电磁场与微波技术课程中基于计算机仿真实验培养创新能力初探
来源:用户上传
作者:
摘要：当代大学生必须具备创新能力，培养创新能力的重要方式为创新实验。针对电磁场与微波技术课程创新实验存在的问题和特点，结合大学生创新性实验计划，开展计算机验证性创新实验和综合设计创新实验，并结合撰写论文等方式，起到巩固基础知识、提升应用能力、锻炼创新能力的作用。信息时代的来临，计算机技术必将发挥更大作用，特别是在大学生创新能力培养这一系统工程中，计算机技术和网络技术的应用，可以使创新实验变得更加低成本、可视化、便捷化和趣味化，从而将有利于调动学生的主观能动性，切实发挥创新实验在学生创新能力培养中的重要作用。
关键词：大学生；创新实验；计算机仿真
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）15-0262-02
一、电磁场与微波技术课程中创新能力培养存在的问题和对策
当代大学生必须具备创新能力，当前对通过实验提升学生创新能力的研究成果颇丰，这些成果有：对重理论教学、轻动手实验问题，通过让学生参加创新性科研实验改善[1]；对资金短缺、设备利用率低问题，通过逐渐积累实现实验室连续性建设[2]；对学生易有惰性思想和科学态度不足问题，通过教师言传身教和成果鼓舞来解决[3]。在此基础上，笔者认为，在电磁场与微波技术课程中亟待依托计算机仿真技术开展创新实验，原因有四：一是该课程作为基础课具有应用性强的特点，必须开展实验教学[4]。二是实物实验观察不到天线金属贴片上的电流情况，调整天线尺寸较困难。三是测试天线S参数的矢量网络分析仪等设备价格昂贵、操作较难。四是微波技术实际运用中已大量使用计算机仿真软件，运用计算机仿真技术开展创新试验具备现实基础，有助于解决实物实验存在的问题，吸引学生自主开展实验。
二、开展计算机仿真实验提升创新能力的实例
笔者在教学中以计算机仿真软件为基础，指导学生开展创新实验，达到了运用传统实物实验开展验证性实验和综合设计实验的相关要求，基本实现了培养学生创新能力目的。具体做法为：
（一）开展计算机仿真验证性实验，深化基础知识理解
在波的极化教学中，判断线极化、圆极化是教学难点之一，学生运用计算机仿真软件构建线极化天线（图1）和圆极化天线（图2），促进了对难点内容的理解。
学生掌握仿真软件中天线参数的设置、调整功能后，可以直接观察到线极化和圆极化天线金属贴片上电流分布情况，线极化和圆极化的抽象概念动态化和具象化了，同时结合各项参数值的观察，学生对概念的理解就深刻了。在此基础上，学生进一步对天线尺寸、介质材料等进行调整，观察谐振频率和相关参数的变化，初步建立起对天线谐振原理和工作原理的直观认识，从而为后续学习奠定了基础，基本达到了验证性实验目的。实践中，由于计算机仿真实验不受时间和地点的限制，学生可以自主重复实验，避免了传统实物实验受实验器材限制的问题。
（二）开展计算机仿真综合设计实验，培养学生科研精神
笔者基于依托学校大学生创新性实验计划，结合承担的天线研究课题，引导学生运用计算机仿真技术开展综合设计实验，达到了锻炼学生科研技能、提升创新能力的目的。
实践中，学生通过检索学习文献资料、与相关课题的同学交流学习，提升了天线建模、参数设置等能力，并根据自身知识结构、计算机运用能力等对科研课题进行深入研究，确定了综合设计实验内容——全息阻抗调制表面天线设计研究，并在计算机仿真软件中完成了天线中表面阻抗晶格单元（图3）的设计。
为体现创新综合设计实验成果，学生完成了论文《全息阻抗调制表面天线的表面阻抗研究》[5]，并以第一作者身份在全国专业会议作报告、与同行交流，对提升论文写作、临场应变等综合能力和主观能动性发挥了积极作用。
三、结束语
电磁场与微波技术课程中开展计算机仿真创新实验，起到了巩固基础知识、提升应用能力、锻炼创新能力的效果。信息时代的来临，计算机技术必将发挥更大作用，特别是在大学生创新能力培养这一系统工程中，计算机技术和网络技术的应用，可以使创新实验变得更加低成本、可视化、便捷化和趣味化，从而将有利于调动学生的主观能动性，切实发挥创新实验在学生创新能力培养中的重要作用。
参考文献：
[j]刘娟，王堃.高校创新实驗的研究与探索[J].科技视界，2014，（34）.
[2]王志，杜云海，刘雯雯.从大学生创新实验谈高校实验室建设[J].实验室研究与探索，2013，（6）.
[3]王伟，李忠文，周细应.从创新实验中体会教书育人[J].科教文汇（下旬刊），2014，（3）.
[4]黄玉兰.电磁场与微波技术（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2015：290.
[5]乔惠民，高山山，李家林.全息阻抗调制表面天线的表面阻抗研究[C].2017年全国微波毫米波会议，2017.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-14727010.htm
