天线实验课存在问题与教学方法改进的研究

叶志红　李强　邵羽　廖希

摘要 为了让学生更好地理解天线的辐射特性，同时提高学生对天线测量的实践操作能力，开设天线实验课并达到高效的实验教学效果就显得十分重要。针对传统天线实验课存在的问题，本文将结合科学研究技术、多媒体和网络教学平台，对天线实验课程的教学方法进行改进，提高课堂教学效率，让学生在提高天线测量能力的同时，更好地理解天线的理论知识。

关键词 天线实验课 存在问题 教学方法改进

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.02.048

1开设天线实验课的必要性

随着4G和5G通信技术的发展，天线对于通信质量的好坏起到至关重要的作用，其将发射端产生的电磁信号辐射出去，并在接收端进行接收。因此，对于信息与通信工程和电子信息工程专业的学生，开设天线课程十分必要。然而，天线课程涉及到大量的电磁场理论和公式推导，且天线种类繁多，结构不同，辐射机理亦不同。如何更好地讲解天线知识，让学生更容易接收和理解，是值得思考的问题。

因此，学院在制定专业培养方案时，将天线课分成两部分进行授课，即理论课和实验课。理论课注重讲解各类天线的结构和辐射特性，而实验课注重培养学生的动手能力，同时加深对天线理论知识的理解。目前，天线实验课存在课时少，实验内容不新颖以及学生缺乏积极性等问题，如何科学地解决上述问题，将是本文的研究重点。

2天线实验课存在的主要问题

2.1课程内容和学时以及实验室设备之间存在矛盾

目前，学院开设的“无线通信电波传播与天线”课程共48学时，而天线实验只占了8个学时。实际上，天线实验课程涉及的实验内容较多，但是受学时的限制，课程以内安排的实验内容有限，只能根据实验的难易程度选择一部分进行实验教学。同时，由于天线测量系统昂贵，受实验经费的限制，无法满足学生一人一套天线测量系统的需求。如何协调课程内容与学时以及实验设备少之间的矛盾尤为重要。

2.2实验内容缺乏完整性

目前天线实验课程的内容均为验证性实验内容，而缺少设计性实验和综合性实验内容，使得整体实验内容缺乏完整性。教育部已经提出“在本科实验教学实验项目类型设置上，综合性实验、设计性实验必须达到一定的比例”的要求，Ⅲ因此，如何合理制定实验内容，从而培养学生的动手能力和运用知识解决实际问题能力，显得尤为重要。

2.3考核方式不合理，无法调动学生学习的积极性

恰当的考核方式不仅能够对学生学习情况进行评价，同时也能激发学生的学习积极性，从某种角度来讲也是对学生的一种鼓励，能提高学生学习的积极性。因此，如何合理客观地评价学生的实验成绩就显得非常重要。目前，天线实验课的成绩只是作为平时成绩的一部分，而且考核方式主要以点名和实验报告作为考核标准。另外，由于实验设备少，学生需分组实验，这样必然会导致有些学生可以投机取巧，不主动参与实验，而且抄袭同组同学的实验报告，这也是抄袭现象屡禁不止的原因。如何有效评价学生的实验课成绩，提高学生做实验的积极性，是目前天线实验课教学面临的一个新问题。

3实验教学方法的改进

针对上述目前天线实验课存在的问题，将科学研究技术、多媒体和网络教学平台结合起来，对天线实验课的教学方法进行改进，从而提高天线实验课的课堂效率以及学生做实验的积极性，达到培养学生动手能力和解决实际问题能力的目的。

3.1调整实验内容

由于天线实验课学时少，因此，需在有限的学时内，合理制定实验内容，使其涵盖设计性、验证性和综合性三类实验，且合乎逻辑。具体的实施过程可以分成三个阶段：（1）天线辐射的仿真分析；（2）天线性能的测量；（3）天线设计加工与测试。

