“電磁場理論與微波技術”課程教改探索

馬 瑤， 渠立永， 劉 君， 劉 珩， 朱立巖

(解放軍理工大學 野戰(zhàn)工程學院， 江蘇 南京 210007)

“電磁場理論與微波技術”課程教改探索

馬 瑤， 渠立永， 劉 君， 劉 珩， 朱立巖

(解放軍理工大學 野戰(zhàn)工程學院， 江蘇 南京 210007)

本文對“電磁場理論與微波技術”課程進行了教學改革探索與實踐，使其與學員的偽裝專業(yè)背景密切結合。通過大量增加軍事案例，優(yōu)化組合教學內容，探索研究型教學模式，改革考核方式等多種手段，充分調動學員的學習積極性和主動性，培養(yǎng)學員分析問題和解決問題的能力，提高專業(yè)應用技能，全面提升學員的綜合素質。

電磁場理論與微波技術；教學改革

0 引言

“電磁場理論與微波技術”是我校本科偽裝工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎課程。在“大學物理”的基礎上，進一步系統(tǒng)闡述電磁場的基本概念和微波技術方面的內容[1]。課程共計60學時，分為50學時的理論和10學時的實驗。理論部分包括靜態(tài)場、時變電磁場、平面波的傳播、天線基礎、微波傳輸線等內容，概念抽象、公式繁復，對學員的空間理解能力和數學基礎均有較高要求。由于后續(xù)雷達偵察、反雷達偽裝等大部分問題的分析與研究均屬于電磁場和微波的范疇，因此，這是一門必不可少、重要的基礎課程。

根據以往的教學經驗，課程存在的問題主要是學員在課堂上不會利用相關知識點分析求解實際應用問題，在整門課程學習結束后往往也不知道如何與專業(yè)應用相聯系。針對這些問題，本著“需求牽引”、“能力為本”、“學為主體”的軍事人才培養(yǎng)價值理念，本課程開展了一系列教學改革。

1 采用突出軍事特色的實例

僅就課程教材和各種參考資料的內容來看，大量涉及的都是公式、定理和推導等，這使學員首先就產生了畏懼心理[2]。如何激發(fā)學員對這門課的興趣，改變他們對課程整體感覺枯燥的印象十分關鍵。因此我們在講解具體章節(jié)內容時需要突出軍事特色以及充實應用實例，增強現代化氣息，擴大學員知識面，以激發(fā)其學習興趣。這便需要教員利用現代發(fā)達的通訊技術，高效獲得各種最新研究進展，從各種渠道廣泛汲取新知識和新內容，將其融于課程教學的各個環(huán)節(jié)上去。

以第一堂緒論課為例，教員除了讓學員對課程有所了解外，更需要激發(fā)他們的興趣，使課程充滿研究與探索的特色和風格，創(chuàng)造良好的學習環(huán)境。比如舉出以下幾個典型實例：

(1)電磁場方面的高新技術在近幾年的戰(zhàn)爭中得到了最集中和最充分的表演。在海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克在以美國為首的多國部隊的電子戰(zhàn)打擊下，一開始整個電子指揮系統(tǒng)，包括通信、武器裝備和重要設防等就遭到嚴重的干擾和破壞，呈現癱瘓挨打的被動局面，因而有人稱海灣戰(zhàn)爭是一場“頻譜戰(zhàn)爭”，是“電子戰(zhàn)爭”，是“信息戰(zhàn)爭”。

(2)隱身技術是目前國防軍事的熱門話題，其重點研究內容是電磁波的散射：電磁波投射到飛行目標上將發(fā)生散射，散射回來的電磁波究竟有多大場強？怎樣減少回波的強度以達到隱身的目的？另外，電磁散射的研究不只是為了隱身的目的，對目標識別、天線輻射、電磁兼容等都有非常重要的意義。

2 突出重難點，優(yōu)化組合部分內容

教學內容中的重點和難點是教學內容的精髓，如果處理不當會使學員思維受阻，注意力分散。時間一長，學員就會疑問越來越多，造成學習障礙，從而對學習失去興趣和信心。因此一定要加強對教材內容體系的把握、加深對教材內容的理解，妥善處理重點和難點。對于偽裝專業(yè)的學員來說，天線是重點內容，如：天線陣的方向性乘積定理，是天線理論中的一個重要定理。我們采取詳細對比陣因子、自因子、天線陣的方向圖，歸納出三個方向圖之間的關系，得出天線陣的方向性乘積定理，配以定理證明，最后落腳于天線陣的典型應用，如相控陣天線、面天線等雷達系統(tǒng)上常用的天線。同時增加專業(yè)所需要的內容，在現有教材基礎上增加了錐掃天線、卡賽格倫天線等，從定性分析到定量分析，使抽象的理論變得直觀、具體，將重點向實際應用貼近，學員懂得了所學已有所用，所學將有所用，學習熱情便會顯著增加。

