“电磁场理论与微波技术”课程教改探索

马 瑶， 渠立永， 刘 君， 刘 珩， 朱立岩

(解放军理工大学 野战工程学院， 江苏 南京 210007)

“电磁场理论与微波技术”课程教改探索

马 瑶， 渠立永， 刘 君， 刘 珩， 朱立岩

(解放军理工大学 野战工程学院， 江苏 南京 210007)

本文对“电磁场理论与微波技术”课程进行了教学改革探索与实践，使其与学员的伪装专业背景密切结合。通过大量增加军事案例，优化组合教学内容，探索研究型教学模式，改革考核方式等多种手段，充分调动学员的学习积极性和主动性，培养学员分析问题和解决问题的能力，提高专业应用技能，全面提升学员的综合素质。

电磁场理论与微波技术；教学改革

0 引言

“电磁场理论与微波技术”是我校本科伪装工程专业的一门专业基础课程。在“大学物理”的基础上，进一步系统阐述电磁场的基本概念和微波技术方面的内容[1]。课程共计60学时，分为50学时的理论和10学时的实验。理论部分包括静态场、时变电磁场、平面波的传播、天线基础、微波传输线等内容，概念抽象、公式繁复，对学员的空间理解能力和数学基础均有较高要求。由于后续雷达侦察、反雷达伪装等大部分问题的分析与研究均属于电磁场和微波的范畴，因此，这是一门必不可少、重要的基础课程。

根据以往的教学经验，课程存在的问题主要是学员在课堂上不会利用相关知识点分析求解实际应用问题，在整门课程学习结束后往往也不知道如何与专业应用相联系。针对这些问题，本着“需求牵引”、“能力为本”、“学为主体”的军事人才培养价值理念，本课程开展了一系列教学改革。

1 采用突出军事特色的实例

仅就课程教材和各种参考资料的内容来看，大量涉及的都是公式、定理和推导等，这使学员首先就产生了畏惧心理[2]。如何激发学员对这门课的兴趣，改变他们对课程整体感觉枯燥的印象十分关键。因此我们在讲解具体章节内容时需要突出军事特色以及充实应用实例，增强现代化气息，扩大学员知识面，以激发其学习兴趣。这便需要教员利用现代发达的通讯技术，高效获得各种最新研究进展，从各种渠道广泛汲取新知识和新内容，将其融于课程教学的各个环节上去。

以第一堂绪论课为例，教员除了让学员对课程有所了解外，更需要激发他们的兴趣，使课程充满研究与探索的特色和风格，创造良好的学习环境。比如举出以下几个典型实例：

(1)电磁场方面的高新技术在近几年的战争中得到了最集中和最充分的表演。在海湾战争中，伊拉克在以美国为首的多国部队的电子战打击下，一开始整个电子指挥系统，包括通信、武器装备和重要设防等就遭到严重的干扰和破坏，呈现瘫痪挨打的被动局面，因而有人称海湾战争是一场“频谱战争”，是“电子战争”，是“信息战争”。

(2)隐身技术是目前国防军事的热门话题，其重点研究内容是电磁波的散射：电磁波投射到飞行目标上将发生散射，散射回来的电磁波究竟有多大场强？怎样减少回波的强度以达到隐身的目的？另外，电磁散射的研究不只是为了隐身的目的，对目标识别、天线辐射、电磁兼容等都有非常重要的意义。

2 突出重难点，优化组合部分内容

教学内容中的重点和难点是教学内容的精髓，如果处理不当会使学员思维受阻，注意力分散。时间一长，学员就会疑问越来越多，造成学习障碍，从而对学习失去兴趣和信心。因此一定要加强对教材内容体系的把握、加深对教材内容的理解，妥善处理重点和难点。对于伪装专业的学员来说，天线是重点内容，如：天线阵的方向性乘积定理，是天线理论中的一个重要定理。我们采取详细对比阵因子、自因子、天线阵的方向图，归纳出三个方向图之间的关系，得出天线阵的方向性乘积定理，配以定理证明，最后落脚于天线阵的典型应用，如相控阵天线、面天线等雷达系统上常用的天线。同时增加专业所需要的内容，在现有教材基础上增加了锥扫天线、卡赛格伦天线等，从定性分析到定量分析，使抽象的理论变得直观、具体，将重点向实际应用贴近，学员懂得了所学已有所用，所学将有所用，学习热情便会显著增加。

