基于科教融合的無線電波傳播課程教學探索

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2025）14-0118-04

Abstract：Fortheprogrammaticaccreditationofengineeringeducation，theMajorof CommunicationEngineeringinHefei UniversityofTechnologyhasnewlyrevisedthecuriculumsystem.\"RadioWavePropagation\"isoneof thekeycoursesandwel relatedwiththecoursesof \"ElectromagneticFieldsandWaves\"，\"Mobile Communication\"，and\"PrinciplesofRadar\".Itis typicallycharacterizedbyawidecoverageofknowledgeandsignificantfeaturesofenginering.Topromotethetrainingof engineersandresearchers，thispaperinvestigatestheteachingexplorationof\"RadioWavePropagation\"basedonthefusionof researchandteaching.Afteranalyzingthecharacteristicsofthecuriculumandourownresearch，weintroducetheresearch achievementsandideaintothewholeprocessofteaching，includingpresentingtheexperimentofwirelesscommunicationbased onvortexelectromagneticwaveonclass，guidingstudentstoparticipateresearchprogramandinstructingCollge Students\" InovativEntrepreneurialTrainingPlan（CSIETP）ProgramafterclassTherelatedstudentshavepublishedoneresearchpaper andfinishedtwoCSIETPprogramssofar.Itisdemonstratedthatthedeepfusionofresearchandteachinghassignificantly promoted the training of practical ability and innovative thinking.

Keywords： fusionofresearchandteaching;teaching exploration;engineering education；communication enginering;radio wave propagation

作為教育部直屬全國重點大學，合肥工業大學是教育部、工信部和安徽省政府共建高校，同時是教育部與國防科工局共建高校。自建校以來，合肥工業大學逐步形成了“工程基礎厚、工作作風實、創業能力強”的人才培養特色，為國家培養了數以萬計的工程技術人才。在工程教育專業認證制度快速發展的背景下[-2]，合肥工業大學高度重視工程教育改革和工程教育專業認證工作，深入貫徹“以學生為中心、產出為導向、持續改進”三大核心理念，大力推進能力導向的一體化教學體系建設，著力強化教學過程管理，積極改革人才培養組織模式，深化產學研融合，落實教學質量改進體系，切實保障和提高各專業人才培養質量。截至目前，合肥工業大學所有70個工科專業中的22個專業已通過工程教育專業認證（評估）。

筆者所在通信工程專業，通過積極準備，工程教育專業認證（評估）工作已被受理。在本專業的認證工作準備過程中，計算機與信息學院教學指導委員會和本專業全體教師，深刻理解了認證標準、評估流程和反饋機制、培養目標達成路徑等關鍵問題，進一步全面深入地認識了專業培養計劃和課程體系。本專業認真研究了工程教育專業認證的要求，完善了課程體系建設，目標是切實提高本專業學生解決復雜工程問題的能力。

無線電波傳播是本專業面向工程教育專業認證，課程體系建設的重要課程。在本專業課程體系中，無線電波傳播是電磁場與電磁波的高階課程，內容涵蓋復雜環境下的無線電波傳播模型、無線電波傳播的概率統計模型、接收信號的衰落等，知識點多、工程性強4。在工程教育專業認證工作的需求下，本課程亟待解決的問題是，突出課程的工程實踐特征，培養學生分析工程問題、綜合利用專業知識解決工程問題等能力。近年來，基于科教融合的理工類專業課程的教學改革與探索在諸多院校廣泛開展[7-10]。無線電波傳播課程組成員主持完成多項與課程內容相關的國家自然科學基金項目、安徽省自然科學基金項目，積累了一些科研經驗。推動科研與教學的融合，鼓勵學生參與科研活動，有助于培養學生的動手能力和創新思維，是本專業課程體系建設的重要內容。

論文開展基于科教融合的無線電波傳播教學探索。通過分析課程特點和自身科研情況，筆者將科研成果和科研理念融入到課程教學的全過程。具體內容包括課上演示基于渦旋電磁波的無線通信實驗，課后引導學生參與科研項目、指導大學生創新創業項目等。本文將詳細論述教學探索的過程及結果，以期為相關學科教學探索提供參考。

