電波理論與天線課程教學方法改革的探索

徐春雨，王豫峰，郭常盈，徐國清（.南陽理工學院計算機與信息工程學院，南陽　473000；.南陽理工學院軟件學院，南陽　473000）

電波理論與天線課程教學方法改革的探索

徐春雨1，王豫峰2，郭常盈1，徐國清1
（1.南陽理工學院計算機與信息工程學院，南陽473000；2.南陽理工學院軟件學院，南陽473000）

0　引言

電波理論與天線是為通信工程專業(yè)本科生開設(shè)的一門專業(yè)必修課，是在學習電路基礎(chǔ)、大學物理等課程的基礎(chǔ)上，深入學習無線通信領(lǐng)域的重要課程，是一門理論性好和實踐性較強的課程。電波理論與天線是多個學科的交叉點，它在整個通信系統(tǒng)的學習過程中起到了承上啟下的作用，不僅是聯(lián)系了物理上的電磁學和電路基礎(chǔ)，更加關(guān)系到光纖通信和微波電路的學習，天線部分的學習更是關(guān)系到移動通信、衛(wèi)星通信以及電視、雷達等各種專門學科，所以該學科對通信專業(yè)的人才培養(yǎng)至關(guān)重要。同時該課程理論性很強，要求數(shù)學基礎(chǔ)扎實，學生學起來很困難，特別是南陽理工學院學生基礎(chǔ)知識薄弱，分析問題能力一般，學生戲稱該門課為“天書”。針對這種情況，我們對教學方法進行不斷的改進，盡量避免煩瑣的數(shù)學公式的推導(dǎo)，以生活實例，增加學生的學習興趣，不僅使課堂教學生動形象，而且讓學生更加注重物理規(guī)律，教學效果有了很大改善。

1　課程改革的必要性

1.1解決教學內(nèi)容多與授課學時少矛盾的需要

隨著國家高等學校本科教育改革的推進，按照我校應(yīng)用型本科的實際，本科生所學的課程數(shù)目大大增加，使得本課程出現(xiàn)了兩個變化：一方面，課程的學時數(shù)大大下降，從原來的56學時降到40學時；另一方面，由純理論教學轉(zhuǎn)變?yōu)槔碚摵蛯嵺`相結(jié)合，并逐步加重實踐教學的權(quán)重。這就要求授課教師必須對課程進行整體規(guī)劃，重新制定教學大綱，編排教學內(nèi)容。

1.2解決課程理論性強，學生學習積極性不高的需要

本課程以高等數(shù)學和物理學為基礎(chǔ)，課程理論性強，概念抽象，公式繁多，數(shù)學推導(dǎo)繁瑣，需要學生具備較強的空間想象能力、抽象思維能力和邏輯推理能力，因此歷來被公認為是一門難教難學的課程［1］。

1.3充分發(fā)揮現(xiàn)代教學手段，提高授課質(zhì)量的需要

傳統(tǒng)的粉筆加黑板的教學手段，使得很多的電磁場模型無法給學生演示。就算使用多媒體教學，但是，許多公式推導(dǎo)不能完全依賴多媒體，必須結(jié)合必要的板書，否則學生就有看電影的感覺，如何充分發(fā)揮現(xiàn)代教學手段，提高授課質(zhì)量的需要是一個亟需解決的難題。

1.4解決純理論教學弊端，提升學生實踐能力的需要

本課程已經(jīng)有比較完備的理論體系，以前教學都是純理論教學。同時由于該課程實驗教學設(shè)備昂貴和資金等原因，實驗設(shè)備沒有到位，實驗課程也沒有能夠開設(shè)。而實際上，作為一門專業(yè)必修課，它與工程應(yīng)用有著密切的聯(lián)系，在學生的日常生活中就存在著大量的應(yīng)用案例。如何將授課的理論與實踐相結(jié)合，提高學員的分析、運用能力，也是本課程教學改革面臨的任務(wù)。

2　教學內(nèi)容的改革

電波理論與天線的學時變少。最初是56學時，現(xiàn)在是40學時，其中8學時的實驗。而且在這門課程之前并沒有上電磁場理論這門課，因此，如何能夠這樣的情況下調(diào)整內(nèi)容，并且激發(fā)學生的學習興趣，是每個教師都必須要考慮的。

