《微波技術(shù)與天線(xiàn)》教學(xué)的研究與探討

李新?tīng)I(yíng) 曹雪

（河南大學(xué)物理與電子學(xué)院 河南開(kāi)封 475004）

《微波技術(shù)與天線(xiàn)》教學(xué)的研究與探討

李新?tīng)I(yíng) 曹雪

（河南大學(xué)物理與電子學(xué)院 河南開(kāi)封 475004）

通過(guò)對(duì)《微波技術(shù)與天線(xiàn)》這門(mén)課的特點(diǎn)與主要內(nèi)容的分析，針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)中出現(xiàn)的一些問(wèn)題提出了相應(yīng)的改革措施．對(duì)該課程的教學(xué)方式、教學(xué)方法等方面進(jìn)行了探討與研究．實(shí)際教學(xué)效果證明，該系列改革措施增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，教學(xué)效果良好．

微波技術(shù)與天線(xiàn) 教學(xué)改革 教學(xué)效果

1 引言

隨著無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，微波電子系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)、軍事和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€(gè)方面，如微波通信、雷達(dá)、微波遙感、全球定位系統(tǒng)、遙控遙測(cè)系統(tǒng)、電子戰(zhàn)系統(tǒng)等，這些都對(duì)社會(huì)和人們的生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響．特別是移動(dòng)通信，隨著人們對(duì)速率和容量需求的增加，載波頻率不斷地提高，現(xiàn)已進(jìn)入微波波段［1］．因此，對(duì)于電子、通信專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，電磁場(chǎng)、微波技術(shù)與天線(xiàn)等系列課程尤為重要．然而，近年來(lái)全國(guó)高校對(duì)課程體系的改革較大，對(duì)于電磁場(chǎng)微波技術(shù)類(lèi)的課程既壓縮了課時(shí)，又不再單獨(dú)地設(shè)立一些如天線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)電波等課程［2］，所以對(duì)于《微波技術(shù)與天線(xiàn)》這門(mén)課來(lái)說(shuō)，怎樣使工科學(xué)生既有扎實(shí)的理論功底，還具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力就非常有意義了．

2 課程特點(diǎn)與內(nèi)容分析

《微波技術(shù)與天線(xiàn)》是一門(mén)理論與工程性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，涉及到的高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電磁場(chǎng)理論等基礎(chǔ)知識(shí)比較多，是較多工科類(lèi)學(xué)生認(rèn)為較難而又抽象的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課［3］．怎樣通過(guò)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生既能堅(jiān)實(shí)地掌握微波技術(shù)的基本理論和分析方法，又能在工程上具有分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力？了解微波與天線(xiàn)的最新技術(shù)和應(yīng)用就是研究該門(mén)課程教學(xué)方式的重要意義了．《微波技術(shù)與天線(xiàn)》的內(nèi)容主要包括微波技術(shù)、天線(xiàn)與電波傳播、微波應(yīng)用系統(tǒng)3個(gè)部分．

2．1 微波技術(shù)

微波技術(shù)部分主要討論了均勻傳輸線(xiàn)理論、規(guī)則金屬波導(dǎo)、微波集成傳輸線(xiàn)、微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和微波元器件．該部分理論性強(qiáng)，內(nèi)容較為抽象，主要以電磁場(chǎng)理論為基礎(chǔ)，以麥克斯韋方程組為核心，采用場(chǎng)分析法和等效電路法研究電磁波在雙導(dǎo)體傳輸線(xiàn)、矩形波導(dǎo)、圓波導(dǎo)、帶狀線(xiàn)、光纖等物理介質(zhì)中的傳輸特性和工作原理．這部分的學(xué)習(xí)過(guò)程涉及大量的數(shù)學(xué)分析，包括高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)和矩陣?yán)碚摰戎R(shí)，還涉及電路、電磁場(chǎng)和電磁波等基礎(chǔ)理論．在這一部分的教學(xué)中，應(yīng)該注意對(duì)學(xué)生相關(guān)理論知識(shí)的補(bǔ)充，利用多媒體、計(jì)算機(jī)軟件等輔助教學(xué)手段［4，5］，使抽象的問(wèn)題變得簡(jiǎn)單而直觀(guān)．該部分內(nèi)容不僅理論性強(qiáng)，也具有工程性．比如“微波元器件”這一章就是從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，利用矩陣知識(shí)介紹了連接匹配器件、功率分配元器件、微波諧振元件等無(wú)源器件的工作原理與特點(diǎn)．

