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工程教育背景下物联网“天线技术”课程教学改革与实践论文

发布时间:2021-04-22 14:07:25 文章来源:SCI论文网 我要评论














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摘要:在新工科建设背景下,针对物联网工程专业《天线技术》课程教学中存在的问题,对该课程进行了教学改革,提出了详细的教学改革方式及过程,采用理论联系实际、理论知识与实际工程操作设计合二为一等方式,提高了学生的积极性、主动性以及浓厚的学习兴趣,达到了改善教学效果的目的。

关键词:天线技术;教学改革;教学模式

本文引用格式:侯梓叶,等.工程教育背景下物联网“天线技术”课程教学改革与实践[J].教育现代化,2019,6(97):75-76.

在响应国家重大战略实施呼吁新工科的背景下,新工科建设如火如荼地展开,在把握新工科建设的内涵,重点考虑新工科的专业、以及对工科专业的新的要求的同时,加快对新工科领域的工程应用人才的培养,改造升级传统的工科专业[1-3]。物联网工程专业作为新工科的一员,也在积极努力探索新的教育理念、新的教育模式、新的教育方法来实现符合新工科建设的转型[4-6]。

作为新兴专业,在人才培养过程中也会遇到很多问题,比如从学生角度来讲,很多学生会问一个问题,物联网工程到底是属于计算机范畴还是电子信息与通信范畴,学完这个专业以后能做什么。这就引申出物联网工程专业在人才培养中的一些弊端,比如课程设置类似于电子信息或通信专业,同时又有计算机的相关知识,让学生以为物联网工程专业不过是电子信息或通信专业的一种,或者计算机专业的一种,加之在课程设计和教学过程中过多的工程理论的培养,忽视了工程应用能力、工程实践能力的培养,因此无法突出物联网工程作为一门多学科交叉的新工科专业的优势,同时也把工程应用人才培养成了只会动口不会动手的工程理论人才。

本文以《天线技术》这门课程为主题浅谈在新工科建设背景下,该门课程的教学改革及实践。

一 课程的重要性

随着科学技术的不断发展,人类对电磁波的认识也更加透彻,于是利用这些知识应用电磁波,创造出了很多利用电磁波的系统工程,最出名的比如无线通信系统,其应用范围更是涉及到了我们生活、生产的各个方面,具有举足轻重的作用。利用无线通信系统传播信息就涉及到电磁波能量的发送和接受,天线就是实现信号发送和接受的重要的无线通信系统的前端器件,对无线通信系统的通信质量影响极其广泛并且深远。

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天线,作为无线电设备信息的出入口,就好比计算机的数据接口一样。如果没有天线,无线电设备就无法与外界进行信息交互。如果天线工作性能不好,信息的传输质量就会受到很大的影响。因此,天线是无线电设备的重要元件。

以一个典型的无线通信系统框图为例:


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从图中可以看到无线通信系统都包含哪些部分,以及和本课程的对应关系。首先基带信号部分,基带信号部分负责产生基带信号,产生了基带信号以后经过调制变换部分变成高频信号,高频信号经过射频放大部分变成大功率的高频信号,然后通过馈线传送至发射天线辐射出去,辐射出去的信号以电磁波的形式在空间传播,然后遇到接收天线进行接收,接收天线将空间的信号转换成高频信号以后通过馈线送至射频放大部分,然后将其放大进入解调变换部分,解调变换以后变成基带信号为我们所用。

这里边我们需要学习的课程有,在研究基带信号的时候我们需要学习模拟电路、数字电路、以及信号与系统等课程,在研究调制变换的过程当中我们需要学习高频电路即通信电子线路这门课程,在研究射频放大部分的时候我们需要学习微波电子线路课程,在研究馈线的时候我们需要学习微波技术课程,在研究发射天线和接收天线的时候自然需要学习天线原理、天线技术相关课程,其中电磁波在空间的传输过程,我们通过电磁场与电磁波课程来进行学习。

由此可见天线在整个无线通信系统中所处的关键位置,以及《天线技术》这门课程的重要性。

二 现阶段课程教学遇到的问题

本课程应注重对实际工程设计和实际应用的介绍,同时还要增加对近年来的新技术和新应用的介绍。在教学过程中,要求学生掌握基本概念、基本原理、基本分析方法等;讲授中注重理论联系实际;通过讨论,启迪学生的思维,加深学生对有关概念、内容和方法的理解;通过实验和实践,培养学生分析问题和解决问题的能力及创新精神;通过天线的实际制作和测试,使学生受到工程实践的训练。

