淺談“微波技術(shù)與天線”課程教學(xué)*

劉偉娜

河南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007

淺談“微波技術(shù)與天線”課程教學(xué)*

劉偉娜**

河南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453007

如何有效提高“微波技術(shù)與天線”這門(mén)課的教學(xué)水平是承擔(dān)該課程老師必須面臨和解決的問(wèn)題之一。通過(guò)分析“微波技術(shù)與天線”課程的特點(diǎn)，對(duì)該課程中的教學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了探討。提出了借助于多媒體技術(shù)，適當(dāng)板書(shū)，引進(jìn)仿真軟件等方法提高教學(xué)效果的措施。實(shí)踐證明其能夠增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使教學(xué)效果顯著提高。

微波技術(shù)與天線；教學(xué)措施；教學(xué)效果

一、引言

隨著科技的不斷發(fā)展，微波技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，比如通信，電磁兼容，化工及生物學(xué)領(lǐng)域等。微波技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，即強(qiáng)功率方面，如微波加熱，微波干燥等；另一方面是弱功率方面。即將微波作為信息的載體的應(yīng)用，如微波通信，介電常數(shù)測(cè)量等。這些應(yīng)用甚至涉及到了人們的日常生活中，如微波爐等。因此，對(duì)于電子通信專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，微波技術(shù)與天線[1]課程的學(xué)習(xí)在目前乃至今后都起著重要作用。

二、課程分析

“微波技術(shù)與天線”是一門(mén)通信及電子類本科專業(yè)的主干課程，是在“電路理論”及“電磁場(chǎng)與電磁波”課程基礎(chǔ)上深入學(xué)習(xí)微波領(lǐng)域知識(shí)的專業(yè)課程。它主要包括微波技術(shù)及天線兩個(gè)部分，該課程屬于一門(mén)較難的專業(yè)基礎(chǔ)課程，旨在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)微波技術(shù)與天線的基本理論、基本分析方法、基本技術(shù)等。

“微波技術(shù)與天線”這門(mén)課以麥克斯韋方程組結(jié)合邊界條件處理空間任意一點(diǎn)電磁場(chǎng)問(wèn)題，在工程上大多采用近似處理[2]。對(duì)于微波技術(shù)這部分內(nèi)容，當(dāng)邊界規(guī)則時(shí)，通過(guò)嚴(yán)格求解麥克斯韋方程組解決所面臨的電磁場(chǎng)問(wèn)題；當(dāng)邊界不規(guī)則時(shí)，往往采用“化場(chǎng)為路”的近似處理方法。如均勻傳輸線理論這部分內(nèi)容，通過(guò)“化場(chǎng)為路”很好的解決了雙導(dǎo)體傳輸線上任一點(diǎn)任意時(shí)刻的電磁場(chǎng)分布。而對(duì)于天線部分，通過(guò)“將邊界條件理想化”的近似處理方法解決天線的電磁輻射問(wèn)題。

三、現(xiàn)有教學(xué)模式

“微波技術(shù)與天線”這門(mén)課的教學(xué)模式有：

(一)全板書(shū)教學(xué)

該教學(xué)方法屬于傳統(tǒng)的教學(xué)方式，只需“一支粉筆”，“一塊黑板”就可完成教學(xué)。優(yōu)點(diǎn)是對(duì)于重點(diǎn)及難點(diǎn)的公式推導(dǎo)有助于學(xué)生理解，缺點(diǎn)是板書(shū)會(huì)占據(jù)大量的時(shí)間，課堂的生動(dòng)性有所欠缺。

(二)多媒體教學(xué)

該教學(xué)方法是21世紀(jì)教學(xué)改革的一大進(jìn)步，與傳統(tǒng)教學(xué)方法相比，具有節(jié)省板書(shū)時(shí)間，課件生動(dòng)形象，抽象問(wèn)題可以演示等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于重要的邏輯性很強(qiáng)的公式推導(dǎo)難以使學(xué)生充分理解。

四、教學(xué)建議

針對(duì)現(xiàn)有的教學(xué)模式，結(jié)合“微波技術(shù)與天線”的課程特點(diǎn)。為更好地達(dá)到該課程的教學(xué)效果[3]，特提出以下教學(xué)建議：

(一)多媒體教學(xué)與板書(shū)相結(jié)合的教學(xué)手段

毫無(wú)疑問(wèn)，21世紀(jì)教學(xué)方面最大的進(jìn)步展現(xiàn)在多媒體的應(yīng)用上。多媒體的應(yīng)用不但提高了教學(xué)效率，而且便于使學(xué)生理解抽象的知識(shí)點(diǎn)。比如多媒體教學(xué)中的動(dòng)畫(huà)演示，使教學(xué)即直觀又生動(dòng)。但是對(duì)于比較重要的理論推導(dǎo)部分，板書(shū)可以使學(xué)生更加清楚地理解某一結(jié)論或某一重要公式的來(lái)龍去脈。因此以多媒體教學(xué)為主，板書(shū)為輔的教學(xué)手段必然會(huì)大大提高教學(xué)效果。

