基于BOPPPS+模式的天線與電波傳播課程教學設計探索與實踐

摘" 要" 教學設計是高校課程教學活動的重要組成部分，也是教學實施的關鍵一環。以天線與電波傳播課程為例，對“BOPPPS+”模式教學設計進行探索與實踐，將原教學設計修正為三個環節，將“參與式”教學組織實施修正為四個步驟。實踐表明：該方法對于培養學生創新意識、激發思維活力具有一定的實踐意義。

關鍵詞" 天線與電波傳播；BOPPPS+；教學設計；教學組織；“參與式”教學

中圖分類號：E251.3" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）23-0-05

0" 引言

2021年4月19日，習近平總書記在清華大學考察時指出：“要培養一流人才方陣，建設一流大

學，關鍵是要不斷提高人才培養質量。要想國家之所想、急國家之所急、應國家之所需，抓住全面提高人才培養能力這個重點，堅持把立德樹人作為根本任務，著力培養擔當民族復興大任的時代新人。”[1]高等學校培養人才最基本途徑是教學，教學是高等學校工作的中心環節，而教學效果則直接取決于教師對教學內容的科學設計和對教學實施的合理組織[2-3]，因此，對課程的教學設計進行創新已成為每一名高校教師所面臨的突出問題。

天線與電波傳播是本科階段通信工程專業的核心課程之一，作為專業背景學科基礎模塊中的必修課程，該課程理論與實踐課時分配比例為4∶1，涉及內容對學生掌握通信工程基礎知識，打牢專業基礎起到推動作用。因此，本門課程要實現三個方面的教學目標。首先，在知識與技能上，學生通過學習可分析出不同天線的性能，并比較典型天線的特性和應用場景，能夠總結典型電波傳播方式的適用范圍，從而具備分析天線與電波傳播中遇到的實際問題的專業技能。其次，在過程與方法上，通過理論學習、課堂討論、作業、實驗訓練等一系列教學活動，學生能夠總結出天線結構與性能之間的關系、天線性能與參數之間的聯系，可闡述天線與典型電波傳播的適用原則，能建立天線與電波傳播的知識體系，會根據實際需要進行天線的選擇和架設。最后，在情感態度與價值觀上，通過課堂展示與分享，學生具備求真務實的科學態度和嚴謹細致的科研精神，具有理性思維、創新意識和不怕困難勇于攀登科學高峰的學習態度。實際教學中，要達到這些教學目標往往需要相應的教學設計和實施予以支撐。

在現代教育理論中，比較有代表性的教學模式是BOPPPS。該教學模式源于加拿大的教師技能培訓，它是一種以教育目標為能力導向、以學為中心的新型教學模式[4]。BOPPPS教學模式將整個教學環節劃分為六步：B（課程導入，Bridge-in）、O（學習目標，Objective）、P（課前測試，Pre-assessment）、P（參與式學習，Participatory Learning）、P（課后檢測，Post-assessment）、S（歸納總結，Summary）[5]。“BOPPPS+”模式是在傳統的“BOPPPS”模式基礎上，按照“能力導向”和“學為中心”的總要求，將“參與式學習”貫穿教學內容設計和教學實施的全過程，科學設計“課程導入”和“學習目標”，抓細抓實“課前測試”和“課后檢測”，并在歸納總結中巧妙融入思政元素[6]。結合課程特點和教學目標的總要求，基于“BOPPPS+”模式的“參與式”教學設計和實施將非常適合天線與電波傳播課程的教學組織。

1" “參與式”教學內容設計思路

激發學生的創新意識，提高學生思維活力，必須從“參與式”開始，探究是過程，聯系實際是最終目標[7]。“參與式”教學內容設計將原教學設計修正為三個環節，包括核心要點、學用相長和融會貫通，設計中通過“滲透+啟發”“演示+辯論”“對話+案例”等環節階梯式地培養學生的創新意識，從而以創新思維重塑課堂。