一 科教融合教學探索的技術思路

傳統課堂教學，常采用“概念與理論介紹一案例分析一總結歸納\"的教學模式。雖然，傳統模式在理論教學之后設置作業練習等案例分析環節，可在一定程度上幫助學生理解相關概念與理論知識，但課堂上仍是以教師講課為主，缺少對學生工程實踐能力的培養。在工程教育專業認證的時代大背景下，傳統課堂教學模式已疲態盡顯。此外，通信工程專業課程難度較深，特點是由抽象理論發展到工程實踐，對學生數學物理基礎要求高。學生在傳統課堂教學模式下，難以建立牢固的知識體系，導致學生在面對具體工程問題的時候，無法有效地利用所學知識形成解決方案。

合肥工業大學通信工程專業，針對工程教育專業認證，進行了系統性的教學改革。在新版課程體系中，本專業在全面培養綜合素質的基礎上，以移動通信、無線通信、導航與雷達技術為主要的專業方向定位。無線電波傳播是專業必修課電磁場與電磁波的高階課程，內容較多涉及工程實踐、科研前沿，是面向工程教育專業認證的新版教學方案中的重要課程。在無線電波傳播課程教學中，筆者將科研成果與理念融入教學，讓教學過程帶有探索性、實踐性，引導學生思考問題，激發學生的創新意識，提高課程的教學質量。

筆者凝聚科研資源，探索滿足通信工程專業人才培養國家需求的科教融合的課程模式。筆者利用科研和教學雙核心驅動，以科研過程為教學環節、以科研平臺為教學條件、以科研成果為教學案例，豐富教學內容。筆者通過教學和科研的高度融合統一，促進學生對專業領域的掌握，通過科教融合科學育人模式的實踐，提升學生工程實踐能力，更好地符合工程教育發展趨勢。

基于科教融合的無線電波傳播教學探索，包括三個主要內容，如圖1所示。

第一，嵌入前沿科學知識，科研為教學系統提供素材、話題、邏輯、方法和認知結構。以高水平的科學研究支持高質量的課堂教學，將前沿知識嵌人課程體系，嵌入課堂討論，幫助學生開拓國際視野，了解科技前沿，開拓創新思維。

第二，培養學生科研素養，從知識傳授為主向能力培養和素質提升轉變，注重學生的想象力和創造力，通過問詢、答疑、實驗和實踐的方式啟迪思想。教學重點更多地放在研討式、啟發式學習上，著力培養學生主動思考、獨立思考、自由探索、勇于質疑、勇于挑戰權威的能力和素質。

第三，在課程教研基礎上，引導學生進入筆者正在進行的科研項目，鼓勵學生申報大學生創新創業訓練項目等，完善項目主導、模塊交叉的個性化人才培養思路。

整體而言，筆者開展的基于科教融合的教學探索，將課堂教學建立在無線通信、移動通信技術等領域的科研基礎之上。以筆者的科研平臺及成果為支撐，強調“學習一實踐—再學習—再實踐”。在本科高年級階段實施科教融合型的教學模式，能夠重點培養學生的動手能力、整合能力、創新能力等工程實踐能力。

從學生角度來看，通過科教融合的探索，學生的專業認同感和科研素質顯著提高。學生的科技創新能力得到提高之后，以課程內容為依托，指導學生參與各類科技競賽、創新創業大賽，參與科研項目等。從師資條件來看，利用現有科研平臺進行相關教學活動，促進了本科教學條件的提高，促進人才培養和教師隊伍建設。詳細效果將在下面展開討論。

二 科教融合教學的實施與效果

本課程在安徽省質量工程項目和合肥工業大學青年教師專項教學研究項目經費的支持下，實質落地了全過程的科教融合的課程教學。按照時間順序，實施過程可分為課上和課下兩個主要環節。

