“电磁波与天线”课程分层教学的探索与研究.docx

“电磁波与天线”课程分层教学的探索与研究

薛红，朱卫刚，曹文权

（陆军工程大学通信工程学院，江苏南京210007）

电磁类课程作为通信、电子等专业重要的基础课程，发挥着主干和桥梁作用。在新时代背景下，为适应院校转型建设要求，着眼于新型人才培养方案，我们需要变革固有的教学模式，打破传统思维定式，以岗位任职和职业发展需求为牵引，健全课程教学内容建构路径。

本课程主要包括“电磁场理论”“均匀平面电磁波”“均匀传输线理论”“微波传输线”“天线基础知识”“常用天线及电波传播”等部分，具有体系完整、理论性强、概念抽象、公式繁多的特点。当前，院校转型建设对该课程提出了新的要求，对学时也进行了相应调整。为满足课程建设需求，我们需要修订课程标准，梳理教学内容，改变教学模式，灵活运用各种资源，从历史背景、物理意义、理论分析、工程应用等多角度设计相应教学内容，采用线上线下混合教学模式，对烦琐的数学公式及其推导做减法，在物理意义、工程背景、工程应用等方面做加法。

比如，对于传输线部分，我们从电报方程出发，采用场路结合、化场为路的方法，分析了均匀无耗传输线的传输特性及工作特性。对于常用微波传输线，采用纵向场分析方法分析其传输特性。由于这部分内容涉及场结构和场模式［1］，所以相对抽象，学生很难理解。如何在教学中化抽象为直观，化繁为简，是课程建设中需要解决的问题。天线部分的内容相对来说，因为更贴近实际，无论是生活还是工程中都能见到，所以学生容易理解，需要思考的是实际中有多种天线，不可能面面俱到。因此，要结合专业和岗位背景，在教学中应该重点分析某些类型，以及这些类型在实际应用中的地位和作用，由点到面，由面到体，培养学生“把握实质，提炼思路”的科学思维方法。

除了理论内容外，相应的实验教学也很关键，其内容设置应紧贴教学主线，让实验教学与理论教学形成合力，以便进一步提升教学效果。目前，我们以验证性实验为主，通过实验进一步帮助学生理解和掌握。在教学过程中，要能分层思考，既包含验证性实验，又有拓展性实验，提升学生能力，体现高阶性。对于实施建议中的考核评价标准，应提倡采用多元化的评价体制，目的是全面反映学生真实的水平，激发学员学习的主动性和积极性，全面考核学生的能力和素质。前期教学中，已经建设了该课程的在线教学网站，使得教学更加形象、有趣、高效。

按照紧贴对象特点、体现能力培养的思路，全面推行问题牵引式、研讨探究式、案例分析式教学，为教学目标服务，始终保持教学内容的前沿性、先进性和适用性。坚持需求牵引、体系设计、交叉融合，夯实专业基础，拓宽专业口径，将课程教学内容和现实工程问题相结合，达成知识目标、能力目标和价值目标。

依据教学大纲要求并参照专业背景知识体系，围绕夯实电磁波的基本理论，强化天线技术应用能力，解决实际电波传播问题，我们将课程内容分为理论基础、工程基础和工程应用三个模块，建立需求、目标、内容、课堂、应用、需求的课程教学内容建构路径，从理论和应用两个层面梳理教学内容，借助电磁仿真系统、微波接力系统、电磁频谱监测系统、微波暗室系统等设计教学内容和实践环节，化抽象为形象，变复杂为简单，让学生学会用场理论和路理论相结合分析问题、解决问题的方法，培养学生的问题分析能力、问题解决能力、自主创新能力、总结归纳能力，为以后的工作奠定必要的理论基础和工程基础。我们对“电磁波与天线”课程内容理论部分的设计有以下思考。

电磁波与天线的理论层面，主要包括理论基础和工程基础，它是工程应用的重要基础。其中，理论基础包括电磁场矢量分析、电磁场基本方程、静态电磁场、均匀平面电磁波，这部分系统阐述了电磁场的基本理论和电磁波的传播规律。矢量分析是后续内容的数学基础，电磁场基本方程是解决电磁问题的核心理论，在此基础上进一步研究静态电磁场和时变电磁波的传播规律。工程基础包括传输线理论和天线基础知识。传输线理论是一种“化场为路、长路结合”的高频电路理论，这部分内容主要是使学生理解传输线分布参数的概念，掌握由分布参数推导并求解电报方程的过程，深刻理解导行电磁波的传播参量、传播特性，以及行波、驻波、行驻波三种工作状态产生的条件和特点，掌握传输线阻抗匹配的基本原理和方法。天线基础知识阐述天线辐射和接收电磁波的基本原理和规律，使学生学会运用电磁场理论分析天线问题的基本方法。从麦克斯韦方程组出发，强调场源及场分布、宏观电磁现象及微观电磁变化、能量守恒定律和电磁场的边界条件；从一般到特殊，对时变电磁场和静态电磁场的问题进行分析；从波动方程、电报方程、达朗贝尔方程切入，分析均匀平面波的传播特性、传输线的传输特性及工作状态、天线的辐射特性。

本课程的工程应用部分主要包括微波传输线、线天线、口径天线和电波传播。电磁波、天线在通信、雷达、导航、电子侦察、电子对抗等众多领域具有广泛的应用。新形势下，新的用频设备