基于做中學的微波技術與天線課程教學改革研究

0 引言

微波與天線是電子信息技術產業的基礎支撐技術之一，培養掌握微波與天線技術的科技人才是發展電子信息產業的重中之重，而培養具有扎實的微波與天線理論基礎、豐富的實訓與實踐經驗，具備一定的微波與天線工程能力的大學生成為當務之急，以滿足產業發展對應用型、創新型專業人才的強烈需求。

微波技術與天線課程是信息與通信工程學科的核心專業基礎課，根據電子信息類培養方案要求，該課程的培養目標如圖1所示。

圖1微波技術與天線課程培養目標

針對圖1所示培養目標，在每年教學過程中對微波技術與天線課程教學內容和教學方法進行諸多改革與探索。在實際教學中發現，學生對理論教學內容中的基本概念、電路分析和系統分析的基本理論與方法可以較好掌握，但在運用這些理論和方法分析實驗中遇到的實際問題時仍存在困難。此外，學生在設計、調試微波技術與天線電路及系統方面的工程能力也有待進一步提升。產生這些現象的原因有以下幾點[1-2]

1）理論教學與工程實踐脫離。微波技術與天線課程理論教學的重點是通信系統各個模塊的電路原理及電路設計、微波傳輸線理論及器件的參數指標，學生對常用的通信模塊、微波器件如諧振功率放大器、振蕩器、混頻器、矩形波導、定向耦合器和天線等，聽得多、見得少，而教學內容中缺乏器件設計實例，他們難以將理論知識和實際工程應用聯系在一起，導致學習缺乏積極性。

2）教學過程缺乏自主性。課程教學以教師的教為中心，理論教學與實踐教學均以教師為主導，課堂教學無法調動學生學習積極性。實驗教學也以驗證性實驗為主，學生大都是對照實驗參考書給出的步驟操作，主動探索能力不足。

3）考核方式缺乏創新性。前期考核中，該課程采用閉卷考試 + 平時成績的模式，學生對課程重視度不夠，且動手實踐能力沒有提高，考核方式難以滿足培養目標的要求。

“做中學”強調學生通過親身實踐和探究來學習，通過實踐獲得知識的提升，被認為是更有效的學習知識的方式與途徑。微波技術與天線課程教學改革應從長期以來存在的問題出發，基于“做中學”理念，以提升學生在電子信息領域的開發設計能力和解決實際問題能力為目標，對教學方式、實驗和考核方式等方面進行改革，從而有效提高學生的實際問題解決能力和創新能力。

1基于“做中學”理念的教學設計

基于“做中學”理念的微波技術與天線課程教學改革始終以學習成果為導向，在教學實施過程中以設定目標成果、實現目標成果、評價目標成果和應用成果為主線，通過不斷地迭代優化課程內容與教學方法。在教學過程中始終強調教、學、做的有機結合，教中學、學中做、做中學，通過做中學不斷強化基礎理論與實踐的有機結合[3-4]，優化基于“做中學”理念的教學過程設計，如圖2所示。

2基于“做中學”理念的教學實施

將“做中學”理念引入微波技術與天線課程教學設計，在教學實施中通過穿插項目式教學和實操式教學、構建持續化微波技術與天線課程教學體系進行教學改革，提升學生理論與實踐水平，在做與學的過程中提升創新能力。

2.1 項目式教學

在微波技術與天線課程教學過程中，教師針對教學內容先提出并發布若干可行的教學項目，讓學生始終以問題為導向，在解決問題的過程中學習課程的理論知識并實踐。

2.1.1 課內設計實踐

1）開設課內設計實踐來鍛煉學生的實踐能力。學生依據實驗指導書提供的實驗步驟進行操作并得出結果，進一步理解微波器件的工作原理，但不足以滿足工程化教學的要求。因此，將驗證性實驗與創新實驗相結合，有效培養學生的實踐創新能力，進一步提升學生分析和解決問題的能力。課內設計實踐可以利用MATLAB、ADS、HFSS等軟件對微波器件與微波電路進行設計仿真，對微波元件及天線從理論設計到模型建立再到結果分析，完成實驗，提高學生的學習興趣，培養學生的實踐創新能力，為學生提升解決問題的能力奠定堅實基礎。

2）教學項目“課內設計實踐”要求學生獨立完成。學生結合課堂講授內容，通過查閱資料，了解相關技術國內外研究現狀、技術參數及優缺點，設計微波技術與天線中常用系統，以小作業形式上交，并在課堂進行陳述討論，交流設計思想。小型課內設計一般緊密結合課堂內容，在課前一周提前布置，給予學生幾天到一周的準備時間。學生通過認真準備，再結合課堂講授內容進行比較分析，最終促進對相關知識的理解并完成典型微波電路與天線設計[5]。微波技術與天線課程課內設計實踐參考題目如表1所示。

