“電磁場理論與微波技術(shù)”課程教學(xué)與考核改革探索

張弘　閆麗萍　華偉　陳倩

摘要：本文針對“電磁場理論與微波技術(shù)”課程理論性強(qiáng)、公式多、內(nèi)容龐雜、概念抽象、難教難學(xué)的特點(diǎn)，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式進(jìn)行了改革探討。這些改革充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生加深了對理論知識的理解，提高了分析問題和解決問題的能力，取得了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：教學(xué)改革；教學(xué)方法；考核改革；電磁場與微波技術(shù)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）39-0097-02

“電磁場理論與微波技術(shù)”課程是電子信息工程、通信工程和電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，在基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間起著承先啟后的作用。該課程的內(nèi)容在通信、雷達(dá)、廣播、電視、遙控、遙測、射頻電路、電磁兼容等相關(guān)領(lǐng)域有著廣泛而深入的應(yīng)用，同時也是邊緣學(xué)科、交叉學(xué)科（生物、醫(yī)學(xué)、材料、化學(xué)等）的共同生長點(diǎn)。因此，該課程對電子類和通信類專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)具有非常重要的作用。

“電磁場理論與微波技術(shù)”課程要求的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)較高，涉及的數(shù)學(xué)公式較多，推導(dǎo)煩雜，且物理概念抽象、理論性強(qiáng)、內(nèi)容龐雜。要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象能力、抽象思維能力和邏輯推理能力，因此歷來被公認(rèn)為是一門難教和難學(xué)的課程[1]。如何利用有限的授課課時（如64課時），通過課堂生動形象的教學(xué)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)學(xué)習(xí)信心，使學(xué)生更好地掌握該課程的基本概念、理論和分析方法，為后續(xù)課程和未來相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域新知識的持續(xù)學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)，是新形勢下課程改革面臨的一大挑戰(zhàn)。為此我們在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式上進(jìn)行了一些探索，取得了良好的教學(xué)效果。

一、教學(xué)內(nèi)容的改革

我們先在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行了一系列的嘗試，從電磁場中使用最頻繁的矢量分析入手，到教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)化，以及現(xiàn)代工程應(yīng)用與基本概念和理論的相結(jié)合等，使得枯燥課堂內(nèi)容變得生動有趣，繁多的數(shù)學(xué)方程不再難以理解，大大提高了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。

1.認(rèn)清數(shù)學(xué)背后隱含的物理意義?！半姶艌隼碚撆c微波技術(shù)”涉及數(shù)學(xué)的微積分、矢量分析、微分方程等內(nèi)容，盡管這些內(nèi)容大部分在大一、大二的數(shù)學(xué)課程中學(xué)習(xí)過，但由于沒有結(jié)合具體物理概念或應(yīng)用，學(xué)生們普遍對這些內(nèi)容沒有更多的體會，掌握不牢固，或者已經(jīng)遺忘。因此，本課程先用一次課復(fù)習(xí)和補(bǔ)充相關(guān)的數(shù)學(xué)知識，幫助學(xué)生認(rèn)清數(shù)學(xué)背后所隱含的物理意義。例如在認(rèn)清場量的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生加深理解矢量場散度和旋度的本質(zhì)分別是產(chǎn)生場的標(biāo)量源和矢量源，從而為本課程的學(xué)習(xí)打下良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

2.教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)化。本課程是在大學(xué)物理電磁學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步闡述電磁場與電磁波的基本概念、基本理論和基本的分析方法。因此教學(xué)中在認(rèn)清矢量場散度和旋度本質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過具體學(xué)習(xí)靜態(tài)場和時變場，進(jìn)一步理解電場和磁場各方程的物理意義，并最終把各類靜態(tài)場和時變場的問題統(tǒng)一到麥克斯韋方程組的求解上，突出時變場和電磁波的概念。通?！峨姶艌雠c微波技術(shù)》課本中將微波技術(shù)的內(nèi)容劃分為傳輸線理論、微波傳輸線、微波網(wǎng)絡(luò)和微波器件四部分。學(xué)生們學(xué)習(xí)時普遍感覺內(nèi)容繁多雜亂。因此，在教學(xué)中可以打破章節(jié)的限制，將相關(guān)內(nèi)容整合在一起進(jìn)行教學(xué)。例如在講授波導(dǎo)和同軸傳輸線時，結(jié)合場結(jié)構(gòu)可以直接講授由波導(dǎo)和同軸線構(gòu)成的微波器件，包括波導(dǎo)內(nèi)的電抗元件、微波諧振器、同軸波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器、模式變換器等。在講授波導(dǎo)上的壁電流分布時可以同時進(jìn)行縫隙的介紹。在講授微波網(wǎng)絡(luò)時，可以結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的散射參數(shù)介紹一些微波元件的參數(shù)，如定向耦合器、衰減器、隔離器、移相器等，利用散射參數(shù)分析這些器件的性能。通過這些系統(tǒng)整合，使得看似雜亂繁多的內(nèi)容得以系統(tǒng)化，幫助學(xué)生建立理解該門課程知識間的相互聯(lián)系。

