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摘要：通过分析“微波技术与天线”课程的特点及传统教学中存在的问题，对该课程教学中的教学方法、教学手段进行探讨，提出充分、合理地利用现代信息技术，引入多媒体技术、计算机辅助教学、网络教学等方法进行教学改革，实践证明其能够增强学生的学习兴趣和积极性，提高教学效果。
关键词：微波技术与天线；教学改革；教学效果
作者简介：李素萍（1978-），女，河南郑州人，郑州轻工业学院计算机与通信工程学院，讲师；吴伟（1977-），男，河南郑州人，郑州轻工业学院，助教。（河南 郑州 450002）
基金项目：本文系河南省教育厅资助项目（项目编号：2011B550013）、郑州轻工业学院博士科研基金资助项目的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）08-0108-02
随着信息技术的飞速发展，作为信息主要载体的高频电磁波——微波，不仅在卫星通信、移动通信、雷达、微波遥感等领域得到了广泛的应用，而且深入到了各行各业，甚至步入到人们的日常生活中，如家用微波炉等。因此，对于通信与电子专业的学生来说，电磁场、微波技术与天线类课程的学习在目前乃至今后都占据着重要地位。
一、课程特点
“微波技术与天线”是工科通信、电子专业本科生的一门专业基础课程，[1]是理论与工程性、实践性较强的课程，主要包括微波技术、天线与电波传播三个部分。通过这门课程的学习，学生应掌握微波技术的基本概念、基本理论和基本分析、设计方法。课程中大量采用近似、等效、经验公式、仿真和实验等工程实践的处理手段，让学生了解微波与天线的最新技术和应用。该课程着重培养学生分析问题和解决实际问题的能力，切实提高动手能力，为今后从事微波研究、微波通信工程设计和微波电路设计、微波通信设备的研发工作打下坚实的基础。另外，“微波技术与天线”作为一门重要的专业基础课，也是“移动通信”、“微波通信”等后续课程的重要基础，对后续课程的学习起着至关重要的作用。“微波技术与天线”课程涉及到电磁场理论和微波网络系统以及天线技术，内容广泛，信息量大，理论性强，所用的物理学、高等数学、电磁场理论等基础知识比较多，要求学生要有较好的数学基础，是通信与电子专业课程中比较难学的一门专业基础课。
“微波技术与天线”的分析和设计方法整体是用“场”的分析方法，即用麦克斯韦方程结合边界条件来分析系统内部的结构。这一方法对规则的边界条件可以得到严格的解析解，但对复杂的边界条件，其求解过程往往非常繁杂、冗长，甚至难以得到其解。因此，对于一些本质上属于场但在一定条件下可以转化为电路的问题，可以应用“路”的方法进行求解，即在一定条件下“化场为路”，该方法因有足够的精度，数学上较为简单而被广泛采用。在研究工程中的电磁场问题时，常常采用“场”、“路”结合的方法，先从电磁场理论出发对器件进行分析和研究，再等效为电路模型，最后从模型转为具体的物理实现，是一个具体—抽象—具体的过程。因此，如何让学生在课程的学习中掌握理论和工程结合、抽象思维和形象思维结合，场观点和路观点结合的方法是非常重要的。
二、传统教学中存在的问题
传统教学中存在的问题主要表现为三个方面。
（1）教学方法比较传统单一。目前很多高校还在采用传统的“一支粉笔、一块黑板”的教学方式，板书所占课时的比重较大。这对于理论推导比较严谨的课程，有助于让学生充分理解公式的由来，但讲课的效率却无法充分提高。
（2）偏重理论教学，实践教学所占比重较小。在有限的课时教学中传统方式仅仅能将基本的、重要的概念、原理、方法教授给学生，而对微波技术的发展前沿、更深一层次的教学知识点、探索性、发散性的学科问题涉及较少。另外，由于课程的公式推导较多，学生感到枯燥乏味，学习的兴趣较低。
（3）微波元器件都是通过对电磁场的控制来实现所需功能的，学生对微波射频系统接触较少，单纯的课堂讲授使学生感到抽象，教学效果不够好。
