基于微課與MATLAB 仿真的天線實驗教學(xué)初探

景麗石 牛 海

0 引言

天線與電波傳播是通信專業(yè)類學(xué)科的基礎(chǔ)課程，其教學(xué)內(nèi)容抽象、公式推導(dǎo)多、理論性強且與實際應(yīng)用緊密結(jié)合，課程中需要使用仿真實驗來進行輔助教學(xué)[1]。在天線實驗中，要求學(xué)生利用MATLAB 仿真軟件對天線的方向性進行直觀分析，進而加強對天線輻射場和典型天線相關(guān)知識的理解和掌握。這就要求學(xué)生要具備良好的數(shù)學(xué)功底和實踐能力，采用傳統(tǒng)的授課方式很難達到期望的教學(xué)效果。因此，本文對天線實驗教學(xué)的現(xiàn)狀予以介紹，并針對現(xiàn)存問題進行初步性的探索。

1 天線實驗教學(xué)現(xiàn)狀與問題分析

目前，在天線實驗教學(xué)中主要存在以下幾點問題：第一，實驗教學(xué)的課時安排較少和仿真實驗中要求學(xué)生具備一定的MATLAB 編程基礎(chǔ)之間的矛盾。由于教師在課上時間僅僅能對軟件進行簡單的介紹，學(xué)生很難立即掌握并將其應(yīng)用到天線的仿真中，這就會導(dǎo)致學(xué)生對實驗課的興趣下降，課堂效率隨之降低。第二，實驗課往往僅能被講授一遍，而涉及的內(nèi)容卻較多，部分同學(xué)需要利用課下時間進行復(fù)習(xí)與實踐，但僅憑回憶通常記不起教師在課堂上所講的全部內(nèi)容，進而導(dǎo)致復(fù)習(xí)效果下降[2]。

2 將微課應(yīng)用于天線實驗課程中的優(yōu)勢

微課是一種以短視頻和互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的新型的教學(xué)手段，具有短小精煉、靈活方便、反饋及時的特點[3]。若將其應(yīng)用到當(dāng)前的天線實驗教學(xué)中，探索一種基于微課與MATLAB 仿真的天線實驗教學(xué)方式，將會帶來以下優(yōu)勢：

（1）拓展教學(xué)內(nèi)容。教師將MATLAB 軟件的使用說明和仿真demo 提前錄制成視頻，每個視頻長度控制在十分鐘左右，于課前在線上分享給學(xué)生來預(yù)習(xí)，這樣學(xué)生可以提前了解實驗內(nèi)容，并做好前期的準備工作，很好地解決了學(xué)生在實驗課上跟不上思路，以及影響仿真實驗實踐展開的問題。與此同時，這種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式能夠激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，其在完成實踐的過程中增加了對專業(yè)課學(xué)習(xí)的自信。

（2）整合教學(xué)資源。在基于微課的教學(xué)過程中，學(xué)生可以更充分地利用自己零碎的時間，并根據(jù)需要調(diào)整學(xué)習(xí)進度，實現(xiàn)碎片化學(xué)習(xí)[4]。由于不同學(xué)生對知識點掌握的程度不同，微課中還可以額外發(fā)布一些拓展性實驗給那些基礎(chǔ)好的學(xué)生，而對于那些基礎(chǔ)掌握仍不牢固的學(xué)生，則可以通過微課進行復(fù)習(xí)和強化，最終實現(xiàn)差異性教學(xué)。

3 基于微課和MATLAB 的天線實驗教學(xué)案例

（1）課前

在實驗課前的一周左右時間向?qū)W生發(fā)布學(xué)習(xí)資源，具體任務(wù)單如表1 所示。

表1 任務(wù)單

表2 課堂作業(yè)

（2）課中

首先，教師通過示例講解本節(jié)實驗課中涉及的知識點，并解答同學(xué)們在預(yù)習(xí)過程中反饋的問題。然后，教師布置課堂作業(yè)如表2 所示，組織學(xué)生進行分組驗證，進一步鞏固MATLAB 的使用方法，與此同時，要求學(xué)生在討論過程中以分組的形式總結(jié)對稱振子方向圖的特點。最后，教師對本節(jié)實驗內(nèi)容進行總結(jié)和知識擴展，而對那些學(xué)有余力的同學(xué)可適當(dāng)增加研討項目，例如，討論對稱振子方向性系數(shù)與電長度L 之間的關(guān)系。

（3）課后

教師鼓勵學(xué)生將自己的實驗成果做成微課，以便供其他學(xué)生參考和學(xué)習(xí)，展示參考截圖如圖1 所示，這種方式不僅能激發(fā)起學(xué)生對天線實驗的積極性，還能使他們的創(chuàng)新能力和自信心得到增強。與此同時，在課后還可以通過線上發(fā)布調(diào)查問卷，使學(xué)生能夠?qū)崟r地對本節(jié)課程進行評價，進而教師根據(jù)評價結(jié)果對下次實驗課進行進一步的優(yōu)化。

圖1 對稱振子方向性與電長度之間的關(guān)系演示

4 結(jié)論

本文探索了一種基于微課與MATLAB 仿真的天線實驗教學(xué)方式，通過“對稱陣子方向性研究”這節(jié)實驗課的設(shè)計可以看出，這種授課方式能夠整合教學(xué)資源，充分地利用學(xué)生碎片化的時間，其不但能夠節(jié)省緊張的實驗教學(xué)課時，還能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的創(chuàng)新能力，最終提高教學(xué)效率和質(zhì)量。