2．2 天線(xiàn)與電波傳播

天線(xiàn)與電波傳播部分主要基于微波建立的電磁波傳播特性，論述了天線(xiàn)輻射與接收的基本理論、電波天線(xiàn)、線(xiàn)天線(xiàn)及面天線(xiàn)，還介紹了工程中常用的鞭天線(xiàn)、電視天線(xiàn)、移動(dòng)通信基站天線(xiàn)等．天線(xiàn)的發(fā)射和接收涉及到饋電技術(shù)和阻抗匹配原理，輻射涉及到方向圖理論，這些理論也較為抽象，而且體現(xiàn)了理論與工程相結(jié)合的特點(diǎn)，所以和微波技術(shù)部分一樣，對(duì)教師和學(xué)生都有著較高的要求．

2．3 微波應(yīng)用系統(tǒng)

這一部分主要從工程的實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，介紹了幾種微波應(yīng)用技術(shù)，例如雷達(dá)系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)及微波遙感系統(tǒng)等．這部分是與實(shí)際應(yīng)用聯(lián)系最緊密的，也是學(xué)生最為感興趣的內(nèi)容，書(shū)上的應(yīng)用例子有限，可以把與生活息息相關(guān)的應(yīng)用案例在課堂上與學(xué)生分享，比如同軸線(xiàn)在有線(xiàn)電視中的應(yīng)用、閉路監(jiān)控系統(tǒng)、前面講到的一些無(wú)源器件的應(yīng)用在室內(nèi)分布系統(tǒng)和基站、天線(xiàn)在手機(jī)天線(xiàn)中的應(yīng)用、藍(lán)牙等．這樣不僅使學(xué)生增加了見(jiàn)識(shí)，更是對(duì)前面理論知識(shí)的鞏固．

3 針對(duì)問(wèn)題所做的幾點(diǎn)改革

3．1 上好第一節(jié)緒論課

《微波技術(shù)與天線(xiàn)》大部分為理論知識(shí)，內(nèi)容較為枯燥、抽象難懂，部分學(xué)生很難真正地融入到這門(mén)課的學(xué)習(xí)中，所以怎樣提高學(xué)生對(duì)該門(mén)課程的興趣，使學(xué)生學(xué)起來(lái)事半功倍非常重要．良好的開(kāi)始是成功的一半，上好第一節(jié)緒論課有助于增加學(xué)生的興趣．緒論課不只講微波的特點(diǎn)，還要更多地介紹微波在各行各業(yè)中的應(yīng)用，簡(jiǎn)單地舉一些微波實(shí)際應(yīng)用例子，比如微波雷達(dá)、微波通信、微波爐、微波醫(yī)療等，使學(xué)生知道學(xué)習(xí)這門(mén)課的意義；使學(xué)生了解微波工程中所要解決的核心問(wèn)題，即關(guān)于頻率、阻抗和功率的問(wèn)題，只有合理地解決好這三者的關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的電路功能；可以對(duì)關(guān)于麥克斯韋方程組的一些相關(guān)知識(shí)做一下簡(jiǎn)單的回顧，使學(xué)生復(fù)習(xí)了前面所學(xué)過(guò)知識(shí)的同時(shí)，更了解到該門(mén)課程理論所要用到的核心理論．總之，上好第一節(jié)緒論課是學(xué)生滿(mǎn)懷熱情地學(xué)習(xí)以后課程的良好開(kāi)端．

3．2 板書(shū)與多媒體的相輔相成

傳統(tǒng)教學(xué)多采用黑板板書(shū)，雖然有助于學(xué)生學(xué)習(xí)微波技術(shù)的理論推導(dǎo)、理解公式的由來(lái)，可是效率太低，無(wú)法擴(kuò)充內(nèi)容，學(xué)生對(duì)于抽象的知識(shí)理解起來(lái)較為困難．近幾年來(lái)很多高校多采用多媒體教學(xué)，多媒體內(nèi)容豐富，信息量大，可以采用動(dòng)畫(huà)等技術(shù)手段使學(xué)生學(xué)起來(lái)既容易又輕松，效率很高．可單靠多媒體教學(xué)會(huì)使速度過(guò)快，尤其是理論推導(dǎo)這一部分，學(xué)生往往跟不上授課進(jìn)度．該門(mén)課程的講授單純地依靠哪一種方式都是不行的．對(duì)于像《微波技術(shù)與天線(xiàn)》這種理論較復(fù)雜、又與工程應(yīng)用緊密相連的學(xué)科來(lái)說(shuō)，將板書(shū)與多媒體很好地結(jié)合起來(lái)較好．如微波理論部分的傳輸線(xiàn)方程的推導(dǎo)過(guò)程采用板書(shū)較好；矩形波導(dǎo)中TE10模的電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及三維場(chǎng)分布可以采用多媒體動(dòng)畫(huà)的形式呈現(xiàn)；均勻無(wú)耗傳輸線(xiàn)的行波、駐波和行駐波三種工作狀態(tài)、電壓和電流表達(dá)式的推導(dǎo)過(guò)程采用板書(shū)，而電壓、電流分布圖及三種傳輸狀態(tài)則需要多媒體動(dòng)態(tài)地表現(xiàn)出來(lái)．可見(jiàn)，板書(shū)與多媒體的相輔相成可以達(dá)到很好的教學(xué)效果．