天線與電波傳播課程理論性強、概念較抽象，同時，它還具有工程性強、聯系實際的標準高、內容繁多、知識記憶難度大等特點。因此，確立本課程教學設計的總體思路為：首先，契合課程教學大綱和人才培養方案所確立的培養目標，注重理論知識、工程實踐與應用相結合，大力培養學生分析解決現實問題的能力；其次，通過“抽象呈現→形象展示→空間想象”的方式，實現對重要概念所包含的物理意義的深刻理解；最后，以“夯實基礎、循序漸進、深入剖析”的基本思路組織教學設計。

天線與電波傳播課程的教學設計總體上分為“天線基礎知識”“典型天線特性及應用”“電波傳播”三大模塊，如圖1所示。設計突出以“對稱振子天線”為中心，以“關鍵定理和原理”為重點，以“頻帶窄寬和頻段變化”為主線，整體上符合由淺入深、循序漸進的認知規律。

1.1" 天線基礎知識

如圖1所示，“天線基礎知識”模塊主要闡述基本振子的輻射模型、天線的電參數（發射、接收）、對稱振子的輻射、天線陣的相關理論以及地面對天線電性能的影響。此部分內容相對抽象、難懂，鑒于此，教學過程中需適當放寬對數學推導的要求，重在強調對物理概念和實際意義的理解，力求做到重點突出、難點吃透，幫助學生快速建立起一個相對完整的天線理論體系。天線基礎知識模塊也是本門課程教學的核心，更是教學設計的重點。因此，結合其所含知識內容的特點，并把握“參與式”教學的三個環節，采用“滲透+啟發”的教學策略，其中知識點之間的邏輯關系如圖2所示。

教學中需首先引導學生由“電”和“磁”的相互關系去探究電基本振子的輻射特性，進而由電磁對偶原理，在電基本振子的輻射特性的基礎上總結出磁基本振子輻射特性，并進一步分析得出衡量天線性能的電參數；其次，結合電基本振子的輻射特性和疊加原理，總結對稱振子天線的輻射特性；并針對對稱振子天線方向性弱這一問題，圍繞如何提高方向性，探索出通過布放陣列天線的方法提高天線的方向性的結論；最后，將自由空間中天線的分析結論引入實際，分析地面對天線電性能的影響。

在融入思政元素的教學設計上，首先通過引入特斯拉線圈了解杰出發明家特斯拉，學習其人品、學風和創新意識；其次，通過學習麥克斯韋方程組，了解法拉第、赫茲、馬可尼等杰出科學家銳意進取的科研精神，感悟方程組的科學美。在“天線基礎知識”模塊設計中要體現“緊跟經典科學發現的軌跡，講好基本理論”的思想。

1.2" 典型天線特性及應用

“典型天線特性及應用”模塊主要闡述簡單線天線（雙極天線）、行波天線（行波單導線、菱形天線）、非頻變天線（平面等角螺旋天線、阿基米德螺旋天線、對數周期天線）、面天線（旋轉拋物面天線、卡塞格倫天線、喇叭天線）的工作原理、使用范圍、具體應用等，此部分是對“天線基礎知識”模塊所學知識的綜合運用，即對具體天線的工作原理和主要電參數進行分析。因此，采用“演示+辯論”的教學策略，以頻帶變化（頻帶寬度由窄到寬）為主線，以理論與實踐的辯證關系為根本遵循，引導學生探究實際天線的應用問題，力求主線清晰、理論聯系實際。

在融入思政元素的教學設計上，首先通過引入“中國天眼”向全世界開放的大國壯舉，了解大國重器，體驗國之驕傲；同時，學習人民科學家南仁東的光榮事跡。

1.3" 電波傳播

“電波傳播”模塊主要包括菲涅爾區概念、視距傳播、地波傳播、天波傳播等知識點，在內容上遵循頻率由高到低的順序，將無線電波的各種傳播方式及特點前后連貫起來，構成一個完整的電波傳播理論體系。由于此部分內容的應用性較強，理論聯系實際的要求標準高，故采用“對話+案例”的教學策略，綜合運用利用慕課平臺、案例等資源，以各電波傳播方式適用的場景為牽引，通過提出“為什么收音機調頻波段的效果好？為什么晚上能夠收到更多的中波電臺？手機天線為什么可以做得這么小而衛星接收天線則是一個大得多的‘鍋蓋’天線？”等問題，提升學生綜合運用知識、主動分析并解決實際問題的能力。

