专业课程思政案例分享：（十三）微波技术与天线

高校教师发展在线 2022-06-09

课程名称

_{微波技术与天线}

《微波技术与天线》是我校通信工程专业的一门核心专业课程，主要包括微波传输与网络理论，微波元器件及天线基本知识等，是移动通信、雷达、卫星通信等应用的重要基础。在《微波技术与天线》的课程建设过程中，课题组注重将国家需求与课程学习相结合，坚持以爱国主义教育为核心，以老一辈科学家艰苦奋斗、矢志报国的事迹感染学生，以我国高新技术在艰难的国际局势中自主创新、砥砺前行的发展历程激励学生，通过思政案例的教学很好地促进了学生的课程学习，更好地践行了高校“立德树人”的育人理念。

该课程为2019年立项的我校教学改革研究重点课题“高校课程思政改革研究与实践——电子信息学科为例”的重要组成部分。

主讲教师

_{时翔}

时翔，信息与通信工程专业博士，常州工学院计算机信息工程学院教师，副教授，江苏省333工程中青年学术带头人（2014），江苏省科技副总（2018），江苏省系统工程学会青工会委员，校优秀教师（2018年度），校创新创业导师。近年来先后承担或参与了20余项国家自然科学基金、教育部协同育人项目、江苏省科技项目、江苏省教育信息化项目、常州市科技项目、校企合作项目、校基金项目、校教改项目的研究；在中外学术期刊上发表学术论文50余篇，授权发明专利10余项，科技成果转化3项，省部级以上科技奖励4项，参编高校教材2部，参编学术专著2部；指导国家级、省级大学生创新训练项目7项。

案例一

学好“微波技术”，走“科技强国”之路

（一）课程教学目标

通过课程《绪论》的学习，实现下述教学目标：

1. 了解课程的研究对象、内容，课程的性质、特点、任务和学习方法；

2. 了解课程知识在国防与航天、社会与发展、生产与生活中的典型应用。

（二）思政育人目标

1. 坚定学生对我国各项国策方针、科学发展理念的认同，培养国家忧患意识，满怀爱国热情，勇担民族复兴使命，发扬时代精神。

2. 树立学生履行时代赋予使命的责任担当，激起学生学习报国的理想情怀。

（三）思政育人案例设计及实施过程

图1 微波技术应用领域

在微波技术的应用领域，如图1所示，初步引导学生认识到高新科技（微波技术）在国家重要领域的应用，使学生对本课程涉及的专业知识和技能在国家发展中的重要作用，有所了解，有所感悟，从而在学习动机、学习兴趣上得到较深的思政教育。

1. 微波雷达应用

雷达（Radar）是利用微波探测目标的电子设备，获得目标信息。微波雷达不仅是军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。

2. 微波通信应用

微波通信与电缆通信、光纤通信和卫星通信等现代通信网传输方式不同的是，直接使用微波作为介质进行无线通信。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离的特点，是国家通信网的一种重要通信手段。

3. 微波遥感应用

微波遥感用微波设备来探测、接收被测物体在微波波段的电磁特性，以识别远距离物体。与可见光、红外遥感技术相比，微波遥感具有全天候昼夜工作能力，能穿透云层，不易受气象条件和日照水平的影响，具有重大的军事、经济意义。

4. 射频识别应用

射频识别技术（RFID），通过微波实现电子标签的读写与通信，从而达到识别目标和数据交换，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一，是物联网产业的技术基础。

上述课程思政教学，主要采取“教师教授”方式进行，坚定了学生对我国各项国策方针、科学发展理念的认同，培养学生国家忧患意识，从而满怀爱国热情，勇担民族复兴使命，发扬时代精神，为自己的学习树立起更高的起点和追求；帮助学生树立了履行时代使命的责任担当，激起学生报效祖国的理想情怀。

案例二

缅怀“微波之父”，激发报国热情

（一）课程教学目标

通过第一章《均匀传输线理论》的学习，实现下述教学目标：

1. 掌握传输线方程的解与特征参量求法；

2. 理解Smith圆图；理解传输线的阻抗匹配在电路设计中的应用；

3. 理解掌握微带传输线概念和特征。

（二）思政育人目标

1. 坚定学生对党的领导，改革开放、科学发展政策的认同，增强国际视野，培养国家忧患意识，满怀爱国热情，勇担民族复兴使命，发扬时代精神。

2. 树立学生履行时代赋予使命的责任担当，激起学生学习报国的理想情怀；加强了学生的社会主义职业道德与规范修养，培养了爱岗敬业、团结合作的精神。

（三）思政育人案例设计及实施过程

实际教学中，并没有在章节的开始就进行思政教学，而是在上完2~3节课专业知识教学的间隙，单独开辟出5-10分钟的时间，为大家讲述“中国微波之父”林为干院士的事迹（结合单独的PPT页）。