这样调整的目的是：首先，让学生花2个学时的时间，利用电磁场仿真软件（例如CST），对天线进行建模，仿真分析天线辐射的空间电磁场特性以及方向图、增益等电参数，使得学生对天线设计以及辐射特性有了全面的了解。然后，安排6个学时的验证性实验课，测量不同类型天线的方向图、增益和轴比等电参数，加深学生对天线类型和辐射性能的认识。最后，安排2个学时的综合性实验课，选择一种难易适中的天线进行设计并加工，然后测试天线的方向图和增益等电参数，从而培养学生的解决实际问题的能力。不过，综合性实验无法在2个学时的实验课堂内完成，因此，在课外需安排2-3个时间段对学生开放实验室，保证学生有足够的时间完成天线设计和加工。

3.2将科学研究、多媒体和网络教学平台应用到天线实验教学

实验课内容安排合理之后，上好天线实验课就尤为重要。天线实验课需要包括两个重要环节，分别为实验原理讲解和实验演示与学生实验操作。

实验原理讲解很重要，否则学生只是知道完成实验内容，而无法从本质上理解和掌握天线的辐射性能。因此，在每次实验课之前要求学生预习实验原理。为了督促学生进行预习，可以采用网络教学平台（例如对分易教学平台）进行测试，具体实施方法是：老师预先针对实验内容设计一套题目，然后上传到网络教学平台上，然后上课之前让学生登录平台进行测试并评分，并以此作为实验成绩的一部分，这样可以提高学生做好预习的积极性。在讲解天线实验原理时，为了避免让学生去理解繁杂的理论推导过程，可以将科学研究技术融入进来，例如可以采用时域有限差分（FDTD）方法（一种高效的全波数值算法）对天线结构进行建模，并模拟得到天线辐射信号从近场区到远场区的传播过程，然后结合相应的图片编辑软件，将整个天线的辐射过程做成动画，然后通过多媒体进行播放，这样既能够让学生更容易接收和理解，同时可以节省大量的课堂讲课时间，留出更多的时间用于实验操作。

实验原理讲解完成之后，需要学生进行实验操作。在学生开始实验之前，老师有必要给学生演示一下，一方面是通过演示的过程可以给学生讲解实验操作步骤，另一方面是，通过演示，让学生了解有哪些地方或者细节需要注意，同时有必要提醒学生在实验时需注意操作安全以及实验操作规范。在学生实验操作过程中，由于学生是分组实验，为了避免一些学生不参与实验，老师应在各组之间多走动，督促学生积极参与实验。另外，在检查学生的实验结果时，不只是检查测量数据，还可以通过提问的方式，让学生加深对天线测量和天线性能的理解和认识，例如，实验采用的哪种天线测量方法，实验测量的是哪个面的方向图，等等。

3.3改进考核方式

考虑到学生对实验成绩比较关注，考核方式会直接影响到学生做实验的积极性。因此，需要对天线实验课的考核方式进行改进，能够从多方面综合评价学生的实验成绩。

实验成绩按照百分制來算，具体可分为4个部分：第一部分为考勤，占实验成绩的10%；第二部分为预习，通过网络教学平台可以很方便地进行管理，占实验成绩的10%；第三部分为实验操作技能，主要考察学生对实验的态度、参与实验情况、仪器操作熟练程度、回答问题情况等，占实验成绩的40%；第四部分为实验报告撰写和数据分析，主要考察学生撰写报告的能力、分析问题和解决问题的能力，占实验成绩的40%。

4小结

开设天线实验课，能够让学生更容易理解和掌握天线的理论知识，同时培养学生的动手能力和解决实际问题的能力。针对传统天线实验课存在的学时少、实验内容缺乏完整性以及学生实验积极性不够的问题，本文通过对实验内容进行合理调整，将科学研究、多媒体和网络教学平台应用到天线实验教学来提高教学效率，并对课程考核方式进行改进来激发学生的积极性，对天线实验课的教学方法进行改进，从而提高天线实验课的课堂教学效果。