提高微波技術(shù)與天線課程教學效果的探索

何山紅

(安徽工業(yè)大學 電氣信息學院，安徽 馬鞍山 243002)

提高微波技術(shù)與天線課程教學效果的探索

何山紅

(安徽工業(yè)大學 電氣信息學院，安徽 馬鞍山 243002)

微波技術(shù)與天線課程概念抽象、理論深奧。教師應通過上好緒論課來提高學生的學習興趣；通過課堂提問引導學生將其他課程聯(lián)系起來邊思考邊主動學習；利用自然界的一些現(xiàn)象進行類比將抽象問題形象化，讓學生加深對本課程的理解、鞏固已學課程、達到將所學知識融會貫通的效果。

微波技術(shù)與天線；教學方法；教學效果

微波技術(shù)與天線是電子信息類學生必修的一門專業(yè)課程，它不僅概念抽象,理論深奧，而且與其他課程聯(lián)系比較緊密。傳統(tǒng)的灌輸式授課中，學生對于課程中很多抽象的概念、繁瑣的公式推導多是死記硬背，這樣只能掌握表面內(nèi)容，隨著課程的深入，學生慢慢就會覺得枯燥，無法將所學知識融會貫通，繼而產(chǎn)生不自信，甚至是厭學的情緒。[1]筆者在教學中，積極改革教學方法，以提高課程教學效果。

一、通過緒論課調(diào)動學生的學習積極性

“良好的開端是成功的一半”, 教學也是如此。緒論課可以讓學生對本課程的特點、重要性等有大致的了解。緒論課上得好，就可以引起學生的好奇心,提高其學習興趣。微波技術(shù)與天線是技術(shù)性鮮明的課程，其在現(xiàn)實生活中有許多具體的應用,如果結(jié)合微波技術(shù)與天線在各個領域的應用來展開教學,就會使學生產(chǎn)生強烈的求知欲,提高學習的興趣。比方說,教師首先問學生每人身上帶有幾個天線,學生會回答出有手機天線、IC卡天線等。接著教師結(jié)合自身實踐經(jīng)驗，向?qū)W生講述微波技術(shù)與天線在雷達、通信、射電天文、遙感遙測、日常生活等領域的應用，并舉例說明微波技術(shù)與天線的重要性。譬如上個世紀評出了包括阿波羅登月計劃在內(nèi)的世界10大科技成就，而排在第一位的是美國的300米射電天文望遠鏡天線；近10年內(nèi)評出的世界10大科技成就里面，也有微波技術(shù)的研究成果；對于大型相控陣雷達，微波與天線有時候占到整個雷達的70%；微波與天線占到整個手機的2/3；同時介紹微波與天線同其他學科的交叉關系。這樣講課會使學生對微波技術(shù)及天線以及其應用產(chǎn)生很強的感性認識共鳴,從內(nèi)心深處感覺微波技術(shù)與天線的重要性,看到其應用前景,因而產(chǎn)生很想學習的內(nèi)在動力或者好奇心。同時學生也才會理解每門課程和電子與信息工程專業(yè)之間的關系，才會體會到學好每門課程對學好專業(yè)的重要性。

二、通過課堂提問引導學生學習

授課中針對講述的問題，聯(lián)系以前的低頻電子線路、高頻電子線路、信號與系統(tǒng)、電磁場與電磁波、高等數(shù)學和線性代數(shù)等課程，先讓學生思考許多概念或理論之間的關聯(lián)性，再循序漸進地引導學生對相關的微波技術(shù)與天線理論知識展開學習，進而分析和解決所提出的問題，以達到將多門課程融會貫通的目的，調(diào)動學生的積極性與學習興趣。

在上傳輸線理論這堂課時，啟發(fā)學生思考：學習完低頻電子線路以后，為什么還要學習高頻電子線路，高頻電子線路與低頻電子線路的差異何在，如果高頻電子線路的頻率再升高一些，可能會出現(xiàn)哪些問題等，從而引出為什么要學習微波技術(shù)與天線。

在利用“化場為路”的方法講解傳輸線基本理論時，先讓學生聯(lián)系電磁場理論和電路的相關知識猜測何為“化場為路”，如果學生從字面上已經(jīng)理解到“化場為路”是將求解電場與磁場的過程轉(zhuǎn)化為采用電路的方法進行，教師可以接著再問，電路是用電容、電感、電阻等來描述的，那么電容、電感、電阻等又如何與電磁場建立關聯(lián)呢？這個問題只有認真學習過電磁場理論中的單位長電容、電感、電阻的學生能回憶起來，對于回憶不起來的學生教師可以提示他們，低頻電路中的電容或者電感是如何實現(xiàn)的？電容或電感的值分別與什么因素有關？或者更直接地提示他們電磁場理論中的平行板電容的值與哪些因素有關？從而讓學生知道電容與兩極之間的電壓和電荷的大小有關、電感與兩極之間的磁通量和電流的大小有關。通過這一系列的問題讓學生在思考中將電磁場與電容、電感聯(lián)系起來，逐步理解“化場為路”的思想。

在講述微波網(wǎng)絡時，教師將信號與系統(tǒng)中與傳遞函數(shù)相關的理論與微波網(wǎng)絡的知識聯(lián)系起來。教師提問，如果要描述一個“黑匣子”的外部特征，信的理論的目的是什么？從而讓學生帶著問題通過類比的方法理解學習微波網(wǎng)絡的目的，并掌握S參數(shù)等概念。

號與系統(tǒng)中采用的是什么參數(shù)？采用這個參數(shù)和學習與此相關為了更好地說明波導中的電磁場求解過程及波導中的電場或磁場模式的概念，引導學生思考線性代數(shù)或高等數(shù)學中的特征根與特征向量的內(nèi)涵，這樣學生不但對波導理論的求解過程了解更加透徹，從而也知道學習數(shù)學的作用，達到理論與實踐相結(jié)合。