因此，教师应根据课程特点，更新教学观念，充分利用现代信息技术，尤其是多媒体、网络技术及计算机辅助教学，[2，3]探索以现代信息技术为基础的新型教学方法和教学模式，充分发挥学生学习的积极性和自主能动性，从而提高教学质量。
三、教学方法改革
1.引入多媒体教学手段
“微波技术与天线”这门课程由两大部分组成：微波技术和天线原理。这两部分各有特色，微波技术着重从“路”的角度去解决微波信号的产生、传输问题；天线则侧重从“场”的角度去研究天线的辐射和接收问题。场的思想也始终贯穿于整个微波技术的教学之中。例如传输线这一章，为什么微波信号不能只用单根实心导线来传输？这一看似简单的问题往往许多学生在学完这门课的时候还是不能明确地回答。究其原因是学生对微波信号的本质认识不深，没有从场的角度去考虑问题。导致学生认识不清的原因在于教材和老师教学时往往侧重从电路的角度运用电报方程去描述微波信号的传输过程，很少从微波信号场的本质去阐述这一问题。如果教师在教学时运用多媒体手段，将微波信号的传输特征用动画的形式生动地呈现在学生面前，就能够清楚地说明微波信号在通过单根实心导线时只能沿导体表面传输，导致损耗过大而不利于信号传输的特点，如果将微波信号开放在两根导体间以TEM波的形式进行传输的话则非常有利于信号的低损耗传输。如果这样讲授就会使学生很容易认识和理解微波信号的本质问题，而不至于混淆概念。因此，多媒体这一教学手段可以很生动、形象地去表达“场”这一看不见摸不著的物质，帮助学生去建立或者重构“场”在他们大脑中的印象，避免教师在“场”教学中的枯燥乏味，从而达到良好的教学效果。
在讲授无耗传输线的工作状态、规则金属波导中的场时，可采用多媒体来教学。如对于矩形波导中TE10模的电场、磁场以及三维场分布，可以采用多媒体动画的形式来呈现，这样就会使学生更加直观、深入地认识矩形波导中的场分布，加深理解，提高教学效果。对于各种不同的天线结构，可借助幻灯片，收集一些相关的图片展示给学生，加深学生对相关知识的认识与理解。
总之，对于一些教学提纲、归纳小结、图文图表以及动画演示的内容，宜采用多媒体教学；而对一些理论公式的推导，则用板书授课能够增强师生之间的互动性，取得更好的授课效果，学生也能够跟着教师的思路一步步来领会和掌握课堂讲授的知识。所以，在“微波技术与天线”课程的教学中，应充分利用多媒体辅助教学的优势，采用板书和多媒体优势互补的授课方式。
2.引入电磁仿真软件
在实验教学中，可采取硬件平台与软件辅助设计相结合、学生实际动手操作与演示相结合的方法，开展基于仿真实验平台的实验内容。目前各公司对该专业人才的需求是要求具备研发能力，具备Ansoft HFSS、IE3D及ADS等仿真软件的应用能力，因此，在课堂教学中有必要将这些仿真软件介绍给学生，并开展基于仿真实验平台的实验内容，让他们进行相关的软件仿真实验。
Ansoft HFSS软件是以有限元法为基础的仿真软件，应用该软件可直接得到特征阻抗、S参数及辐射场、天线方向图等结果。在讲完天线理论以后，可以应用Ansoft HFSS仿真软件，对常用的天线结构—微带天线建立模型，进行仿真研究。在仿真结果中，可以使学生清楚地看到E面和H面方向图及其散射参数，可以使学生加深对天线理论的理解。另外，也可以用Ansoft HFSS软件对常用的微波器件，如微带滤波器进行仿真，可以得到频率响应曲线，分析仿真结果，可得到相关的参数，谐振频率、插入损耗、回波损耗、带宽等。
实践教学表明，在讲授相关章节的内容后，通过引入电磁仿真软件，不仅可以使学生更好地理解“微波技术与天线”课程的基本概念、基本原理，初步掌握微波领域的电磁仿真软件的基本操作，而且通过对仿真软件的介绍，还会使学生对该课程产生浓厚的兴趣，增强学习的积极性，提高学生学习的效率，为今后从事微波与天线领域的科研工作打下良好的基础。
3.改进教学方法和手段，提高教学灵活性
“微波技术与天线”课程是一门理论性较强的课程，无论从教的角度讲，还是从学的角度，都会感到非常枯燥。以应用为主线，不断改进教学方法和手段，要努力改变理论教学的枯燥性，使其向实践的生动性贴近，增强学生学习的兴趣，充分调动学生学习的积极性。
