“探究式教学”在“微波技术基础与微波电路”课程中的应用

倪为民　刘　涵　王培章　朱卫刚　李平辉

摘 要 本文介绍了“探究式教学法”的基本含义，给出了将“探究式教学法”应用于“微波技术基础与微波电路”课程教学的两个案例。通过实施“探究式教学法”，促进了学生主动探索、思考，积极参与和实践的积极性，达到了良好的教学效果。

关键词 探究式教学 微波技术 微波电路

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2016.03.040

0 引言

“微波技术基础与微波电路”是通信与信息、电子与电气等专业通用的重要的专业基础课。本课程涵盖了微波技术的基本内容，①包括微波传输线及其理论、微波网络理论、微波无源元件及微波有源电路等，实现了承上启下、从低频电路到高频电路的过渡。既有用电磁场理论即所谓“场”的理论分析波导传输线、波导谐振腔等的工作原理与特性，也有用网络理论即“路”的理论分析同轴线、带状线、微带线及其组成的微波元件的工作原理、工作特性，还有关于具有高频特性的微波二极管及其电路、微波晶体管及其电路的分析。因此，学生普遍反映该课程内容广、公式多，比较难学。针对课程特点及学生学习中遇到的问题，为激发学生的学习积极性，发挥他们自主学习的能力，应采用多种教学手段，如“启发式教学”、“讨论式教学”、“探究式教学”等以提高教学效果。

本文简单介绍了“探究式教学”的概念，列举了在“微波技术基础与微波电路”课程教学中运用“探究式教学”的几个案例。

1 探究式教学法简介

关于探究式教学法，关键词就是要明确什么是探究。美国国家科学教育标准中对探究的定义是：②“探究是多层面的活动，包括观察，提出问题，通过浏览书籍和其他信息资源发现什么是已经知道的结论，制订调查研究计划，根据实验证据对已有的结论作出评价，用工具收集、分析、解释数据，提出解答、解释和预测，以及交流结果。探究要求确定假设，进行批判的和逻辑的思考，并且考虑其他可以替代的解释。”

探索式教学法在具体应用时，由教师提出一些事例和问题，通过阅读、观察、实验、思考、讨论等过程，让学生自己独立探究，自行发现并掌握其中的原理和结论。它的指导思想是发挥学生的主体地位，让学生主动地思考，探索认识和解决问题的方法和步骤，研究具体事例中的客观属性，发现事例内部的联系和发展规律，从中找出相应的讨论结论，形成自己的概念和观点。可见在探究式教学的过程中，突出强调学生的主体地位和自主能力。学生需要主动思考，提出问题并解决问题，而不是让学生直接接受书本上或者教师给出的现成结论。

实施探究式教学法包括以下几个步骤：③

（1）设问质疑阶段。根据教学目的和内容，准备相应的事例和问题，提出的问题应经过精心考量，难度适度、逻辑合理。为了充分发挥学生自主学习能力，也可以引导学生自己去发现问题。

（2）探索研究阶段。督促学生拟定合理的研究计划，选择恰当的方法。由学生收集资料，充分利用图书或者互联网资源，对资料进行分析研究，包括数据分析，归纳，寻求问题的答案。这个过程可以由学生单独完成，也可以组成研究小组来完成，要注意培养学生寻求合作的团队精神。

（3）思考作答阶段。经过探索研究阶段，学生要把相关的资料进行总结梳理，对问题得出自己的观点和结论。不同的研究小组可以就同一问题分别提出本组不同的解释或看法，将自己的结论清楚地表达出来，汇总后大家共同探讨。

（4）分享矫正阶段。各个研究小组把自己的探究结果介绍给全体同学，展开讨论、辩论，通过比较和综合，使不准确的部分得到完善。教师在这个过程中要适时给予指导，肯定长处，指出不足，营造热烈又融洽的交流氛围。

2 “微波技术基础与微波电路”课程教学中运用“探究式教学”的案例

根据“微波技术基础与微波电路”课程标准及教学大纲要求，针对课程内容，我们在教学过程中合理地选择以下几个具有代表性的问题点，运用“探究式教学法”达到较好的教学效果。