(二)增加學(xué)生的互動(dòng)實(shí)踐證明，適當(dāng)增加學(xué)生的互動(dòng)可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生的注意力，并能使學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，從而有效地避免“一言堂”的教學(xué)模式[4]。如在講授“無(wú)耗傳輸線的工作狀態(tài)”時(shí)，在教師講解后，可以留幾分鐘時(shí)間讓學(xué)生動(dòng)手寫(xiě)出行波傳輸、純駐波傳輸及行駐波傳輸過(guò)程中的沿線電壓、電流及輸入阻抗的分布情況。不但可以回憶前面的重要公式，也可以加深無(wú)耗傳輸線存在的三種傳輸狀態(tài)。在這個(gè)環(huán)節(jié)，適當(dāng)對(duì)學(xué)生予以鼓勵(lì)更能激發(fā)學(xué)生的興趣，達(dá)到良好的教學(xué)效果。

(三)電磁場(chǎng)仿真軟件與Matlab編程相結(jié)合的教學(xué)

在抽象的“微波技術(shù)與天線”的教學(xué)中，將電磁場(chǎng)仿真軟件與Matlab編程結(jié)合到教學(xué)中，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以使學(xué)生對(duì)電磁仿真有簡(jiǎn)單的了解。比如對(duì)于TEM、TE、TM波的電場(chǎng)，磁場(chǎng)及波矢的分布情況，可以通過(guò)電磁三維仿真軟件(CST，HFSS等)結(jié)合Matlab編程實(shí)現(xiàn)三維動(dòng)畫(huà)演示。

除此之外，三維電磁仿真軟件也是電子信息工程專業(yè)的本科生應(yīng)該初步掌握的內(nèi)容，目前許多公司對(duì)該專業(yè)學(xué)生的需求是要求會(huì)至少一門(mén)電磁仿真軟件。因此在理論教學(xué)過(guò)程中必須將該專業(yè)相關(guān)的仿真軟件(ADS，HFAA，IEAD，CST等)對(duì)學(xué)生進(jìn)行介紹。在課堂之余，學(xué)生可以通過(guò)電磁仿真對(duì)常用的微波器件進(jìn)行仿真，如對(duì)功分器仿真，可以分析信號(hào)的合成與分配，得到相關(guān)的參數(shù)S11，S21，S31等。電磁仿真軟件與Matlab編程相結(jié)合可以將抽象的微波傳輸問(wèn)題簡(jiǎn)單直觀的顯示出來(lái)，因此將二者引入到實(shí)際教學(xué)過(guò)程中可以使難以理解的抽象問(wèn)題簡(jiǎn)單化。

(四)提高教學(xué)靈活性

“微波技術(shù)與天線”包含微波技術(shù)及天線技術(shù)這兩大部分內(nèi)容，前者采用“化場(chǎng)為路”的近似處理方法解決電磁場(chǎng)問(wèn)題，后者采用“將邊界條件理想化”的近似方法分析天線的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)及近區(qū)場(chǎng)問(wèn)題。因此對(duì)于這量大模塊應(yīng)采取不同的教學(xué)方法，前者公式較多，知識(shí)點(diǎn)瑣碎，應(yīng)重點(diǎn)講解推導(dǎo)重要公式的由來(lái)；后者以靜態(tài)場(chǎng)的結(jié)論為鋪墊，獲得了電基本振子的遠(yuǎn)場(chǎng)及近場(chǎng)的情況，可略做介紹，而對(duì)于天線的方向圖，應(yīng)以動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)。因此對(duì)不同章節(jié)應(yīng)考慮不同的教學(xué)方法，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。

對(duì)于天線部分應(yīng)將工程應(yīng)用及實(shí)踐引入到課堂教學(xué)中，不但可以拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可以使枯燥的教學(xué)更有吸引力。同時(shí)多講解一些工程實(shí)例還可以促使學(xué)生增強(qiáng)思考和解決微波領(lǐng)域問(wèn)題的能力，激發(fā)學(xué)生將來(lái)從事微波科研工作的興趣。

五、結(jié)論

針對(duì)“微波技術(shù)與天線”這門(mén)課，內(nèi)容難度大，抽象等特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)該門(mén)課程的教學(xué)過(guò)程提出了一些探討性的建議。這些思路和手段不但可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以使枯燥的抽象的問(wèn)題直觀化。教學(xué)改革是個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，如何培養(yǎng)出社會(huì)真正需要的實(shí)踐型人才依然是相關(guān)課程老師必須關(guān)注的問(wèn)題。

[1]劉學(xué)觀，郭輝萍.微波技術(shù)與天線[M].西安電子科技大學(xué)出版社(第三版)，2013.5.

[2]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(guó)電力教育，2011(8)：108-109.

[3]王月，李暉.說(shuō)課-高校青年教師的必修課[J].高等教育，2012(3)：40.

[4]江安鳳，吳鏘.討論式教學(xué)及其操作過(guò)程[J].四川教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2005(21)：14-15.

Discussion “Microwave Technology and Antennas” Teaching

LIU Wei-na

College of Physics and Electronic Engineering，Henan Normal University，Xinxiang 453007

One problem that how to improve teaching effect of “Microwave technology and antennas” must be faced and solved by the course teacher.We discuss teaching problems of this course by analyzing characteristics of "microwave technology and antennas".The paper proposes some measures to improve teaching effect，such as combining multimedia technology with blackboard-writing，introducing simulation software.Practice shows that it can enhance learning interest and enthusiasm of students，also make teaching effect improved obviously.

Microwave technology and antennas；Teaching measure；Teaching effect

*河南師范大學(xué)青年基金支持(項(xiàng)目編號(hào)：5101029279083)。

TN015-4；TN

A

1006-0049-(2017)05-0038-02

**作者簡(jiǎn)介：劉偉娜(1979-)，女，博士，河南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，講師，研究方向：微波技術(shù)。