电磁场理论与微波技术教学改革研究

李九生==裘国华

中国计量学院信息工程学院 浙江杭州 310018

电磁场理论与微波技术教学改革研究

李九生==裘国华

中国计量学院信息工程学院 浙江杭州 310018

摘===要：针对电磁场理论与微波技术课程内容抽象、理论性强、难教难学的特点，任课教师采用现场实践教学与实验室教学相结合的方法，使学生理论学习与工程实践充分结合，加深对理论知识的理解与应用，提高学生的工程实践素质。实际教学应用表明该教学方法充分激发了学生的学习兴趣，获得很好的教学效果。

现场实践教学；电磁场；微波技术；教学改革

电磁场理论与微波技术课程是通信工程、电子信息工程及电子科学技术类专业学生的一门重要的基础课程。该课程的概念抽象，理论性强，涉及的知识面较宽，是一门公认的难教和难学课程[1-4]。当前无线通信技术高速发展，社会对掌握微波、电磁场技术人才需求日益迫切。为了激发学生对本课程的学习热情，提高教学质量，我们对电磁场理论与微波技术课程的教学方法和考核手段进行了系列探索和改革实践。课题组教师经过多年的不懈努力，在本课程建设和教学实践方面取得了初步成效，2009年经学校评审成为校级精品课程，2010年被增选为浙江省精品课程，课程的教学水平也得到进一步提升和认可。充分激发了学生对本课程的学习兴趣和学习动力，取得了较满意的教学效果。

1 教材内容创新

传统教材只强调电磁场经典理论和传输原理以及单纯公式推导，知识过于枯燥，形式上也较为单一，缺乏应用背景和紧密跟踪最新前沿发展的内容，这样不但导致理论与实际应用脱节，也很难激发学生的学习热情。针对教学中出现的情况，任课教师花费大量的时间准备本门课程多媒体课件，把电磁场用图片、动画、声音形象地描述出来，使抽象概念完全图形化、可视化，让学生能比较容易地理解抽象复杂的内容，充分激发了学生的学习兴趣，提高了学习效率。

针对学生的猎奇心理特点，教学过程中任课教师把与电磁场、微波技术相关的国内外事物在本课程教学中穿插，做到与所讲内容密切联系与交叉。从古籍《论衡》中曾有关于静电的记载，到古代“司南”照片，都展示了我国古代人民对电磁科学的贡献。美国科学家富兰克林著名的风筝“捕捉天电”实验，1800年著名“伏打电池”，英国物理学家法拉第对电磁学研究，以及19世纪麦克斯韦方程，到赫兹的“电火花”，都展现了国外科学家对电磁场发展贡献。这些知识学生十分感兴趣，通过这些事物还能使学生联想到上课的内容起到加强记忆的作用。

对于电磁场在当今现实生活中的应用，我们展示的应用实例为电视机、移动电话、微波炉，隐形飞机、微波武器和我国神舟飞船导航等，用于帮助学生认识微波与射频技术在当代的发展状况和应用前景。在课堂教学中我们还穿插当前热点研究和任课教师自己的最新科研成果，如手机对人脑辐射、3G和4G手机通信应用的电磁频谱、隐形衣、电磁黑帐等，并且配以大量相关图片和动画，使学生十分直观地看到本门课程的应用前景。

2 教学方法改进

为了培养学生理论联系实际，解决具体工程问题的能力，使学生加深对理论知识的理解与应用。我们在教学方法上增加电磁场理论与微波技术的应用实例，以提高学生的工程实践素质。本课程采用以下两种教学方法的结合，取得了较满意的教学效果。

2.1 把现场实践教学方法应用于本课程教学中

利用任课教师与相关电磁场微波器件厂家(主要制作微波无线通信发射，传输和接收器件)多年的产学研结合优势，在教学中安排多个课时把学生带到工厂，由厂方技术主管进行现场教学，让学生直接体会到所学知识如何用到企业产品研发中。在工厂里学生不仅能看到各种微波器件如天线、传输波导、功分器等，而且还可以现场看到工厂研究人员如何进行微波器件设计并使之成为产品的过程，通过学生亲眼所见和亲身体会，给他们很大的冲击，让学生了解学习本课程的重要意义，学生的学习兴趣高涨，教学效果提升明显。