首先，上好緒論課。緒論課中應(yīng)講授本門課程的學科內(nèi)涵、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展歷程、發(fā)展簡史等內(nèi)容，并配于相應(yīng)的圖片。同時，結(jié)合生活中的例子，說明這門課程的內(nèi)容和我們的生活息息相關(guān)。例如微波爐的工作原理，微波是一種電磁波。這種電磁波的能量不僅比通常的無線電波大得多，而且還很有“個性”：微波一碰到金屬就發(fā)生反射，金屬根本沒有辦法吸收或傳導(dǎo)它；微波可以穿過玻璃、陶瓷、塑料等絕緣材料，但不會消耗能量；而含有水分的食物，微波不但不能透過，其能量反而會被吸收［4］。最大程度上激發(fā)學生積極思考和努力學習。

其次，課上加入更多實例教學，以不斷激發(fā)學生的學習興趣。一堂好的緒論課，能使學生在最初幾周內(nèi)對這門課保持興趣，之后枯燥的理論、繁瑣的公式、艱澀的原理把熱情慢慢的耗盡。因此，教師應(yīng)在每個章節(jié)都補充鮮活的例子來活躍課堂氣氛。而生活中和電波及天線有關(guān)的實例并不難找，而且有的非常有趣。例如在矢量分析這一章補充高頻地波雷達海洋監(jiān)測的雙站矢量流場來解釋旋度；在靜電場這一章補充手機電池輻射對人體的影響；在恒定電場和電流這一章補充電能的無線傳輸?shù)鹊戎T如此類的例子，在擴大學生知識面的基礎(chǔ)上，使他們更好地理解電磁場的基本原理、基本方法，使學生在輕松愉悅的氛圍中學習。

再次，教師應(yīng)做好引導(dǎo)、總結(jié)工作。電波理論與天線這門課，很多學生反映：上課能聽懂，但課后習題不會做；公式多，而且雜，看到題目后不知從何處下手。這首先反映了本門課理論性強的特點，另外也是提醒教師應(yīng)增加例題的講解。每個知識點重點講授一個例題，既加深了學生內(nèi)容的理解，又能給出詳細的解題思路和步驟。同時，教師需要及時總結(jié)，幫助學生把知識點串聯(lián)起來。例如完恒定磁場部分，知道求一段長直導(dǎo)線在空間任意點的磁感應(yīng)強度B四種方法：（1）采用安培磁力定律；（2）采用畢奧-沙伐定律求解；（3）采用安培環(huán)路定律求解；（4）先求磁矢位，然后再求磁場強度。

3　教學手段改革

3.1教師和學生角色轉(zhuǎn)換

角色轉(zhuǎn)換教學的意義就是建立以學生為主導(dǎo)的模式，在傳統(tǒng)的課堂教學中教師是課堂的主導(dǎo)，而角色轉(zhuǎn)換教學打破了原有的教學模式。在上課之前，教師會安排學生先進行預(yù)習，然后將疑問帶到課堂上，教師根據(jù)問題進行講解，這樣既節(jié)省了教學時間，同時教學效果也比傳統(tǒng)的“填鴨式”教學更好。角色轉(zhuǎn)換教學提高了學生學習的主動性。同時，調(diào)整出部分課時讓學生對課程進行講授，學生講得不完整的部分由教師重新講解。通過這種方式，講課的學生因為要花很多時間去準備，學習效果必然很好，聽課的學生因為是自己的同學講，感覺很新鮮，聽課的效果也會很好。這種方式筆者在講習題課的時候經(jīng)常使用，感覺效果很好，學生對知識的理解也更加清晰。

3.2傳統(tǒng)的板書和多媒體的有效結(jié)合

采用傳統(tǒng)的板書和多媒體技術(shù)相結(jié)合的方法，來提高課堂的教學質(zhì)量。多媒體教學一方面加大了課堂的信息量，另一方面也使得教學內(nèi)容更加生動形象，讓學生通過強烈的視覺效果加強理解，達到了事半功倍的教學目的。例如，講解麥克斯韋方程組，就一定需要板書，因為麥克斯韋方程組涵蓋了靜電場、恒定磁場、時變電磁場三個章節(jié)的內(nèi)容，所以，要利用板書通過教師的逐步引導(dǎo)讓學生回憶起相關(guān)內(nèi)容，并且提煉出麥克斯韋方程組，這樣才可以使知識連貫起來，在學生頭腦里形成體系，單純地依靠多媒體把公式擺出了達不到這樣的效果。

