西电师说 | 焦永昌：精益求精、言传身教的引路人
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精益求精、言传身教的引路人
——记西安电子科技大学2019-2020学年度“师德标兵”焦永昌教授
在焦永昌的身上，以身为范早就司空见惯，也反复验证着他所写下的那句师德感言——“学高为师，身正为范，言传身教”。
砥身砺行 学高身正为典范
“通常早晨我都是第一个到办公室的，上课的话我也会提前约半小时到教室把准备工作做好。”在焦永昌看来，作为教师，不仅学问要高，言行举止更要成为典范。“作为一名老师，作为学生学业路上的引路人，如果不能做好自己，又怎么要求别人呢？”焦永昌如是说。
从事优化算法及天线优化设计的这些年，焦永昌时时刻刻都以高标准来要求自己：给学生授课，他会首先把讲授的知识做到融会贯通；要求学生准时到达实验室，他会比学生早到；给学生布置任务，他会花费更多时间去阅读文献，保持与所在领域最前沿技术同步。焦永昌直言，他从不认为自己是灯塔，他只不过是和学生共同进步的研究者。他勤勤恳恳、以身作则的行为所有人都有目共睹，“师德标兵”的称号是他周围的人投票选出来的，也是电院的老师和学生对这样一位德高望重、才学兼备的领路人的认可。
从教30多年来，焦永昌一直工作在一线，在科研与教学任务同等重要的情况下，他坦言只能花更多的时间，甚至是业余时间去备课。为了给学生讲好课，在完成了一天的科研任务之后，焦永昌会花费休息时间甚至是周六周日的时间去备课，“教学这件事，马虎不得，只有自己熟练并且精通掌握，才能给学生讲授好。”焦永昌说道。为此，他不断更新着教学内容，通过与学生课堂互动的方式来掌握学生的理解程度。在与学生交流的过程中，他发现只对书中的内容进行照本宣科是不行的，这样学生发现问题、解决问题的能力永远无法提升。为了改善传统教学的这一弊端，焦永昌先后采用了很多方法。在他的课程里，考试只是检验学生掌握知识的一种途径，更多的情况下，焦永昌会以大作业的形式来考察学生。他会提出某一类问题，提供有关天线或者其他方向的阅读文献，问题有了，平台有了，怎么从中找出自己感兴趣的方向并深刻挖掘，就是对学生能力的考察。通过这一考察，往往就能看出学生的层次以及分析问题和解决问题的水平。
授人以渔 做教学改革的先驱者
2010年，焦永昌曾接受过一次采访，当时他提出“大学的核心竞争力是教师和人才”，十年过去了，对于“如何培养创新型人才”这一时代主题，焦永昌的初心始终未曾改变。
“我们的教育往往只注重对基础知识的传授，但更重要的‘方法’——这个贯穿于学习研究整个过程的有力工具，却没人讲授，”焦永昌认为方法论也应该成为一门课程，针对不同研究，学会运用不同方法解决问题。方法有很多种，数学的方法或是物理的方法，比如在复杂天线系统优化设计中，如何将实际问题抽象成数学模型，再将该数学模型转化为可解的优化模型，最后利用优化算法求解该优化模型，进而提高整个天线系统的性能指标，这一过程十分重要。而建立数学模型，运用正确的方法，是成功解决实际问题的关键一步。因此，焦永昌在自己所讲授的《近代工程优化设计方法》等课程中，着重突出idea的重要性，引领学生从源头发现问题，予以解决。
除此之外，焦永昌还十分注重对学生数学思维的培养。他自己本科是学数学的，多年来已经形成了严谨的逻辑思维。在给学生教课的过程中，焦永昌发现一些同学的数理基础较差，而这一问题又引发了他对现有教育体制的思索。在国外一些国家，只有高中课程中数理化科目全得A的学生才进入大学学习理学并进入教师行列，焦永昌认为这种机制从源头上保证了讲授数理知识教师的专业性，“这些数理基础扎实的教师给工科学生讲授数学课和物理课，有利于培养学生的逻辑思维能力和创新能力。”
