摘" 要" 教學(xué)設(shè)計是高校課程教學(xué)活動的重要組成部分，也是教學(xué)實施的關(guān)鍵一環(huán)。以天線與電波傳播課程為例，對“BOPPPS+”模式教學(xué)設(shè)計進行探索與實踐，將原教學(xué)設(shè)計修正為三個環(huán)節(jié)，將“參與式”教學(xué)組織實施修正為四個步驟。實踐表明：該方法對于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識、激發(fā)思維活力具有一定的實踐意義。

關(guān)鍵詞" 天線與電波傳播；BOPPPS+；教學(xué)設(shè)計；教學(xué)組織；“參與式”教學(xué)

中圖分類號：E251.3" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）23-0-05

0" 引言

2021年4月19日，習(xí)近平總書記在清華大學(xué)考察時指出：“要培養(yǎng)一流人才方陣，建設(shè)一流大

學(xué)，關(guān)鍵是要不斷提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。要想國家之所想、急國家之所急、應(yīng)國家之所需，抓住全面提高人才培養(yǎng)能力這個重點，堅持把立德樹人作為根本任務(wù)，著力培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時代新人。”[1]高等學(xué)校培養(yǎng)人才最基本途徑是教學(xué)，教學(xué)是高等學(xué)校工作的中心環(huán)節(jié)，而教學(xué)效果則直接取決于教師對教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)設(shè)計和對教學(xué)實施的合理組織[2-3]，因此，對課程的教學(xué)設(shè)計進行創(chuàng)新已成為每一名高校教師所面臨的突出問題。

天線與電波傳播是本科階段通信工程專業(yè)的核心課程之一，作為專業(yè)背景學(xué)科基礎(chǔ)模塊中的必修課程，該課程理論與實踐課時分配比例為4∶1，涉及內(nèi)容對學(xué)生掌握通信工程基礎(chǔ)知識，打牢專業(yè)基礎(chǔ)起到推動作用。因此，本門課程要實現(xiàn)三個方面的教學(xué)目標。首先，在知識與技能上，學(xué)生通過學(xué)習(xí)可分析出不同天線的性能，并比較典型天線的特性和應(yīng)用場景，能夠總結(jié)典型電波傳播方式的適用范圍，從而具備分析天線與電波傳播中遇到的實際問題的專業(yè)技能。其次，在過程與方法上，通過理論學(xué)習(xí)、課堂討論、作業(yè)、實驗訓(xùn)練等一系列教學(xué)活動，學(xué)生能夠總結(jié)出天線結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系、天線性能與參數(shù)之間的聯(lián)系，可闡述天線與典型電波傳播的適用原則，能建立天線與電波傳播的知識體系，會根據(jù)實際需要進行天線的選擇和架設(shè)。最后，在情感態(tài)度與價值觀上，通過課堂展示與分享，學(xué)生具備求真務(wù)實的科學(xué)態(tài)度和嚴謹細致的科研精神，具有理性思維、創(chuàng)新意識和不怕困難勇于攀登科學(xué)高峰的學(xué)習(xí)態(tài)度。實際教學(xué)中，要達到這些教學(xué)目標往往需要相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計和實施予以支撐。

在現(xiàn)代教育理論中，比較有代表性的教學(xué)模式是BOPPPS。該教學(xué)模式源于加拿大的教師技能培訓(xùn)，它是一種以教育目標為能力導(dǎo)向、以學(xué)為中心的新型教學(xué)模式[4]。BOPPPS教學(xué)模式將整個教學(xué)環(huán)節(jié)劃分為六步：B（課程導(dǎo)入，Bridge-in）、O（學(xué)習(xí)目標，Objective）、P（課前測試，Pre-assessment）、P（參與式學(xué)習(xí)，Participatory Learning）、P（課后檢測，Post-assessment）、S（歸納總結(jié)，Summary）[5]?！癇OPPPS+”模式是在傳統(tǒng)的“BOPPPS”模式基礎(chǔ)上，按照“能力導(dǎo)向”和“學(xué)為中心”的總要求，將“參與式學(xué)習(xí)”貫穿教學(xué)內(nèi)容設(shè)計和教學(xué)實施的全過程，科學(xué)設(shè)計“課程導(dǎo)入”和“學(xué)習(xí)目標”，抓細抓實“課前測試”和“課后檢測”，并在歸納總結(jié)中巧妙融入思政元素[6]。結(jié)合課程特點和教學(xué)目標的總要求，基于“BOPPPS+”模式的“參與式”教學(xué)設(shè)計和實施將非常適合天線與電波傳播課程的教學(xué)組織。

1" “參與式”教學(xué)內(nèi)容設(shè)計思路

激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生思維活力，必須從“參與式”開始，探究是過程，聯(lián)系實際是最終目標[7]。“參與式”教學(xué)內(nèi)容設(shè)計將原教學(xué)設(shè)計修正為三個環(huán)節(jié)，包括核心要點、學(xué)用相長和融會貫通，設(shè)計中通過“滲透+啟發(fā)”“演示+辯論”“對話+案例”等環(huán)節(jié)階梯式地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，從而以創(chuàng)新思維重塑課堂。

