《天線與電波傳播》教學(xué)與實(shí)驗(yàn)課程的改革與研究

摘 要：本文對《天線與電波傳播》課程及其相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)和改革進(jìn)行了研究。在內(nèi)容上結(jié)合天線歷史的發(fā)展及最新的天線發(fā)展技術(shù)，引出電波傳播方式。另外，通過將各類天線類的設(shè)計(jì)軟件引入到實(shí)驗(yàn)課程，使學(xué)生能掌握除基礎(chǔ)理論知識以外的實(shí)踐操作能力。同時(shí)，將最新的科研成果及工程實(shí)例與課程緊密結(jié)合起來，運(yùn)用到課堂教學(xué)中，從而對課程教學(xué)的改革進(jìn)行了深入細(xì)致的探索與研究。

關(guān)鍵詞：天線；電波傳播；教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)課程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.190

1 課程現(xiàn)狀

隨著電子信息技術(shù)的高速發(fā)展，無線通信技術(shù)已漸漸融入人們的生活中。包括手機(jī)、wifi、藍(lán)牙通信、全球定位及北斗系統(tǒng)都成為普通人生活方式不可或缺的一部分。而天線、其發(fā)射的電波及相關(guān)傳播方式是其中關(guān)鍵的一環(huán)，因此《天線與電波傳播》這門課程已成為電子、電信、通信等相關(guān)專業(yè)的必要課程。此課程的主要內(nèi)容是通過相關(guān)天線基礎(chǔ)理論的學(xué)習(xí)，了解各類基本天線的結(jié)構(gòu)及其工作方式，并進(jìn)一步掌握其電波傳播的方式。最終使學(xué)生具備微波天線領(lǐng)域的基本科學(xué)素養(yǎng)，從而適應(yīng)國家及社會(huì)無線通信行業(yè)發(fā)展的需要。然而，天線的基礎(chǔ)理論邏輯性極強(qiáng)，對大學(xué)微積分、線性代數(shù)、大學(xué)物理及電磁場與電磁波的功底要求非常強(qiáng)。因此，學(xué)生在這門課程的學(xué)習(xí)過程中通常感到枯燥無味，因此學(xué)習(xí)效率也非常低下。最終經(jīng)常會(huì)演變成為臨時(shí)抱佛腳，六十分萬歲的狀態(tài)通過考試。針對上述情況，如何改進(jìn)老師的教學(xué)水平及進(jìn)行相關(guān)授課內(nèi)容與方法的改革是重中之重。

2 教學(xué)改革

提到教學(xué)改革，其始終離不開三個(gè)方面的改善，一是教師自身素養(yǎng)的提高，二是理論課程教學(xué)方式的改進(jìn)，三是實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置。

（1）提高教師自身素養(yǎng)。教師要對所教的課程滾瓜爛熟，這首先就要求老師對這門課程的大部分教材能做到心中有數(shù)，并且精讀其中的三四本，并比較每本的差異，最后總結(jié)出每本書的優(yōu)缺點(diǎn)，并且參照對比哪本教材的圖片及相關(guān)公式推導(dǎo)能更有助于學(xué)生理解相關(guān)物理概念?？偠灾處煂φn程的教學(xué)內(nèi)容有深入的了解是所有的基礎(chǔ)。其次，教師需要通過承擔(dān)相關(guān)的科研項(xiàng)目及對最新科學(xué)文獻(xiàn)的學(xué)習(xí)與研究，深入了解微波天線行業(yè)的歷史與發(fā)展動(dòng)態(tài)，進(jìn)而形成未來行業(yè)的發(fā)展輪廓，以指導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)前沿、實(shí)踐與課程內(nèi)容有機(jī)結(jié)合。

最后，教師要通過一定工程項(xiàng)目的承擔(dān)，深入了解社會(huì)急需的、國家戰(zhàn)略需要的方向。在不違反保密原則的基礎(chǔ)上，能將具體的理論實(shí)踐結(jié)合方式傳授給學(xué)生，使學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)感受到物有所用，從而增大學(xué)習(xí)興趣。

