāo)后，計(jì)算器可計(jì)算出該類天線的相關(guān)幾何尺寸和性能指標(biāo)，為設(shè)計(jì)天線提供參考，使學(xué)生學(xué)會(huì)天線參數(shù)的設(shè)計(jì)和調(diào)整過程，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力［9］。

圖3－b)“天線模型仿真”菜單中是利用HFSS Ansoft、CST、4NEC等軟件搭建了不同類型天線的模型及仿真結(jié)果，結(jié)合Flash技術(shù)，可以360度全方位的了解天線和空間輻射性能。

圖3－c)“天線虛擬實(shí)驗(yàn)室”菜單中是一套自主設(shè)計(jì)開發(fā)的天線虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件。該系統(tǒng)以天線實(shí)驗(yàn)室硬件設(shè)備的操作流程為基礎(chǔ)，利用電磁仿真軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)搭建而成。將天線的性能分析、設(shè)計(jì)過程和測試環(huán)節(jié)融為一體，可模擬實(shí)際測試過程，再現(xiàn)不同現(xiàn)場環(huán)境下的天線測量效果。該軟件獲得第十六屆全國多媒體教育軟件大獎(jiǎng)賽中二等獎(jiǎng)。

圖3－d)“教科研成果展示”菜單中包含了教師的科教研成果和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)中制作的天線資料，通過控制按鈕的點(diǎn)擊可以進(jìn)入學(xué)習(xí)使用，是一個(gè)很好的展示和交流平臺(tái)［10－11］。

2.2.2 “學(xué)習(xí)拓展”部分

進(jìn)入“學(xué)習(xí)拓展”部分，點(diǎn)擊網(wǎng)站左側(cè)不同選項(xiàng)分別進(jìn)入“電子雜志”、“動(dòng)畫演示”、“影視資料”和“源代碼”四個(gè)欄目，如圖4所示。

圖4－a)“電子雜志”菜單中是利用電子雜志制作軟件對15大類，百余幅天線進(jìn)行了集成。通過利用電子雜志這種新型的媒體形式生動(dòng)細(xì)致的展現(xiàn)天線，擴(kuò)展學(xué)生視野。

圖4－b)“動(dòng)畫演示”菜單中是利用Flash等媒體軟件對天線單元的不同輻射過程進(jìn)行動(dòng)畫演示，學(xué)生可以通過動(dòng)畫細(xì)節(jié)深入理解掌握天線的輻射特性。

圖4－c)“影視資料”菜單中，收集了大類相關(guān)的視頻資料，擴(kuò)展學(xué)生視野，提高學(xué)習(xí)興趣。

圖4－d)“源代碼”菜單中是利用Matlab軟件對天線的工作過程進(jìn)行的仿真分析，學(xué)生可以下載相關(guān)源代碼進(jìn)行課外深入學(xué)習(xí)。

圖4 學(xué)習(xí)拓展頁面菜單

另外，“學(xué)習(xí)園地”部分，包含了課程章節(jié)練習(xí)和模擬試題及答案分析;“學(xué)習(xí)論壇”部分，提供了課外學(xué)習(xí)網(wǎng)站和論壇資源，設(shè)計(jì)了網(wǎng)上輔導(dǎo)答疑系統(tǒng)，方便了與學(xué)生的互動(dòng)交流。

3 總結(jié)

多年來經(jīng)過課題組成員不懈的努力，“天線與電波傳播”課程建設(shè)已取得了初步成效，教學(xué)效果也得到了較為明顯的提高，教師的科研水平和學(xué)生的實(shí)踐能力得到了提高。課程網(wǎng)站充分利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)優(yōu)勢，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)對象的特點(diǎn)，運(yùn)用文本、動(dòng)畫、音頻、視頻等多種媒體和專業(yè)電磁仿真軟件和設(shè)計(jì)軟件，生動(dòng)形象、工程實(shí)踐地展現(xiàn)抽象理論。網(wǎng)站在布局、風(fēng)格、色彩、鏈接、超文本等諸方面趨于專業(yè)化、美觀化，為師生之間提供了一個(gè)很好的交流平臺(tái)。

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