3 探索研究型教学模式

所谓研究型教学，是指教员以课程内容和学员的学识积累为基础，引导学员创造性地运用知识和能力，自主地发现问题、研究问题并解决问题，在研讨中积累知识、培养能力和训练思维的新型教学模式[3]。“电磁场理论与微波技术”这门课程，由于涉及到高等数学、大学物理、线性代数、计算电磁学等多个知识领域，对学员的学习提出了很高的要求。针对这一特点，教改过程中探索了研究型教学模式，通过两条主线展开。

一是穿插在平时授课的过程中，将应用背景与理论学习结合起来，启发和引导学员进行思考，促使其将书本和课堂的知识用于分析和研究实际问题，做到学以致用和活学活用，加强学员的学习积极性。比如在学习静态电磁场之前，我们首先引出背景知识——电磁学的三大实验定律(库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律)，并对学员提出问题：在雷达系统中常用的同轴线与其电阻、电容和其物理尺寸有什么关系？物理实验与实际问题相结合，能提高学员的学习兴趣， 随着学员对静态场知识的逐步深入了解，问题就得以解决。又比如，在刚开始学习均匀平面波的传播时，让学员们自由讨论现实生活中遇到的电磁波传播问题，再向学员提出几个应用问题：为什么海水中潜艇之间的通信困难？如何防止室内电子设备受外界电磁波干扰？为什么在微波炉中牛肉能熟，而盛牛肉的盘子确不会烤焦？中波广播天线架设为什么与地面垂直？在讲授均匀平面波的反射与透射时，我们又向学员设问：为什么照相机镜头上有一层敷层？如何使雷达天线免受恶劣天气的影响？学员带着这些问题学习，当无法解决时，就会结合课堂所讲内容，通过查阅资料尽快完成。经过多次提出问题、分析问题和解决问题的过程，学员既对知识点有了较深的认识，又对本课程产生越来越浓厚的兴趣，学习目的也就非常明确了。

二是将“课程专题”的形式贯穿于整门课的授课过程中，以伪装实际应用为主线和重点，有针对性地设计了三个课程专题：“多层微波吸收材料的反射特性研究”，“高频仿真软件HFSS的操作和应用”和“微波吸收材料的优化设计”。这三门课程专题的学习和研究均建立在课程内容体系的基础之上，在第一次绪论课上提出，由学员结合小规模限制性在线课程SPOC(Small Private Online Course)平台上提供的背景资料，根据自己的兴趣选择分组，作为最终能力考核的内容。比如“微波吸收材料的优化设计”专题，不仅涉及到“媒质的电磁特性”、“麦克斯韦方程组”，还涉及到“均匀平面波的传播”等多个章节。因此教员在授课的过程中首先介绍基本概念、推导重要公式和定理，然后让学员通过查阅大量的资料，了解相关的内涵及其在应用中的关键作用，循序渐进。通过对过程的研究，最终将学员引导到专题的解决上。这种采用“课程专题”的研究型模式，将科学研究融于教育教学的过程中，通过教学与研究、实践的结合，引导学生创造性地运用知识和经验，自主地发现问题、研究问题和解决问题，在研讨中积累知识、培养能力和锻炼思维，同时养成科学研究的精神和科学态度。

4 充分采用多种教学方式

教学中发现，由于该课程理论性强，内容枯燥，学员若没有听进去、学进去，很容易走神、犯困，遇到实际问题时又束手无策，因此授课过程需要综合采用多种教学方式，如启发式、案例式等，充分调动学员的积极性。

