微波技术课程是电子与信息工程的专业基础课程, 是本专业人才培养知识结构的重要组成部分。但微波技术课程内容理论性强、新概念多且抽象, 学生不易理解。实验课是学生将学习到的理论和实际直接联系起来的重要桥梁, 如何将抽象的知识化为形象的理解是微波技术课程实验教学的重要任务。
本文介绍了笔者在微波技术课程实验教学过程中如何提高学生学习兴趣, 对知识的理解能力所做的探索和体会。
1 明确微波技术实验的目的
《微波技术》是理论性、工程性与实践性较强的课程。本实验课程的任务是使学生能够通过了解微波测量的基本方法、主要仪器及微波系统的调整、元器件的使用和测量方法, 加深对微波理论的理解。其中, 学生需要重点掌握的是传输线的基本理论、传输特性的理解, SMITH圆图的应用和阻抗匹配方法, 了解微波网络的矩阵参量;了解一些常用微波元器件;掌握天线基本特性参量的物理意义;了解一些常用的天线设备等。
2 精心选择实验内容, 提高学生思维能力
《微波技术》课程实验主要采用现场讲授与实验相结合的方法, 现场讲授主要将理论课程没有涉及到而实验教学又必备的基本知识传授给大家, 如微波测量的基本方法及特点、微波振荡源的定性描述、常用元器件的原理和使用等等。
实验内容中, 电压驻波比、反射系数、相移常数、阻抗匹配等内容是传输线理论中的必须掌握的基本理论知识, 在实验内容的设置中必不可少。微波网络分析理论是微波课程中一个重要的知识环节, 因此, 对微波电路和元器件的网络特性的测试和分析是微波技术实验的重要内容之一。天线是无线通信系统中不可缺少的部分, 掌握天线的基本特性和测量方法、了解天线的辐射特性对学生而言至关重要, 所以, 天线与其辐射特性测量实验也是微波技术实验内容之一。
实验内容主要由验证性实验和综合性实验组成, 验证性实验在老师的指导下完成, 综合性实验由老师提出思路, 学生自己动手、动脑完成设计要求。当前, 利用微带线实现微波电路是现代微波电路的主流技术, 因此本课程的综合性实验要求学生利用微带线设计简单功能的微波电路。
另外, 在实验授课过程中, 有意识的引入一些背景知识的介绍, 比如介绍移动通信中射频技术及其在移动通信中的重要作用, 射频识别 (RFID) 技术及其广泛应用前景等。这样就可以提高学生的直观理解能力和学习兴趣, 有效的将微波技术的最新发展和成果介绍给学生。
3 采用形式多样的实验手段, 加强与学生互动环节
微波技术是以电磁场和电磁波理论为基础建立和发展起来的, 但现实中场和波看不见摸不着, 学生理解起来, 有相当大的难度。因此, 需要采用多样的实验手段让学生更好的理解微波实验的内容。
实验过程中, 我们发现如果是老师简单地在实验室里讲, 学生参照实验指导书进行实验操作, 往往效果不太好, 很多时候学生仍然不太明白。因此, 在实验前, 我们预先利用CAMSTUDIO软件完整的录制了整个实验过程, 然后在实验内容讲授的过程中, 直接播放实验视频, 通过运用这种方法, 我们发现学生能有更直观的感受, 对整个实验操作也有更清晰的理解。因此, 整个实验教学过程较为成功。
微波CAD工具软件的使用是微波技术课程实验建设新的发展方向和趋势。微波CAD工具软件可减少令人乏味的计算过程, 使学生便于对实验内容做更加详细的探究。目前, 多家软件制造商均推出了专用的微波CAD工具软件, 这些软件功能均非常强大。我们目前使用的是业界主流的AGILENT公司ADS软件, 这样也能为学生毕业后的工作打下一定的基础。
除此之外, 我们还利用多媒体技术和Matlab (需要在版本7.0以上) 的RF工具箱以动画或者图像的形式将抽象的内容生动的表现出来, 如:传输线的行波、驻波的概念波导的场分布, 混频器、滤波器的设计和仿真等, 这些都可以通过动态的图形直观生动的呈现出来, 大大提高了学生的理解能力和学习兴趣。
4 改革考核方法
微波技术课程实验的内容复杂且抽象, 如果将考核重点放在这些实验内容的简单重复上将是本末倒置的做法, 课程实验考核的重点应偏重于微波基本概念的理解、运用和相应的设计能力上。
除了基本的实验以外, 我们在整个微波技术课程实验当中布置了2个难度不大的设计性实验, 学生可以任选其中一个。学生在自己查找资料的基础上, 进行钻研, 通过软件仿真进行设计和分析, 最后写出专题小论文。
实验最终成绩评定分成三大部分, 第一部分是学生基本实验的完成情况占50%, 第二部分是学生设计性实验的完成情况占40%, 第三部分是学生在实验完成过程中的创新能力和提出问题、解决问题的能力占10%, 这样就可以有效考核学生的应用能力、思维能力和创新能力。
摘要：现代社会, 微波技术已经蔓延到我们生活的各个方面。微波技术课程在电子与信息工程教学的地位越来越突出, 但微波技术课程概念多而且抽象, 学生不易理解。因此, 如何将抽象的知识形象化是微波技术课程实验教学的重要任务。本文介绍了笔者在微波技术实验过程中, 就如何提高学生学习兴趣、对知识的理解能力等方面所做的一些探索和体会。
关键词：微波实验,教学改革
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