3．3 增加學(xué)生的互動(dòng)及作業(yè)的多樣性

學(xué)生的作業(yè)大多為計(jì)算題方式，形式單一，學(xué)生做作業(yè)的熱情不高；傳統(tǒng)的教學(xué)方式大都采用教師講，學(xué)生聽(tīng)的方法．對(duì)于像《微波技術(shù)與天線(xiàn)》這種抽象、枯燥而又難懂的課程來(lái)說(shuō)，學(xué)生在課堂上的積極性一般不高，大都為被動(dòng)地接受知識(shí)，很少主動(dòng)地思考，學(xué)習(xí)興趣不高，長(zhǎng)此以往，學(xué)生對(duì)于該門(mén)課程學(xué)習(xí)的效果就會(huì)很差，所以改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式非常重要．首先，課后作業(yè)盡量豐富多彩．除了習(xí)題外，可以增加問(wèn)答題、每節(jié)課的學(xué)習(xí)感受及不懂的問(wèn)題，增加學(xué)生自己查閱資料的作業(yè)，并以小論文和學(xué)習(xí)筆記的形式提交，提交的形式可以將電子版上傳到公共網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或公共電子郵箱等，使學(xué)生和教師在課后能夠很好地互動(dòng)、交流．查閱資料的內(nèi)容可以包括各種微波應(yīng)用例子、最新微波技術(shù)及動(dòng)態(tài)、每節(jié)課相關(guān)的實(shí)際應(yīng)用等等．其次，在課堂上應(yīng)該增加與學(xué)生的互動(dòng)．教師在講授過(guò)程中應(yīng)多提出問(wèn)題讓學(xué)生回答，甚至推導(dǎo)過(guò)程也可以使學(xué)生參與其中，并鼓勵(lì)學(xué)生提問(wèn)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力；將部分教師或?qū)W生查閱的資料在課堂上與同學(xué)探討，鼓勵(lì)學(xué)生歸納總結(jié)，并提出自己的看法．實(shí)踐證明，這兩種措施使枯燥的課堂變得生動(dòng)起來(lái)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣高，注意力集中，提高了學(xué)習(xí)效果，從而改變了被動(dòng)學(xué)習(xí)的態(tài)度，增強(qiáng)了自覺(jué)學(xué)習(xí)、分析和解決問(wèn)題的能力．

4 結(jié)論

針對(duì)《微波技術(shù)與天線(xiàn)》內(nèi)容多、難度大、抽象等特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)該門(mén)課程的教學(xué)方式、教學(xué)手段等提出了一些探討性的改革措施．這些思路和方法增加了學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，提高了課堂效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以將理論與實(shí)際應(yīng)用很好地結(jié)合起來(lái)，起到了很好的教學(xué)效果．

1 袁海軍，盧晶琦，馬云輝．在“微波技術(shù)與天線(xiàn)”課堂教學(xué)中引入工程軟件．科技資訊，2008，25：116

2 劉學(xué)觀(guān)，郭輝萍．微波技術(shù)與天線(xiàn)．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006．1～5

3 李素萍，吳偉．“微波技術(shù)與天線(xiàn)”課程教學(xué)改革探討．中國(guó)電力教育，2011，8：108～109

4 謝澤明．網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在“微波技術(shù)與天線(xiàn)”課程的應(yīng)用．電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（3）：113～115

5 劉茁．微波技術(shù)與天線(xiàn)教學(xué)中多媒體的合理使用．中國(guó)科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009（29）：168

Research and Discussion on Curriculum Teaching of Microwave Technique and Antenna

Li Xinying Cao Xue
（School of Physics and Electronics，Henan University，Kaifeng，Henan 475004）

According to the characteristics and leading contents of the curriculum‘Microwave Technique and Antenna’，it proposes the innovation teaching methods for some problems．Teaching methods and skills of the curriculum are discussed and investigated．The teaching practical experimental results shows that the practical teaching methods enhances the students′interest and zest，and the teaching effect is fine．

Microwave Technique and Antenna；teaching reformation；teachingeffect

李新?tīng)I(yíng)（1978- ），男，博士，副教授，主要從事理論物理研究．

2014- 04- 30）