電磁場與微波技術課程中基于計算機仿真實驗培養創新能力初探

摘要：當代大學生必須具備創新能力，培養創新能力的重要方式為創新實驗。針對電磁場與微波技術課程創新實驗存在的問題和特點，結合大學生創新性實驗計劃，開展計算機驗證性創新實驗和綜合設計創新實驗，并結合撰寫論文等方式，起到鞏固基礎知識、提升應用能力、鍛煉創新能力的作用。信息時代的來臨，計算機技術必將發揮更大作用，特別是在大學生創新能力培養這一系統工程中，計算機技術和網絡技術的應用，可以使創新實驗變得更加低成本、可視化、便捷化和趣味化，從而將有利于調動學生的主觀能動性，切實發揮創新實驗在學生創新能力培養中的重要作用。

關鍵詞：大學生；創新實驗；計算機仿真

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）15-0262-02

一、電磁場與微波技術課程中創新能力培養存在的問題和對策

當代大學生必須具備創新能力，當前對通過實驗提升學生創新能力的研究成果頗豐，這些成果有：對重理論教學、輕動手實驗問題，通過讓學生參加創新性科研實驗改善[1]；對資金短缺、設備利用率低問題，通過逐漸積累實現實驗室連續性建設[2]；對學生易有惰性思想和科學態度不足問題，通過教師言傳身教和成果鼓舞來解決[3]。在此基礎上，筆者認為，在電磁場與微波技術課程中亟待依托計算機仿真技術開展創新實驗，原因有四：一是該課程作為基礎課具有應用性強的特點，必須開展實驗教學[4]。二是實物實驗觀察不到天線金屬貼片上的電流情況，調整天線尺寸較困難。三是測試天線S參數的矢量網絡分析儀等設備價格昂貴、操作較難。四是微波技術實際運用中已大量使用計算機仿真軟件，運用計算機仿真技術開展創新試驗具備現實基礎，有助于解決實物實驗存在的問題，吸引學生自主開展實驗。

二、開展計算機仿真實驗提升創新能力的實例

筆者在教學中以計算機仿真軟件為基礎，指導學生開展創新實驗，達到了運用傳統實物實驗開展驗證性實驗和綜合設計實驗的相關要求，基本實現了培養學生創新能力目的。具體做法為：

（一）開展計算機仿真驗證性實驗，深化基礎知識理解

在波的極化教學中，判斷線極化、圓極化是教學難點之一，學生運用計算機仿真軟件構建線極化天線（圖1）和圓極化天線（圖2），促進了對難點內容的理解。

學生掌握仿真軟件中天線參數的設置、調整功能后，可以直接觀察到線極化和圓極化天線金屬貼片上電流分布情況，線極化和圓極化的抽象概念動態化和具象化了，同時結合各項參數值的觀察，學生對概念的理解就深刻了。在此基礎上，學生進一步對天線尺寸、介質材料等進行調整，觀察諧振頻率和相關參數的變化，初步建立起對天線諧振原理和工作原理的直觀認識，從而為后續學習奠定了基礎，基本達到了驗證性實驗目的。實踐中，由于計算機仿真實驗不受時間和地點的限制，學生可以自主重復實驗，避免了傳統實物實驗受實驗器材限制的問題。

（二）開展計算機仿真綜合設計實驗，培養學生科研精神

筆者基于依托學校大學生創新性實驗計劃，結合承擔的天線研究課題，引導學生運用計算機仿真技術開展綜合設計實驗，達到了鍛煉學生科研技能、提升創新能力的目的。

實踐中，學生通過檢索學習文獻資料、與相關課題的同學交流學習，提升了天線建模、參數設置等能力，并根據自身知識結構、計算機運用能力等對科研課題進行深入研究，確定了綜合設計實驗內容——全息阻抗調制表面天線設計研究，并在計算機仿真軟件中完成了天線中表面阻抗晶格單元（圖3）的設計。

為體現創新綜合設計實驗成果，學生完成了論文《全息阻抗調制表面天線的表面阻抗研究》[5]，并以第一作者身份在全國專業會議作報告、與同行交流，對提升論文寫作、臨場應變等綜合能力和主觀能動性發揮了積極作用。

三、結束語

電磁場與微波技術課程中開展計算機仿真創新實驗，起到了鞏固基礎知識、提升應用能力、鍛煉創新能力的效果。信息時代的來臨，計算機技術必將發揮更大作用，特別是在大學生創新能力培養這一系統工程中，計算機技術和網絡技術的應用，可以使創新實驗變得更加低成本、可視化、便捷化和趣味化，從而將有利于調動學生的主觀能動性，切實發揮創新實驗在學生創新能力培養中的重要作用。

參考文獻：

[j]劉娟，王堃.高校創新實驗的研究與探索[J].科技視界，2014，（34）.

[2]王志，杜云海，劉雯雯.從大學生創新實驗談高校實驗室建設[J].實驗室研究與探索，2013，（6）.

[3]王偉，李忠文，周細應.從創新實驗中體會教書育人[J].科教文匯（下旬刊），2014，（3）.

[4]黃玉蘭.電磁場與微波技術（第2版）[M].北京：人民郵電出版社，2015：290.

[5]喬惠民，高山山，李家林.全息阻抗調制表面天線的表面阻抗研究[C].2017年全國微波毫米波會議，2017.