（1）要开拓学生的眼界。在课程讲授的过程中，可以适当地把国内外的重大科技事件和授课内容联系起来，既可以开拓学生的学术眼界，又可以提高学习兴趣。例如，未来移动通信技术中的射频技术，近年来的研究热门课题RFID技术等许多新技术的发展和应用都可以和微波技术课程的内容联系起来，使学生产生对未来的美好憧憬，激发自身的使命感和责任感。
（2）教师将创造性的科研工作引入到教学过程中。学生可以接触到学术领域中的最新成果或最新问题，不仅向学生传授了最新知识，而且还能够引导学生了解哪些是尚未解决及有待解决的问题，激发学生进行独立思考，使学生的创造性思维能力得到发展。在教学过程中，要启发学生运用科学方法进行思考和解决问题，了解科学研究的过程，掌握科学研究的方法，增强对将来从事微波科研工作的兴趣和信心。
（3）积极进行网络教学改革试验。充分利用网络教学来补充课堂教学，将网络教学与课堂教学有机地结合起来。开通网上教学平台，提供电子教材和相关多媒体课件，以激发学生的学习热情；开通在线答疑并开设答疑邮箱，方便而又及时地了解学生对该课程的学习情况，解答学生在学习过程中遇到的困惑，这同时也给学生提供了一个交流的平台，他们可以对一些共同感兴趣的话题进行讨论与交流，共同进步。此外，积极指导学生利用网络资源了解本学科发展的最新动态和当前研究的热点问题，鼓励学生对所学内容及自己的想法进行归纳总结，写出“小论文”形式的学习笔记，实现创造性学习。
四、结论
教学改革是一个长期不断探索、逐步完善的过程。为了使相關课程的教学更好地服务于学生，应该打破传统的教学模式，充分、合理利用多媒体和计算机辅助教学，精心设计课程内容，使枯燥乏味的教学变得生动起来。相关课程教师应该充分调动学生的学习兴趣和积极性，提高学生的创新能力，培养出社会真正需要的创新型技术人才。
参考文献：
[1]刘学观,郭辉萍.微波技术与天线(第二版)[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2006.
[2]谢泽明.网络教学在“微波技术与天线”课程的应用[J].电气电子教学学报,2008,30(3):113-115.
[3]刘茁.微波技术与天线教学中多媒体的合理使用[J].中国科教创新导刊,2009,(29):168.
（责任编辑：刘俊卿）
关键词：微波技术与天线；教学改革；教学效果
作者简介：李素萍（1978-），女，河南郑州人，郑州轻工业学院计算机与通信工程学院，讲师；吴伟（1977-），男，河南郑州人，郑州轻工业学院，助教。（河南 郑州 450002）
基金项目：本文系河南省教育厅资助项目（项目编号：2011B550013）、郑州轻工业学院博士科研基金资助项目的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）08-0108-02
随着信息技术的飞速发展，作为信息主要载体的高频电磁波——微波，不仅在卫星通信、移动通信、雷达、微波遥感等领域得到了广泛的应用，而且深入到了各行各业，甚至步入到人们的日常生活中，如家用微波炉等。因此，对于通信与电子专业的学生来说，电磁场、微波技术与天线类课程的学习在目前乃至今后都占据着重要地位。
一、课程特点
“微波技术与天线”是工科通信、电子专业本科生的一门专业基础课程，[1]是理论与工程性、实践性较强的课程，主要包括微波技术、天线与电波传播三个部分。通过这门课程的学习，学生应掌握微波技术的基本概念、基本理论和基本分析、设计方法。课程中大量采用近似、等效、经验公式、仿真和实验等工程实践的处理手段，让学生了解微波与天线的最新技术和应用。该课程着重培养学生分析问题和解决实际问题的能力，切实提高动手能力，为今后从事微波研究、微波通信工程设计和微波电路设计、微波通信设备的研发工作打下坚实的基础。另外，“微波技术与天线”作为一门重要的专业基础课，也是“移动通信”、“微波通信”等后续课程的重要基础，对后续课程的学习起着至关重要的作用。“微波技术与天线”课程涉及到电磁场理论和微波网络系统以及天线技术，内容广泛，信息量大，理论性强，所用的物理学、高等数学、电磁场理论等基础知识比较多，要求学生要有较好的数学基础，是通信与电子专业课程中比较难学的一门专业基础课。
