張 海，謝姣皎，湯 煒

（華僑大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院，福建 廈門 361021）

引言

“微波工程基礎(chǔ)”課程是電子與通信類專業(yè)本科生必修的一門專業(yè)課，其目的是使學(xué)生熟悉和掌握“微波工程”的基本原理、基本理論，以及解決簡單微波工程問題的分析方法，為今后深入學(xué)習(xí)與應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。它是教育部電子信息類教學(xué)指導(dǎo)委員會及《普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)》中推薦的必修課之一，全國重點理工類院校均開設(shè)有本門課程。

華僑大學(xué)自20 世紀(jì)80 年代以來，就有開設(shè)本門課程，主要講授傳輸線理論、矩形波導(dǎo)與圓柱波導(dǎo)、帶狀線與微帶線、微波網(wǎng)絡(luò)及基本微波器件與電路等。課程設(shè)置在大學(xué)三年級第二學(xué)期，其先修課程包括高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電磁場與電磁波等。開設(shè)本課程的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生分析與解決實際微波工程問題的能力，提高學(xué)生的實驗操作能力，為日后從事微波射頻電路設(shè)計、無線通信技術(shù)以及光頻通信設(shè)備等開發(fā)工作打下良好的基礎(chǔ)。然而，本課程涉及基礎(chǔ)電磁理論與微波網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及電磁輻射技術(shù)，內(nèi)容抽象，理論性強，所涉及的物理學(xué)、高等數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)知識比較多，要求學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，因此是電子信息類專業(yè)課程中較為難學(xué)的核心課程之一。隨著時代的發(fā)展與知識的更新，尤其是在“新工科”教育的背景下，很多教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段得以更新。因此，非常有必要對本門課程進行改革與創(chuàng)新。

1 傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)中的不足

目前，本課程在傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)中依然存在著一些問題，主要表現(xiàn)為以下三個方面。首先，教學(xué)方法較為單一。由于該課程中的物理和數(shù)學(xué)公式比較多，目前還有很多高校采用傳統(tǒng)的粉筆與板書的教學(xué)方式。雖然這種方式可以幫助學(xué)生深入理解數(shù)學(xué)公式的由來，然而講課效率卻無法有效提高。其次，基礎(chǔ)理論內(nèi)容較多，前沿知識內(nèi)容較少。在有限的學(xué)時中，僅僅能將基本概念與基本方法以及簡單工作原理教授給學(xué)生，而對本領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展前沿以及探索性、前瞻性的科學(xué)問題卻很少涉及。加之本課程的理論推導(dǎo)過程較多，缺乏直觀的實驗驗證，會使學(xué)生感到抽象乏味，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣偏低。再次，微波與射頻器件主要是以電磁波的傳輸和變換實現(xiàn)設(shè)計者所需功能，由于學(xué)生對此類系統(tǒng)的接觸較少，僅通過課堂講授會使學(xué)生感到抽象。所以，教師應(yīng)該根據(jù)課程的內(nèi)在特點，充分使用現(xiàn)代化技術(shù)手段，探索新型教學(xué)思路與教學(xué)方法，激勵學(xué)生發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動性與積極性。

2 課程改革的目標(biāo)與具體思路

2.1 改革目標(biāo)

結(jié)合傳統(tǒng)“微波工程”課程特點和本校實際情況，對課程體系的構(gòu)建、教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化，實驗教學(xué)環(huán)節(jié)等方面進行改革，并結(jié)合當(dāng)前工程應(yīng)用中最為廣泛的射頻、通信、衛(wèi)星、導(dǎo)航等實際需求，提出課程的建設(shè)與改革方案。通過教學(xué)改革，有助于促進“微波工程”課程的理論教學(xué)與實踐工程相結(jié)合，提升整個課程體系的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生對該課程專業(yè)知識與技能的應(yīng)用能力，從而促進我校電子與通信類專業(yè)特色的形成，并為其他高校在同類課程建設(shè)中的理論創(chuàng)新與實踐改革提供有效的參考。

首先，通過教學(xué)模式的改革，實現(xiàn)教學(xué)過程中學(xué)生的主體地位，增強學(xué)生的“向心力”和“自主性”，提高課堂教學(xué)效率，提升整體教學(xué)質(zhì)量，促進學(xué)生綜合素質(zhì)的發(fā)展。其次，通過教學(xué)方法的改革，增強教學(xué)效果。例如：任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)法、引導(dǎo)討論式教學(xué)法、線上線下混合式教學(xué)法，取代傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造性。再次，在“新工科”背景下開展教學(xué)改革，運用現(xiàn)代化教育理念，面向國家經(jīng)濟社會的發(fā)展需求，介紹專業(yè)領(lǐng)域新進展、實踐發(fā)展新經(jīng)驗，培養(yǎng)真正適合企業(yè)需求的優(yōu)秀工程人才。