3 探索研究型教學模式

所謂研究型教學，是指教員以課程內容和學員的學識積累為基礎，引導學員創(chuàng)造性地運用知識和能力，自主地發(fā)現問題、研究問題并解決問題，在研討中積累知識、培養(yǎng)能力和訓練思維的新型教學模式[3]?！半姶艌隼碚撆c微波技術”這門課程，由于涉及到高等數學、大學物理、線性代數、計算電磁學等多個知識領域，對學員的學習提出了很高的要求。針對這一特點，教改過程中探索了研究型教學模式，通過兩條主線展開。

一是穿插在平時授課的過程中，將應用背景與理論學習結合起來，啟發(fā)和引導學員進行思考，促使其將書本和課堂的知識用于分析和研究實際問題，做到學以致用和活學活用，加強學員的學習積極性。比如在學習靜態(tài)電磁場之前，我們首先引出背景知識——電磁學的三大實驗定律(庫侖定律、安培定律、法拉第電磁感應定律)，并對學員提出問題：在雷達系統(tǒng)中常用的同軸線與其電阻、電容和其物理尺寸有什么關系？物理實驗與實際問題相結合，能提高學員的學習興趣， 隨著學員對靜態(tài)場知識的逐步深入了解，問題就得以解決。又比如，在剛開始學習均勻平面波的傳播時，讓學員們自由討論現實生活中遇到的電磁波傳播問題，再向學員提出幾個應用問題：為什么海水中潛艇之間的通信困難？如何防止室內電子設備受外界電磁波干擾？為什么在微波爐中牛肉能熟，而盛牛肉的盤子確不會烤焦？中波廣播天線架設為什么與地面垂直？在講授均勻平面波的反射與透射時，我們又向學員設問：為什么照相機鏡頭上有一層敷層？如何使雷達天線免受惡劣天氣的影響？學員帶著這些問題學習，當無法解決時，就會結合課堂所講內容，通過查閱資料盡快完成。經過多次提出問題、分析問題和解決問題的過程，學員既對知識點有了較深的認識，又對本課程產生越來越濃厚的興趣，學習目的也就非常明確了。

二是將“課程專題”的形式貫穿于整門課的授課過程中，以偽裝實際應用為主線和重點，有針對性地設計了三個課程專題：“多層微波吸收材料的反射特性研究”，“高頻仿真軟件HFSS的操作和應用”和“微波吸收材料的優(yōu)化設計”。這三門課程專題的學習和研究均建立在課程內容體系的基礎之上，在第一次緒論課上提出，由學員結合小規(guī)模限制性在線課程SPOC(Small Private Online Course)平臺上提供的背景資料，根據自己的興趣選擇分組，作為最終能力考核的內容。比如“微波吸收材料的優(yōu)化設計”專題，不僅涉及到“媒質的電磁特性”、“麥克斯韋方程組”，還涉及到“均勻平面波的傳播”等多個章節(jié)。因此教員在授課的過程中首先介紹基本概念、推導重要公式和定理，然后讓學員通過查閱大量的資料，了解相關的內涵及其在應用中的關鍵作用，循序漸進。通過對過程的研究，最終將學員引導到專題的解決上。這種采用“課程專題”的研究型模式，將科學研究融于教育教學的過程中，通過教學與研究、實踐的結合，引導學生創(chuàng)造性地運用知識和經驗，自主地發(fā)現問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養(yǎng)能力和鍛煉思維，同時養(yǎng)成科學研究的精神和科學態(tài)度。

4 充分采用多種教學方式

教學中發(fā)現，由于該課程理論性強，內容枯燥，學員若沒有聽進去、學進去，很容易走神、犯困，遇到實際問題時又束手無策，因此授課過程需要綜合采用多種教學方式，如啟發(fā)式、案例式等，充分調動學員的積極性。

