葉志紅　李強　邵羽　廖希

摘要 為了讓學(xué)生更好地理解天線的輻射特性，同時提高學(xué)生對天線測量的實踐操作能力，開設(shè)天線實驗課并達(dá)到高效的實驗教學(xué)效果就顯得十分重要。針對傳統(tǒng)天線實驗課存在的問題，本文將結(jié)合科學(xué)研究技術(shù)、多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，對天線實驗課程的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，提高課堂教學(xué)效率，讓學(xué)生在提高天線測量能力的同時，更好地理解天線的理論知識。

關(guān)鍵詞 天線實驗課 存在問題 教學(xué)方法改進(jìn)

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2018.02.048

1開設(shè)天線實驗課的必要性

隨著4G和5G通信技術(shù)的發(fā)展，天線對于通信質(zhì)量的好壞起到至關(guān)重要的作用，其將發(fā)射端產(chǎn)生的電磁信號輻射出去，并在接收端進(jìn)行接收。因此，對于信息與通信工程和電子信息工程專業(yè)的學(xué)生，開設(shè)天線課程十分必要。然而，天線課程涉及到大量的電磁場理論和公式推導(dǎo)，且天線種類繁多，結(jié)構(gòu)不同，輻射機理亦不同。如何更好地講解天線知識，讓學(xué)生更容易接收和理解，是值得思考的問題。

因此，學(xué)院在制定專業(yè)培養(yǎng)方案時，將天線課分成兩部分進(jìn)行授課，即理論課和實驗課。理論課注重講解各類天線的結(jié)構(gòu)和輻射特性，而實驗課注重培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，同時加深對天線理論知識的理解。目前，天線實驗課存在課時少，實驗內(nèi)容不新穎以及學(xué)生缺乏積極性等問題，如何科學(xué)地解決上述問題，將是本文的研究重點。

2天線實驗課存在的主要問題

2.1課程內(nèi)容和學(xué)時以及實驗室設(shè)備之間存在矛盾

目前，學(xué)院開設(shè)的“無線通信電波傳播與天線”課程共48學(xué)時，而天線實驗只占了8個學(xué)時。實際上，天線實驗課程涉及的實驗內(nèi)容較多，但是受學(xué)時的限制，課程以內(nèi)安排的實驗內(nèi)容有限，只能根據(jù)實驗的難易程度選擇一部分進(jìn)行實驗教學(xué)。同時，由于天線測量系統(tǒng)昂貴，受實驗經(jīng)費的限制，無法滿足學(xué)生一人一套天線測量系統(tǒng)的需求。如何協(xié)調(diào)課程內(nèi)容與學(xué)時以及實驗設(shè)備少之間的矛盾尤為重要。

2.2實驗內(nèi)容缺乏完整性

目前天線實驗課程的內(nèi)容均為驗證性實驗內(nèi)容，而缺少設(shè)計性實驗和綜合性實驗內(nèi)容，使得整體實驗內(nèi)容缺乏完整性。教育部已經(jīng)提出“在本科實驗教學(xué)實驗項目類型設(shè)置上，綜合性實驗、設(shè)計性實驗必須達(dá)到一定的比例”的要求，Ⅲ因此，如何合理制定實驗內(nèi)容，從而培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和運用知識解決實際問題能力，顯得尤為重要。

2.3考核方式不合理，無法調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性

恰當(dāng)?shù)目己朔绞讲粌H能夠?qū)W(xué)生學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評價，同時也能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從某種角度來講也是對學(xué)生的一種鼓勵，能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。因此，如何合理客觀地評價學(xué)生的實驗成績就顯得非常重要。目前，天線實驗課的成績只是作為平時成績的一部分，而且考核方式主要以點名和實驗報告作為考核標(biāo)準(zhǔn)。另外，由于實驗設(shè)備少，學(xué)生需分組實驗，這樣必然會導(dǎo)致有些學(xué)生可以投機取巧，不主動參與實驗，而且抄襲同組同學(xué)的實驗報告，這也是抄襲現(xiàn)象屢禁不止的原因。如何有效評價學(xué)生的實驗課成績，提高學(xué)生做實驗的積極性，是目前天線實驗課教學(xué)面臨的一個新問題。

3實驗教學(xué)方法的改進(jìn)

針對上述目前天線實驗課存在的問題，將科學(xué)研究技術(shù)、多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺結(jié)合起來，對天線實驗課的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，從而提高天線實驗課的課堂效率以及學(xué)生做實驗的積極性，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生動手能力和解決實際問題能力的目的。

3.1調(diào)整實驗內(nèi)容

由于天線實驗課學(xué)時少，因此，需在有限的學(xué)時內(nèi)，合理制定實驗內(nèi)容，使其涵蓋設(shè)計性、驗證性和綜合性三類實驗，且合乎邏輯。具體的實施過程可以分成三個階段：（1）天線輻射的仿真分析；（2）天線性能的測量；（3）天線設(shè)計加工與測試。