（1） 課上融入科研元素

筆者針對性地在課上介紹了與課程內容相關的科研項目、主流學術期刊以及高新技術產業等，幫助學生了解課程理論知識在實際生產科研中的應用。

下面筆者首先以課程中“天線基本結構及工作原理”“視距場景下的無線電波傳播模型”部分教學為例，進行具體說明。課堂情況如圖2所示。

在講解“天線基本結構及工作原理\"理論知識之前，筆者首先介紹了近年主持完成的題為“渦旋電磁波實現xxxx新機制及方法研究\"的科研項目。本項目受到軍委科技委資助。項目研究內容之一，是開發合適的雷達天線構型，設計相應的雷達天線，并優化相關參量，實現渦旋電磁波的產生，并優化相應雷達天線的工作譜段特性、增益特性等。筆者在課上展示了加工制作的雷達天線，并在學生間傳閱，使得學生對天線有了初步的直觀感受，激起學生對課程內容的興趣。在理論知識講解的同時，筆者將知識點與課上展示的天線結合，幫助學生更好地理解相關內容。

在講解“無線電波傳播理論模型”理論知識之后，筆者在課上演示了基于渦旋電磁波的無線通信系統實驗。在該實驗中，通過使用不同渦旋電磁波的正交性，提高通信系統性能。實驗中使用的是阿基米德螺旋天線，能夠同時產生兩種類型的雙模混合渦旋電磁波。課上實驗演示了兩種通信系統的吞吐量性能，并進行了分析。通過實驗結果的演示，幫助學生更好地理解了無線電波傳播模型及其在通信等應用中的重要性。

此外，筆者針對性地布置了兩項“科研\"作業。第一項，以3＼～5人為一組，開展課程設計。筆者擬定的所有題目，均與課程內容高度相關、難度適中。要求小組協作，通過課題調研，完成MATLAB程序的編寫，并在課上進行匯報。本項作業的考核指標分為程序功能的完整性、匯報PPT的制作、答辯的準確性、小組分工的合理性等四項，由教師和學生共同完成評價。第二項，要求學生在主流期刊上搜索與課程內容相關的文獻，并完成翻譯工作。本項作業從譯文準確、語句流暢、簡明得體、格式規范等四個方面進行考核。這兩項作業有助于完善教學內容，以工程教育專業認證標準提高課程質量。

最后，筆者在課上講解理論知識時，會將相關知識點的工程應用具體到一些常見的高新技術企業和產品，并結合學生大一的認知實習課程經歷，回顧合肥本地的代表性企業和產品。這些內容有助于學生將課堂知識與生產實際、工程應用聯系起來。

（二） 課下引導學生參與科研

與課堂學習不同，科學研究涉及的知識面廣，往往是多學科交叉，需要學生具有獨立思考能力和專業興趣。筆者在課下積極引導學生參與科研活動，并從科研心態和科研習慣兩個方面培養學生。

做科研要有良好的心態。提醒學生放棄“科研投機”的想法，對于多數人來說，科研是長期而緩慢的過程；提醒學生保持開放的心態，積極與有經驗的科研人員交流，特別是在起步階段，盡多地采納老師和高年級研究生的建議。

做科研最重要的是良好的習慣。提醒學生科研的基本順序是閱讀文獻、提出猜想、驗證猜想、成果總結與發布。閱讀文獻是為了凝練科學問題，只有大量地閱讀文獻，才能準確地凝練科學問題并提出猜想。之后，需要根據猜想，制訂合理的研究目標和可行的技術路線。然后，需要通過關鍵指標來驗證猜想是否正確。最后，對實驗成果進行歸納總結，以發表論文或申請專利的形式，與相關科研人員分享。

目前，有多名學生課下在筆者實驗室，參與在研項目、申報“大學生創新創業訓練計劃項目”，筆者進行了全過程指導。圖3為學生在實驗室進行小組討論。下面筆者將分別進行介紹。