在融入思政元素的教學設計上，通過引入軍事典型案例，將積極的心態、正確的世界觀、人生觀和價值觀傳遞給學生，激發學生的產業自信、民族自豪感和職業責任感。即在“電波傳播”模塊中讓學生領會到無線電波傳播對國防現代化的巨大作用。

2" “參與式”教學組織實施

緊緊圍繞天線與電波傳播課程教學設計的根本目標，將“參與式”教學組織實施修正為四個步驟，包括“講、探、議、鳴”，主要解決“What、Why、How to、Resonance”四個基本問題，用問題啟發思考，用探究引出理論，用理論聯系實際。

2.1" 教師講

“教師講”主要解決“What——是什么”的問題。教學過程中鼓勵學生就教學內容的重點、難點和熱點問題進行課前預習，課上教師則通過對基礎理論知識的講解，讓學生在掌握基本理論的同時理解理論的研究背景和適用場合。此步驟的具體展開形式如圖3所示，此方式既夯實了學生的理論基礎，又為學生探究新問題創造了條件。

2.2" 學生探

“學生探”主要解決“Why——為什么”的問題。教學過程中引導學生提出不同的理論觀點，強化問題意識和批判意識，鼓勵學生獨立搜集、整理與課程相關的研究成果，并運用所學理論進行邏輯分析，教師則對學生分析問題的過程、解決思路進行答疑解惑和全流程的動態管理，將課堂從單純的知識傳授轉變成質疑、解疑的過程，此步驟的具體展開形式如表1所示。

2.3" 師生議

“師生議”主要解決“How to——怎么用”的問題。理論聯系實際能力的培養是當代素質教育的關鍵，教學過程中通過“師生議”，鼓勵學生針對不同問題提出不同觀點，即由問題“滋養”新知識，進而產生思維碰撞的火花。通過不斷探究和培養學生的“生疑、質疑和釋疑”能力，促使學生養成不怕困難、勇于攀登科學高峰的科學精神，圖4所示為拓展天線帶寬的探究過程。

2.4" 師生鳴

“師生鳴”主要解決“Resonance——共鳴”的問題。在引領學生系統認識和正確理解天線與電波傳播的基本概念、基本理論和基本方法的過程中，跟蹤學科前沿，追溯學科發展，讓學生認識科學研究的一般規律，進而樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，實現天線與電波傳播課程的科學文化價值及科學方法價值，圖5為天線伴隨無線電發展進程示意圖。

3" 結束語

在基于“BOPPPS+”模式的教學設計中，“參與式”教學內容設計與教學組織實施是其中的重要環節。其中，教學內容的選擇要注重知識的連貫性，以此激發學生學習的主動性和積極性；而教學實施的過程要注重體現學生的主體地位，引發學生思考并進行主動探究。天線與電波傳播課程的實踐與探索表明：基于“BOPPPS+”模式的課程教學內容設計方法有助于學生夯實理論基礎和培養邏輯思維，其對學生創新能力的提高具有很好的推動作用。該設計方法的驗證與改進仍在繼續，隨著教學改革的不斷深化以及對實踐反饋的總結，其設計方法將得到優化和完善。

4" 參考文獻

[1] 習近平：扎扎實實把中國教育辦好[EB/OL].（2021-04-20）[2023-01-24].https：//www.12371.cn/2021/04/20/ARTI1618873886164793.shtml.

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[3] 陳凡.以學生為中心的教學何以可能：基于51所大學本科課堂現狀的實證研究[J].高等教育研究，2017，38（10）：75-82.

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[7] 陳衛衛，鮑愛華，李清，等.基于BOPPPS模型和問題驅動教學法培養計算思維的教學設計[J].工業和信息化教育，2014（6）：8-11，18.