“探究式教學”在“微波技術基礎與微波電路”課程中的應用

倪為民　劉　涵　王培章　朱衛剛　李平輝

摘 要 本文介紹了“探究式教學法”的基本含義，給出了將“探究式教學法”應用于“微波技術基礎與微波電路”課程教學的兩個案例。通過實施“探究式教學法”，促進了學生主動探索、思考，積極參與和實踐的積極性，達到了良好的教學效果。

關鍵詞 探究式教學 微波技術 微波電路

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.03.040

0 引言

“微波技術基礎與微波電路”是通信與信息、電子與電氣等專業通用的重要的專業基礎課。本課程涵蓋了微波技術的基本內容，①包括微波傳輸線及其理論、微波網絡理論、微波無源元件及微波有源電路等，實現了承上啟下、從低頻電路到高頻電路的過渡。既有用電磁場理論即所謂“場”的理論分析波導傳輸線、波導諧振腔等的工作原理與特性，也有用網絡理論即“路”的理論分析同軸線、帶狀線、微帶線及其組成的微波元件的工作原理、工作特性，還有關于具有高頻特性的微波二極管及其電路、微波晶體管及其電路的分析。因此，學生普遍反映該課程內容廣、公式多，比較難學。針對課程特點及學生學習中遇到的問題，為激發學生的學習積極性，發揮他們自主學習的能力，應采用多種教學手段，如“啟發式教學”、“討論式教學”、“探究式教學”等以提高教學效果。

本文簡單介紹了“探究式教學”的概念，列舉了在“微波技術基礎與微波電路”課程教學中運用“探究式教學”的幾個案例。

1 探究式教學法簡介

關于探究式教學法，關鍵詞就是要明確什么是探究。美國國家科學教育標準中對探究的定義是：②“探究是多層面的活動，包括觀察，提出問題，通過瀏覽書籍和其他信息資源發現什么是已經知道的結論，制訂調查研究計劃，根據實驗證據對已有的結論作出評價，用工具收集、分析、解釋數據，提出解答、解釋和預測，以及交流結果。探究要求確定假設，進行批判的和邏輯的思考，并且考慮其他可以替代的解釋?！?/p>

探索式教學法在具體應用時，由教師提出一些事例和問題，通過閱讀、觀察、實驗、思考、討論等過程，讓學生自己獨立探究，自行發現并掌握其中的原理和結論。它的指導思想是發揮學生的主體地位，讓學生主動地思考，探索認識和解決問題的方法和步驟，研究具體事例中的客觀屬性，發現事例內部的聯系和發展規律，從中找出相應的討論結論，形成自己的概念和觀點?？梢娫谔骄渴浇虒W的過程中，突出強調學生的主體地位和自主能力。學生需要主動思考，提出問題并解決問題，而不是讓學生直接接受書本上或者教師給出的現成結論。

實施探究式教學法包括以下幾個步驟：③

（1）設問質疑階段。根據教學目的和內容，準備相應的事例和問題，提出的問題應經過精心考量，難度適度、邏輯合理。為了充分發揮學生自主學習能力，也可以引導學生自己去發現問題。

（2）探索研究階段。督促學生擬定合理的研究計劃，選擇恰當的方法。由學生收集資料，充分利用圖書或者互聯網資源，對資料進行分析研究，包括數據分析，歸納，尋求問題的答案。這個過程可以由學生單獨完成，也可以組成研究小組來完成，要注意培養學生尋求合作的團隊精神。

（3）思考作答階段。經過探索研究階段，學生要把相關的資料進行總結梳理，對問題得出自己的觀點和結論。不同的研究小組可以就同一問題分別提出本組不同的解釋或看法，將自己的結論清楚地表達出來，匯總后大家共同探討。

（4）分享矯正階段。各個研究小組把自己的探究結果介紹給全體同學，展開討論、辯論，通過比較和綜合，使不準確的部分得到完善。教師在這個過程中要適時給予指導，肯定長處，指出不足，營造熱烈又融洽的交流氛圍。

2 “微波技術基礎與微波電路”課程教學中運用“探究式教學”的案例

根據“微波技術基礎與微波電路”課程標準及教學大綱要求，針對課程內容，我們在教學過程中合理地選擇以下幾個具有代表性的問題點，運用“探究式教學法”達到較好的教學效果。