“微波技术与天线”的分析和设计方法整体是用“场”的分析方法，即用麦克斯韦方程结合边界条件来分析系统内部的结构。这一方法对规则的边界条件可以得到严格的解析解，但对复杂的边界条件，其求解过程往往非常繁杂、冗长，甚至难以得到其解。因此，对于一些本质上属于场但在一定条件下可以转化为电路的问题，可以应用“路”的方法进行求解，即在一定条件下“化场为路”，该方法因有足够的精度，数学上较为简单而被广泛采用。在研究工程中的电磁场问题时，常常采用“场”、“路”结合的方法，先从电磁场理论出发对器件进行分析和研究，再等效为电路模型，最后从模型转为具体的物理实现，是一个具体—抽象—具体的过程。因此，如何让学生在课程的学习中掌握理论和工程结合、抽象思维和形象思维结合，场观点和路观点结合的方法是非常重要的。
二、传统教学中存在的问题
传统教学中存在的问题主要表现为三个方面。
（1）教学方法比较传统单一。目前很多高校还在采用传统的“一支粉笔、一块黑板”的教学方式，板书所占课时的比重较大。这对于理论推导比较严谨的课程，有助于让学生充分理解公式的由来，但讲课的效率却无法充分提高。
（2）偏重理论教学，实践教学所占比重较小。在有限的课时教学中传统方式仅仅能将基本的、重要的概念、原理、方法教授给学生，而对微波技术的发展前沿、更深一层次的教学知识点、探索性、发散性的学科问题涉及较少。另外，由于课程的公式推导较多，学生感到枯燥乏味，学习的兴趣较低。
（3）微波元器件都是通过对电磁场的控制来实现所需功能的，学生对微波射频系统接触较少，单纯的课堂讲授使学生感到抽象，教学效果不够好。
因此，教师应根据课程特点，更新教学观念，充分利用现代信息技术，尤其是多媒体、网络技术及计算机辅助教学，[2，3]探索以现代信息技术为基础的新型教学方法和教学模式，充分发挥学生学习的积极性和自主能动性，从而提高教学质量。
三、教学方法改革
1.引入多媒体教学手段
“微波技术与天线”这门课程由两大部分组成：微波技术和天线原理。这两部分各有特色，微波技术着重从“路”的角度去解决微波信号的产生、传输问题；天线则侧重从“场”的角度去研究天线的辐射和接收问题。场的思想也始终贯穿于整个微波技术的教学之中。例如传输线这一章，为什么微波信号不能只用单根实心导线来传输？这一看似简单的问题往往许多学生在学完这门课的时候还是不能明确地回答。究其原因是学生对微波信号的本质认识不深，没有从场的角度去考虑问题。导致学生认识不清的原因在于教材和老师教学时往往侧重从电路的角度运用电报方程去描述微波信号的传输过程，很少从微波信号场的本质去阐述这一问题。如果教师在教学时运用多媒体手段，将微波信号的传输特征用动画的形式生动地呈现在学生面前，就能够清楚地说明微波信号在通过单根实心导线时只能沿导体表面传输，导致损耗过大而不利于信号传输的特点，如果将微波信号开放在两根导体间以TEM波的形式进行传输的话则非常有利于信号的低损耗传输。如果这样讲授就会使学生很容易认识和理解微波信号的本质问题，而不至于混淆概念。因此，多媒体这一教学手段可以很生动、形象地去表达“场”这一看不见摸不著的物质，帮助学生去建立或者重构“场”在他们大脑中的印象，避免教师在“场”教学中的枯燥乏味，从而达到良好的教学效果。
在讲授无耗传输线的工作状态、规则金属波导中的场时，可采用多媒体来教学。如对于矩形波导中TE10模的电场、磁场以及三维场分布，可以采用多媒体动画的形式来呈现，这样就会使学生更加直观、深入地认识矩形波导中的场分布，加深理解，提高教学效果。对于各种不同的天线结构，可借助幻灯片，收集一些相关的图片展示给学生，加深学生对相关知识的认识与理解。
总之，对于一些教学提纲、归纳小结、图文图表以及动画演示的内容，宜采用多媒体教学；而对一些理论公式的推导，则用板书授课能够增强师生之间的互动性，取得更好的授课效果，学生也能够跟着教师的思路一步步来领会和掌握课堂讲授的知识。所以，在“微波技术与天线”课程的教学中，应充分利用多媒体辅助教学的优势，采用板书和多媒体优势互补的授课方式。