天線與電波傳播課程理論性強、概念較抽象，同時，它還具有工程性強、聯(lián)系實際的標準高、內(nèi)容繁多、知識記憶難度大等特點。因此，確立本課程教學(xué)設(shè)計的總體思路為：首先，契合課程教學(xué)大綱和人才培養(yǎng)方案所確立的培養(yǎng)目標，注重理論知識、工程實踐與應(yīng)用相結(jié)合，大力培養(yǎng)學(xué)生分析解決現(xiàn)實問題的能力；其次，通過“抽象呈現(xiàn)→形象展示→空間想象”的方式，實現(xiàn)對重要概念所包含的物理意義的深刻理解；最后，以“夯實基礎(chǔ)、循序漸進、深入剖析”的基本思路組織教學(xué)設(shè)計。

天線與電波傳播課程的教學(xué)設(shè)計總體上分為“天線基礎(chǔ)知識”“典型天線特性及應(yīng)用”“電波傳播”三大模塊，如圖1所示。設(shè)計突出以“對稱振子天線”為中心，以“關(guān)鍵定理和原理”為重點，以“頻帶窄寬和頻段變化”為主線，整體上符合由淺入深、循序漸進的認知規(guī)律。

1.1" 天線基礎(chǔ)知識

如圖1所示，“天線基礎(chǔ)知識”模塊主要闡述基本振子的輻射模型、天線的電參數(shù)（發(fā)射、接收）、對稱振子的輻射、天線陣的相關(guān)理論以及地面對天線電性能的影響。此部分內(nèi)容相對抽象、難懂，鑒于此，教學(xué)過程中需適當(dāng)放寬對數(shù)學(xué)推導(dǎo)的要求，重在強調(diào)對物理概念和實際意義的理解，力求做到重點突出、難點吃透，幫助學(xué)生快速建立起一個相對完整的天線理論體系。天線基礎(chǔ)知識模塊也是本門課程教學(xué)的核心，更是教學(xué)設(shè)計的重點。因此，結(jié)合其所含知識內(nèi)容的特點，并把握“參與式”教學(xué)的三個環(huán)節(jié)，采用“滲透+啟發(fā)”的教學(xué)策略，其中知識點之間的邏輯關(guān)系如圖2所示。

教學(xué)中需首先引導(dǎo)學(xué)生由“電”和“磁”的相互關(guān)系去探究電基本振子的輻射特性，進而由電磁對偶原理，在電基本振子的輻射特性的基礎(chǔ)上總結(jié)出磁基本振子輻射特性，并進一步分析得出衡量天線性能的電參數(shù)；其次，結(jié)合電基本振子的輻射特性和疊加原理，總結(jié)對稱振子天線的輻射特性；并針對對稱振子天線方向性弱這一問題，圍繞如何提高方向性，探索出通過布放陣列天線的方法提高天線的方向性的結(jié)論；最后，將自由空間中天線的分析結(jié)論引入實際，分析地面對天線電性能的影響。

在融入思政元素的教學(xué)設(shè)計上，首先通過引入特斯拉線圈了解杰出發(fā)明家特斯拉，學(xué)習(xí)其人品、學(xué)風(fēng)和創(chuàng)新意識；其次，通過學(xué)習(xí)麥克斯韋方程組，了解法拉第、赫茲、馬可尼等杰出科學(xué)家銳意進取的科研精神，感悟方程組的科學(xué)美。在“天線基礎(chǔ)知識”模塊設(shè)計中要體現(xiàn)“緊跟經(jīng)典科學(xué)發(fā)現(xiàn)的軌跡，講好基本理論”的思想。

1.2" 典型天線特性及應(yīng)用

“典型天線特性及應(yīng)用”模塊主要闡述簡單線天線（雙極天線）、行波天線（行波單導(dǎo)線、菱形天線）、非頻變天線（平面等角螺旋天線、阿基米德螺旋天線、對數(shù)周期天線）、面天線（旋轉(zhuǎn)拋物面天線、卡塞格倫天線、喇叭天線）的工作原理、使用范圍、具體應(yīng)用等，此部分是對“天線基礎(chǔ)知識”模塊所學(xué)知識的綜合運用，即對具體天線的工作原理和主要電參數(shù)進行分析。因此，采用“演示+辯論”的教學(xué)策略，以頻帶變化（頻帶寬度由窄到寬）為主線，以理論與實踐的辯證關(guān)系為根本遵循，引導(dǎo)學(xué)生探究實際天線的應(yīng)用問題，力求主線清晰、理論聯(lián)系實際。

在融入思政元素的教學(xué)設(shè)計上，首先通過引入“中國天眼”向全世界開放的大國壯舉，了解大國重器，體驗國之驕傲；同時，學(xué)習(xí)人民科學(xué)家南仁東的光榮事跡。