2.2 充分利用学院Ansoft-HFSS软件仿真设计实验室开展实践教学

采用小班教学(即自然班)授课方式，在讲授到微波器件(传输波导、滤波器、功分器、天线)内容时，让学生到实验室上课，每人一台计算机，学生一边学习一边对微波器件进行建模、仿真与设计。通过仿真设计获得性能优越的微波器件几何尺寸参数。应用部分教学经费让学生开发产品进行并加工与测试，让学生在进行理论知识学习的同时进行实践锻炼。这样的教学方式已经不再是单纯的照本宣科，而是让学生与同学和教师进行探讨交流，通过设计一些新型微波与射频器件，消化课堂知识，激发了学生参与研究的渴望，培养了学生的自学能力、研究创新能力，达到真正提高学生综合素质的目的。图1和图2分别为学生仿真计算的波导结构和制作的微波器件实物照片。

图1 微波波导结构仿真结果

图2 设计制作微波器件

3 考试方法改革

在学生成绩评价上，实现了从“一张试卷定高下”到按照学生在整个课程中的实际表现和能力来综合评定成绩的转变，本门课程采用三种方法对学生进行考核，即器件设计+回答提问、提交研究报告+答辩、考试。学生可以根据自己的具体情况在课程中期进行选择。学生对本课程测评满意度达到99.99%以上。

3.1 器件设计+回答提问

学生在实践课程中通过自己阅读资料，采用一种新型结构实现一种微波功能器件，完成器件的仿真、设计、制作和测试，分析所设计器件的性能和影响因素，完成一份总结报告。课程组教师安排提交总结报告的学生在课程结束后一周内到实验室现场调试，并回答教师提出的相关问题。对于能条理清晰交流微波器件设计心得的学生，本课程期末成绩评定为优秀或良好。对能够回答教师提问，但是部分概念还不够清晰的，成绩评定为中。如果发现有模仿别人已设计的微波器件结构行为，生本门课程的成绩将被取消。

3.2 提交研究报告+答辩

任课教师设置30～40个与电磁场理论及微波技术课程相关的研究小课题，每个题目设定研究目标。学生可以根据自己的能力和兴趣选择课题，每个课题要求2名学生组成一个小组进行研究。学生通过查阅文献，按照课题设定目标完成研究后在课程结束前一周提交一份报告，教师安排这些研究小组进行讲解并接受提问，最后根据每名学生的表现给出小组成绩。

3.3 改进式的期末考试

把平时课堂上讨论、提问、随堂测验等各种考核成绩以50%～60%比例计入总评成绩。同时建立由30余套试卷组成的试题库，学校教务处随机抽取试题作为期末考试试卷，促进学生考核更加公平和公正。

随着无线通信技术高速发展，国内外对掌握微波射频技术人才需求日益迫切。通过合理运用现场实践教学与实验室教学相结合的教学手段，改变了以往电磁场理论与微波技术课程教学中存在的枯燥、繁杂等问题，解除了学生对本课程的畏惧心理，让学生了解学习本课程的重要意义，激发学生对本课程的学习兴趣，充分发挥学生的积极性、主动性和创造性，提高了教学质量，达到了预期教学目的。

[1] 林相波,刘军民.电磁场与电磁波课程教学中的几点思考[J].电气电子教学学报,2009,31(2):95-96.

[2] 张会芝,刘艳芳.通信工程专业电磁场理论课程教学探索[J].中国现代教育装备,2009,8:107-108.

[3] 袁明辉.电磁场理论教学研究[J].科技创新导报,2010,5:184.

[4] 苏艳.电磁场与电磁波教学方法探讨[J].科技信息,2010,21:107.

Research on teaching electromagnetic feld and microwave course

Li Jiusheng,Qiu Guohua
China jiliang university,Hangzhou,310018,China

Being its abstract concepts,it is very difficult for both teacher and student to teach and learn the electromagnetic field and microwave technology course.Both practice teaching and experiment teaching methods are adopted in the course teaching.The fully combination of theory and practice is achieved.The students’ learning interests are inspired and a good teaching effectiveness is obtained.

practical teaching;electromagnetic feld;microwave;teaching reform

2011-10-30

李九生，博士，教授。裘国华，博士，讲师。

中国计量学院校立高教课题资助(编号：HEX200727，HEX200872)；浙江省精品课程建设项目。