“微波技術與天線”課程的多元化教學實踐

劉建霞 李鴻鷹 喬學工

摘 要：本文結合“微波技術與天線”課程的教學實踐情況，深入探討和分析了“微波技術與天線”課程多元化教學的構架體。通過合理安排教學內容、多元化課堂教學、解決問題的課程實驗、工程實用平臺課程設計及多環(huán)節(jié)綜合評定，提高了課程的教學質量，有效地培養(yǎng)了學生自主學習和創(chuàng)新的能力，教學實踐證明該方法具有可行性和有效性。

關鍵詞：微波技術與天線；多元化；創(chuàng)新性；教學實踐

作者簡介：劉建霞，博士，太原理工大學信息與計算機學院教授，研究方向為智能信息處理；李鴻鷹、喬學工，太原理工大學信息與計算機學院。（山西 太原 030024）

基金項目：本文系山西省教育教學改革項目“電子信息類專業(yè)電磁場類課程群建設與教學實踐改革”（編號：J2016014）、山西省教學改革項目“‘互聯(lián)網(wǎng)+下電子信息類人才培養(yǎng)評價體系研究”（編號：J2017024）與山西省教育廳電子信息特色專業(yè)建設和太原理工大學電子信息優(yōu)勢專業(yè)建設項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2018）29-0052-02

“微波技術與天線”是電氣信息類中電子、通信各專業(yè)（如電子信息工程、通信工程、微電子、電子信息科學與技術、電子科學技術等）的重要專業(yè)基礎技術課程，該課程體系由微波工程和天線理論兩部分構成，涉及微波的產(chǎn)生、傳輸、輻射、傳播及應用、天線輻射、天線設計等，因此該課程既要求學生掌握基本理論又要打下應用基礎，既突出基礎性和知識體系的完整性，又盡量避開繁雜的推導，還要注意理論與實際應用的結合。為了兼顧知識體系的完整性及對學生工程實踐能力的需求，我們在該課程中采用多元化教學方法，從教學內容設置、課堂教學方法、課程實驗、課程設計和課程考核方式這五個方面對“微波技術與天線”課程教學進行了全面而深入的改革，使之形成完整的多元化教學體系。

一、合理安排教學內容

“微波技術與天線”的“微波工程”涉及傳輸線理論、規(guī)則金屬波導、微波集成傳輸線、微波網(wǎng)絡、微波元器件等，“天線理論”包括輻射場理論、線天線理論、面天線理論等，每一章節(jié)都可以擴展為一本書，但在“微波技術與天線”教材中只是一章的內容。根據(jù)太原理工大學本科生培養(yǎng)方案設置，其總學時為56學時，其中課堂授課學時為48學時，實驗學時為8學時?？梢?，在有限的時間內不可能對所有的知識點進行全面介紹，必須要合理安排教學內容。我們在教學時主要掌握以下三個準則：突出基礎性和知識體系的完整性；注意理論與實際應用的結合；盡量避開繁雜的推導。例如，為了把本課程含有的兩部分有效銜接在一起，體現(xiàn)知識體系的完整性，使學生對本門課程有全局的了解，第一節(jié)課將對整個領域進行介紹，選擇微波器件與天線的認識和應用等方面的內容，講授時不涉及任何高深理論，只簡單介紹其中所包含的理論結果，通過大量的圖片（比如同軸線、微波爐、手機、無線路由器等等）介紹和自己生活中的直接體驗，能與實際生活結合起來，使學生首先感興趣。在講授“微波元器件”章節(jié)時，盡量弱化理論推導、強調工作原理、制造和應用等方面。在實際教學內容的選取上應獲得學生的積極回應。如學生在教學評價中，能給予本課程授課教師以“教學內容豐富，有效的引導學生思考，能夠把工作與生產(chǎn)實踐相結合進行授課”的評價。