在講述喇叭天線的由來時，可以利用傳輸線與微波元件的關系來描述。既然“利用不聯(lián)系的波導傳輸線組成的封閉式結(jié)構(gòu)可以形成波導元件”，那么“利用不聯(lián)系的波導傳輸線組成的開放式結(jié)構(gòu)是否可以形成其他波導元件呢”，從而得到喇叭天線是由不聯(lián)系的波導傳輸線組成的另一種波導元件，即天線。這樣可以讓學生對傳輸線、微波元件及天線之間的關系有更深刻的認識。

三、通過一些自然現(xiàn)象進行類比教學

電磁波看不見、摸不著，但很多特征與自然界的其他事物具有相同屬性。利用那些可以看見的自然現(xiàn)象來描述微波的特征可以更好地增強教學效果。

為了描述電磁轉(zhuǎn)換，教學時采用力學類比，將電磁轉(zhuǎn)換和單擺問題中的動能與勢能的轉(zhuǎn)化做類比分析，可以讓學生深刻理解該轉(zhuǎn)換過程。

為了描述傳輸線在不同狀態(tài)下的傳輸特性，教師舉例說明，如果一個人站在山谷上大喊，對面沒有任何遮擋，這時候聲音會漸行漸遠，這種情況下屬于行波狀態(tài)傳輸。如果對面是座大山，會聽到回音，這就是反射波，如果連續(xù)地喊，會發(fā)現(xiàn)在不同的地方聽到的聲音大小是不相同的，有的地方弱，有的地方強，強的地方是波峰，弱的地方是波谷，最強的聲音與最弱的聲音的比值就是駐波比。通過人們可以感受到的聲音的傳播特征可以更加形象地描述微波在傳輸線上的傳播特征。

為了描述微波傳輸線傳播的能量主要在傳輸線以外的空間傳播，而不是在傳輸線內(nèi)部傳播這一獨特的能量傳播特征，可通過使用“滿園春色關不住，一枝紅杏出墻來”進行形象描述，對于很多學生而言，會因為這一句詩詞讓他們對傳輸線中的電磁場分布特征記憶深刻。

在利用麥克斯韋方程組先求電磁場的通解，再結(jié)合邊界條件求定解的過程中，為了讓學生加深理解邊界條件反映了事物的特殊性這一概念，在課件中可用“我們可以觀察長江，在四川三峽咆哮如虎，而在揚州、鎮(zhèn)江則是一馬平川，是否大家考慮到長江符合同一支配微分方程。它們在各地的不同表現(xiàn)完全由當?shù)氐倪吔鐥l件決定”描述。同時也引用了蘇軾的 “吾文如萬斛泉源，不擇地而出。在平地滔滔汨汨，雖一日千里無難。及其與山石曲折，隨物賦形而不可知也”來生動地描述邊界條件，即當時的時勢對蘇軾文章風格的影響。這樣學生會真正地體會到電磁場與微波技術(shù)中主要的理論依據(jù)是麥克斯韋方程組，但因為邊界條件的不同，亦即物體形狀和材料屬性等因素不同，才導致不同的物體具有不同的特征，因為“邊界條件的千變?nèi)f化，才形成了電磁場與微波技術(shù)這么一個豐富多彩的學科”。

通過這樣的類比教學，可以將抽象問題具體化，使抽象的概念變得通俗易懂，通過類比也可以讓學生學會利用發(fā)散性思維、聯(lián)想性思維從自然界中去發(fā)掘規(guī)律，實現(xiàn)多學科交融，從中也可以加強學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。[2]

四、結(jié)語

通過多種方式來改進教學方法，激發(fā)學生的好奇心，讓他們將多門課程串聯(lián)起來邊思考邊學習，提高了學生的主動性，促使學生從“要我學習”向“我要學習”轉(zhuǎn)變，不僅讓學生掌握了微波技術(shù)與天線的知識，還讓他們鞏固了其他已學課程，達到了將多種知識融會貫通的目的。將一些自然現(xiàn)象和微波技術(shù)及天線的特征聯(lián)系起來，學生在這些類比中不但掌握了微波技術(shù)與天線的知識，還增強了他們領悟自然界的本領，提高了他們的創(chuàng)新能力。這對于提高教學質(zhì)量和推進素質(zhì)教育都具有重要的參考價值。

[1]宣治國, 孫詠萍. 對大學物理教學的思考[J].內(nèi)蒙古師范大學學報, 2007, 20(3): 139-141.

[2]趙池航.以培養(yǎng)大學生創(chuàng)造力為核心的教學方法探討[J].理工高教研究, 2007, 26 (5): 80-81.

(責任編輯 文雙全)

Exploration on Improving Microwave Technology and the Teaching Effectiveness of Antenna Course

HE Shan-hong

(School of Electrical Information, Anhui University of Technology, Ma’anshan, 243002, Anhui, China)

The concept of microwave technology and antenna course is abstract with its theory being profound. Teachers should be good at giving introduction class to increase students’ interest in learning, guiding students to link up other courses while they are thinking as well as active learning through classroom questions, taking use of some phenomena of the natural world to visualize abstract problems by analogy, so that the students can acquire a better understanding of this course, consolidate the course that have learned in order to achieve mastery through a comprehensive study of the learned knowledge.

microwave technology; teaching method; teaching effectiveness

2015-10-15

何山紅(1973-),男,湖南省南縣人,安徽工業(yè)大學電氣信息學院副教授,碩士。

G642.0

A

1671-9247(2016)03-0070-02