提高微波技术与天线课程教学效果的探索

何山红

(安徽工业大学 电气信息学院，安徽 马鞍山 243002)

提高微波技术与天线课程教学效果的探索

何山红

(安徽工业大学 电气信息学院，安徽 马鞍山 243002)

微波技术与天线课程概念抽象、理论深奥。教师应通过上好绪论课来提高学生的学习兴趣；通过课堂提问引导学生将其他课程联系起来边思考边主动学习；利用自然界的一些现象进行类比将抽象问题形象化，让学生加深对本课程的理解、巩固已学课程、达到将所学知识融会贯通的效果。

微波技术与天线；教学方法；教学效果

微波技术与天线是电子信息类学生必修的一门专业课程，它不仅概念抽象,理论深奥，而且与其他课程联系比较紧密。传统的灌输式授课中，学生对于课程中很多抽象的概念、繁琐的公式推导多是死记硬背，这样只能掌握表面内容，随着课程的深入，学生慢慢就会觉得枯燥，无法将所学知识融会贯通，继而产生不自信，甚至是厌学的情绪。[1]笔者在教学中，积极改革教学方法，以提高课程教学效果。

一、通过绪论课调动学生的学习积极性

“良好的开端是成功的一半”, 教学也是如此。绪论课可以让学生对本课程的特点、重要性等有大致的了解。绪论课上得好，就可以引起学生的好奇心,提高其学习兴趣。微波技术与天线是技术性鲜明的课程，其在现实生活中有许多具体的应用,如果结合微波技术与天线在各个领域的应用来展开教学,就会使学生产生强烈的求知欲,提高学习的兴趣。比方说,教师首先问学生每人身上带有几个天线,学生会回答出有手机天线、IC卡天线等。接着教师结合自身实践经验，向学生讲述微波技术与天线在雷达、通信、射电天文、遥感遥测、日常生活等领域的应用，并举例说明微波技术与天线的重要性。譬如上个世纪评出了包括阿波罗登月计划在内的世界10大科技成就，而排在第一位的是美国的300米射电天文望远镜天线；近10年内评出的世界10大科技成就里面，也有微波技术的研究成果；对于大型相控阵雷达，微波与天线有时候占到整个雷达的70%；微波与天线占到整个手机的2/3；同时介绍微波与天线同其他学科的交叉关系。这样讲课会使学生对微波技术及天线以及其应用产生很强的感性认识共鸣,从内心深处感觉微波技术与天线的重要性,看到其应用前景,因而产生很想学习的内在动力或者好奇心。同时学生也才会理解每门课程和电子与信息工程专业之间的关系，才会体会到学好每门课程对学好专业的重要性。

二、通过课堂提问引导学生学习

授课中针对讲述的问题，联系以前的低频电子线路、高频电子线路、信号与系统、电磁场与电磁波、高等数学和线性代数等课程，先让学生思考许多概念或理论之间的关联性，再循序渐进地引导学生对相关的微波技术与天线理论知识展开学习，进而分析和解决所提出的问题，以达到将多门课程融会贯通的目的，调动学生的积极性与学习兴趣。

在上传输线理论这堂课时，启发学生思考：学习完低频电子线路以后，为什么还要学习高频电子线路，高频电子线路与低频电子线路的差异何在，如果高频电子线路的频率再升高一些，可能会出现哪些问题等，从而引出为什么要学习微波技术与天线。

在利用“化场为路”的方法讲解传输线基本理论时，先让学生联系电磁场理论和电路的相关知识猜测何为“化场为路”，如果学生从字面上已经理解到“化场为路”是将求解电场与磁场的过程转化为采用电路的方法进行，教师可以接着再问，电路是用电容、电感、电阻等来描述的，那么电容、电感、电阻等又如何与电磁场建立关联呢？这个问题只有认真学习过电磁场理论中的单位长电容、电感、电阻的学生能回忆起来，对于回忆不起来的学生教师可以提示他们，低频电路中的电容或者电感是如何实现的？电容或电感的值分别与什么因素有关？或者更直接地提示他们电磁场理论中的平行板电容的值与哪些因素有关？从而让学生知道电容与两极之间的电压和电荷的大小有关、电感与两极之间的磁通量和电流的大小有关。通过这一系列的问题让学生在思考中将电磁场与电容、电感联系起来，逐步理解“化场为路”的思想。

在讲述微波网络时，教师将信号与系统中与传递函数相关的理论与微波网络的知识联系起来。教师提问，如果要描述一个“黑匣子”的外部特征，信的理论的目的是什么？从而让学生带着问题通过类比的方法理解学习微波网络的目的，并掌握S参数等概念。

号与系统中采用的是什么参数？采用这个参数和学习与此相关为了更好地说明波导中的电磁场求解过程及波导中的电场或磁场模式的概念，引导学生思考线性代数或高等数学中的特征根与特征向量的内涵，这样学生不但对波导理论的求解过程了解更加透彻，从而也知道学习数学的作用，达到理论与实践相结合。