二、多元化課堂教學方式

由于“微波技術與天線”課程包括微波技術和天線理論兩方面的內容，理論抽象又應用廣泛，單憑教師講授無法將問題闡述明白，利用多媒體課件、動畫及實物展示等方式，可有效提高學生的學習效果。如在“規(guī)則金屬波導”章節(jié)，首先展示標準的規(guī)則金屬波導器件，根據(jù)導波場理論介紹矩形波導工作原理，建立好理論基礎，然后采用CAI課件，將矩形波導的主要工作模式用動畫的形式展示給學生，使學生進一步具備電磁波在矩形波導中傳輸?shù)男蜗笏季S，將專業(yè)知識與工程實際相結合。在課堂講授過程中，注重集中授課與小組討論相結合，強調啟發(fā)式教學和研究型教學相結合，以學生為主體，注重學生自學能力的培養(yǎng)。

三、基于問題解決的實驗教學

“微波技術與天線”課程的理論性和工程實踐性都非常強，在教學過程中我們設計了8學時的實驗，以幫助學生理解相關理論，提高學生的動手能力。為了充分調動學生在實驗過程中的主動性，我們在“微波技術與天線”課程的教學實踐中采取“問題式教學法”，將問題貫穿在實驗的不同階段（預習、實驗、總結），積極引導學生由簡單操作變?yōu)橹鲃犹剿?，讓學生帶著問題去實驗，在實驗中解決問題，在掌握知識的同時學會分析問題和解決問題，充分調動了學生的主觀能動性，很好地培養(yǎng)學生的思維能力、動手能力、創(chuàng)新能力和綜合運用知識解決實際問題的能力，取得了明顯的教學效果。

四、基于工程實用平臺的課程設計

課程設計是對“微波技術與天線”課程的綜合訓練，通過學習和正確使用工程實踐中常用的電磁仿真軟件，加強學生對相關理論知識的理解和掌握。相關的電磁仿真軟件有20種之多，如HFSS、ADS、Ansoft Designer、CST、Sonnet、Microwave Office等。Ansoft公司的HFSS軟件是業(yè)內公認的三維電磁場設計和分析的電子設計工業(yè)標準，該軟件能計算任意形狀三維無源結構的S參數(shù)和全波電磁場。我們在課程設計中分別設計了基于HFSS的微波器件和天線設計題目，包括環(huán)形器、濾波器、魔T、八木天線、微帶雙頻天線、圓極化微帶天線等，以期達到培養(yǎng)學生查閱資料、選取設計方案的能力；初步培養(yǎng)學生在射頻領域分析問題和解決問題的能力；培養(yǎng)學生嚴肅認真的科學態(tài)度和不斷創(chuàng)新的精神；培養(yǎng)學生團隊合作精神與交流能力以及在課程設計中，要求學生數(shù)人合作工作，并要求學生將設計方案當眾宣講、討論、論證等教學目標。

五、多環(huán)節(jié)綜合評定考核成績

針對“微波技術與天線”課程設置的多元化教學環(huán)節(jié)進行了考核改革，通過平時成績、實驗操作與報告、課程設計答辯及報告和結課考試等多個環(huán)節(jié)綜合評定。在結課考試的試卷中包括課堂講授的基礎理論與應用（占比90%），還包括實驗操作過程、與基礎理論對應的實驗現(xiàn)象的分析、實驗數(shù)據(jù)分析等（占比10%）；課程設計采用“設計過程+設計報告+結題答辯”考核方式，設計過程包括資料收集、方案設計、軟件建模、結果分析、結構優(yōu)化等，結合設計過程寫出設計報告（占比70%），相關課程的授課教師形成答辯小組聽取學生的結題答辯（占比30%），最終給出課程設計的成績。通過以上考核方法的改進，盡可能使考核的覆蓋面更加全面，以考核促進教學，同時充分調動學生平時學習的積極主動性，進而提高學生的實踐能力與創(chuàng)新能力。

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責任編輯 陳 莉