（2）改進(jìn)理論課程教學(xué)方式。首先，對于授課而言，備課是關(guān)鍵。在教學(xué)的前一天，梳理相關(guān)知識架構(gòu)，總結(jié)知識點(diǎn)，并通過著重標(biāo)出重難點(diǎn)的方式準(zhǔn)備第二天的教學(xué)板書及講稿。對于比較難的物理概念，盡量通過圖片而非公式的方式傳授，使學(xué)生形成清晰的物理輪廓，在此基礎(chǔ)之上再學(xué)習(xí)相關(guān)理論及公式才能取得更好的教學(xué)效果。其次，在備好課的基礎(chǔ)上，下一步就是如何將課程內(nèi)容有效地傳輸?shù)綄W(xué)生的知識架構(gòu)中。因此，在課程的開始，最好是以提問法進(jìn)入，讓學(xué)生能夠聯(lián)系起前幾堂課所學(xué)的知識，使大腦高速運(yùn)轉(zhuǎn)起來，并做好接受新知識的準(zhǔn)備。在PPT和課堂板書中，教師應(yīng)盡量借助物理概念模型，爭取每一頁P(yáng)PT都能至少包含一張圖形，通過動(dòng)態(tài)引入的方式讓學(xué)生把物理概念和繁復(fù)冗雜的數(shù)學(xué)理論有機(jī)聯(lián)系起來。并且爭取做到在課程結(jié)束時(shí)，整面黑板的板書就是今天學(xué)習(xí)內(nèi)容的核心剛要。另外，針對在課堂結(jié)束時(shí)，學(xué)生注意力已漸漸無法集中的狀態(tài)，在課堂最后五六分鐘應(yīng)提出與本次課程核心學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的一兩個(gè)小問題，讓學(xué)生寫在小紙條上交上來，一來使學(xué)生掌握今天這堂課的核心，二來解決上期以來的簽到問題，促使學(xué)生能夠出席每堂課，建立本門課程的綜合知識體系。最后是作業(yè)的布置與修改。對于現(xiàn)代的大學(xué)課程而言，作業(yè)在精不在多，應(yīng)當(dāng)通過核心作業(yè)題，使學(xué)生掌握核心知識點(diǎn)，從而梳理知識脈絡(luò)，為未來的創(chuàng)新思維奠定基礎(chǔ)。而非通過大量的例題，使學(xué)生被迫陷于一種逆反的狀態(tài)，導(dǎo)致抄襲現(xiàn)象的大面積發(fā)生。

（3）設(shè)置實(shí)驗(yàn)課程。除了理論課程的學(xué)習(xí)外，實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置也是十分關(guān)鍵的一環(huán)。實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)計(jì)首先應(yīng)參考最新學(xué)術(shù)前沿的科研論文，其次應(yīng)參考工程項(xiàng)目的具體實(shí)踐，再次結(jié)合課程內(nèi)容特點(diǎn)，最終設(shè)計(jì)出適合學(xué)生理解課程知識架構(gòu)的實(shí)驗(yàn)課程。具體對于天線與電波傳播這門課程而言，首先是天線的設(shè)計(jì)。對于單個(gè)天線單元的設(shè)計(jì)，借助如HFSS、CST等電磁仿真軟件進(jìn)行。因此，應(yīng)當(dāng)通過兩節(jié)實(shí)驗(yàn)課，讓學(xué)生熟悉和運(yùn)用此類設(shè)計(jì)仿真軟件。另外，通過出一個(gè)小的設(shè)計(jì)項(xiàng)目的方式，讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)與學(xué)號相關(guān)頻率的偶極子天線。這樣，讓每個(gè)學(xué)生在掌握此類操作軟件的同時(shí)，避免相互抄襲，使每個(gè)人都能養(yǎng)成解決問題的能力。另外，對于天線陣列而言，由于實(shí)驗(yàn)室上機(jī)電腦運(yùn)算能力的限制，難以進(jìn)行大規(guī)模的電磁仿真。在這種情況下，應(yīng)該通過兩節(jié)課程的設(shè)置，使學(xué)生掌握Matlab等數(shù)學(xué)仿真軟件，通過陣列綜合等簡易數(shù)學(xué)方式，學(xué)習(xí)和了解不同天線陣列的方向圖，掌握方向圖隨著陣列大小的變化規(guī)律。從而全面掌握從天線單元到天線陣列的輻射方式，了解其電波傳播的方式。

3 結(jié)語

對于《天線與電波傳播》這門課程的改革，無非是首先通過提升教師自身科學(xué)素養(yǎng)，其次在良好備課的基礎(chǔ)上通過創(chuàng)新合理的課程圖文并茂地進(jìn)行知識的傳授，最后通過與實(shí)踐緊密結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課程幫助學(xué)生鞏固，提升解決實(shí)際問題的能力。最終幫助學(xué)生掌握核心知識，梳理課程脈絡(luò)，形成良好的知識體系，為未來的工作或者進(jìn)一步的深造提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]孟銀闊.《天線與電波傳播》課程的教學(xué)探索[J].科學(xué)大眾（科學(xué)教育），2013（12），

[2]孫豪.《天線與電波傳播》課程教學(xué)實(shí)踐與思考[J].科技信息， 2011（09）.

[3]于臻，冉小英.《天線與電波傳播》課程教學(xué)實(shí)踐探討[J].廊坊師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（06）.

[4]李素萍，吳偉.“微波技術(shù)與天線”課程教學(xué)改革探討[J].中國電力教育，2011（08）.

作者簡介：段鑄（1987-）男，湖北崇陽人，博士研究生，講師，研究學(xué)科或方向：微波天線。