馬 瑤， 渠立永， 劉 君， 劉 珩， 朱立巖

(解放軍理工大學(xué) 野戰(zhàn)工程學(xué)院， 江蘇 南京 210007)

“電磁場理論與微波技術(shù)”課程教改探索

馬 瑤， 渠立永， 劉 君， 劉 珩， 朱立巖

(解放軍理工大學(xué) 野戰(zhàn)工程學(xué)院， 江蘇 南京 210007)

本文對“電磁場理論與微波技術(shù)”課程進(jìn)行了教學(xué)改革探索與實(shí)踐，使其與學(xué)員的偽裝專業(yè)背景密切結(jié)合。通過大量增加軍事案例，優(yōu)化組合教學(xué)內(nèi)容，探索研究型教學(xué)模式，改革考核方式等多種手段，充分調(diào)動學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)員分析問題和解決問題的能力，提高專業(yè)應(yīng)用技能，全面提升學(xué)員的綜合素質(zhì)。

電磁場理論與微波技術(shù)；教學(xué)改革

0 引言

“電磁場理論與微波技術(shù)”是我校本科偽裝工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程。在“大學(xué)物理”的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步系統(tǒng)闡述電磁場的基本概念和微波技術(shù)方面的內(nèi)容[1]。課程共計(jì)60學(xué)時，分為50學(xué)時的理論和10學(xué)時的實(shí)驗(yàn)。理論部分包括靜態(tài)場、時變電磁場、平面波的傳播、天線基礎(chǔ)、微波傳輸線等內(nèi)容，概念抽象、公式繁復(fù)，對學(xué)員的空間理解能力和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)均有較高要求。由于后續(xù)雷達(dá)偵察、反雷達(dá)偽裝等大部分問題的分析與研究均屬于電磁場和微波的范疇，因此，這是一門必不可少、重要的基礎(chǔ)課程。

根據(jù)以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，課程存在的問題主要是學(xué)員在課堂上不會利用相關(guān)知識點(diǎn)分析求解實(shí)際應(yīng)用問題，在整門課程學(xué)習(xí)結(jié)束后往往也不知道如何與專業(yè)應(yīng)用相聯(lián)系。針對這些問題，本著“需求牽引”、“能力為本”、“學(xué)為主體”的軍事人才培養(yǎng)價值理念，本課程開展了一系列教學(xué)改革。

1 采用突出軍事特色的實(shí)例

僅就課程教材和各種參考資料的內(nèi)容來看，大量涉及的都是公式、定理和推導(dǎo)等，這使學(xué)員首先就產(chǎn)生了畏懼心理[2]。如何激發(fā)學(xué)員對這門課的興趣，改變他們對課程整體感覺枯燥的印象十分關(guān)鍵。因此我們在講解具體章節(jié)內(nèi)容時需要突出軍事特色以及充實(shí)應(yīng)用實(shí)例，增強(qiáng)現(xiàn)代化氣息，擴(kuò)大學(xué)員知識面，以激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。這便需要教員利用現(xiàn)代發(fā)達(dá)的通訊技術(shù)，高效獲得各種最新研究進(jìn)展，從各種渠道廣泛汲取新知識和新內(nèi)容，將其融于課程教學(xué)的各個環(huán)節(jié)上去。

以第一堂緒論課為例，教員除了讓學(xué)員對課程有所了解外，更需要激發(fā)他們的興趣，使課程充滿研究與探索的特色和風(fēng)格，創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。比如舉出以下幾個典型實(shí)例：

(1)電磁場方面的高新技術(shù)在近幾年的戰(zhàn)爭中得到了最集中和最充分的表演。在海灣戰(zhàn)爭中，伊拉克在以美國為首的多國部隊(duì)的電子戰(zhàn)打擊下，一開始整個電子指揮系統(tǒng)，包括通信、武器裝備和重要設(shè)防等就遭到嚴(yán)重的干擾和破壞，呈現(xiàn)癱瘓挨打的被動局面，因而有人稱海灣戰(zhàn)爭是一場“頻譜戰(zhàn)爭”，是“電子戰(zhàn)爭”，是“信息戰(zhàn)爭”。