3.理論與實(shí)際相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?！半姶艌隼碚撆c微波技術(shù)”盡管理論性強(qiáng)、物理概念抽象，但同時也有非常廣泛的工程應(yīng)用。在教學(xué)中可以結(jié)合電磁波與微波技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用加以介紹和分析，使學(xué)生對電磁波和微波理論有更直觀的認(rèn)識，從而極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如講授電磁波在不同媒質(zhì)分界面的傳播特性時，可以結(jié)合隱身技術(shù)、天線罩和天線反射板的設(shè)計(jì)進(jìn)行，引導(dǎo)學(xué)生們使用基礎(chǔ)理論定性分析工程中的應(yīng)用。講授電磁波的極化特性時，可以結(jié)合收發(fā)天線的極化特性和極化匹配的問題加以討論，在介紹諧振器的諧振模式時可以結(jié)合微波爐的工作模式進(jìn)行分析。通過這些具體的實(shí)例，讓學(xué)生們深刻體會到，即使是最新的工程應(yīng)用技術(shù)，也是建立在最基礎(chǔ)的理論知識上的，從而極大地激發(fā)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣。

二、教學(xué)方法的改革

如果說教學(xué)內(nèi)容是課程教學(xué)的根本，那么教學(xué)方法則是確保教學(xué)質(zhì)量的有效手段[2]。設(shè)計(jì)教學(xué)方法時，應(yīng)以教學(xué)內(nèi)容為重心，依據(jù)教學(xué)內(nèi)容采用相應(yīng)的教學(xué)方法[3]，同時要借助于同學(xué)們喜聞樂見的現(xiàn)代多媒體和網(wǎng)絡(luò)平臺。

1.采用多媒體教學(xué)。充分利用各種多媒體教學(xué)手段可以使教學(xué)內(nèi)容更加生動、豐滿，并有效增強(qiáng)教學(xué)效果[4]?！半姶艌隼碚撆c微波技術(shù)”課程涉及的公式多、公式的推導(dǎo)煩瑣，很多內(nèi)容比較抽象，采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法往往會占用大量的學(xué)時，學(xué)生感覺枯燥乏味，容易產(chǎn)生畏難情緒。并且一些物理概念很難表述清楚，學(xué)生不容易理解。采用多媒體教學(xué)方法可以避免煩瑣的公式推導(dǎo)占用過多的時間，講述中更多地突出分析問題的思路、求解問題的方法、得到的結(jié)論及其物理意義。對一些比較抽象的內(nèi)容可以采用圖像、動畫演示的方式直觀、生動、形象地演示出來。如電磁波的極化、反射和駐波形成的過程、波導(dǎo)中的場分布等，通過多媒體教學(xué)方式可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加深對相關(guān)內(nèi)容的理解。此外，微波技術(shù)中一些具體的工程應(yīng)用及前沿知識，可以通過實(shí)物圖片清晰地展示給學(xué)生們，極大地激發(fā)了學(xué)生們對前沿知識的探索，增強(qiáng)了學(xué)生們創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

2.理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。理論教學(xué)只有與實(shí)踐相結(jié)合，才能讓學(xué)生對抽象的理論有更深刻的理解并真正掌握。因此伴隨課堂教學(xué)同步開展配套實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里通過搭建和調(diào)試微波測試系統(tǒng)，接觸各種微波元器件，有助于幫助學(xué)生加深對這些元器件工作原理和功能的理解，掌握微波測試系統(tǒng)的構(gòu)成。例如多個波導(dǎo)器件的連接讓學(xué)生們深刻體會法蘭盤的重要性，一個小小的金屬封閉體幫助學(xué)生們認(rèn)識到尺寸固定的金屬腔可以諧振在不同的頻點(diǎn)，散射參數(shù)可以方便地用來表征微波元器件的性能指標(biāo)，阻抗匹配在微波頻段是如此的重要。一個個看似簡單的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生們對枯燥的理論公式有了更感性的認(rèn)識，促進(jìn)了對基礎(chǔ)知識的理解和掌握。

