中美電磁場與微波技術專業課程體系比較淺析

陳董

摘要：本文在介紹美國俄亥俄州立大學電磁場與微波技術專業課程體系的基礎上，通過與我校電磁場與無線技術專業學科進行對比，分析了我校相關學科的特點與不足，為今后學科的建設與發展提供借鑒與參考。

關鍵詞：俄亥俄州立大學；電磁場與微波技術；課程體系

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）16-0125-02

一、俄亥俄州立大學電磁場與微波技術專業課程體系基本情況

美國俄亥俄州立大學的電磁場與微波技術學科在美國處于領先水平，其講授的課程大致分為兩大類。

第一類側重電磁場基礎理論，相關的課程包括：1）電磁場理論I，II，III（ECE719，ECE810，ECE811）：主要講授Maxwell方程及方程的經典解析解法等。2）電磁導波（ECE812）：主要講授如何求解波導和平面傳輸線中的導行電磁波。3）高等電磁場理論（ECE815）：主要講授電磁波的傳播和散射理論，包括高頻近似方法、波在各向異性介質中的傳播等。4）隨機媒質和粗糙表面的散射（ECE816）：主要講授基于統計模型的媒質散射理論，包括獨立散射、輻射轉移理論和解析波理論等。

第二類偏向于技術與工程應用，相關課程包括：1）微波電路（ECE710）：主要講授微波線性無源器件以及微波電路的計算機輔助設計和加工測量。2）非線性微波電路（ECE694）：主要講授微波非線性電路設計，如低噪聲放大器，功率放大器等。

與天線相關的課程包括：1）天線的輻射（ECE711）：主要講授線天線、反射面天線、透鏡天線等天線的特性以及陣列天線的性質。2）高等天線理論（ECE815）：主要講授陣列天線的方向圖綜合以及天線的測量等。3）無線系統的天線與傳播（ECE613）：主要講授無線基站中的天線設計、城市與郊區的電波傳播模型等

與課堂授課相配套的有兩門實驗課，包括：1）電磁實驗（ECE517）：實驗內容主要包括微波無源器件與天線的設計、實現與測量。2）微波晶體管放大器與振蕩器實驗（ECE723）：實驗內容包括低噪聲放大器、功率放大器、寬帶放大器和振蕩器的設計、實現與測量。

另外一些比較重要和值得關注的課程主要有：1）實踐性課程，如Individual study in ECE等，這些課程一般包括項目的撰寫、現代設計工具的使用、系統設計與實現以及項目研究情況報告。2）企業實習經驗交流課程（ECE489），要求學生就實際的實習工作經歷準備一份報告，目的是提供一個相互交流的平臺，讓學生之間分享工作經歷和體驗。

從以上課程設置可以看出，俄亥俄州立大學電磁場與微波技術專業的課程體系比較完備，從授課課程到實驗實踐課程均有覆蓋，同時注重基礎理論的學習和實踐能力的培養，形成了較為科學、完備的體系。

二、我校電磁場與無線技術專業課程體系基本情況

南京郵電大學是國內為數不多的在本科階段即開設電磁場與微波技術專業的院校之一，該專業在本科階段稱為電磁場與無線技術，下面概括介紹下課程的設置情況。

本科階段，電磁場基礎理論課程主要有電磁場理論，課程側重于電磁場基礎理論。其他課程則偏重工程技術與應用，如微波技術基礎、微波網絡和射頻電路課程，分別講授微波無源和有源電路的理論與設計；天線理論與設計課程則講授常見天線如線天線、微帶天線等的特性與設計；微波電路EDA課程主要講授微波電路的計算機輔助設計方法；微波與天線測量則講授常見微波測量儀器的結構和測量方法；電波傳播理論課程主要講授在各種環境下電磁波的傳播特性；電磁兼容課程主要講授電磁兼容的基本概念和原理以及常用的電磁兼容技術。射頻電路、微波電路EDA、微波與天線測量、電磁兼容等課程均設有課內的實驗課，在幫助學生消化所學知識的同時也培養他們的動手能力。此外，每學期還設有課程設計，通過課程設計可以培養學生用所學知識解決實際問題的能力以及團隊合作精神。

