“微波技术与天线”课程的多元化教学实践

“微波技术与天线”是电气信息类中电子、通信各专业（如电子信息工程、通信工程、微电子、电子信息科学与技术、电子科学技术等）的重要专业基础技术课程，该课程体系由微波工程和天线理论两部分构成，涉及微波的产生、传输、辐射、传播及应用、天线辐射、天线设计等，因此该课程既要求学生掌握基本理论又要打下应用基础，既突出基础性和知识体系的完整性，又尽量避开繁杂的推导，还要注意理论与实际应用的结合。为了兼顾知识体系的完整性及对学生工程实践能力的需求，我们在该课程中采用多元化教学方法，从教学内容设置、课堂教学方法、课程实验、课程设计和课程考核方式这五个方面对“微波技术与天线”课程教学进行了全面而深入的改革，使之形成完整的多元化教学体系。

一、合理安排教学内容

“微波技术与天线”的“微波工程”涉及传输线理论、规则金属波导、微波集成传输线、微波网络、微波元器件等，“天线理论”包括辐射场理论、线天线理论、面天线理论等，每一章节都可以扩展为一本书，但在“微波技术与天线”教材中只是一章的内容。根据太原理工大学本科生培养方案设置，其总学时为56学时，其中课堂授课学时为48学时，实验学时为8学时。可见，在有限的时间内不可能对所有的知识点进行全面介绍，必须要合理安排教学内容。我们在教学时主要掌握以下三个准则：突出基础性和知识体系的完整性；注意理论与实际应用的结合；尽量避开繁杂的推导。例如，为了把本课程含有的两部分有效衔接在一起，体现知识体系的完整性，使学生对本门课程有全局的了解，第一节课将对整个领域进行介绍，选择微波器件与天线的认识和应用等方面的内容，讲授时不涉及任何高深理论，只简单介绍其中所包含的理论结果，通过大量的图片（比如同轴线、微波炉、手机、无线路由器等等）介绍和自己生活中的直接体验，能与实际生活结合起来，使学生首先感兴趣。在讲授“微波元器件”章节时，尽量弱化理论推导、强调工作原理、制造和应用等方面。在实际教学内容的选取上应获得学生的积极回应。如学生在教学评价中，能给予本课程授课教师以“教学内容丰富，有效的引导学生思考，能够把工作与生产实践相结合进行授课”的评价。

二、多元化课堂教学方式

由于“微波技术与天线”课程包括微波技术和天线理论两方面的内容，理论抽象又应用广泛，单凭教师讲授无法将问题阐述明白，利用多媒体课件、动画及实物展示等方式，可有效提高学生的学习效果。如在“规则金属波导”章节，首先展示标准的规则金属波导器件，根据导波场理论介绍矩形波导工作原理，建立好理论基础，然后采用CAI课件，将矩形波导的主要工作模式用动画的形式展示给学生，使学生进一步具备电磁波在矩形波导中传输的形象思维，将专业知识与工程实际相结合。在课堂讲授过程中，注重集中授课与小组讨论相结合，强调启发式教学和研究型教学相结合，以学生为主体，注重学生自学能力的培养。

三、基于问题解决的实验教学

“微波技术与天线”课程的理论性和工程实践性都非常强，在教学过程中我们设计了8学时的实验，以帮助学生理解相关理论，提高学生的动手能力。为了充分调动学生在实验过程中的主动性，我们在“微波技术与天线”课程的教学实践中采取“问题式教学法”，将问题贯穿在实验的不同阶段（预习、实验、总结），积极引导学生由简单操作变为主动探索，让学生带着问题去实验，在实验中解决问题，在掌握知识的同时学会分析问题和解决问题，充分调动了学生的主观能动性，很好地培养学生的思维能力、动手能力、创新能力和综合运用知识解决实际问题的能力，取得了明显的教学效果。

四、基于工程实用平台的课程设计

课程设计是对“微波技术与天线”课程的综合训练，通过学习和正确使用工程实践中常用的电磁仿真软件，加强学生对相关理论知识的理解和掌握。相关的电磁仿真软件有20种之多，如HFSS、ADS、Ansoft Designer、 CST、 Sonnet、 Microwave Office 等 。Ansoft公司的HFSS软件是业内公认的三维电磁场设计和分析的电子设计工业标准，该软件能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场。我们在课程设计中分别设计了基于HFSS的微波器件和天线设计题目，包括环形器、滤波器、魔T、八木天线、微带双频天线、圆极化微带天线等，以期达到培养学生查阅资料、选取设计方案的能力；初步培养学生在射频领域分析问题和解决问题的能力；培养学生严肃认真的科学态度和不断创新的精神；培养学生团队合作精神与交流能力以及在课程设计中，要求学生数人合作工作，并要求学生将设计方案当众宣讲、讨论、论证等教学目标。

五、多环节综合评定考核成绩

针对“微波技术与天线”课程设置的多元化教学环节进行了考核改革，通过平时成绩、实验操作与报告、课程设计答辩及报告和结课考试等多个环节综合评定。在结课考试的试卷中包括课堂讲授的基础理论与应用（占比90%），还包括实验操作过程、与基础理论对应的实验现象的分析、实验数据分析等（占比10%）；课程设计采用“设计过程+设计报告+结题答辩”考核方式，设计过程包括资料收集、方案设计、软件建模、结果分析、结构优化等，结合设计过程写出设计报告（占比70%），相关课程的授课教师形成答辩小组听取学生的结题答辩（占比30%），最终给出课程设计的成绩。通过以上考核方法的改进，尽可能使考核的覆盖面更加全面，以考核促进教学，同时充分调动学生平时学习的积极主动性，进而提高学生的实践能力与创新能力。