图2 林为干在实验室（1986年）

林为干是我国著名的微波理论专家，被公认为我国微波学的奠基人之一。新中国成立，林为干在美国获得博士学位后，婉言谢绝了导师温纳里让其留校的邀请，毅然冲破阻力回到祖国。1956年，林为干服从组织安排，举家西迁成都，参与组建成都电讯工程学院（今电子科技大学），并将一生奉献给了这所高校。1980年，林为干当选为中国科学院院士，此后的七八年时间里，林为干发表了130余篇学术论文，并解开了电磁学界的“哥德巴赫猜想”，微波学界为此欢呼不已。鉴于林为干在微波理论研究的巨大成就，他被称为“中国微波之父”。中国电子科技大学设立“林为干”班，旨在传承林先生“做一辈子研究生”的学术精神和爱党爱国的崇高道德。

通过上述思政学习，学生一方面激情澎拜，深受感染和教育，另一方面也暂时摆脱繁重的理性思维和推导，得到了积极的休息。学生从身和心两个方面，都做好了继续积极进行专业学习的准备。

案例三

从“瓦森纳协定”到“中兴事件”，看中国自主创新之路

（一）课程教学目标

通过第五章《微波元器件》的学习，实现下述教学目标：

1. 了解波导中的电抗元件工作原理，会对微带电路的不连续性进行分析；

2. 了解连接元件与终接元件工作原理和结构特征；

3. 理解掌握衰减器、相移器、定向耦合器等的工作原理和结构特征。

（二）思政育人目标

1. 坚定学生对党的领导，社会主义制度的认同，拥护国家科学发展战略，增强国际视野，培养国家忧患和国家安全意识。

2. 树立学生履行时代赋予使命的责任担当，激起学生学习报国的理想情怀，从而满怀创新精神、钻研精神和奉献精神。

（三）思政育人案例设计及实施过程

本案例的思政教学采取课堂教学专业教学后，布置学生课后通过图书馆查询文献或网络获取，撰写《从“瓦森纳协定”到“中兴事件”看我国芯片技术发展》论文，作为1次作业（思政内容）。在下一次授课的开始，结合大家的文献阅读和网络查询，为学生讲授5-10分钟的下述内容。

如图3所示，《瓦森纳协定》又称瓦森纳安排机制，它是世界主要的工业设备和武器制造国在巴黎统筹委员会解散后于1996年成立的一个旨在控制常规武器和高新技术贸易的国际性组织。《瓦森纳协定》虽然允许成员国在自愿的基础上对各自的技术出口实施控制，但实际上成员国在重要的技术出口决策上受到美国的影响。中国、伊朗、利比亚等均在这个被限制的国家名单之中。

图3 瓦森纳协定和美国对中国的高新技术禁运

《瓦森纳协议》严重影响着我国与其成员国之间开展的高技术国际合作。在中美高技术合作方面，美国总是从其全球安全战略考虑，并以出口限制政策为借口，严格限制高技术向我国出口。中美两国虽然在能源、环境、可持续发展等领域科技合作比较活跃，但是在航空、航天、信息、生物技术等高技术领域几乎没有合作。在半导体领域，受限于《瓦森纳协议》，从芯片设计、生产等多个领域，中国都不能获取到国外的最新科技。

通过本案例的思政学习，学生最大的收获是加强了国家安全、国家忧患意识，深刻体会到落后就要挨打，从而对自己所学习的专业知识和技能，充满热情。

案例四

“汉芯”事件，中国芯片发展之殇（反例教学）

（一）课程教学目标

通过第五章《微波元器件》的学习，实现下述教学目标：

1. 了解波导中的电抗元件工作原理，会对微带电路的不连续性进行分析；

2. 了解连接元件与终接元件工作原理和结构特征；

3. 理解掌握衰减器、相移器、定向耦合器等工作原理和结构特征。

（二）思政育人目标

1. 引导学生拥护国家科学发展战略，增强国际视野，培养国家忧患和国家安全意识，满怀爱国热情，勇担民族复兴使命，发扬时代精神。

2. 以培养学生社会主义核心价值观及社会主义职业道德规范为主，在此基础上树立学生履行时代赋予使命的责任担当，端正三观，诚实守信。

（三）思政育人案例设计及实施过程

教师利用下课前的5-10分钟，以PPT的形式向同学展示该案例，并布置同学课后通过查阅文献、网络检索，来了解事件始末和经过，不要求布置作业。

在上一案例，同学们撰写《从“瓦森纳协定”到“中兴/华为事件”看我国芯片技术发展》论文，对我国高新技术中的关键半导体/芯片技术有一定了解的基础上，举出该思政反例，略述如下。

图4 “汉芯事件”主角陈进（左）及其作伪的“汉芯”处理器芯片（右）

汉芯事件是指2003年2月上海交通大学微电子学院院长陈进教授发明的“汉芯一号”造假，骗取了高达上亿元的科研基金。中国亟待在高新科技领域有所突破，自主研发高性能芯片是我国科技界的一大梦想。陈进利用这种期盼，骗取了无数的资金和荣誉，使原本该给国人带来自豪感的“汉芯一号”，变成了一起让人瞠目结舌的重大科研造假事件。2006年6月，科技部负责人公开表示，将认真吸取“汉芯”造假事件的教训，从多方面进一步完善监管制度，根治学术腐败。