3.營造網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境?！半姶艌隼碚撆c微波技術(shù)”課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容多、學(xué)時短。教學(xué)中缺少與學(xué)生的交流機(jī)會，難以兼顧學(xué)生的個體差異，造成學(xué)生學(xué)習(xí)有一定的困難。由于學(xué)生的選課時間不統(tǒng)一，很難找到統(tǒng)一的輔導(dǎo)答疑時間。通過建立課程QQ群的方式，有效地建立教師和學(xué)生的溝通平臺。學(xué)生們在自己熟悉的網(wǎng)絡(luò)平臺上的溝通也更開放、更輕松，提問更踴躍。對學(xué)生學(xué)習(xí)中的問題，帶有普遍性的問題可以在群里一并討論回答，有代表性的問題搬到課堂，個別性的問題則可以一對一解答。通過同學(xué)們熟悉的社交平臺，有助于因材施教，幫助學(xué)生自主學(xué)習(xí)，使學(xué)生感到老師對自己的關(guān)注，從而提高了學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

三、考核方式的改革

考核不僅是對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的檢查，也是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的一種有效手段。恰當(dāng)?shù)目己朔绞郊纫降伢w現(xiàn)學(xué)生對知識掌握的真實(shí)狀況，也要能體現(xiàn)學(xué)生之間的個體差異。因此，本課程采用了以下幾種考核方式，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和對學(xué)生考查的公平性。

1.改變半期考試方式，提高半期成績的比例。過去半期考試為隨堂開卷考試的方式，半期成績占總成績的比例不高，學(xué)生不夠重視，對待考試比較隨意。多數(shù)學(xué)生平時不注意總結(jié)復(fù)習(xí)，期末考試前突擊過關(guān)，考試的結(jié)果不如人意，且本該掌握的知識常常是考完即忘。通過將半期考試方式改變成與期末考試方式一致（閉卷且獨(dú)立座位），且占相同比重，避免了學(xué)生半期考試不認(rèn)真復(fù)習(xí)、期末突擊背公式、應(yīng)付考試的學(xué)習(xí)方式，增強(qiáng)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)效果。

2.增加對平時成績的考核，有效地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。增加對學(xué)生平時成績的考核，在課堂教學(xué)中，可以不定期地進(jìn)行隨堂測驗(yàn)，既能夠考核學(xué)生的出勤情況，又能夠有效地檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為平時成績的考核提供依據(jù)。提高平時成績在總成績中的比例，平時成績占30%。這樣可以避免學(xué)生平時上課不專注、課前不預(yù)習(xí)、課后不復(fù)習(xí)、期末搞突擊復(fù)習(xí)應(yīng)付考試的狀況，加強(qiáng)了學(xué)生們的學(xué)習(xí)效果。

3.在試題中增加綜合分析題，提高學(xué)生的分析能力和綜合素質(zhì)。半期和期末考試的試題中，增加了綜合分析題的比例。在綜合分析題中考核多個知識點(diǎn)及其之間的相互聯(lián)系，避免學(xué)生死記硬背公式，而對公式的物理本質(zhì)不甚清楚的狀況，考察學(xué)生對相關(guān)知識的靈活掌握程度，成績更能體現(xiàn)公平性。同時，綜合分析題并不要求學(xué)生在現(xiàn)有的知識掌握度下給出完整的答案，只要能夠分析完整答案的80%即可獲得滿分，從而有助于創(chuàng)新型人才的發(fā)掘和培養(yǎng)。

四、結(jié)束語

經(jīng)過課程組教師幾年的教學(xué)實(shí)踐和探索，“電磁場理論與微波技術(shù)”課程的教學(xué)取得了很好的效果。通過教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式上的改革，消除了學(xué)生對這門課程的畏懼心理，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營造了一個主動學(xué)習(xí)、持續(xù)不斷學(xué)習(xí)的氛圍，有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。

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