在讲述喇叭天线的由来时，可以利用传输线与微波元件的关系来描述。既然“利用不联系的波导传输线组成的封闭式结构可以形成波导元件”，那么“利用不联系的波导传输线组成的开放式结构是否可以形成其他波导元件呢”，从而得到喇叭天线是由不联系的波导传输线组成的另一种波导元件，即天线。这样可以让学生对传输线、微波元件及天线之间的关系有更深刻的认识。

三、通过一些自然现象进行类比教学

电磁波看不见、摸不着，但很多特征与自然界的其他事物具有相同属性。利用那些可以看见的自然现象来描述微波的特征可以更好地增强教学效果。

为了描述电磁转换，教学时采用力学类比，将电磁转换和单摆问题中的动能与势能的转化做类比分析，可以让学生深刻理解该转换过程。

为了描述传输线在不同状态下的传输特性，教师举例说明，如果一个人站在山谷上大喊，对面没有任何遮挡，这时候声音会渐行渐远，这种情况下属于行波状态传输。如果对面是座大山，会听到回音，这就是反射波，如果连续地喊，会发现在不同的地方听到的声音大小是不相同的，有的地方弱，有的地方强，强的地方是波峰，弱的地方是波谷，最强的声音与最弱的声音的比值就是驻波比。通过人们可以感受到的声音的传播特征可以更加形象地描述微波在传输线上的传播特征。

为了描述微波传输线传播的能量主要在传输线以外的空间传播，而不是在传输线内部传播这一独特的能量传播特征，可通过使用“满园春色关不住，一枝红杏出墙来”进行形象描述，对于很多学生而言，会因为这一句诗词让他们对传输线中的电磁场分布特征记忆深刻。

在利用麦克斯韦方程组先求电磁场的通解，再结合边界条件求定解的过程中，为了让学生加深理解边界条件反映了事物的特殊性这一概念，在课件中可用“我们可以观察长江，在四川三峡咆哮如虎，而在扬州、镇江则是一马平川，是否大家考虑到长江符合同一支配微分方程。它们在各地的不同表现完全由当地的边界条件决定”描述。同时也引用了苏轼的 “吾文如万斛泉源，不择地而出。在平地滔滔汨汨，虽一日千里无难。及其与山石曲折，随物赋形而不可知也”来生动地描述边界条件，即当时的时势对苏轼文章风格的影响。这样学生会真正地体会到电磁场与微波技术中主要的理论依据是麦克斯韦方程组，但因为边界条件的不同，亦即物体形状和材料属性等因素不同，才导致不同的物体具有不同的特征，因为“边界条件的千变万化，才形成了电磁场与微波技术这么一个丰富多彩的学科”。

通过这样的类比教学，可以将抽象问题具体化，使抽象的概念变得通俗易懂，通过类比也可以让学生学会利用发散性思维、联想性思维从自然界中去发掘规律，实现多学科交融，从中也可以加强学生创新能力的培养。[2]

四、结语

通过多种方式来改进教学方法，激发学生的好奇心，让他们将多门课程串联起来边思考边学习，提高了学生的主动性，促使学生从“要我学习”向“我要学习”转变，不仅让学生掌握了微波技术与天线的知识，还让他们巩固了其他已学课程，达到了将多种知识融会贯通的目的。将一些自然现象和微波技术及天线的特征联系起来，学生在这些类比中不但掌握了微波技术与天线的知识，还增强了他们领悟自然界的本领，提高了他们的创新能力。这对于提高教学质量和推进素质教育都具有重要的参考价值。

[1]宣治国, 孙咏萍. 对大学物理教学的思考[J].内蒙古师范大学学报, 2007, 20(3): 139-141.

[2]赵池航.以培养大学生创造力为核心的教学方法探讨[J].理工高教研究, 2007, 26 (5): 80-81.

(责任编辑 文双全)

Exploration on Improving Microwave Technology and the Teaching Effectiveness of Antenna Course

HE Shan-hong

(School of Electrical Information, Anhui University of Technology, Ma’anshan, 243002, Anhui, China)

The concept of microwave technology and antenna course is abstract with its theory being profound. Teachers should be good at giving introduction class to increase students’ interest in learning, guiding students to link up other courses while they are thinking as well as active learning through classroom questions, taking use of some phenomena of the natural world to visualize abstract problems by analogy, so that the students can acquire a better understanding of this course, consolidate the course that have learned in order to achieve mastery through a comprehensive study of the learned knowledge.

microwave technology; teaching method; teaching effectiveness

2015-10-15

何山红(1973-),男,湖南省南县人,安徽工业大学电气信息学院副教授,硕士。

G642.0

A

1671-9247(2016)03-0070-02