中国有着全球最大的电子信息产业，年总产值已经超过了10万亿人民币，但行业利润却一直不超过4%。究其原因就是产业的价值中心，高精尖的芯片全靠进口，经济竞争力严重缺乏。其实，国家对大规模集成电路产业的扶持力度一向很大，“汉芯事件”对我国的芯片产业发展和布局，是一个重大打击，被称为“中国芯片发展之殇”。

案例五

观中国“天眼”，树民族自信

（一）课程教学目标

通过第六章《天线辐射与接收的基本理论》的学习，实现下述教学目标：

1. 了解天线的分类、功能、特性；

2. 掌握天线的基本辐射单元基本原理；

3. 理解掌握天线的基本电参数基本概念、涵义。

（二）思政育人目标

1. 坚定学生对国家的大政方针、科学发展理念的认同，增强国际视野，满怀爱国热情，勇担民族复兴使命，发扬时代精神。

2. 帮助学生树立履行时代使命的责任担当，激发学生学习报国的理想情怀；加强了学生的社会主义职业道德与规范修养；助力正确人生观、世界观、价值观的形成。

（三）思政育人案例设计及实施过程

本章的思政教学，将分为两个阶段。

第一阶段，在该章主要内容讲述的开始，通过PPT向同学们展示世界上最大的天线—500米口径“大锅”，如图5所示，有的同学可以迅速认出这是我国的“世界之最”-“FAST射电望远镜”，教师对FAST工程进行3-5分钟的简述，以引出天线专业知识的讲解。

第二阶段，在该章主要内容讲述的中段，进行10分钟左右的思政教学。请同学观看7分钟左右的视频《中国“世界之最”工程“FAST”之父南仁东》。

图5 中国“天眼”（FAST射电望远镜）及其首席设计师南仁东

观看完后，教师做下述阐述。500米口径球面射电望远镜（简称FAST），被誉为“中国天眼”，工程为国家重大科技基础设施。“中国天眼”由我国天文学家南仁东于1994年提出构想，历时22年建成，于2016年9月25日落成启用。启用当天，习近平给科研人员和建设者们发来贺信：“浩瀚星空，广袤苍穹，自古以来寄托着人类的科学憧憬。天文学是孕育重大原创发现的前沿科学，也是推动科技进步和创新的战略制高点。500米口径球面射电望远镜被誉为‘中国天眼’，是具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。它的落成启用，对我国在科学前沿实现重大原创突破、加快创新驱动发展有重要意义”。

学生通过该案例的思政学习，最大的感受是增强了民族自信心，并对南仁东坚持22年，只做一件事（“天眼”工程）的责任担当，奉献和职业精神，都有了最深的体会和感染。

案例六

“宇宙微波背景辐射（CMB）”，创世的第一缕曙光

（一）课程教学目标

通过第九章《面天线》的学习，实现下述教学目标：

1. 理解面天线理论。

2. 掌握等效原理和面元的辐射场分析。

3. 理解掌握喇叭天线、反射面天线的基本结构设计与应用。

（二）思政育人目标

1. 坚定学生对国家科学发展、生态发展政策的认同，增强国际视野，满怀爱国热情，勇担民族复兴使命，发扬时代精神。

2. 对学生进行了辩证唯物论的教育，帮助学生树立正确的人生观、世界观和价值观，加强了学生的社会主义职业道德与规范修养。

（三）思政育人案例设计及实施过程

本章的思政教学，在章节讲述的中间段，以课堂的最后10分钟，以PPT结合讲述的形式进行思政教学。

20世纪60年代初，美国工程师彭齐亚斯和威尔逊为了改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统（与本章面天线知识相关）。1964年，在用此天线系统测量银晕气体射电强度时，发现总有消除不掉的背景噪声，通过分析，他们认为这些波长为735厘米的来自宇宙的微波相当于35K，1965年，又证实为3K并公诸于世。彭齐亚斯和威尔逊都是普通的工程师，但因为他们的工作和发现，荣获了1978年度的诺贝尔物理学奖。（“工匠精神”思政元素融入其中）

根据大爆炸学说，在创世大爆炸之初，尚未形成恒星与星系，宇宙中充斥着致密、高温的氢等离子体以及辐射。光子退耦时从混沌中走出来的光子，就带着创世的信息，一直穿行在宇宙中，直到撞上人类的探测器，这种辐射就是“宇宙背景辐射”。宇宙的膨胀会使这些光子越来越暗，波长越来越长，能量越来越低，根据理论，当今的宇宙背景辐射应当相当于3K的黑体辐射（辩证唯物论思政元素融入其中）。