“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節綜合評定，提高了課程的教學質量，有效地培養了學生自主學習和創新的能力，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“‘互聯網+下電子信息類人才培養評價體系研究”（編號：J2017024）與山西省教育廳電子信息特色專業建設和太原理工大學電子信息優勢專業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（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、規則金屬波導、微波集成傳輸線、微波網絡、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。根據太原理工大學本科生培養方案設置，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。可見，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“規則金屬波導”章節，首先展示標準的規則金屬波導器件，根據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的形象思維，將專業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。

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為主動探索，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，很好地培養學生的思維能力、動手能力、創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軟件是業內公認的三維電磁場設計和分析的電子設計工業標準，該軟件能計算任意形狀三維無源結構的S參數和全波電磁場。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，以期達到培養學生查閱資料、選取設計方案的能力；初步培養學生在射頻領域分析問題和解決問題的能力；培養學生嚴肅認真的科學態度和不斷創新的精神；培養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、多環節綜合評定考核成績

針對“微波技術與天線”課程設置的多元化教學環節進行了考核改革，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節綜合評定。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象的分析、實驗數據分析等（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新能力。

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責任編輯 陳 莉