“微波技术与天线”课程的多元化教学实践

刘建霞 李鸿鹰 乔学工

摘 要：本文结合“微波技术与天线”课程的教学实践情况，深入探讨和分析了“微波技术与天线”课程多元化教学的构架体。通过合理安排教学内容、多元化课堂教学、解决问题的课程实验、工程实用平台课程设计及多环节综合评定，提高了课程的教学质量，有效地培养了学生自主学习和创新的能力，教学实践证明该方法具有可行性和有效性。

关键词：微波技术与天线；多元化；创新性；教学实践

作者简介：刘建霞，博士，太原理工大学信息与计算机学院教授，研究方向为智能信息处理；李鸿鹰、乔学工，太原理工大学信息与计算机学院。（山西 太原 030024）

基金项目：本文系山西省教育教学改革项目“电子信息类专业电磁场类课程群建设与教学实践改革”（编号：J2016014）、山西省教学改革项目“‘互联网+下电子信息类人才培养评价体系研究”（编号：J2017024）与山西省教育厅电子信息特色专业建设和太原理工大学电子信息优势专业建设项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2018）29-0052-02

“微波技术与天线”是电气信息类中电子、通信各专业（如电子信息工程、通信工程、微电子、电子信息科学与技术、电子科学技术等）的重要专业基础技术课程，该课程体系由微波工程和天线理论两部分构成，涉及微波的产生、传输、辐射、传播及应用、天线辐射、天线设计等，因此该课程既要求学生掌握基本理论又要打下应用基础，既突出基础性和知识体系的完整性，又尽量避开繁杂的推导，还要注意理论与实际应用的结合。为了兼顾知识体系的完整性及对学生工程实践能力的需求，我们在该课程中采用多元化教学方法，从教学内容设置、课堂教学方法、课程实验、课程设计和课程考核方式这五个方面对“微波技术与天线”课程教学进行了全面而深入的改革，使之形成完整的多元化教学体系。

一、合理安排教学内容

“微波技术与天线”的“微波工程”涉及传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络、微波元器件等，“天线理论”包括辐射场理论、线天线理论、面天线理论等，每一章节都可以扩展为一本书，但在“微波技术与天线”教材中只是一章的内容。根据太原理工大学本科生培养方案设置，其总学时为56学时，其中课堂授课学时为48学时，实验学时为8学时。可见，在有限的时间内不可能对所有的知识点进行全面介绍，必须要合理安排教学内容。我们在教学时主要掌握以下三个准则：突出基础性和知识体系的完整性；注意理论与实际应用的结合；尽量避开繁杂的推导。例如，为了把本课程含有的两部分有效衔接在一起，体现知识体系的完整性，使学生对本门课程有全局的了解，第一节课将对整个领域进行介绍，选择微波器件与天线的认识和应用等方面的内容，讲授时不涉及任何高深理论，只简单介绍其中所包含的理论结果，通过大量的图片（比如同轴线、微波炉、手机、无线路由器等等）介绍和自己生活中的直接体验，能与实际生活结合起来，使学生首先感兴趣。在讲授“微波元器件”章节时，尽量弱化理论推导、强调工作原理、制造和应用等方面。在实际教学内容的选取上应获得学生的积极回应。如学生在教学评价中，能给予本课程授课教师以“教学内容丰富，有效的引导学生思考，能够把工作与生产实践相结合进行授课”的评价。

二、多元化课堂教学方式

由于“微波技术与天线”课程包括微波技术和天线理论两方面的内容，理论抽象又应用广泛，单凭教师讲授无法将问题阐述明白，利用多媒体课件、动画及实物展示等方式，可有效提高学生的学习效果。如在“规则金属波导”章节，首先展示标准的规则金属波导器件，根据导波场理论介绍矩形波导工作原理，建立好理论基础，然后采用CAI课件，将矩形波导的主要工作模式用动画的形式展示给学生，使学生进一步具备电磁波在矩形波导中传输的形象思维，将专业知识与工程实际相结合。在课堂讲授过程中，注重集中授課与小组讨论相结合，强调启发式教学和研究型教学相结合，以学生为主体，注重学生自学能力的培养。

三、基于问题解决的实验教学

“微波技术与天线”课程的理论性和工程实践性都非常强，在教学过程中我们设计了8学时的实验，以帮助学生理解相关理论，提高学生的动手能力。为了充分调动学生在实验过程中的主动性，我们在“微波技术与天线”课程的教学实践中采取“问题式教学法”，将问题贯穿在实验的不同阶段（预习、实验、总结），积极引导学生由简单操作变为主动探索，让学生带着问题去实验，在实验中解决问题，在掌握知识的同时学会分析问题和解决问题，充分调动了学生的主观能动性，很好地培养学生的思维能力、动手能力、创新能力和综合运用知识解决实际问题的能力，取得了明显的教学效果。

四、基于工程实用平台的课程设计

课程设计是对“微波技术与天线”课程的综合训练，通过学习和正确使用工程实践中常用的电磁仿真软件，加强学生对相关理论知识的理解和掌握。相关的电磁仿真软件有20种之多，如HFSS、ADS、Ansoft Designer、CST、Sonnet、Microwave Office等。Ansoft公司的HFSS软件是业内公认的三维电磁场设计和分析的电子设计工业标准，该软件能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。我们在课程设计中分别设计了基于HFSS的微波器件和天线设计题目，包括环形器、滤波器、魔T、八木天线、微带双频天线、圆极化微带天线等，以期达到培养学生查阅资料、选取设计方案的能力；初步培养学生在射频领域分析问题和解决问题的能力；培养学生严肃认真的科学态度和不断创新的精神；培养学生团队合作精神与交流能力以及在课程设计中，要求学生数人合作工作，并要求学生将设计方案当众宣讲、讨论、论证等教学目标。

五、多环节综合评定考核成绩

针对“微波技术与天线”课程设置的多元化教学环节进行了考核改革，通过平时成绩、实验操作与报告、课程设计答辩及报告和结课考试等多个环节综合评定。在结课考试的试卷中包括课堂讲授的基础理论与应用（占比90%），还包括实验操作过程、与基础理论对应的实验现象的分析、实验数据分析等（占比10%）；课程设计采用“设计过程+设计报告+结题答辩”考核方式，设计过程包括资料收集、方案设计、软件建模、结果分析、结构优化等，结合设计过程写出设计报告（占比70%），相关课程的授课教师形成答辩小组听取学生的结题答辩（占比30%），最终给出课程设计的成绩。通过以上考核方法的改进，尽可能使考核的覆盖面更加全面，以考核促进教学，同时充分调动学生平时学习的积极主动性，进而提高学生的实践能力与创新能力。

参考文献：

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责任编辑 陈 莉