(2)隱身技術(shù)是目前國防軍事的熱門話題，其重點(diǎn)研究內(nèi)容是電磁波的散射：電磁波投射到飛行目標(biāo)上將發(fā)生散射，散射回來的電磁波究竟有多大場強(qiáng)？怎樣減少回波的強(qiáng)度以達(dá)到隱身的目的？另外，電磁散射的研究不只是為了隱身的目的，對目標(biāo)識別、天線輻射、電磁兼容等都有非常重要的意義。

2 突出重難點(diǎn)，優(yōu)化組合部分內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)和難點(diǎn)是教學(xué)內(nèi)容的精髓，如果處理不當(dāng)會使學(xué)員思維受阻，注意力分散。時間一長，學(xué)員就會疑問越來越多，造成學(xué)習(xí)障礙，從而對學(xué)習(xí)失去興趣和信心。因此一定要加強(qiáng)對教材內(nèi)容體系的把握、加深對教材內(nèi)容的理解，妥善處理重點(diǎn)和難點(diǎn)。對于偽裝專業(yè)的學(xué)員來說，天線是重點(diǎn)內(nèi)容，如：天線陣的方向性乘積定理，是天線理論中的一個重要定理。我們采取詳細(xì)對比陣因子、自因子、天線陣的方向圖，歸納出三個方向圖之間的關(guān)系，得出天線陣的方向性乘積定理，配以定理證明，最后落腳于天線陣的典型應(yīng)用，如相控陣天線、面天線等雷達(dá)系統(tǒng)上常用的天線。同時增加專業(yè)所需要的內(nèi)容，在現(xiàn)有教材基礎(chǔ)上增加了錐掃天線、卡賽格倫天線等，從定性分析到定量分析，使抽象的理論變得直觀、具體，將重點(diǎn)向?qū)嶋H應(yīng)用貼近，學(xué)員懂得了所學(xué)已有所用，所學(xué)將有所用，學(xué)習(xí)熱情便會顯著增加。

3 探索研究型教學(xué)模式

所謂研究型教學(xué)，是指教員以課程內(nèi)容和學(xué)員的學(xué)識積累為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)員創(chuàng)造性地運(yùn)用知識和能力，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題并解決問題，在研討中積累知識、培養(yǎng)能力和訓(xùn)練思維的新型教學(xué)模式[3]?！半姶艌隼碚撆c微波技術(shù)”這門課程，由于涉及到高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、線性代數(shù)、計(jì)算電磁學(xué)等多個知識領(lǐng)域，對學(xué)員的學(xué)習(xí)提出了很高的要求。針對這一特點(diǎn)，教改過程中探索了研究型教學(xué)模式，通過兩條主線展開。

一是穿插在平時授課的過程中，將應(yīng)用背景與理論學(xué)習(xí)結(jié)合起來，啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行思考，促使其將書本和課堂的知識用于分析和研究實(shí)際問題，做到學(xué)以致用和活學(xué)活用，加強(qiáng)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性。比如在學(xué)習(xí)靜態(tài)電磁場之前，我們首先引出背景知識——電磁學(xué)的三大實(shí)驗(yàn)定律(庫侖定律、安培定律、法拉第電磁感應(yīng)定律)，并對學(xué)員提出問題：在雷達(dá)系統(tǒng)中常用的同軸線與其電阻、電容和其物理尺寸有什么關(guān)系？物理實(shí)驗(yàn)與實(shí)際問題相結(jié)合，能提高學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣， 隨著學(xué)員對靜態(tài)場知識的逐步深入了解，問題就得以解決。又比如，在剛開始學(xué)習(xí)均勻平面波的傳播時，讓學(xué)員們自由討論現(xiàn)實(shí)生活中遇到的電磁波傳播問題，再向?qū)W員提出幾個應(yīng)用問題：為什么海水中潛艇之間的通信困難？如何防止室內(nèi)電子設(shè)備受外界電磁波干擾？為什么在微波爐中牛肉能熟，而盛牛肉的盤子確不會烤焦？中波廣播天線架設(shè)為什么與地面垂直？在講授均勻平面波的反射與透射時，我們又向?qū)W員設(shè)問：為什么照相機(jī)鏡頭上有一層敷層？如何使雷達(dá)天線免受惡劣天氣的影響？學(xué)員帶著這些問題學(xué)習(xí)，當(dāng)無法解決時，就會結(jié)合課堂所講內(nèi)容，通過查閱資料盡快完成。經(jīng)過多次提出問題、分析問題和解決問題的過程，學(xué)員既對知識點(diǎn)有了較深的認(rèn)識，又對本課程產(chǎn)生越來越濃厚的興趣，學(xué)習(xí)目的也就非常明確了。

