新工科背景下《电波传输与天线》的课程教学改革研究

王菲，关云静

（西安交通工程学院 中兴通信学院，陕西西安，710300）

0 引言

当前我国工业建设迫切的需要地方应用型本科高校培养具有创新、创业和跨学科能力的工程技术人才[1-3]。“新工科”当中的“新”字重点体现了新时代的特色，与传统工科特点相比来说，新工科的培养机制更加注重对未来科学产业的发展需求，完美体现了不同的交叉学科之间的融合性[4][5]。《电波传输与天线》这门课程是通信工程专业与电子信息工程本科专业的专业核心课程，是通信工程和电子信息工程专业的本科学生中完整的知识体系中的重要组成部分，这门课程在理论教学和实践教学当中的要求都非常高。传统模式下的教学方式已经不能完全适应“新工科”背景模式下对于教学工作的需求，基于“新工科”背景下《电波传输与天线》这门课程的教学改革研究是一个很迫切的研究内容。本文通过了解“新工科”背景模式下的发展方向和目标，同时将《电波传输与天线》这门课程作为代表，探索传统教学模式在教学方式和方法上存在的问题，从而提出了在“新工科”背景下《电波传输与天线》该门课程的改革思路和方法。

1 传统的《电波传输与天线》在教学中存在的问题

通过对《电波传输与天线》该门课程的学习，使学生掌握电磁场的基本理论、定理和定律，传输线理论、波导理论、微波网络理论、电磁辐射理论、天线原理等相关内容。《电波传输与天线》需要大量的大学物理和高等数学等相关知识，该门课程的数学推导相当复杂，物理概念也非常抽象，学生和教师都普遍认为《电波传输与天线》课程是通信工程与电子信息工程专业中学习难度非常大的一门专业课程之一。而对于大多数学生来说，其数学和物理的基础较差，对于课堂上出现的大量公式推导显得枯燥，促使学生学习积极性非常低，从而导致大部分学生的学习效果较差。

1.1 课程体系不适应工程化要求

《电波传输与天线》是通信工程和电子信息工程专业的专业基础课，西安交通工程学院通信工程与电子信息工程本科专业的办学定位是培养应用型人才，但是《电波传输与天线》该门课程的课程教学大纲是依照全国电子通信类重点院校的教学大纲来制定的。目前来说，《电波传输与天线》该门课程在教学过程中，内容理论性过强，数学推导过于复杂，物理概念非常抽象。学生在学习的过程中很难与电磁波实际的工程应用情况联系起来，所以导致学生在课后是很难能够达到学以致用的效果，这就促使学生完全脱离了当前专业领域中复杂的工程问题。综上所述，目前该门课程体系的设置并不完全适应应用型人才教育培养的要求。

1.2 学生学习热情不高

《电波传输与天线》这门课程的培养目标是理论联系实际工程背景的能力，但是在实际教学工作中出现的问题是理论教学与实践教学没有进行深度的融合。该门课程十分抽象难懂，导致学习热情大幅度下降，只有部分同学可以跟上教师讲解的进度。教师在教学过程中完全参考教学大纲以及教材来讲解这些抽象的知识点，而且在上课的过程中还有很多公式的推导，这种模式是很难调动学生的积极性。

1.3 教学模式较传统

目前大多数的教学模式都是采用PPT+板书相结合的模式，按时这些并未从本质上体现“新工科”要求对应用型本科培养的要求。首先在教学上，教师局限于课本内容，基本的电磁场特征和现象，以及传输线理论、电磁辐射理论、天线原理等都停留在概念上，对相关实际工程应用所涉及的资料是非常缺乏的，这就导致教师在授课的时候是非常枯燥的；其次现在的课堂模式仍然是教师主讲，学生被动听的模式，在课堂上，学生比较被动，从而导致课堂没有带入性。最后是由于学校实验设备限制的原因，导致实验教学模式过于单一，学生只能按照实验指导书完成指定的实验。

2 “新工科”背景下《电波传输与天线》的教学改革

针对传统教学模式下的弊端以及通信工程和电子信息工程专业的培养方案和培养目标，从以下几个方面介绍了基于新工科背景下的《电波传输与天线》的课程教学改革方向。

2.1 精选合适教材

挑选合适的教材和资料是上好该门课程很重要的一个因素。教师应根据课程大纲的要求，针对不同专业来选择不同的教材。比如，《电波传输与天线》这门课程的课程大纲内容涵盖了电磁场与电磁波、微波技术与天线两部分的教学内容，所以选择教材应该是对这两部分内容具有全面性的解释。本门课程的课时只有48课时，同时根据该课程在专业建设的地位中决定少讲或不讲相关性不大的内容。最后在教学的过程中还要实时更新教学内容与方式，以此来激发学生对该课程的学习兴趣。

