《天线与电波传播》教学与实验课程的改革与研究

摘 要：本文对《天线与电波传播》课程及其相关实验课程的教学和改革进行了研究。在内容上结合天线历史的发展及最新的天线发展技术，引出电波传播方式。另外，通过将各类天线类的设计软件引入到实验课程，使学生能掌握除基础理论知识以外的实践操作能力。同时，将最新的科研成果及工程实例与课程紧密结合起来，运用到课堂教学中，从而对课程教学的改革进行了深入细致的探索与研究。

关键词：天线；电波传播；教学方法；实验课程

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

1 課程现状

随着电子信息技术的高速发展，无线通信技术已渐渐融入人们的生活中。包括手机、wifi、蓝牙通信、全球定位及北斗系统都成为普通人生活方式不可或缺的一部分。而天线、其发射的电波及相关传播方式是其中关键的一环，因此《天线与电波传播》这门课程已成为电子、电信、通信等相关专业的必要课程。此课程的主要内容是通过相关天线基础理论的学习，了解各类基本天线的结构及其工作方式，并进一步掌握其电波传播的方式。最终使学生具备微波天线领域的基本科学素养，从而适应国家及社会无线通信行业发展的需要。然而，天线的基础理论逻辑性极强，对大学微积分、线性代数、大学物理及电磁场与电磁波的功底要求非常强。因此，学生在这门课程的学习过程中通常感到枯燥无味，因此学习效率也非常低下。最终经常会演变成为临时抱佛脚，六十分万岁的状态通过考试。针对上述情况，如何改进老师的教学水平及进行相关授课内容与方法的改革是重中之重。

2 教学改革

提到教学改革，其始终离不开三个方面的改善，一是教师自身素养的提高，二是理论课程教学方式的改进，三是实验课程的设置。

（1）提高教师自身素养。教师要对所教的课程滚瓜烂熟，这首先就要求老师对这门课程的大部分教材能做到心中有数，并且精读其中的三四本，并比较每本的差异，最后总结出每本书的优缺点，并且参照对比哪本教材的图片及相关公式推导能更有助于学生理解相关物理概念。总而言之，教师对课程的教学内容有深入的了解是所有的基础。其次，教师需要通过承担相关的科研项目及对最新科学文献的学习与研究，深入了解微波天线行业的历史与发展动态，进而形成未来行业的发展轮廓，以指导学生将科学前沿、实践与课程内容有机结合。

最后，教师要通过一定工程项目的承担，深入了解社会急需的、国家战略需要的方向。在不违反保密原则的基础上，能将具体的理论实践结合方式传授给学生，使学生在学习时感受到物有所用，从而增大学习兴趣。

（2）改进理论课程教学方式。首先，对于授课而言，备课是关键。在教学的前一天，梳理相关知识架构，总结知识点，并通过着重标出重难点的方式准备第二天的教学板书及讲稿。对于比较难的物理概念，尽量通过图片而非公式的方式传授，使学生形成清晰的物理轮廓，在此基础之上再学习相关理论及公式才能取得更好的教学效果。其次，在备好课的基础上，下一步就是如何将课程内容有效地传输到学生的知识架构中。因此，在课程的开始，最好是以提问法进入，让学生能够联系起前几堂课所学的知识，使大脑高速运转起来，并做好接受新知识的准备。在PPT和课堂板书中，教师应尽量借助物理概念模型，争取每一页PPT都能至少包含一张图形，通过动态引入的方式让学生把物理概念和繁复冗杂的数学理论有机联系起来。并且争取做到在课程结束时，整面黑板的板书就是今天学习内容的核心刚要。另外，针对在课堂结束时，学生注意力已渐渐无法集中的状态，在课堂最后五六分钟应提出与本次课程核心学习内容相关的一两个小问题，让学生写在小纸条上交上来，一来使学生掌握今天这堂课的核心，二来解决上期以来的签到问题，促使学生能够出席每堂课，建立本门课程的综合知识体系。最后是作业的布置与修改。对于现代的大学课程而言，作业在精不在多，应当通过核心作业题，使学生掌握核心知识点，从而梳理知识脉络，为未来的创新思维奠定基础。而非通过大量的例题，使学生被迫陷于一种逆反的状态，导致抄袭现象的大面积发生。

（3）设置实验课程。除了理论课程的学习外，实验课程的设置也是十分关键的一环。实验课程的设计首先应参考最新学术前沿的科研论文，其次应参考工程项目的具体实践，再次结合课程内容特点，最终设计出适合学生理解课程知识架构的实验课程。具体对于天线与电波传播这门课程而言，首先是天线的设计。对于单个天线单元的设计，借助如HFSS、CST等电磁仿真软件进行。因此，应当通过两节实验课，让学生熟悉和运用此类设计仿真软件。另外，通过出一个小的设计项目的方式，让学生设计一个与学号相关频率的偶极子天线。这样，让每个学生在掌握此类操作软件的同时，避免相互抄袭，使每个人都能养成解决问题的能力。另外，对于天线阵列而言，由于实验室上机电脑运算能力的限制，难以进行大规模的电磁仿真。在这种情况下，应该通过两节课程的设置，使学生掌握Matlab等数学仿真软件，通过阵列综合等简易数学方式，学习和了解不同天线阵列的方向图，掌握方向图随着阵列大小的变化规律。从而全面掌握从天线单元到天线阵列的辐射方式，了解其电波传播的方式。

3 结语

对于《天线与电波传播》这门课程的改革，无非是首先通过提升教师自身科学素养，其次在良好备课的基础上通过创新合理的课程图文并茂地进行知识的传授，最后通过与实践紧密结合的实验课程帮助学生巩固，提升解决实际问题的能力。最终帮助学生掌握核心知识，梳理课程脉络，形成良好的知识体系，为未来的工作或者进一步的深造提供坚实的基础。

参考文献

[1]孟银阔.《天线与电波传播》课程的教学探索[J].科学大众（科学教育），2013（12），

[2]孙豪.《天线与电波传播》课程教学实践与思考[J].科技信息， 2011（09）.

[3]于臻，冉小英.《天线与电波传播》课程教学实践探讨[J].廊坊师范学院学报（自然科学版），2009（06）.

[4]李素萍，吴伟.“微波技术与天线”课程教学改革探讨[J].中国电力教育，2011（08）.

作者简介：段铸（1987-）男，湖北崇阳人，博士研究生，讲师，研究学科或方向：微波天线。