电波理论与天线课程教学方法改革的探索

徐春雨，王豫峰，郭常盈，徐国清（.南阳理工学院计算机与信息工程学院，南阳　473000；.南阳理工学院软件学院，南阳　473000）

电波理论与天线课程教学方法改革的探索

徐春雨1，王豫峰2，郭常盈1，徐国清1
（1.南阳理工学院计算机与信息工程学院，南阳473000；2.南阳理工学院软件学院，南阳473000）

0　引言

电波理论与天线是为通信工程专业本科生开设的一门专业必修课，是在学习电路基础、大学物理等课程的基础上，深入学习无线通信领域的重要课程，是一门理论性好和实践性较强的课程。电波理论与天线是多个学科的交叉点，它在整个通信系统的学习过程中起到了承上启下的作用，不仅是联系了物理上的电磁学和电路基础，更加关系到光纤通信和微波电路的学习，天线部分的学习更是关系到移动通信、卫星通信以及电视、雷达等各种专门学科，所以该学科对通信专业的人才培养至关重要。同时该课程理论性很强，要求数学基础扎实，学生学起来很困难，特别是南阳理工学院学生基础知识薄弱，分析问题能力一般，学生戏称该门课为“天书”。针对这种情况，我们对教学方法进行不断的改进，尽量避免烦琐的数学公式的推导，以生活实例，增加学生的学习兴趣，不仅使课堂教学生动形象，而且让学生更加注重物理规律，教学效果有了很大改善。

1　课程改革的必要性

1.1解决教学内容多与授课学时少矛盾的需要

随着国家高等学校本科教育改革的推进，按照我校应用型本科的实际，本科生所学的课程数目大大增加，使得本课程出现了两个变化：一方面，课程的学时数大大下降，从原来的56学时降到40学时；另一方面，由纯理论教学转变为理论和实践相结合，并逐步加重实践教学的权重。这就要求授课教师必须对课程进行整体规划，重新制定教学大纲，编排教学内容。

1.2解决课程理论性强，学生学习积极性不高的需要

本课程以高等数学和物理学为基础，课程理论性强，概念抽象，公式繁多，数学推导繁琐，需要学生具备较强的空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能力，因此历来被公认为是一门难教难学的课程［1］。

1.3充分发挥现代教学手段，提高授课质量的需要

传统的粉笔加黑板的教学手段，使得很多的电磁场模型无法给学生演示。就算使用多媒体教学，但是，许多公式推导不能完全依赖多媒体，必须结合必要的板书，否则学生就有看电影的感觉，如何充分发挥现代教学手段，提高授课质量的需要是一个亟需解决的难题。

1.4解决纯理论教学弊端，提升学生实践能力的需要

本课程已经有比较完备的理论体系，以前教学都是纯理论教学。同时由于该课程实验教学设备昂贵和资金等原因，实验设备没有到位，实验课程也没有能够开设。而实际上，作为一门专业必修课，它与工程应用有着密切的联系，在学生的日常生活中就存在着大量的应用案例。如何将授课的理论与实践相结合，提高学员的分析、运用能力，也是本课程教学改革面临的任务。

2　教学内容的改革

电波理论与天线的学时变少。最初是56学时，现在是40学时，其中8学时的实验。而且在这门课程之前并没有上电磁场理论这门课，因此，如何能够这样的情况下调整内容，并且激发学生的学习兴趣，是每个教师都必须要考虑的。

首先，上好绪论课。绪论课中应讲授本门课程的学科内涵、应用领域、发展历程、发展简史等内容，并配于相应的图片。同时，结合生活中的例子，说明这门课程的内容和我们的生活息息相关。例如微波炉的工作原理，微波是一种电磁波。这种电磁波的能量不仅比通常的无线电波大得多，而且还很有“个性”：微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等绝缘材料，但不会消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收［4］。最大程度上激发学生积极思考和努力学习。

其次，课上加入更多实例教学，以不断激发学生的学习兴趣。一堂好的绪论课，能使学生在最初几周内对这门课保持兴趣，之后枯燥的理论、繁琐的公式、艰涩的原理把热情慢慢的耗尽。因此，教师应在每个章节都补充鲜活的例子来活跃课堂气氛。而生活中和电波及天线有关的实例并不难找，而且有的非常有趣。例如在矢量分析这一章补充高频地波雷达海洋监测的双站矢量流场来解释旋度；在静电场这一章补充手机电池辐射对人体的影响；在恒定电场和电流这一章补充电能的无线传输等等诸如此类的例子，在扩大学生知识面的基础上，使他们更好地理解电磁场的基本原理、基本方法，使学生在轻松愉悦的氛围中学习。

再次，教师应做好引导、总结工作。电波理论与天线这门课，很多学生反映：上课能听懂，但课后习题不会做；公式多，而且杂，看到题目后不知从何处下手。这首先反映了本门课理论性强的特点，另外也是提醒教师应增加例题的讲解。每个知识点重点讲授一个例题，既加深了学生内容的理解，又能给出详细的解题思路和步骤。同时，教师需要及时总结，帮助学生把知识点串联起来。例如完恒定磁场部分，知道求一段长直导线在空间任意点的磁感应强度B四种方法：（1）采用安培磁力定律；（2）采用毕奥-沙伐定律求解；（3）采用安培环路定律求解；（4）先求磁矢位，然后再求磁场强度。

