基于微課與MATLAB 仿真的天線實(shí)驗(yàn)教學(xué)初探

景麗石 牛 海

0 引言

天線與電波傳播是通信專業(yè)類學(xué)科的基礎(chǔ)課程，其教學(xué)內(nèi)容抽象、公式推導(dǎo)多、理論性強(qiáng)且與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合，課程中需要使用仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行輔助教學(xué)[1]。在天線實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生利用MATLAB 仿真軟件對(duì)天線的方向性進(jìn)行直觀分析，進(jìn)而加強(qiáng)對(duì)天線輻射場(chǎng)和典型天線相關(guān)知識(shí)的理解和掌握。這就要求學(xué)生要具備良好的數(shù)學(xué)功底和實(shí)踐能力，采用傳統(tǒng)的授課方式很難達(dá)到期望的教學(xué)效果。因此，本文對(duì)天線實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀予以介紹，并針對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題進(jìn)行初步性的探索。

1 天線實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀與問(wèn)題分析

目前，在天線實(shí)驗(yàn)教學(xué)中主要存在以下幾點(diǎn)問(wèn)題：第一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課時(shí)安排較少和仿真實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生具備一定的MATLAB 編程基礎(chǔ)之間的矛盾。由于教師在課上時(shí)間僅僅能對(duì)軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，學(xué)生很難立即掌握并將其應(yīng)用到天線的仿真中，這就會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的興趣下降，課堂效率隨之降低。第二，實(shí)驗(yàn)課往往僅能被講授一遍，而涉及的內(nèi)容卻較多，部分同學(xué)需要利用課下時(shí)間進(jìn)行復(fù)習(xí)與實(shí)踐，但僅憑回憶通常記不起教師在課堂上所講的全部?jī)?nèi)容，進(jìn)而導(dǎo)致復(fù)習(xí)效果下降[2]。

2 將微課應(yīng)用于天線實(shí)驗(yàn)課程中的優(yōu)勢(shì)

微課是一種以短視頻和互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的新型的教學(xué)手段，具有短小精煉、靈活方便、反饋及時(shí)的特點(diǎn)[3]。若將其應(yīng)用到當(dāng)前的天線實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，探索一種基于微課與MATLAB 仿真的天線實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，將會(huì)帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì)：

（1）拓展教學(xué)內(nèi)容。教師將MATLAB 軟件的使用說(shuō)明和仿真demo 提前錄制成視頻，每個(gè)視頻長(zhǎng)度控制在十分鐘左右，于課前在線上分享給學(xué)生來(lái)預(yù)習(xí)，這樣學(xué)生可以提前了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并做好前期的準(zhǔn)備工作，很好地解決了學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上跟不上思路，以及影響仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)踐展開(kāi)的問(wèn)題。與此同時(shí)，這種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式能夠激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，其在完成實(shí)踐的過(guò)程中增加了對(duì)專業(yè)課學(xué)習(xí)的自信。

（2）整合教學(xué)資源。在基于微課的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生可以更充分地利用自己零碎的時(shí)間，并根據(jù)需要調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)碎片化學(xué)習(xí)[4]。由于不同學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)掌握的程度不同，微課中還可以額外發(fā)布一些拓展性實(shí)驗(yàn)給那些基礎(chǔ)好的學(xué)生，而對(duì)于那些基礎(chǔ)掌握仍不牢固的學(xué)生，則可以通過(guò)微課進(jìn)行復(fù)習(xí)和強(qiáng)化，最終實(shí)現(xiàn)差異性教學(xué)。

3 基于微課和MATLAB 的天線實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例

（1）課前

在實(shí)驗(yàn)課前的一周左右時(shí)間向?qū)W生發(fā)布學(xué)習(xí)資源，具體任務(wù)單如表1 所示。

表1 任務(wù)單

表2 課堂作業(yè)

（2）課中

首先，教師通過(guò)示例講解本節(jié)實(shí)驗(yàn)課中涉及的知識(shí)點(diǎn)，并解答同學(xué)們?cè)陬A(yù)習(xí)過(guò)程中反饋的問(wèn)題。然后，教師布置課堂作業(yè)如表2 所示，組織學(xué)生進(jìn)行分組驗(yàn)證，進(jìn)一步鞏固MATLAB 的使用方法，與此同時(shí)，要求學(xué)生在討論過(guò)程中以分組的形式總結(jié)對(duì)稱振子方向圖的特點(diǎn)。最后，教師對(duì)本節(jié)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)和知識(shí)擴(kuò)展，而對(duì)那些學(xué)有余力的同學(xué)可適當(dāng)增加研討項(xiàng)目，例如，討論對(duì)稱振子方向性系數(shù)與電長(zhǎng)度L 之間的關(guān)系。

（3）課后

教師鼓勵(lì)學(xué)生將自己的實(shí)驗(yàn)成果做成微課，以便供其他學(xué)生參考和學(xué)習(xí)，展示參考截圖如圖1 所示，這種方式不僅能激發(fā)起學(xué)生對(duì)天線實(shí)驗(yàn)的積極性，還能使他們的創(chuàng)新能力和自信心得到增強(qiáng)。與此同時(shí)，在課后還可以通過(guò)線上發(fā)布調(diào)查問(wèn)卷，使學(xué)生能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)本節(jié)課程進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而教師根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)下次實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。

圖1 對(duì)稱振子方向性與電長(zhǎng)度之間的關(guān)系演示

4 結(jié)論

本文探索了一種基于微課與MATLAB 仿真的天線實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，通過(guò)“對(duì)稱陣子方向性研究”這節(jié)實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)可以看出，這種授課方式能夠整合教學(xué)資源，充分地利用學(xué)生碎片化的時(shí)間，其不但能夠節(jié)省緊張的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課時(shí)，還能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，最終提高教學(xué)效率和質(zhì)量。