（1）電磁場理論中“唯一性定理”、“復坡印廷定理”和低頻電路理論中“復功率定理”的應用。用電磁場理論分析微波電路的工作特性，可以通過求解滿足一定邊界條件的麥克斯韋爾方程組的方法，這種方法可以得到精確解，但往往由于邊界條件的復雜性而得不到解析解、或者數學求解過程本身就十分繁瑣，即便用數值解法也很耗時。而用微波網絡理論來分析微波電路的工作特性，則可避免上述這些缺陷，更大的好處是網絡參量是可以通過實驗裝置測定的，雖然結果是近似正確的，但能滿足工程應用。問題的關鍵是：為什么微波電路可以等效為微波網絡？如何將微波電路等效為微波網絡？在學生充分理解用微波網絡理論分析微波電路工作特性的優點的基礎上，我們把這兩個問題作為學生探究學習的內容布置下去，安排10個學生分成兩組，分別探究學習以上兩個問題，并作適當探究提示：從以前學過的知識中去尋找理論支持。

兩組學生分別收集了參考資料并進行探究學習，一組學生在電磁場理論中找到了理論依據—“唯一性定理”，但對“唯一性定理”如何用還存在疑慮。老師向這組學生展示了一些微波電路實物，并再次啟發他們網絡端口參考面上電壓、電流與橫向電場、磁場的對應關系，這組學生經過再次討論學習，很快理解了“唯一性定理”是把微波電路等效為微波網絡的理論基礎。另一組同學在通過討論，認為應用電磁場理論中的“復坡印廷定理”可以把微波電路等效為微波網絡，因為“復坡印廷定理”反映了流入、流出閉合體的電磁能量與閉合體中電磁儲能及耗能的關系，但對微波網絡的電路表現形式還不清楚。老師啟發學生再研究復功率定理及集總參數電感、電容的儲能特性，學生把電場儲能與電容儲能對應、磁場儲能與電感儲能對應、閉合體耗能與電阻耗能對應，結合低頻電路理論中的“復功率定理”，找出了把微波電路等效為集總參數網絡的方法。

（2）網絡參考面移動對網絡參量的影響。微波傳輸線上存在分布參數的串聯電感、串聯電阻、并聯電容、并聯電導，傳輸線上各點的電壓波和電流波的幅度和相位都不同，因而把微波電路等效為微波網絡時，端口參考面位置的變化將使網絡參量發生變化，這是微波網絡理論區別于低頻網絡網絡之處。微波網絡理論中通常用散射參量來表征微波電路的工作特性，我們把探究網絡端口參考面移動如何影響網絡的散射參量作為一個研究課題交予學生，并要求他們通過實驗驗證。

學生們在深入學習研究微波傳輸線理論后，掌握了微波傳輸線上不同位置歸一化入射波、反射波幅度和相位的關系，在理論上推導了微波網絡端口參考面移動后散射參量的變化規律。隨后探究了二端口互易網絡散射參量的測試方法，自己搭建實驗平臺，先測出給定微波二端口網絡的散射參量，再通過在二端口網絡端口加、減傳輸線的方法改變端口參考面，測出新的二端口網絡的散射參量，對理論推導結果進行了驗證。在學生實驗驗證過程中，老師進一步提出了如何用實驗方法驗證多端口網絡的端口參考面移動對散射參量的影響，同學們在深入分析并理解端口參考面移動對網絡散射參量影響的原理，及實驗法測量二端口網絡散射參量的原理后，很快找出了實驗驗證方法。

參加兩個探究課題的學生均寫出了詳細的學習、研究報告，并在課堂上進行了講解討論，與其他同學們分享了探究成果。

3 結束語

以上只是我們在實施“微波技術基礎與微波電路”課程教學過程，采用精心設計的運用“探究式教學法”案例中的兩個。第一個案例讓學生在探究學習過程中，充分體會到大學課程設置的科學性、知識的連貫性，學好每一門課程對掌握知識的重要性。第二個案例讓學生深刻理解了微波的特點，發揮了他們的想象力，培養了他們的實際動手能力。同學們普遍反映，通過探究式的教與學，提高了他們的學習興趣，鍛煉了邏輯思維能力，表示要在今后的學習中要主動參與、主動探索、主動思考、主動實踐。同時，如何更好地運用“探究式教學法”，也對老師提出了更高的要求，老師要在如何精心地設置探究課題、如何引導學生探究、如何指導學生對探究成果進行總結等方面下功夫。

注釋

① 范壽康.微波技術與微波電路[M].北京：機械工業出版社，2011.

② 周正源，楊流元.探究式教學法探討[J].電氣電子教學學報，2001（2）：99-101.

③ 薄建國.大學創造教育的選擇——探究式教學法探討[J].繼續教育研究，2005（1）：15-17.