啟發(fā)式教學注重知識的傳授和講述的過程，更重要的是在傳授知識的同時，有意識地培養(yǎng)學員主動思維的能力[4]。這就對教員的備課提出了較高的要求：應以調動學員主動思維為目標，精心安排內容，設計講授的思路、方式和側重點。比如在講述Maxwell方程組時，先通過對前面授課時所介紹的基本定律的歸納總結，指出其存在的矛盾性，從而引出問題；再以提問的方式鼓勵學員思考解決問題的方法；然后解決問題——引入“位移電流”，得到Maxwell方程組；最后介紹Maxwell方程組所包含的物理意義和應用前景。

案例式教學則是引入案例，將實際工作中遇到的典型案例進行介紹，提出問題。比如，在講波導的傳輸功率時，以×××部試驗場試驗中發(fā)現波導打火這一案例入手，讓學員分析其中的原因，當學員絞盡腦汁提出此與波導的功率容量有關后，那么，什么是功率容量？功率容量的大小受哪些參數影響？實際工作中如何做才能不降低波導的功率容量？圍繞這三個問題，尋找答案，會使學員不僅積極性提高，而且印象深刻。實踐證明，恰如其分地由案例引入課堂教學內容，一方面可以將枯燥的學習內容變得有趣，集中學員的注意力，提高學習效果：另一方面，可以加深學員對理論知識的理解和掌握，提高解決實際問題的能力。

5 打破傳統(tǒng)考核方式

現行課程考核由傳統(tǒng)的“一卷定成績”轉變?yōu)椤?+1+3”的考核機制，即通過過程考核、知識考核和能力考核，科學評價學員的綜合水平。

“3+1+3”中第一個“3”指過程考核，占總成績的30%，包括課堂表現(10%)、自主學習(10%)以及平時作業(yè)(10%)； “1”代表知識考核，占總成績的50%，主要考核理論基礎知識，采用閉卷筆試方式進行；后一個“3”即能力考核，占總成績的20%，由三個課程專題組成，學員根據興趣選擇分組，最終采用課程論文(或發(fā)表論文)和小組答辯形式。能力考核的三個專題與偽裝應用密切相關，目的是鼓勵學員以研究型學習的形式對自己感興趣的專題進行探索。研究型學習的成績從學員參與的態(tài)度和表現、研究能力的獲得、在研究型學習中知識的獲得以及最后成果匯報時的表現方面進行評定。

在評價中注重研究結果也注重研究過程，給學員一個得以發(fā)掘個人能力、展示自身價值的機會。通過多樣化的考核激發(fā)學員學習的主動性和積極性，全面考核學員的能力和素質。

6 結語

“電磁場理論與微波技術”課程教學改革以信息化作戰(zhàn)條件下部隊反雷達偵察和制導的偽裝需求為牽引，以課程內容和學生的學識積累為基礎，將科學研究融于教育教學的過程中，引導學生創(chuàng)造性地運用知識和能力，自主地發(fā)現問題、研究問題并解決問題，全面提高學員能力和素質。

[1] 渠立永, 劉君, 馬瑤. 電磁場理論與微波技術基礎 [M]. 南京: 解放軍理工大學出版社, 2015年10月

[2] 謝處方, 饒克謹. 電磁場與電磁波(第4版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006年1月

[3] 鄭貴華. 大學研究型教學的理論構想與實踐探索[D]. 長沙: 碩士學位論文, 2005年3月

[4] 溫溶雪. 現代啟發(fā)式教學探究[D]. 南昌: 碩士學位論文, 2003年10月

Teaching Reform of Electromagnetic Theory and Microwave Technique Course

MA Yao, QU Li-yong, LIU Jun, LIU Heng, ZHU Li-yan

(SchoolofFieldEngineering,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

This paper explores teaching reform of Electromagnetic Theory and Microwave Technique course for students of camouflage major. Practices prove that by using a great deal of military examples, optimizing teaching contents, applying research teaching and innovating examination system, this method can motivate students to learn knowledge positively and initiatively, to cultivate the ability to find and solve problems and apply the knowledge in practices, and therefore improve their integrated quality.

electromagnetic theory and microwave techniques; teaching reform

2016-05-02;

2016-07- 20

馬 瑤(1984-)，女，碩士，助教，主要從事電磁場理論與微波技術教學、實驗和研究工作，E-mail：mayao_84@aliyun.com

G420

A

1008-0686(2017)02-0045-03