《天線與電波傳播》教學與實驗課程的改革與研究

摘 要：本文對《天線與電波傳播》課程及其相關實驗課程的教學和改革進行了研究。在內容上結合天線歷史的發展及最新的天線發展技術，引出電波傳播方式。另外，通過將各類天線類的設計軟件引入到實驗課程，使學生能掌握除基礎理論知識以外的實踐操作能力。同時，將最新的科研成果及工程實例與課程緊密結合起來，運用到課堂教學中，從而對課程教學的改革進行了深入細致的探索與研究。

關鍵詞：天線；電波傳播；教學方法；實驗課程

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.190

1 課程現狀

隨著電子信息技術的高速發展，無線通信技術已漸漸融入人們的生活中。包括手機、wifi、藍牙通信、全球定位及北斗系統都成為普通人生活方式不可或缺的一部分。而天線、其發射的電波及相關傳播方式是其中關鍵的一環，因此《天線與電波傳播》這門課程已成為電子、電信、通信等相關專業的必要課程。此課程的主要內容是通過相關天線基礎理論的學習，了解各類基本天線的結構及其工作方式，并進一步掌握其電波傳播的方式。最終使學生具備微波天線領域的基本科學素養，從而適應國家及社會無線通信行業發展的需要。然而，天線的基礎理論邏輯性極強，對大學微積分、線性代數、大學物理及電磁場與電磁波的功底要求非常強。因此，學生在這門課程的學習過程中通常感到枯燥無味，因此學習效率也非常低下。最終經常會演變成為臨時抱佛腳，六十分萬歲的狀態通過考試。針對上述情況，如何改進老師的教學水平及進行相關授課內容與方法的改革是重中之重。

2 教學改革

提到教學改革，其始終離不開三個方面的改善，一是教師自身素養的提高，二是理論課程教學方式的改進，三是實驗課程的設置。

（1）提高教師自身素養。教師要對所教的課程滾瓜爛熟，這首先就要求老師對這門課程的大部分教材能做到心中有數，并且精讀其中的三四本，并比較每本的差異，最后總結出每本書的優缺點，并且參照對比哪本教材的圖片及相關公式推導能更有助于學生理解相關物理概念。總而言之，教師對課程的教學內容有深入的了解是所有的基礎。其次，教師需要通過承擔相關的科研項目及對最新科學文獻的學習與研究，深入了解微波天線行業的歷史與發展動態，進而形成未來行業的發展輪廓，以指導學生將科學前沿、實踐與課程內容有機結合。

最后，教師要通過一定工程項目的承擔，深入了解社會急需的、國家戰略需要的方向。在不違反保密原則的基礎上，能將具體的理論實踐結合方式傳授給學生，使學生在學習時感受到物有所用，從而增大學習興趣。

（2）改進理論課程教學方式。首先，對于授課而言，備課是關鍵。在教學的前一天，梳理相關知識架構，總結知識點，并通過著重標出重難點的方式準備第二天的教學板書及講稿。對于比較難的物理概念，盡量通過圖片而非公式的方式傳授，使學生形成清晰的物理輪廓，在此基礎之上再學習相關理論及公式才能取得更好的教學效果。其次，在備好課的基礎上，下一步就是如何將課程內容有效地傳輸到學生的知識架構中。因此，在課程的開始，最好是以提問法進入，讓學生能夠聯系起前幾堂課所學的知識，使大腦高速運轉起來，并做好接受新知識的準備。在PPT和課堂板書中，教師應盡量借助物理概念模型，爭取每一頁PPT都能至少包含一張圖形，通過動態引入的方式讓學生把物理概念和繁復冗雜的數學理論有機聯系起來。并且爭取做到在課程結束時，整面黑板的板書就是今天學習內容的核心剛要。另外，針對在課堂結束時，學生注意力已漸漸無法集中的狀態，在課堂最后五六分鐘應提出與本次課程核心學習內容相關的一兩個小問題，讓學生寫在小紙條上交上來，一來使學生掌握今天這堂課的核心，二來解決上期以來的簽到問題，促使學生能夠出席每堂課，建立本門課程的綜合知識體系。最后是作業的布置與修改。對于現代的大學課程而言，作業在精不在多，應當通過核心作業題，使學生掌握核心知識點，從而梳理知識脈絡，為未來的創新思維奠定基礎。而非通過大量的例題，使學生被迫陷于一種逆反的狀態，導致抄襲現象的大面積發生。

（3）設置實驗課程。除了理論課程的學習外，實驗課程的設置也是十分關鍵的一環。實驗課程的設計首先應參考最新學術前沿的科研論文，其次應參考工程項目的具體實踐，再次結合課程內容特點，最終設計出適合學生理解課程知識架構的實驗課程。具體對于天線與電波傳播這門課程而言，首先是天線的設計。對于單個天線單元的設計，借助如HFSS、CST等電磁仿真軟件進行。因此，應當通過兩節實驗課，讓學生熟悉和運用此類設計仿真軟件。另外，通過出一個小的設計項目的方式，讓學生設計一個與學號相關頻率的偶極子天線。這樣，讓每個學生在掌握此類操作軟件的同時，避免相互抄襲，使每個人都能養成解決問題的能力。另外，對于天線陣列而言，由于實驗室上機電腦運算能力的限制，難以進行大規模的電磁仿真。在這種情況下，應該通過兩節課程的設置，使學生掌握Matlab等數學仿真軟件，通過陣列綜合等簡易數學方式，學習和了解不同天線陣列的方向圖，掌握方向圖隨著陣列大小的變化規律。從而全面掌握從天線單元到天線陣列的輻射方式，了解其電波傳播的方式。

3 結語

對于《天線與電波傳播》這門課程的改革，無非是首先通過提升教師自身科學素養，其次在良好備課的基礎上通過創新合理的課程圖文并茂地進行知識的傳授，最后通過與實踐緊密結合的實驗課程幫助學生鞏固，提升解決實際問題的能力。最終幫助學生掌握核心知識，梳理課程脈絡，形成良好的知識體系，為未來的工作或者進一步的深造提供堅實的基礎。

參考文獻

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作者簡介：段鑄（1987-）男，湖北崇陽人，博士研究生，講師，研究學科或方向：微波天線。