2.2 具體思路

“新工科”是主動應(yīng)對新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的戰(zhàn)略行動，是“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃2.0”的核心內(nèi)容和主要抓手，是新時代工程教育改革創(chuàng)新的最前沿和新方向，從“天大行動”“復(fù)旦共識”“北京指南”的新工科建設(shè)“三部曲”，到兩批國家級新工科研究與實踐項目，新工科建設(shè)在高等教育戰(zhàn)線形成了百花齊放、日新月異的新格局。

我國《“十四五”規(guī)劃綱要和2035 年遠景目標(biāo)綱要》中明確指出，在下一個五年計劃中，我國重點研發(fā)領(lǐng)域包括：空天科技（深空探測）、深地深海、高速集成電路、5G/6G 高速通信等。這些領(lǐng)域均與“微波工程/微波技術(shù)”密切相關(guān)。例如：衛(wèi)星上的有效載荷、遙測遙感、微波成像、探地雷達、航天器姿態(tài)控制、高速集成電路電磁兼容、5G/6G 毫米波通信、GPS/北斗導(dǎo)航，以及未來戰(zhàn)場上的高功率微波武器、定向能武器、電子戰(zhàn)，超寬帶天線等諸多領(lǐng)域，均需要從業(yè)者具有寬廣、深厚、扎實的“微波技術(shù)”理論功底。作為國家重點建設(shè)的綜合性大學(xué)，我校也有責(zé)任和擔(dān)當(dāng)培養(yǎng)該領(lǐng)域的“合格人才”和“優(yōu)秀工程師”，為祖國的建設(shè)和發(fā)展貢獻自己的力量。

因此，結(jié)合以上應(yīng)用領(lǐng)域，努力探索“微波工程基礎(chǔ)”課程新的教學(xué)方法與教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)教師梯隊，豐富網(wǎng)上教學(xué)資源，加強理論聯(lián)系實際，充實實驗內(nèi)容。將新工科發(fā)展趨勢與國家產(chǎn)業(yè)需求相結(jié)合，將行業(yè)的新動態(tài)、專業(yè)的新成果融入教學(xué)過程中。改進教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段，深度融入信息化、智能化技術(shù)，促進智慧課堂、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方式的運用與推廣。在學(xué)生掌握理論知識的基礎(chǔ)上，注重學(xué)生的創(chuàng)造性思維和應(yīng)用能力的培養(yǎng)。積極探索綜合性課堂、問題導(dǎo)向課堂、交叉學(xué)科研討課堂，提高課程的興趣度、學(xué)業(yè)的挑戰(zhàn)度。注意了解國內(nèi)外同類課程最新發(fā)展趨勢，汲取國內(nèi)外優(yōu)秀教材的精華，使教學(xué)內(nèi)容緊貼學(xué)科發(fā)展前沿，力爭將本課程打造成校內(nèi)外同行認(rèn)可的“精品課程”。同時，加強教師隊伍的梯隊化和國際化，構(gòu)建合理的教學(xué)梯隊，逐步培養(yǎng)教學(xué)名師。相應(yīng)改革措施包括：（1）完善教學(xué)大綱，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容；（2）精選教材，突出“化繁為簡”理念；（3）促進教學(xué)科研互動，培養(yǎng)創(chuàng)新能力；（4）改進實驗教學(xué)，提高實驗效果；（5）重視教學(xué)電子資源建設(shè)，拓寬課程信息來源；（6）改革考試方式，促進考核公平公正；（7）建設(shè)精品課程，提升教學(xué)水平；（8）融合課程思政，培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)與愛國情懷。

3 教學(xué)內(nèi)容的改革與創(chuàng)新

3.1 課程內(nèi)容、體系結(jié)構(gòu)的改革

課程改革前的教學(xué)內(nèi)容和體系結(jié)構(gòu)強調(diào)微波技術(shù)的基礎(chǔ)理論和分析方法，對課程的應(yīng)用背景和學(xué)生實踐能力的要求不高，且相關(guān)知識較為陳舊，與當(dāng)前實際工程發(fā)展潮流不相匹配。學(xué)生在課程學(xué)習(xí)過程中對微波工程問題的理解及理論聯(lián)系實際的轉(zhuǎn)化能力相對較弱，不利于優(yōu)秀工程師的培養(yǎng)與塑造。圖1 所示為改革后的課程內(nèi)容與結(jié)構(gòu)體系。