在研究生階段的課程主要有高等電磁場、電磁場數值方法、微波技術、射頻電路理論與設計、天線CAA與CAD等。

我校電磁場與無線技術專業成立較早，所以經過多年的發展，課程體系的設置比較完備，基本涵蓋了本學科的基礎知識范疇，能夠保證學生掌握較完善的專業基礎知識，畢業后能夠從事相關工程和科研工作。但還存在著一些不足之處，如課程中電磁場理論部分所占比重不足，堅實的電磁理論基礎是進行科研和工程開發的必備條件，然而在本科階段只有電磁場理論一門課程，在研究生階段也只有高等電磁場和電磁場數值方法兩門課程，其他課程基本是面向工程應用的。此外，對實踐動手能力的培養也有待加強，由于實驗條件的不足，造成很多學生需要合用一臺儀器，每個學生平均實踐時間不足。另外，由于學校的課程設置調整，專業課的課時基本都壓縮至32學時，造成授課內容基本上是淺嘗輒止，無法深入。

三、對我校電磁場與無線技術專業建設的幾點思考

我校的電磁場與無線技術專業經過多年的發展，在課程設置和實驗條件建設等方面都取得了一定的進步，但與美國知名高校如俄亥俄州立大學還存在不小的差距，甚至與國內的設置類似專業的高校如電子科技大學等高校也存在一定的差距。結合上述我校與俄亥俄州立大學各自在課程體系方面的特點，針對我們電磁場與無線技術專業的特點與不足，對其建設與發展提出幾點思考：

1.增加基礎理論方面的內容：由于電磁場理論涉及數學知識較多，學生在學習時普遍反映課程內容較難，因此在課程設置上電磁場理論相關的教學內容比重較少，然而電磁場理論是其他相關專業課程的基礎，因此有必要加大基本電磁理論方面的比重。參考俄亥俄州立大學的課程設置，其電磁場理論課程在整個課程體系中占了很大的比值，授課內容也由淺入深，從基本的電磁場理論到復雜的電磁散射問題均有覆蓋。此外，可以增開計算電磁學方面的課程，這方面課程一方面可以鞏固電磁場基礎理論學習，另一方面，可以鍛煉學生編程能力和使用商業電磁軟件的能力。

2.課程合并和增加課程學時：由于課程設置調整壓縮了專業課課時，導致本專業的專業課學時明顯不足，授課內容只能一再壓縮，這并不利于培養學生的專業能力。所以，在不改變其他課程學時的前提下，只能將部分專業課合并，同時增加授課課時。因為有些課程在授課內容上有所重疊，完全可以將這些課程進行合并，如微波網絡和微波技術課程，兩門課都會涉及微波網絡方面的內容，所以可以將這兩門課合并，同時將課時增加到48學時。這些在授課內容上有所重疊的課程合并后，雖然課程數量減少了，但課程學時增加，課程深度可以適度增加，有利于學生的專業能力培養。

3.加強實驗和實踐環節。由于微波儀器價格昂貴，導致實驗教學資源緊張，很多時候需要很多學生合用一臺儀器，實驗效果較差。為了克服這方面的不足，可以自行研發相關的實驗儀器，作為教學實驗用，儀器滿足基本需要即可，這樣減低了儀器的成本，可以讓學生人手一臺，保證了每個學生有充分的實踐動手時間。

參考文獻：

[1]付云起，袁乃昌.俄亥俄州立大學電磁場與微波技術專業及課程體系淺析[J].高等教育研究學報，2011，34（1）.

[2]彭麟，姜興.中美高校電磁場教學比較研究[J].中國電力教育，2014，（17）.

[3]張林，程文青，羅杰，左冬紅，閔玉堂.美國高校電氣工程專業本科培養計劃淺析[J].2014，36（3）.

[4]何倩，葉芳.高等工程教育與高等技術教育課程設置的比較與分析—以美國普渡大學為例[J].職業教育研究，2015，（10）.

[5]王孫禺，曾曉萱，寇世琪.從比較中探索高等工程教育——清華大學與美國麻省理工學院的電類課程設置比較[J].清華大學教育研究，1988，（1）.