2.1.2微波技術與天線課程設計

微波技術與天線理論課程結束后，基于課程內容，為學生布置與生活或專業緊密相關的課程設計項目，這些項目的設計難度略高于課程內容。學生利用課余時間查找與課題相關的資料，完成方案設計、電路設計、電路仿真、實驗結果分析，最終完成項目設計。通過這一過程，學生不僅能夠鞏固課程知識，還能提升微波電路設計能力與創新能力。項目式教學開展流程如圖3所示。

圖3項目式教學開展流程

如在微波工程中經常進行材料介電常數測試，介電常數最常用的測試方法為波導法測試，測量系統如圖4所示，由同軸線、同軸一波導轉換接頭、BJ100矩形波導管、開孔夾具、被測材料組成。測量時需先對測量系統進行校準，校準后通過矢量網絡分析儀測量系統兩端的S參量，經過公式轉化即可測出被測材料的相對介電常數。本例中，通過材料介電常數測試，用到微波技術與天線課程第二章中“均勻無耗傳輸線”、第三章中“矩形波導”、第四章中“散射參量測量”、第五章中“同軸一矩形波導轉換元件”等知識點。本項目將這些知識點串聯起來，可以大大加深學生對微波傳輸線與微波參量測試的理解，實現理論與實踐的有機結合。

2.2 實操式教學

在課內實驗規定實驗的基礎上，加入對課程基礎理論的軟件仿真，目前已加入MATLAB、HFSS、ADS電路仿真。課堂講授理論的同時會選擇相應的軟件進行相關的實踐操作，學生可以帶電腦進課堂，跟隨教師學習。例如，上課時使用電磁仿真軟件進行傳輸線中電場的演示，如圖5所示，這樣可以讓學生更直觀地看到傳輸線中電磁場的分布，通過在電磁仿真軟件中修改傳輸線模型參數，達到理論聯系實際的目的，加深學生對物理概念的理解。此外，為了保證教學質量，每一步實操過程均錄制指導視頻并上傳至云課堂平臺，學生可以自由下載學習，保證課內實驗的學習效果。

表1微波技術與天線課程課內設計實踐題目

圖4波導法測量介電常數

圖5電磁仿真軟件實操舉例

2.3構建持續化微波技術與天線課程教學體系

在電子信息工程、信息對抗技術、微波工程等專業的本科教學體系中，微波技術與天線課程以電路原理、電磁場與電磁波為基礎課程。完成本課程的教學后，后續教學環節還包括微波EDA、微波工程課程設計、專業綜合實踐、畢業設計等。整個教學過程會涉及微波技術與天線的基礎理論及實踐，讓學生在解決微波工程問題的過程中不斷提升相關能力。

此外，以本門課程為基礎，組織學生以微波技術與天線課程所學內容為素材參加大學生創新創業訓練計劃（“大創”項目）、“互聯網+”等學科類競賽。競賽題目涉及雷達、通信、微波、電子對抗、電子測試等領域，既可以由教師指定，也可以由學生自擬并經教師審核。通過參加競賽，學生能夠不斷鞏固所學理論知識，完成從理論到實踐的轉化，同時了解本領域相關產品的國內外發展現狀與產業行情，提升創新思維能力，實現知識的升華。

在引導學生參加學科競賽的基礎上，積極引導學生參與項目組的橫縱向研究課題與成果轉化項目，讓學生更加深入地了解微波、電子、通信、電子對抗等領域的實際需求，進一步培養解決實際問題的能力與創新思維，將所學理論知識應用于解決實際工程問題。

3 結束語

本文通過分析微波技術與天線課程目標，針對前期課程目標達成度弱的問題，根據工程教育專業認證對該課程工程化要求，提出基于“做中學”理念的微波技術與天線課程教學設計方案，給出“做中學”教學設計的幾種實施方法。在教學過程中，通過穿插項目式教學和實操式教學、構建持續化微波技術與天線課程教學體系進行教學改革，激發學生對微波電路的學習熱情，提高學生理論與實踐水平，在做中學的過程中提升創新能力，有效提升課程的目標達成度。

4參考文獻

[1］楊志良，姚金杰，孫興麗，等．基于OBE理念的微波技術與天線課程教學設計[J].中國教育技術裝備，2023（8）：71-74，78.

[2]毛煜茹，楊志良，孫鵬，等．“微波技術與天線”課程教學改革探索［J].教育教學論壇，2023（16）：60-63.

[3]王愛珍，田竹梅，任國鳳，等.CDIO工程教育理念下通信工程專業教學體系的構建［J].高師理科學刊，2017，37（12）：83-86.

[4]向天宇，雷濤．基于CDIO工程教育模式的“微波技術與天線”課程教學改革研究［J].創新創業理論研究與實踐，2020，3（20）：51-53.

[5]王新穩，李延平，李萍．微波技術與天線[M].北京：電子工業出版社，2016.