微波技术分类开放式实验的实施

全绍辉

(北京航空航天大学电子信息工程学院，北京100191)

“微波技术”课程是电子信息类、通信工程类专业课程体系中的核心课程，国内外高校都对其教学开展过较多研究［1-4]。该课程也是射频、微波和天线等工程师职位的入门课。企业在招聘这些职位时，均要求应聘者在微波仿真软件、射频和微波仪器测试等方面具有较多的实践经验，这对微波类课程实验教学提出较高要求。

我国高校开设的“微波技术”课程实验，主要是针对传输线理论、波导理论和微波网络的波导测量线验证性实验，存在如下问题:①较少涉及实用微波元件原理和工作性质，缺乏趣味性和实用性;②缺乏针对课程的软件设计和软件仿真实验;③实验内容单调，缺乏开放性和综合性训练。

1 分类开放式实验定位

我们在保留传统波导测量线实验的基础上，结合早期开展微波虚拟实验的经验［5]，尝试进行一种分类开放式实验。这样可以充分考虑学生多元化个性特征和发展特征，重在发挥学生的自主性和调动学生的积极性。

我校的“微波技术”课程被安排在大三进行，主要讲授传输线理论、波导理论、微波网络和微波元件［6]。我院大部分学生将在电子类和通信类的相关专业方向发展，部分学生有可能选择电磁场与微波技术相关的专业继续学习深造。

考虑到这一现状，我们在教学中设计了三类开放性实验，包括:信息收集类实验、软件设计类实验和软件仿真类实验。实验从学期初开始布置，到学期末完成。

2 开放性实验设计实例

1)信息收集类

选择信息类实验的学生可以广泛搜集并整理相关资料，对自己将来发展方向进一步明确定位。对课程建设而言，通过这些实验可以逐渐建立各种微波学科和专业相关的信息和资料库。通过在网站发布，还可以分发给其他学生，实现共享资源和普及信息知识。

设计实例:“航空航天领域的微波技术”。

要求学生通过查阅文献，写一篇这类问题的综述论文。论文考评内容有:①原创性和创新性;②题目、摘要、引言和结论以及对论文核心内容和成果的概括性和提炼度;③正文层次是否清晰，内容是否丰富;④参考资料的完整性和权威性;⑤论文上传网站被用户阅读、提问和评价的情况;⑥论文作者在线答疑的情况。

2)软件设计类

设计类实验任务主要针对课程教学和学习中的一些疑难原理和计算问题，让学生自由选择自己熟悉的软件工具，编程完成规定的功能设计。学生通过这一类实验，可以对课程教学内容进一步熟练掌握，也锻炼了实际承担软件编程的能力。对课程建设而言，学生设计完成的软件可以作为辅助教学的有效工具。由于这些软件是由正在上课的学生在教师教辅指导下共同完成的，其功能更具有教学的针对性和实用性。

设计实例:“史密斯圆图动态展示”。

要求学生设计完成具有可视的友好界面且可独立运行的教学演示软件。藉此可以演示史密斯圆图的形成过程，显示传输线上不同位置的圆图变化特征，形成完整的史密斯圆图，当作计算工具使用。该软件还可以拓展演示史密斯圆图其它实用功能，如参数展示和支节匹配等。

3)软件仿真类

仿真类实验针对目前流行的一些电磁微波仿真软件，收集总结相关的使用技巧、原理和方法，并针对课程学习的微波传输线和微波元件，选用一种仿真软件进行场结构模拟和参数分析。这类实验有一定难度，不仅要求学生具有较扎实的电磁和微波理论基础，并具有较强的实际动手能力。

设计实例:“双T和魔T接头的仿真优化”。

要求学生选定初始工作频段(如X波段)，对一定尺寸的双T接头进行仿真设计，并利用圆柱、圆锥和膜片等结构对其进行调配而成为魔T。该仿真软件可以展示内部场结构和端口的S参数随结构调整的渐近变化过程，以及结构随频率变化的特征。

3 微波学堂网选题和考评

通过构建微波学堂网论坛［7]，依托该网站的“在线课程→微波技术→实验实践”栏目，可实现分类开放式实验实践的在线选题、成果提交和考评。

1)选题方式

在选题阶段，每个题目都根据难易程度、课程需求设定了星级。最高五星，最低三星，不同星级对应评分不同。规定每人至少选1题。鼓励1人多题，也可以1题多选。采取网上自由报名形式，先报先定。报名者回帖说明所报题目，教辅通过审核评分或回帖即为报名生效。对先报名者有加分奖励，对所有报名者进行抽签分组。

2)考评方式

在考评阶段，要求将实验报告提交到对应班级版块。总结报告和相关软件设计，学生都应独立思考和完成。如出现雷同可酌情减分，与已提交报告完全相同且不能出示独立完成证据者或明显将前面提交学生的报告修改拼凑提交者均没有成绩。报告提交较早者可以获得一定的额外奖励加分。

3)选题结果分析

对2011-2012年度选修微波技术课的学生，我们共提供了35道题目供学生选择。以笔者任教班级参加选题的102人为例，表1给出了选题统计。包括题目分类、种类题目数目、选题人数/比例和选题人次/比例。表中的选题人数比例加起来超过100%，是因为有一些学生同时选择了两个或两个以上题目。

从表中可以看到，选择信息收集类的人次数最多。有较少人选择软件设计类，说明这些软件设计任务对电子信息工程学院的大部分学生来说还是偏难的。有较多学生选择了难度稍大的软件仿真任务，说明这些学生专业基础扎实，对深入微波专业学习有兴趣，实际动手能力也较强。

表1 选题人数和人次统计

学生完成这些实验后，既达到对课程知识扩展巩固的目的，又锻炼了动手能力。所有完成的这些实验实践成果都成为课程建设的宝贵资源。

［1] Pozar，D.M.，A modern course in microwave engineering，Education［J] ，IEEE Transactions on Education.，1990，33(1):129

［2] Hertling，D.R.and Feeney，R.K.，RF and microwave design courses at Georgia Tech［J] ，IEEE Transactions on Education.，1989，32(4):430-435

［3] 凌丹，王蔷，电磁场与微波技术实验教学的改革［J] ，北京:实验技术与管理，2010，27(9)

［4] 赵春晖，张朝柱，赵旦峰，微波工程系列课程的体系改革与教学内容优化［J] ，南京:电气电子教学学报，2008，30(2)

［5] 全绍辉，微波虚拟实验在教学中的应用［J] ，南京:电气电子教学学报，2005，27(3)

［6] 全绍辉，微波技术基础［M] ，北京:高等教育出版社，2011

［7] 微波学堂网:wbxt.buaa.edu.cn