但现阶段在实际的教学过程中,往往只注重理论知识的讲授,没有培养学生的工程设计能力,而电磁场与电磁波相关的知识对于普通二本院校的学生来说又过于晦涩难懂,学生上课一知半解甚至完全听不懂,同时认为理论性过强过深的课程在毕业以后工作中完全用不到,既然难学又没有意义于是便放弃对本门课程的学习,结果就是不仅理论知识没有学会,也违背了培养应用型人才的初衷。

三 改革实施过程

《天线技术》作为物联网工程专业的核心课程之一,应遵循面向21世纪、能力为本、培养应用型人才的原则,力求做到取材精练、重点突出、概念清楚、基本理论分析简明易懂。通过本课程的学习,学生能掌握天线的基本理论和应用、无线电波传播的基本理论和应用以及获得实际动手设计天线的能力。为学生从事电子信息、交通信息工程及控制的相关实践打下基础。

在实际教学过程中应理论知识讲授与动手设计并重,并且二者不可分开教学,而是合二为一,同时理论联系实际,通俗易懂便于学生接受、理解。具体实施细节如下:

首先,在学习新课程之初要让学生知道本门课程的学习意义,与我们实际生活的联系,以及学完这门课程后可以做什么。比如:第一堂课巧妙地引入正题。给学生展示我们生活中最常见以及常用的各种天线图片,让学生参与进来,分别回答都是什么天线,有什么特点,可以应用在哪些领域,不足的地方老师补充,这样一堂课下来,学生在积极参与的情况下知道了生活中各种各样的天线,了解了天线的不同类型,学习了天线的分类,同时知道了天线在现代生活生产各个方面和领域的重要作用,领悟了学习本门课程的意义,为学生接下来的学习兴趣和热情打下了基础。

其次,面对新课程、新知识,学生们往往在学习之初感到不知所以,因此要先给学生构建一个整体框架,让学生有大概的了解,然后再逐步深入。比如:天线设计涉及到HFSS软件的使用,第一步先让学生学习软件的安装;第二步选取书上的某个例子让学生仿照书上的例子一步一步认真操作一遍,完成对软件的基本熟悉过程;第三步在学生对天线设计过程有了大致了解的情况下,详细讲解天线设计的几大步骤。

然后,理论知识的讲解也遵循先整体后部分的授课方式,同时结合学生在实际操作中遇到的问题一一展开讲解,更易于学生接受和理解。比如:在学生每做完一个类型的天线设计例子之后详细讲解该类型天线设计的几大步骤模块所涉及到的理论知识,由浅入深、循序渐进。天线设计完成查看分析结果,然后对天线各个指标进行分析、讲解,这就涉及到电磁场与电磁波的相关知识,此时再讲解,学生会更加容易接受同时会领悟得更深入、透彻。

根据学生的学习能力不同因材施教,对于一个软件的使用会有各种各样的操作,学生也会遇到各种各样的问题,教师在讲解通用问题之后,针对不同学生遇到的不同问题分别讲解。授课进度适中,同时对于进度快的学生会单独讲解更深的内容,对于进度慢的学生也会单独辅导。

最后,课程考核方式采用综合考察报告的形式,即学生独立完成一款天线的设计,根据学生天线设计的优劣来进行评分。不采用传统的卷面理论知识考核,理论知识本就是为实际应用服务的,能够实际应用即基本掌握了相应的理论知识。

四 实践效果

因为理论知识的学习是结合实践的,在学生动手设计的过程中逐步完成了相应理论知识的学习,学生反映接受度好、知识掌握牢固,这种实际动手操作很有趣,并且设计属于自己的天线很有成就感,学生积极性很高,还会主动探索HFSS软件的使用技巧。同时学生表示很喜欢这种考核方式,告别传统的死记硬背,让学生更有兴趣全身心的投入到天线的设计当中,进度快的学生一学期下来就可以完成非常不错的天线设计并申请专利,截至目前已授权专利12项,实践效果显而易见,真正实现了理论和实践相结合。

参考文献

[1]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017,3:1-6.
[2]顾佩华.新工科与新范式:概念、框架和实施路径[J].高等工程教育研究,2017,6:1-13.
[3]林健.面向未来的中国新工科建设[J].清华大学教育研究,2017,2:26-35.
[4]周瑞东,丁鹏,王世元.新形势下高校物联网专业人才培养模式改革与创新[J].教育现代化,2018,5(13):28-29+39.
[5]吴劲松,王红英,张拥军,等.以就业为导向的高职物联网专业教学方案设计[J].实验技术与管理,2015,32(06):153-156.
[6]王靓.高职物联网专业硬件基础课程设计改革研究与实践[J].教育现代化,2018,5(02):46-47+50.

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