启发式教学注重知识的传授和讲述的过程，更重要的是在传授知识的同时，有意识地培养学员主动思维的能力[4]。这就对教员的备课提出了较高的要求：应以调动学员主动思维为目标，精心安排内容，设计讲授的思路、方式和侧重点。比如在讲述Maxwell方程组时，先通过对前面授课时所介绍的基本定律的归纳总结，指出其存在的矛盾性，从而引出问题；再以提问的方式鼓励学员思考解决问题的方法；然后解决问题——引入“位移电流”，得到Maxwell方程组；最后介绍Maxwell方程组所包含的物理意义和应用前景。

案例式教学则是引入案例，将实际工作中遇到的典型案例进行介绍，提出问题。比如，在讲波导的传输功率时，以×××部试验场试验中发现波导打火这一案例入手，让学员分析其中的原因，当学员绞尽脑汁提出此与波导的功率容量有关后，那么，什么是功率容量？功率容量的大小受哪些参数影响？实际工作中如何做才能不降低波导的功率容量？围绕这三个问题，寻找答案，会使学员不仅积极性提高，而且印象深刻。实践证明，恰如其分地由案例引入课堂教学内容，一方面可以将枯燥的学习内容变得有趣，集中学员的注意力，提高学习效果：另一方面，可以加深学员对理论知识的理解和掌握，提高解决实际问题的能力。

5 打破传统考核方式

现行课程考核由传统的“一卷定成绩”转变为“3+1+3”的考核机制，即通过过程考核、知识考核和能力考核，科学评价学员的综合水平。

“3+1+3”中第一个“3”指过程考核，占总成绩的30%，包括课堂表现(10%)、自主学习(10%)以及平时作业(10%)； “1”代表知识考核，占总成绩的50%，主要考核理论基础知识，采用闭卷笔试方式进行；后一个“3”即能力考核，占总成绩的20%，由三个课程专题组成，学员根据兴趣选择分组，最终采用课程论文(或发表论文)和小组答辩形式。能力考核的三个专题与伪装应用密切相关，目的是鼓励学员以研究型学习的形式对自己感兴趣的专题进行探索。研究型学习的成绩从学员参与的态度和表现、研究能力的获得、在研究型学习中知识的获得以及最后成果汇报时的表现方面进行评定。

在评价中注重研究结果也注重研究过程，给学员一个得以发掘个人能力、展示自身价值的机会。通过多样化的考核激发学员学习的主动性和积极性，全面考核学员的能力和素质。

6 结语

“电磁场理论与微波技术”课程教学改革以信息化作战条件下部队反雷达侦察和制导的伪装需求为牵引，以课程内容和学生的学识积累为基础，将科学研究融于教育教学的过程中，引导学生创造性地运用知识和能力，自主地发现问题、研究问题并解决问题，全面提高学员能力和素质。

[1] 渠立永, 刘君, 马瑶. 电磁场理论与微波技术基础 [M]. 南京: 解放军理工大学出版社, 2015年10月

[2] 谢处方, 饶克谨. 电磁场与电磁波(第4版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006年1月

[3] 郑贵华. 大学研究型教学的理论构想与实践探索[D]. 长沙: 硕士学位论文, 2005年3月

[4] 温溶雪. 现代启发式教学探究[D]. 南昌: 硕士学位论文, 2003年10月

Teaching Reform of Electromagnetic Theory and Microwave Technique Course

MA Yao, QU Li-yong, LIU Jun, LIU Heng, ZHU Li-yan

(SchoolofFieldEngineering,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

This paper explores teaching reform of Electromagnetic Theory and Microwave Technique course for students of camouflage major. Practices prove that by using a great deal of military examples, optimizing teaching contents, applying research teaching and innovating examination system, this method can motivate students to learn knowledge positively and initiatively, to cultivate the ability to find and solve problems and apply the knowledge in practices, and therefore improve their integrated quality.

electromagnetic theory and microwave techniques; teaching reform

2016-05-02;

2016-07- 20

马 瑶(1984-)，女，硕士，助教，主要从事电磁场理论与微波技术教学、实验和研究工作，E-mail：mayao_84@aliyun.com

G420

A

1008-0686(2017)02-0045-03