這樣調(diào)整的目的是：首先，讓學(xué)生花2個學(xué)時的時間，利用電磁場仿真軟件（例如CST），對天線進(jìn)行建模，仿真分析天線輻射的空間電磁場特性以及方向圖、增益等電參數(shù)，使得學(xué)生對天線設(shè)計以及輻射特性有了全面的了解。然后，安排6個學(xué)時的驗證性實驗課，測量不同類型天線的方向圖、增益和軸比等電參數(shù)，加深學(xué)生對天線類型和輻射性能的認(rèn)識。最后，安排2個學(xué)時的綜合性實驗課，選擇一種難易適中的天線進(jìn)行設(shè)計并加工，然后測試天線的方向圖和增益等電參數(shù)，從而培養(yǎng)學(xué)生的解決實際問題的能力。不過，綜合性實驗無法在2個學(xué)時的實驗課堂內(nèi)完成，因此，在課外需安排2-3個時間段對學(xué)生開放實驗室，保證學(xué)生有足夠的時間完成天線設(shè)計和加工。

3.2將科學(xué)研究、多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)用到天線實驗教學(xué)

實驗課內(nèi)容安排合理之后，上好天線實驗課就尤為重要。天線實驗課需要包括兩個重要環(huán)節(jié)，分別為實驗原理講解和實驗演示與學(xué)生實驗操作。

實驗原理講解很重要，否則學(xué)生只是知道完成實驗內(nèi)容，而無法從本質(zhì)上理解和掌握天線的輻射性能。因此，在每次實驗課之前要求學(xué)生預(yù)習(xí)實驗原理。為了督促學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)，可以采用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺（例如對分易教學(xué)平臺）進(jìn)行測試，具體實施方法是：老師預(yù)先針對實驗內(nèi)容設(shè)計一套題目，然后上傳到網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上，然后上課之前讓學(xué)生登錄平臺進(jìn)行測試并評分，并以此作為實驗成績的一部分，這樣可以提高學(xué)生做好預(yù)習(xí)的積極性。在講解天線實驗原理時，為了避免讓學(xué)生去理解繁雜的理論推導(dǎo)過程，可以將科學(xué)研究技術(shù)融入進(jìn)來，例如可以采用時域有限差分（FDTD）方法（一種高效的全波數(shù)值算法）對天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，并模擬得到天線輻射信號從近場區(qū)到遠(yuǎn)場區(qū)的傳播過程，然后結(jié)合相應(yīng)的圖片編輯軟件，將整個天線的輻射過程做成動畫，然后通過多媒體進(jìn)行播放，這樣既能夠讓學(xué)生更容易接收和理解，同時可以節(jié)省大量的課堂講課時間，留出更多的時間用于實驗操作。

實驗原理講解完成之后，需要學(xué)生進(jìn)行實驗操作。在學(xué)生開始實驗之前，老師有必要給學(xué)生演示一下，一方面是通過演示的過程可以給學(xué)生講解實驗操作步驟，另一方面是，通過演示，讓學(xué)生了解有哪些地方或者細(xì)節(jié)需要注意，同時有必要提醒學(xué)生在實驗時需注意操作安全以及實驗操作規(guī)范。在學(xué)生實驗操作過程中，由于學(xué)生是分組實驗，為了避免一些學(xué)生不參與實驗，老師應(yīng)在各組之間多走動，督促學(xué)生積極參與實驗。另外，在檢查學(xué)生的實驗結(jié)果時，不只是檢查測量數(shù)據(jù)，還可以通過提問的方式，讓學(xué)生加深對天線測量和天線性能的理解和認(rèn)識，例如，實驗采用的哪種天線測量方法，實驗測量的是哪個面的方向圖，等等。

3.3改進(jìn)考核方式

考慮到學(xué)生對實驗成績比較關(guān)注，考核方式會直接影響到學(xué)生做實驗的積極性。因此，需要對天線實驗課的考核方式進(jìn)行改進(jìn)，能夠從多方面綜合評價學(xué)生的實驗成績。

實驗成績按照百分制來算，具體可分為4個部分：第一部分為考勤，占實驗成績的10%；第二部分為預(yù)習(xí)，通過網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺可以很方便地進(jìn)行管理，占實驗成績的10%；第三部分為實驗操作技能，主要考察學(xué)生對實驗的態(tài)度、參與實驗情況、儀器操作熟練程度、回答問題情況等，占實驗成績的40%；第四部分為實驗報告撰寫和數(shù)據(jù)分析，主要考察學(xué)生撰寫報告的能力、分析問題和解決問題的能力，占實驗成績的40%。

4小結(jié)

開設(shè)天線實驗課，能夠讓學(xué)生更容易理解和掌握天線的理論知識，同時培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和解決實際問題的能力。針對傳統(tǒng)天線實驗課存在的學(xué)時少、實驗內(nèi)容缺乏完整性以及學(xué)生實驗積極性不夠的問題，本文通過對實驗內(nèi)容進(jìn)行合理調(diào)整，將科學(xué)研究、多媒體和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)用到天線實驗教學(xué)來提高教學(xué)效率，并對課程考核方式進(jìn)行改進(jìn)來激發(fā)學(xué)生的積極性，對天線實驗課的教學(xué)方法進(jìn)行改進(jìn)，從而提高天線實驗課的課堂教學(xué)效果。