3　教学手段改革

3.1教师和学生角色转换

角色转换教学的意义就是建立以学生为主导的模式，在传统的课堂教学中教师是课堂的主导，而角色转换教学打破了原有的教学模式。在上课之前，教师会安排学生先进行预习，然后将疑问带到课堂上，教师根据问题进行讲解，这样既节省了教学时间，同时教学效果也比传统的“填鸭式”教学更好。角色转换教学提高了学生学习的主动性。同时，调整出部分课时让学生对课程进行讲授，学生讲得不完整的部分由教师重新讲解。通过这种方式，讲课的学生因为要花很多时间去准备，学习效果必然很好，听课的学生因为是自己的同学讲，感觉很新鲜，听课的效果也会很好。这种方式笔者在讲习题课的时候经常使用，感觉效果很好，学生对知识的理解也更加清晰。

3.2传统的板书和多媒体的有效结合

采用传统的板书和多媒体技术相结合的方法，来提高课堂的教学质量。多媒体教学一方面加大了课堂的信息量，另一方面也使得教学内容更加生动形象，让学生通过强烈的视觉效果加强理解，达到了事半功倍的教学目的。例如，讲解麦克斯韦方程组，就一定需要板书，因为麦克斯韦方程组涵盖了静电场、恒定磁场、时变电磁场三个章节的内容，所以，要利用板书通过教师的逐步引导让学生回忆起相关内容，并且提炼出麦克斯韦方程组，这样才可以使知识连贯起来，在学生头脑里形成体系，单纯地依靠多媒体把公式摆出了达不到这样的效果。

3.3将仿真软件引入到教学中

现在的学生都有很强烈的参与意识，所以，互动式教学更容易激发学生的学习兴趣。对此笔者的做法是：把计算机仿真软件引入到教学环节中，本门课程用到了两个仿真软件，其一是MATLAB。它主要包括MATLAB和Simulink两大部分，能够动态地模拟电磁波的传播状态，能够直观地看到天线的方向图。另一个是ADS（Advanced Design System），可以更加直观地观测电磁波的变化过程。计算机仿真让枯燥难懂的公式变得更加直观、形象，学生就容易接受这门课，也有了兴趣学习，同时将教师和学生从烦琐的公式推导中解放出来，将更多的精力放在对电磁波物理规律的理解上。

3.4利用“精品课程”网络教学平台开拓学生创新思维

改变原有的教师备课模式，将教师备课内容（包括教学大纲、教案、讲稿、PPT、课后习题、题库等）全部上传到“精品课程”网站中，让学生对自己所学的课程有更加立体化的了解。同时，将课程按不同课时的要求，根据教学重点及难点分小节录制成15分钟左右的小视频，每个视频都具有较强的针对性，视频的拍摄根据教师实际多角度拍摄，让学生有身临其境的感觉。将“幕课”的形式融入到传统教学中，大大提高了学生学习机动性，可以成为一种让学生自主学习、进行探究性学习的平台。尤其对于电波理论与天线中，电感的计算、坡印廷矢量的计算等内容，学生可以通过反复地观看视频，加深对知识点的理解。通过“精品课程”网络教学平台的利用，使教师与学生的关系变得更加密切、更为融洽。

4　结语

近几年来笔者在电波理论与天线课程中进行了教学改革的实践，已经取得了初步的教学效果。最大的收获，就是学生在学习过程中更加主动，不是单纯依赖教师的讲授，而是充分发挥学生在教学中的主体地位，学习的积极性明显提高，教学效果也有显著的改善。

［1］刘芫健.《电磁场理论》课程教学改革研究［J］.科技信息，2011（08）.

［2］张起晶，孙桂芝，边莉.电磁场与电磁波课程教学改革研究［J］.黑龙江教育（高教研究与评估），2011（10）.

［3］张华美，徐立勤.《电磁场理论》课程教学的几点认识［J］.科技信息，2011.3.15.

［4］王庄林.微波炉：巧克力熔糊后的发明.科学世界［J］，2009（07）.

［5］杨虎，张炜.《电波与天线》课程教学改革探索［J］.高等教育研究学报，2012（6）.

徐春雨（1983-1），女，河北蔚县人，硕士研究生，讲师，研究方向为通信与嵌入式系统

王豫峰（1982-7），男，山东平度人，博士研究生，讲师，研究方向为智能计算

郭常盈（1977-2），女，河南南阳人，硕士研究生，讲师，研究方向为光通信技术

徐国清（1986-2），男，河南商丘人，博士研究生，讲师，研究方向为图像处理

Wave Theory；Teaching Means；Teaching Reformation

Exploration of Teaching Reformation of the Electromagnetic Wave Theory and Antennas Course

XU Chun-yu1，WANG Yu-feng2，GUO Chang-ying1，XU Guo-qing1
（1.College of Computer and Information Engineering，Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473000；2.School of Software，Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473000）

1007-1423（2015）21-0034-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.21.009

2015-06-04

2015-07-09

电波理论与天线是为通信工程专业本科生开设的一门专业必修课。针对该课程内容多、学时少、理论性强等特点，以教学内容的改革为基石，教学手段的改革为依托，结合近年来的“精品课程”网络教学和“慕课”的教学改革实践，对电波理论与天线课程的教学方法改革进行探索。

电波理论；教学手段；教学改革

南阳理工学院2014年度本科课程考核方式改革专项研究项目（No.NIT2014BKKH-01）

Electromagnetic Wave and Antennas Theory is a professional compulsory course which is established for communication engineering undergraduates.This course is of the features of rich content，recondite theory，and limited teaching hours.the reformation of teaching content and the reformation of teaching methods，combined with the teaching reformation practices of"Excellent course"network teaching and"MOOC"in recent years，proposes and discusses several instructive suggestions for our teaching.