圖1 改革后的課程內(nèi)容與結(jié)構(gòu)體系

3.2 課程教學(xué)過程組織方式與培養(yǎng)目的

改革之前，傳統(tǒng)課堂是“老師講、學(xué)生聽”。在聽課過程中，師生互動少，教師很難掌握學(xué)生的“理解程度”，從而及時調(diào)節(jié)講課節(jié)奏。而現(xiàn)在，我們將采用如下幾種方式對課堂組織方式進行改革。首先，多媒體教學(xué)手段的應(yīng)用。多媒體教學(xué)方法可以將“微波”這一抽象的物質(zhì)，形象而生動地表達出來，幫助同學(xué)們在大腦中構(gòu)建“微波電磁場”的直觀印象，從而獲得較好的教學(xué)效果。其次，電磁仿真軟件的輔助教學(xué)。在課堂教學(xué)中，教師可將HFSS 等微波仿真軟件教授給學(xué)生，在實驗環(huán)節(jié)中可利用軟硬件平臺相結(jié)合的方式開展，同時開設(shè)基于軟件平臺的虛擬仿真實驗內(nèi)容。再次，引入BOPPPS 教學(xué)模式，增強參與式學(xué)習(xí)體驗。增強學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，鼓勵學(xué)生充分參與課堂教學(xué)全過程，激發(fā)學(xué)生的主動性與興趣感，引導(dǎo)他們主動學(xué)習(xí)、主動探索、獨立思考，最終完成教學(xué)目標(biāo)，學(xué)生獲得成就感與滿足感。最后，靈活應(yīng)用“雨課堂”工具，充分提高師生互動。同時，保證教學(xué)科研工作相輔相成，培養(yǎng)學(xué)生科研興趣。

3.3 課程考試和考核方式的改革

在平時成績中增加文獻資料閱讀，實際微波工程問題調(diào)研報告，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目，同時，期末考題中增加工程應(yīng)用類題目以及上機操作。

4 課程改革的特色與效果

本課程改革的主要特色包含以下三個方面：首先，課程思政案例化：結(jié)合著名科學(xué)家對課程知識的貢獻，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。結(jié)合課程實驗和課堂展示，培養(yǎng)學(xué)生精益求精、團隊分工合作和追求卓越的工匠精神等。其次，課程資源信息化：把重點及難點錄制成小視頻，供同學(xué)們下載。建設(shè)了微波技術(shù)基礎(chǔ)課程網(wǎng)站，利用即時通信平臺，建立了討論社區(qū)。再次，課外研學(xué)學(xué)術(shù)化：組建學(xué)習(xí)小組，以項目形式鼓勵學(xué)生對課程知識進行深入研究。面向課程知識的實際應(yīng)用，通過項目研究，提升學(xué)生研究性學(xué)習(xí)能力。

通過課程改革，使學(xué)生能夠積極主動地參與整個教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)興趣有效提高，課堂中師生互動更為活躍，學(xué)習(xí)成績與實踐動手能力顯著提高，課程考試“優(yōu)秀率”至少提升10 個百分點以上，“不及格率”降低15%。同時，通過發(fā)展線上線下混合式教學(xué)，實現(xiàn)教學(xué)模式的革新與課堂效率的提升。教師因勢利導(dǎo)、融合創(chuàng)新，主動適應(yīng)“新工科”和“工程教育認(rèn)證”的要求，做到以學(xué)生為中心、以產(chǎn)出為導(dǎo)向，使學(xué)生可以獲得更多的知識，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及實踐動手能力。畢業(yè)生具有較強的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，能從事現(xiàn)代微波與通信系統(tǒng)及設(shè)備的研究、設(shè)計、開發(fā)、制造、運營等工作，實現(xiàn)教育部《“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識》提出的“能勝任行業(yè)發(fā)展需求的應(yīng)用型和技術(shù)技能型人才”的培養(yǎng)目標(biāo)。具體改革效果，如圖2 所示。

圖2 課程改革的預(yù)期效果

5 結(jié)語

“微波工程基礎(chǔ)”等課程既有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，又涉及廣泛的專業(yè)知識。在教學(xué)工作中，教師須結(jié)合具體課程特點，采用啟發(fā)式教學(xué)。經(jīng)過近年來的改革與實踐，雖然在講授課程知識，培養(yǎng)學(xué)生分析和實踐能力方面取得了明顯效果，但隨著互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的發(fā)展，課程還需要進一步革新。例如：課程體系的再次優(yōu)化，從“知識鏈”角度，進一步優(yōu)化課程體系，實現(xiàn)與先修課和后續(xù)課程的無縫連接。另外，課程教學(xué)的國際化，結(jié)合雙一流建設(shè)中人才培養(yǎng)的國際化需求，建設(shè)全英文課程。最后，升級教學(xué)條件，建設(shè)課程實踐創(chuàng)新平臺，實現(xiàn)與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的深度融合。