二是將“課程專題”的形式貫穿于整門課的授課過程中，以偽裝實(shí)際應(yīng)用為主線和重點(diǎn)，有針對性地設(shè)計(jì)了三個課程專題：“多層微波吸收材料的反射特性研究”，“高頻仿真軟件HFSS的操作和應(yīng)用”和“微波吸收材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)”。這三門課程專題的學(xué)習(xí)和研究均建立在課程內(nèi)容體系的基礎(chǔ)之上，在第一次緒論課上提出，由學(xué)員結(jié)合小規(guī)模限制性在線課程SPOC(Small Private Online Course)平臺上提供的背景資料，根據(jù)自己的興趣選擇分組，作為最終能力考核的內(nèi)容。比如“微波吸收材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)”專題，不僅涉及到“媒質(zhì)的電磁特性”、“麥克斯韋方程組”，還涉及到“均勻平面波的傳播”等多個章節(jié)。因此教員在授課的過程中首先介紹基本概念、推導(dǎo)重要公式和定理，然后讓學(xué)員通過查閱大量的資料，了解相關(guān)的內(nèi)涵及其在應(yīng)用中的關(guān)鍵作用，循序漸進(jìn)。通過對過程的研究，最終將學(xué)員引導(dǎo)到專題的解決上。這種采用“課程專題”的研究型模式，將科學(xué)研究融于教育教學(xué)的過程中，通過教學(xué)與研究、實(shí)踐的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識和經(jīng)驗(yàn)，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，在研討中積累知識、培養(yǎng)能力和鍛煉思維，同時養(yǎng)成科學(xué)研究的精神和科學(xué)態(tài)度。

4 充分采用多種教學(xué)方式

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，由于該課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容枯燥，學(xué)員若沒有聽進(jìn)去、學(xué)進(jìn)去，很容易走神、犯困，遇到實(shí)際問題時又束手無策，因此授課過程需要綜合采用多種教學(xué)方式，如啟發(fā)式、案例式等，充分調(diào)動學(xué)員的積極性。

啟發(fā)式教學(xué)注重知識的傳授和講述的過程，更重要的是在傳授知識的同時，有意識地培養(yǎng)學(xué)員主動思維的能力[4]。這就對教員的備課提出了較高的要求：應(yīng)以調(diào)動學(xué)員主動思維為目標(biāo)，精心安排內(nèi)容，設(shè)計(jì)講授的思路、方式和側(cè)重點(diǎn)。比如在講述Maxwell方程組時，先通過對前面授課時所介紹的基本定律的歸納總結(jié)，指出其存在的矛盾性，從而引出問題；再以提問的方式鼓勵學(xué)員思考解決問題的方法；然后解決問題——引入“位移電流”，得到Maxwell方程組；最后介紹Maxwell方程組所包含的物理意義和應(yīng)用前景。

案例式教學(xué)則是引入案例，將實(shí)際工作中遇到的典型案例進(jìn)行介紹，提出問題。比如，在講波導(dǎo)的傳輸功率時，以×××部試驗(yàn)場試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)波導(dǎo)打火這一案例入手，讓學(xué)員分析其中的原因，當(dāng)學(xué)員絞盡腦汁提出此與波導(dǎo)的功率容量有關(guān)后，那么，什么是功率容量？功率容量的大小受哪些參數(shù)影響？實(shí)際工作中如何做才能不降低波導(dǎo)的功率容量？圍繞這三個問題，尋找答案，會使學(xué)員不僅積極性提高，而且印象深刻。實(shí)踐證明，恰如其分地由案例引入課堂教學(xué)內(nèi)容，一方面可以將枯燥的學(xué)習(xí)內(nèi)容變得有趣，集中學(xué)員的注意力，提高學(xué)習(xí)效果：另一方面，可以加深學(xué)員對理論知識的理解和掌握，提高解決實(shí)際問題的能力。