焦永昌在教学过程中重视教学方法的改革，不断更新教学内容，注重结合教学内容培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力以及创新能力。“选我课的学生来自于不同的学科专业，包括电磁场与微波技术、电路与系统、微电子学与固体电子学、控制科学与工程、机械工程等专业，既有博士研究生，又有硕士研究生，选课学生的专业背景和数学基础差别较大，对相关算法的理解也有偏差。每年我都会根据上一年度的教学情况，结合与课程相关的学科发展现状，更新教学内容，修改PPT，目的是尽可能根据选课学生的特点，制订更为合理的教学计划和考核方式，进一步调动学生听课的积极性，持续改进教学质量。”学生反映，他在课堂上精力充沛，充满激情；授课形象生动，妙语连珠，能吸引学生的注意力；课堂知识量丰富，教学效果良好，学生受益匪浅。
夹缝生存 从不可能到可能
从决定选择“高性能天线优化设计”这一研究方向开始，焦永昌从未想过放弃。尽管曾经这个研究方向不被人看好，尽管也坐了很多年“冷板凳”，但焦永昌和其团队，用所取得的研究成果证明了自己的实力，也充分说明了自己研究领域的重要性。
2011年9月19日发射的中星1A卫星，焦永昌及其团队成功解决了该卫星天线正样相位方向图拟合问题，经过卫星在轨测试，天线相位方向图拟合算法性能满足技术指标要求和智能天线在轨使用要求。用户评价：卫星天线相位方向图拟合算法属国内外首创，处于国际领先水平。5年后的2016年，焦永昌及其团队解决了星载高增益多波束天线波束优化设计和混合矩阵---馈源路由快速优化问题，所设计的星载多波束天线系统采用60多个馈源，形成100多个波束，覆盖了中国版图，且在服务区内天线的增益超过40dBi，同频复用波束载干比优于12dB。该天线系统已成功应用于2016年8月6日发射的天通一号01星，经在轨测试，该天线性能良好，成果达到了国际先进水平。天通一号01星也被誉为“中国版的海事卫星”，具有覆盖范围广、通信能力强、服务无盲区等优点，可实现我国领土领海及第一岛链以内海洋海岛的全面覆盖。
回想起当年的研究历程，焦永昌表示，有过失败，也有过心酸，但为了解决国家重点型号项目中的关键技术问题，团队克服了一切阻力。2009年，团队用了半年多的时间，求解了几万个维数为168的高维非线性优化问题，最终解决了中星1A卫星的“归零”问题。2015年，焦永昌及其团队花了一年多的时间设计星载多波束高增益天线系统，采用60多个馈源，形成100多个波束，既要覆盖中国版图并达到超过40dB的高增益，还要考虑100多个波束中的同频波束干扰抑制问题，优化设计的难度可想而知。焦永昌和他的团队，通过从两个不同的角度出发，建立了相互关联的两个约束非线性优化模型，交替使用和求解这两个模型，可协调点波束的增益和副瓣性能，精准控制每一个波束，充分挖掘星载多波束天线的潜力，使其波束优化计算达到较为理想的设计效果。最终成功设计了天通一号01星高增益多波束天线系统。
这一成果是激动人心的，也是值得纪念的。星载多波束高增益天线系统在天通卫星的成功应用，也意味着我国进入了卫星移动通信的手机时代，填补了中国自主移动通信系统的空白，打破依赖国外卫星移动通信服务的现状，具有重要的里程碑意义。
眼光长远 自力更生谋发展
尽管目前已经取得了很多研究成果，对于焦永昌而言，这还远远不够。“我们要提高学科影响力，提高西电在行业内的知名度，就要面向国家重大战略需求，解决更多的实际问题。”焦永昌如是讲。作为天线领域专家，焦永昌应邀在全国天线年会、华为天线技术年会等多个学术会议上做了报告，在这个过程中，他感受到了行业内的激烈竞争。西电要想提升学科影响力，就必须解决更多实际问题，努力突破关键核心技术，实现在关键领域的自主可控。
从0到1，从敢闯“无人区”到成为大师，焦永昌用三十多年的教学时光诠释了科研人的敢想敢拼、甘之如饴。寒来暑往，秋收冬藏，焦永昌用心撒播下知识的种子，用行动收获了丰硕的果实。
“动人以言者，其感不深；动人以行者，其应必速”。焦永昌的领路人之行，从未结束。
西电校训
厚德 求真 砺学 笃行
亲爱的西电萌新们
你们准备好了吗？
2021年9月，
我们在西安电子科技大学
等你来赴约！
西电风采
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图文来源｜西安电子科技大学新闻网