3.3將仿真軟件引入到教學中

現(xiàn)在的學生都有很強烈的參與意識，所以，互動式教學更容易激發(fā)學生的學習興趣。對此筆者的做法是：把計算機仿真軟件引入到教學環(huán)節(jié)中，本門課程用到了兩個仿真軟件，其一是MATLAB。它主要包括MATLAB和Simulink兩大部分，能夠動態(tài)地模擬電磁波的傳播狀態(tài)，能夠直觀地看到天線的方向圖。另一個是ADS（Advanced Design System），可以更加直觀地觀測電磁波的變化過程。計算機仿真讓枯燥難懂的公式變得更加直觀、形象，學生就容易接受這門課，也有了興趣學習，同時將教師和學生從煩瑣的公式推導(dǎo)中解放出來，將更多的精力放在對電磁波物理規(guī)律的理解上。

3.4利用“精品課程”網(wǎng)絡(luò)教學平臺開拓學生創(chuàng)新思維

改變原有的教師備課模式，將教師備課內(nèi)容（包括教學大綱、教案、講稿、PPT、課后習題、題庫等）全部上傳到“精品課程”網(wǎng)站中，讓學生對自己所學的課程有更加立體化的了解。同時，將課程按不同課時的要求，根據(jù)教學重點及難點分小節(jié)錄制成15分鐘左右的小視頻，每個視頻都具有較強的針對性，視頻的拍攝根據(jù)教師實際多角度拍攝，讓學生有身臨其境的感覺。將“幕課”的形式融入到傳統(tǒng)教學中，大大提高了學生學習機動性，可以成為一種讓學生自主學習、進行探究性學習的平臺。尤其對于電波理論與天線中，電感的計算、坡印廷矢量的計算等內(nèi)容，學生可以通過反復(fù)地觀看視頻，加深對知識點的理解。通過“精品課程”網(wǎng)絡(luò)教學平臺的利用，使教師與學生的關(guān)系變得更加密切、更為融洽。

4　結(jié)語

近幾年來筆者在電波理論與天線課程中進行了教學改革的實踐，已經(jīng)取得了初步的教學效果。最大的收獲，就是學生在學習過程中更加主動，不是單純依賴教師的講授，而是充分發(fā)揮學生在教學中的主體地位，學習的積極性明顯提高，教學效果也有顯著的改善。

［1］劉芫健.《電磁場理論》課程教學改革研究［J］.科技信息，2011（08）.

［2］張起晶，孫桂芝，邊莉.電磁場與電磁波課程教學改革研究［J］.黑龍江教育（高教研究與評估），2011（10）.

［3］張華美，徐立勤.《電磁場理論》課程教學的幾點認識［J］.科技信息，2011.3.15.

［4］王莊林.微波爐：巧克力熔糊后的發(fā)明.科學世界［J］，2009（07）.

［5］楊虎，張煒.《電波與天線》課程教學改革探索［J］.高等教育研究學報，2012（6）.

徐春雨（1983-1），女，河北蔚縣人，碩士研究生，講師，研究方向為通信與嵌入式系統(tǒng)

王豫峰（1982-7），男，山東平度人，博士研究生，講師，研究方向為智能計算

郭常盈（1977-2），女，河南南陽人，碩士研究生，講師，研究方向為光通信技術(shù)

徐國清（1986-2），男，河南商丘人，博士研究生，講師，研究方向為圖像處理

Wave Theory；Teaching Means；Teaching Reformation

Exploration of Teaching Reformation of the Electromagnetic Wave Theory and Antennas Course

XU Chun-yu1，WANG Yu-feng2，GUO Chang-ying1，XU Guo-qing1
（1.College of Computer and Information Engineering，Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473000；2.School of Software，Nanyang Institute of Technology，Nanyang 473000）

1007-1423（2015）21-0034-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.21.009

2015-06-04

2015-07-09

電波理論與天線是為通信工程專業(yè)本科生開設(shè)的一門專業(yè)必修課。針對該課程內(nèi)容多、學時少、理論性強等特點，以教學內(nèi)容的改革為基石，教學手段的改革為依托，結(jié)合近年來的“精品課程”網(wǎng)絡(luò)教學和“慕課”的教學改革實踐，對電波理論與天線課程的教學方法改革進行探索。

電波理論；教學手段；教學改革

南陽理工學院2014年度本科課程考核方式改革專項研究項目（No.NIT2014BKKH-01）

Electromagnetic Wave and Antennas Theory is a professional compulsory course which is established for communication engineering undergraduates.This course is of the features of rich content，recondite theory，and limited teaching hours.the reformation of teaching content and the reformation of teaching methods，combined with the teaching reformation practices of"Excellent course"network teaching and"MOOC"in recent years，proposes and discusses several instructive suggestions for our teaching.