（1）电磁场理论中“唯一性定理”、“复坡印廷定理”和低频电路理论中“复功率定理”的应用。用电磁场理论分析微波电路的工作特性，可以通过求解满足一定边界条件的麦克斯韦尔方程组的方法，这种方法可以得到精确解，但往往由于边界条件的复杂性而得不到解析解、或者数学求解过程本身就十分繁琐，即便用数值解法也很耗时。而用微波网络理论来分析微波电路的工作特性，则可避免上述这些缺陷，更大的好处是网络参量是可以通过实验装置测定的，虽然结果是近似正确的，但能满足工程应用。问题的关键是：为什么微波电路可以等效为微波网络？如何将微波电路等效为微波网络？在学生充分理解用微波网络理论分析微波电路工作特性的优点的基础上，我们把这两个问题作为学生探究学习的内容布置下去，安排10个学生分成两组，分别探究学习以上两个问题，并作适当探究提示：从以前学过的知识中去寻找理论支持。

两组学生分别收集了参考资料并进行探究学习，一组学生在电磁场理论中找到了理论依据—“唯一性定理”，但对“唯一性定理”如何用还存在疑虑。老师向这组学生展示了一些微波电路实物，并再次启发他们网络端口参考面上电压、电流与横向电场、磁场的对应关系，这组学生经过再次讨论学习，很快理解了“唯一性定理”是把微波电路等效为微波网络的理论基础。另一组同学在通过讨论，认为应用电磁场理论中的“复坡印廷定理”可以把微波电路等效为微波网络，因为“复坡印廷定理”反映了流入、流出闭合体的电磁能量与闭合体中电磁储能及耗能的关系，但对微波网络的电路表现形式还不清楚。老师启发学生再研究复功率定理及集总参数电感、电容的储能特性，学生把电场储能与电容储能对应、磁场储能与电感储能对应、闭合体耗能与电阻耗能对应，结合低频电路理论中的“复功率定理”，找出了把微波电路等效为集总参数网络的方法。

（2）网络参考面移动对网络参量的影响。微波传输线上存在分布参数的串联电感、串联电阻、并联电容、并联电导，传输线上各点的电压波和电流波的幅度和相位都不同，因而把微波电路等效为微波网络时，端口参考面位置的变化将使网络参量发生变化，这是微波网络理论区别于低频网络网络之处。微波网络理论中通常用散射参量来表征微波电路的工作特性，我们把探究网络端口参考面移动如何影响网络的散射参量作为一个研究课题交予学生，并要求他们通过实验验证。

学生们在深入学习研究微波传输线理论后，掌握了微波传输线上不同位置归一化入射波、反射波幅度和相位的关系，在理论上推导了微波网络端口参考面移动后散射参量的变化规律。随后探究了二端口互易网络散射参量的测试方法，自己搭建实验平台，先测出给定微波二端口网络的散射参量，再通过在二端口网络端口加、减传输线的方法改变端口参考面，测出新的二端口网络的散射参量，对理论推导结果进行了验证。在学生实验验证过程中，老师进一步提出了如何用实验方法验证多端口网络的端口参考面移动对散射参量的影响，同学们在深入分析并理解端口参考面移动对网络散射参量影响的原理，及实验法测量二端口网络散射参量的原理后，很快找出了实验验证方法。

参加两个探究课题的学生均写出了详细的学习、研究报告，并在课堂上进行了讲解讨论，与其他同学们分享了探究成果。

3 结束语

以上只是我们在实施“微波技术基础与微波电路”课程教学过程，采用精心设计的运用“探究式教学法”案例中的两个。第一个案例让学生在探究学习过程中，充分体会到大学课程设置的科学性、知识的连贯性，学好每一门课程对掌握知识的重要性。第二个案例让学生深刻理解了微波的特点，发挥了他们的想象力，培养了他们的实际动手能力。同学们普遍反映，通过探究式的教与学，提高了他们的学习兴趣，锻炼了逻辑思维能力，表示要在今后的学习中要主动参与、主动探索、主动思考、主动实践。同时，如何更好地运用“探究式教学法”，也对老师提出了更高的要求，老师要在如何精心地设置探究课题、如何引导学生探究、如何指导学生对探究成果进行总结等方面下功夫。

注释

① 范寿康.微波技术与微波电路[M].北京：机械工业出版社，2011.

② 周正源，杨流元.探究式教学法探讨[J].电气电子教学学报，2001（2）：99-101.

③ 薄建国.大学创造教育的选择——探究式教学法探讨[J].继续教育研究，2005（1）：15-17.