2.引入电磁仿真软件
在实验教学中，可采取硬件平台与软件辅助设计相结合、学生实际动手操作与演示相结合的方法，开展基于仿真实验平台的实验内容。目前各公司对该专业人才的需求是要求具备研发能力，具备Ansoft HFSS、IE3D及ADS等仿真软件的应用能力，因此，在课堂教学中有必要将这些仿真软件介绍给学生，并开展基于仿真实验平台的实验内容，让他们进行相关的软件仿真实验。
Ansoft HFSS软件是以有限元法为基础的仿真软件，应用该软件可直接得到特征阻抗、S参数及辐射场、天线方向图等结果。在讲完天线理论以后，可以应用Ansoft HFSS仿真软件，对常用的天线结构—微带天线建立模型，进行仿真研究。在仿真结果中，可以使学生清楚地看到E面和H面方向图及其散射参数，可以使学生加深对天线理论的理解。另外，也可以用Ansoft HFSS软件对常用的微波器件，如微带滤波器进行仿真，可以得到频率响应曲线，分析仿真结果，可得到相关的参数，谐振频率、插入损耗、回波损耗、带宽等。
实践教学表明，在讲授相关章节的内容后，通过引入电磁仿真软件，不仅可以使学生更好地理解“微波技术与天线”课程的基本概念、基本原理，初步掌握微波领域的电磁仿真软件的基本操作，而且通过对仿真软件的介绍，还会使学生对该课程产生浓厚的兴趣，增强学习的积极性，提高学生学习的效率，为今后从事微波与天线领域的科研工作打下良好的基础。
3.改进教学方法和手段，提高教学灵活性
“微波技术与天线”课程是一门理论性较强的课程，无论从教的角度讲，还是从学的角度，都会感到非常枯燥。以应用为主线，不断改进教学方法和手段，要努力改变理论教学的枯燥性，使其向实践的生动性贴近，增强学生学习的兴趣，充分调动学生学习的积极性。
（1）要开拓学生的眼界。在课程讲授的过程中，可以适当地把国内外的重大科技事件和授课内容联系起来，既可以开拓学生的学术眼界，又可以提高学习兴趣。例如，未来移动通信技术中的射频技术，近年来的研究热门课题RFID技术等许多新技术的发展和应用都可以和微波技术课程的内容联系起来，使学生产生对未来的美好憧憬，激发自身的使命感和责任感。
（2）教师将创造性的科研工作引入到教学过程中。学生可以接触到学术领域中的最新成果或最新问题，不仅向学生传授了最新知识，而且还能够引导学生了解哪些是尚未解决及有待解决的问题，激发学生进行独立思考，使学生的创造性思维能力得到发展。在教学过程中，要启发学生运用科学方法进行思考和解决问题，了解科学研究的过程，掌握科学研究的方法，增强对将来从事微波科研工作的兴趣和信心。
（3）积极进行网络教学改革试验。充分利用网络教学来补充课堂教学，将网络教学与课堂教学有机地结合起来。开通网上教学平台，提供电子教材和相关多媒体课件，以激发学生的学习热情；开通在线答疑并开设答疑邮箱，方便而又及时地了解学生对该课程的学习情况，解答学生在学习过程中遇到的困惑，这同时也给学生提供了一个交流的平台，他们可以对一些共同感兴趣的话题进行讨论与交流，共同进步。此外，积极指导学生利用网络资源了解本学科发展的最新动态和当前研究的热点问题，鼓励学生对所学内容及自己的想法进行归纳总结，写出“小论文”形式的学习笔记，实现创造性学习。
四、结论
教学改革是一个长期不断探索、逐步完善的过程。为了使相關课程的教学更好地服务于学生，应该打破传统的教学模式，充分、合理利用多媒体和计算机辅助教学，精心设计课程内容，使枯燥乏味的教学变得生动起来。相关课程教师应该充分调动学生的学习兴趣和积极性，提高学生的创新能力，培养出社会真正需要的创新型技术人才。
参考文献：
[1]刘学观,郭辉萍.微波技术与天线(第二版)[M]. 西安:西安电子科技大学出版社,2006.
[2]谢泽明.网络教学在“微波技术与天线”课程的应用[J].电气电子教学学报,2008,30(3):113-115.
[3]刘茁.微波技术与天线教学中多媒体的合理使用[J].中国科教创新导刊,2009,(29):168.
（责任编辑：刘俊卿）