5 打破傳統(tǒng)考核方式

現(xiàn)行課程考核由傳統(tǒng)的“一卷定成績”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?+1+3”的考核機(jī)制，即通過過程考核、知識考核和能力考核，科學(xué)評價學(xué)員的綜合水平。

“3+1+3”中第一個“3”指過程考核，占總成績的30%，包括課堂表現(xiàn)(10%)、自主學(xué)習(xí)(10%)以及平時作業(yè)(10%)； “1”代表知識考核，占總成績的50%，主要考核理論基礎(chǔ)知識，采用閉卷筆試方式進(jìn)行；后一個“3”即能力考核，占總成績的20%，由三個課程專題組成，學(xué)員根據(jù)興趣選擇分組，最終采用課程論文(或發(fā)表論文)和小組答辯形式。能力考核的三個專題與偽裝應(yīng)用密切相關(guān)，目的是鼓勵學(xué)員以研究型學(xué)習(xí)的形式對自己感興趣的專題進(jìn)行探索。研究型學(xué)習(xí)的成績從學(xué)員參與的態(tài)度和表現(xiàn)、研究能力的獲得、在研究型學(xué)習(xí)中知識的獲得以及最后成果匯報時的表現(xiàn)方面進(jìn)行評定。

在評價中注重研究結(jié)果也注重研究過程，給學(xué)員一個得以發(fā)掘個人能力、展示自身價值的機(jī)會。通過多樣化的考核激發(fā)學(xué)員學(xué)習(xí)的主動性和積極性，全面考核學(xué)員的能力和素質(zhì)。

6 結(jié)語

“電磁場理論與微波技術(shù)”課程教學(xué)改革以信息化作戰(zhàn)條件下部隊(duì)反雷達(dá)偵察和制導(dǎo)的偽裝需求為牽引，以課程內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)識積累為基礎(chǔ)，將科學(xué)研究融于教育教學(xué)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)造性地運(yùn)用知識和能力，自主地發(fā)現(xiàn)問題、研究問題并解決問題，全面提高學(xué)員能力和素質(zhì)。

[1] 渠立永, 劉君, 馬瑤. 電磁場理論與微波技術(shù)基礎(chǔ) [M]. 南京: 解放軍理工大學(xué)出版社, 2015年10月

[2] 謝處方, 饒克謹(jǐn). 電磁場與電磁波(第4版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006年1月

[3] 鄭貴華. 大學(xué)研究型教學(xué)的理論構(gòu)想與實(shí)踐探索[D]. 長沙: 碩士學(xué)位論文, 2005年3月

[4] 溫溶雪. 現(xiàn)代啟發(fā)式教學(xué)探究[D]. 南昌: 碩士學(xué)位論文, 2003年10月

Teaching Reform of Electromagnetic Theory and Microwave Technique Course

MA Yao, QU Li-yong, LIU Jun, LIU Heng, ZHU Li-yan

(SchoolofFieldEngineering,PLAUniversityofScienceandTechnology,Nanjing210007,China)

This paper explores teaching reform of Electromagnetic Theory and Microwave Technique course for students of camouflage major. Practices prove that by using a great deal of military examples, optimizing teaching contents, applying research teaching and innovating examination system, this method can motivate students to learn knowledge positively and initiatively, to cultivate the ability to find and solve problems and apply the knowledge in practices, and therefore improve their integrated quality.

electromagnetic theory and microwave techniques; teaching reform

2016-05-02;

2016-07- 20

馬 瑤(1984-)，女，碩士，助教，主要從事電磁場理論與微波技術(shù)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和研究工作，E-mail：mayao_84@aliyun.com

G420

A

1008-0686(2017)02-0045-03