參與在研項目案例：祝同學等在參與課題組在研題為“復雜散射環境下的偏振成像技術”過程中，積極參與項目組研討會，在聽取文獻調研和進展匯報的過程中，發現項目采用的計算成像技術在復雜環境發生變化的時候，面臨著實時性差、成像效率低的問題。在筆者的引導下，學生充分調研了深度學習在成像方面的發展現狀，發現深度學習在提高計算成像的實時性和效率方面，有著明顯的優勢。經過仔細對比分析，學生在計算鬼成像方法中，使用多尺度隨機模式獲取目標的細節和輪廓信息，用少量數據提供網絡更豐富的目標信息，訓練后的網絡以較低的采樣率恢復高質量圖像。學生取得的結果對于計算鬼成像技術，具有一定的參考意義。相關結果總結之后，即將發表于 Op- ticsCommunications期刊上。

申請大創項目案例：分別以韓同學、徐同學為組長的兩組學生，在每周參加實驗室組會并積極參與討論的過程中，對光場偏振和渦旋電磁波產生了濃厚興趣。學生在筆者引導下，根據關鍵詞查閱文獻，對偏振和軌道角動量的物理特性有了初步認識。學生自發組織并邀請教師和高年級研究生，參加小組討論活動，理解了對光場偏振和渦旋電磁波相關特性，了解了它們在工程應用方面的發展現狀及前景。在此基礎上，兩組學生分別以“基于偏振光圖像的皮膚狀態診斷技術及系統設計\"和“基于幾何變換的渦旋電磁波通信路由器件\"為題，申報了“大學生創新創業訓練計劃項目”，并成功立項。目前，兩個項目正按照項目申報書上的研究進度進行，已經取得了較好的結果。兩組學生正在積極準備申請發明專利。

三 結束語

在工程教育專業認證工作的需求下，在課堂教學中突出課程的工程實踐特征，培養學生分析工程問題、綜合利用專業知識解決工程問題等能力，顯得尤為重要。筆者以本專業新版教學計劃中的無線電波傳播課程為依托，開展科教融合的教學探索。筆者在課程教學中，通過科研實驗和成果的展示嵌入前沿科學知識；通過課后布置“科研\"作業的形式，初步培養學生科研素養；通過引導學生參與實驗室在研項目、申請\"大學生創新創業訓練計劃項目”，對學生的科研進行全過程培養。目前，已有相關學生發表學術論文一篇，立項“大學生創新創業訓練計劃項目\"兩項，教學探索初見成效。今后，筆者將繼續凝練科研方向和課堂教學知識點，進一步融合科研和教學工作，以期科教融合、教研相長。

參考文獻：

[1]李志義.解析工程教育專業認證的成果導向理念[J].中國高等教育，2014（17）：7-10.

[2]林建.工程教育認證與工程教育改革和發展[J].高等工程教育研究，2015（2）：10-19.

[3]孫銳，丁志中，王祿生.面向工程教育認證的通信專業課程體系建設[J].高教學刊，2018（19）：188-190，193.

[4]薛春華，袁浩浩，周堅和，等.工程教育認證背景下“電磁場與微波技術”課程的教學改革探討[J].教育教學論壇，2018（18）：107-108.

[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，2012，35（2）：98-99.

[6]劉留，周濤，陶成.案例教學在無線通信專業的適用性研究以無線電波傳播特性教學為例[J].教育現代化，2020，7（9）：115-117.

[7]聶東虎，喬鋼，莫世奇，等.水聲工程國防特色學科科教融合高水平人才培養模式探索與實踐[J].高教學刊，2022，8（34）：159-162.

[8]余江，陳鳳，方元欣.面向世界科技強國建設的科教融合新體系初探[J].科教發展研究，2022，2（3）：55-78.

[9]彭誠，鄒長春，肖亮，等.基于科教融合的“巖石物理學\"課程設計與探索[J].科教導刊，2022（28）：101-104.

[10]羅娜，錢春梅，羅玉容，等.基于科教融合的“植物生理學\"課程教學的改革與探索[J].科技風，2023（32）：130-132.