2.2 建设双师型教学团队，教学中引入科研

教学工作和科学研究是息息相关的，科研和教学工作通过相互之间的促进作用，引入科研机构参与到整个教学环节当中，使得人才培养目标和行业需求紧紧结合在一起。针对学校的实际情况，学院的专业课教师针对自己的专业方向和研究方向，不定期的参加相关培训，加强和巩固双师型师资的培养，使得专业课教师在讲解课程时能够把电磁场工程应用背景在课堂上展现，让学生对知识的理解不再是枯燥的数学符号，而是实际的工程模型。任课教师还可以引导对课程感兴趣的学生，让其积极的参与到教师的相关研究课题当中，以此来巩固对知识的理解和应用。

2.3 理论教学与实践教学相结合

新工科背景下《电波传输与天线》的实践教学是改革的重要组成部分之一，目前该门课程的教学大纲安排的实践教学内容没有更新，比较陈旧，学时很少，只有8个学时，影响了学生对课程知识点的深入理解，从而降低了学生的学习热情。新工科背景下实践教学改革的是以单独的项目形式来完成实验的选题和方案制定[6][7]，要求学生在规定的时间内完成实验内容，最终的实验成绩也不是单一的，它是以项目组成员所做的实验进行专题汇报和审阅报告相结合的方法来评定成绩，以这样项目化的实践教学方式学生很容易产生成就感，也就很容易激发学生的学习激情，体现了实践性与理论性的完美结合。

参照该门课程目前课程大纲中的实践课时，以及针对各个章节重难点，设计出适合学生的项目。包括微波技术部分当中匹配电路的设计如图1，涉及到的基础知识主要包括微带传输线、阻抗匹配、反射系数、驻波比、Smith 圆图、单枝节匹配和双枝节匹配等相关内容，这些内容主要对应的是微波传输线方面知识的实际应用。其次还包括天线部分的半波偶极子天线的设计：涉及到的知识主要有电偶极子的辐射与方向系数如图2所示、天线的输入阻抗、方向图、效率、增益、工作带宽等相关电参数，这些主要对应于电磁辐射与天线知识的实际应用。

图1 阻抗圆图

图2 电偶极子的方向系数与辐射

2.4 课堂情景模式的改革

随着“互联网+”的逐步发展，目前很多新型的教学手段如“翻转课堂”和“中国大学MOOC“等在高校中不断的推广和实施[9]，同时教师还可以使用腾讯会议、钉钉等相关软件来进行授课，提高学生参与课堂的主动性。在近两年疫情的影响下，线上课堂模式的重要性显得尤为重要。结合西安交通工程学院线上教学模式实际情况，任课教师在学习通上建设《电波传输与天线》的课程资料，学生在课堂上没有听明白的内容可以在线上继续学习，同时可以提问，并参与讨论。传统的板书+PPT教学模式要与学生实际相情况适应，增加情景搭建，让课堂教学形象化，如在讲授电磁场与电磁波部分内容时，可以将电磁场和电磁波在空间中传播的完整动画视频作为上课材料进行展示[8]。

2.5 督促学生积极参加学科竞赛

通过参加各类学科竞赛，使得学生对课程知识点的理解，以及与其他课程的连接有进一步的理解。如指导学生参加“全国大学生挑战杯”和“全国大学生电子设计竞赛”等相关竞赛，充分利用大赛这种赛制，以此来综合检验学生的应用和创新能力。

2.6 开展校企合作

通过开展校企合作的方式，学校与相关企业合作开设专业课程，使得学生能够了解实际应用场景并锻炼了动手能力。

3 总结

新工科背景下《电波传输与天线》的教学改革相比较传统教学过程，是面向新时代下经济发展的方向和产业结构相对动态变化的概念[10][11]。本文从教材的选择、教师团队的建设、理论教学与实践教学的相结合模式、课堂情景模式的改革以及学生参与到竞赛和科研当中等方面出发，以培养应用型本科人才为目标，探索《电波传输与天线》课程教学的方法和手段。由此可知，要上好该课程，首先教师要有自己的人格魅力，其次，要充分发掘每个学生的潜在能力，要作为学生在学生上的向导，这样的话，才能全面提高学生的综合能力，达到应用型本科人才培养的目标。