1.3" 電波傳播

“電波傳播”模塊主要包括菲涅爾區(qū)概念、視距傳播、地波傳播、天波傳播等知識點，在內(nèi)容上遵循頻率由高到低的順序，將無線電波的各種傳播方式及特點前后連貫起來，構(gòu)成一個完整的電波傳播理論體系。由于此部分內(nèi)容的應(yīng)用性較強，理論聯(lián)系實際的要求標準高，故采用“對話+案例”的教學(xué)策略，綜合運用利用慕課平臺、案例等資源，以各電波傳播方式適用的場景為牽引，通過提出“為什么收音機調(diào)頻波段的效果好？為什么晚上能夠收到更多的中波電臺？手機天線為什么可以做得這么小而衛(wèi)星接收天線則是一個大得多的‘鍋蓋’天線？”等問題，提升學(xué)生綜合運用知識、主動分析并解決實際問題的能力。

在融入思政元素的教學(xué)設(shè)計上，通過引入軍事典型案例，將積極的心態(tài)、正確的世界觀、人生觀和價值觀傳遞給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生的產(chǎn)業(yè)自信、民族自豪感和職業(yè)責(zé)任感。即在“電波傳播”模塊中讓學(xué)生領(lǐng)會到無線電波傳播對國防現(xiàn)代化的巨大作用。

2" “參與式”教學(xué)組織實施

緊緊圍繞天線與電波傳播課程教學(xué)設(shè)計的根本目標，將“參與式”教學(xué)組織實施修正為四個步驟，包括“講、探、議、鳴”，主要解決“What、Why、How to、Resonance”四個基本問題，用問題啟發(fā)思考，用探究引出理論，用理論聯(lián)系實際。

2.1" 教師講

“教師講”主要解決“What——是什么”的問題。教學(xué)過程中鼓勵學(xué)生就教學(xué)內(nèi)容的重點、難點和熱點問題進行課前預(yù)習(xí)，課上教師則通過對基礎(chǔ)理論知識的講解，讓學(xué)生在掌握基本理論的同時理解理論的研究背景和適用場合。此步驟的具體展開形式如圖3所示，此方式既夯實了學(xué)生的理論基礎(chǔ)，又為學(xué)生探究新問題創(chuàng)造了條件。

2.2" 學(xué)生探

“學(xué)生探”主要解決“Why——為什么”的問題。教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生提出不同的理論觀點，強化問題意識和批判意識，鼓勵學(xué)生獨立搜集、整理與課程相關(guān)的研究成果，并運用所學(xué)理論進行邏輯分析，教師則對學(xué)生分析問題的過程、解決思路進行答疑解惑和全流程的動態(tài)管理，將課堂從單純的知識傳授轉(zhuǎn)變成質(zhì)疑、解疑的過程，此步驟的具體展開形式如表1所示。

2.3" 師生議

“師生議”主要解決“How to——怎么用”的問題。理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)是當(dāng)代素質(zhì)教育的關(guān)鍵，教學(xué)過程中通過“師生議”，鼓勵學(xué)生針對不同問題提出不同觀點，即由問題“滋養(yǎng)”新知識，進而產(chǎn)生思維碰撞的火花。通過不斷探究和培養(yǎng)學(xué)生的“生疑、質(zhì)疑和釋疑”能力，促使學(xué)生養(yǎng)成不怕困難、勇于攀登科學(xué)高峰的科學(xué)精神，圖4所示為拓展天線帶寬的探究過程。

2.4" 師生鳴

“師生鳴”主要解決“Resonance——共鳴”的問題。在引領(lǐng)學(xué)生系統(tǒng)認識和正確理解天線與電波傳播的基本概念、基本理論和基本方法的過程中，跟蹤學(xué)科前沿，追溯學(xué)科發(fā)展，讓學(xué)生認識科學(xué)研究的一般規(guī)律，進而樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，實現(xiàn)天線與電波傳播課程的科學(xué)文化價值及科學(xué)方法價值，圖5為天線伴隨無線電發(fā)展進程示意圖。

3" 結(jié)束語

在基于“BOPPPS+”模式的教學(xué)設(shè)計中，“參與式”教學(xué)內(nèi)容設(shè)計與教學(xué)組織實施是其中的重要環(huán)節(jié)。其中，教學(xué)內(nèi)容的選擇要注重知識的連貫性，以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性；而教學(xué)實施的過程要注重體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，引發(fā)學(xué)生思考并進行主動探究。天線與電波傳播課程的實踐與探索表明：基于“BOPPPS+”模式的課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計方法有助于學(xué)生夯實理論基礎(chǔ)和培養(yǎng)邏輯思維，其對學(xué)生創(chuàng)新能力的提高具有很好的推動作用。該設(shè)計方法的驗證與改進仍在繼續(xù)，隨著教學(xué)改革的不斷深化以及對實踐反饋的總結(jié)，其設(shè)計方法將得到優(yōu)化和完善。

4" 參考文獻

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