師德標兵｜焦永昌：精益求精、言傳身教的引路人

精益求精、言傳身教的引路人

——記西安電子科技大學2019-2020學年度“師德標兵”焦永昌教授

■學生記者 張傲 張聞功

在焦永昌的身上，以身為范早就司空見慣，也反復驗證著他所寫下的那句師德感言——“學高為師，身正為范，言傳身教”。

砥身礪行 學高身正為典范

“通常早晨我都是第一個到辦公室的，上課的話我也會提前約半小時到教室把準備工作做好。”在焦永昌看來，作為教師，不僅學問要高，言行舉止更要成為典范。“作為一名老師，作為學生學業路上的引路人，如果不能做好自己，又怎么要求別人呢？”焦永昌如是說。

從事優化算法及天線優化設計的這些年，焦永昌時時刻刻都以高標準來要求自己：給學生授課，他會首先把講授的知識做到融會貫通；要求學生準時到達實驗室，他會比學生早到；給學生布置任務，他會花費更多時間去閱讀文獻，保持與所在領域最前沿技術同步。焦永昌直言，他從不認為自己是燈塔，他只不過是和學生共同進步的研究者。他勤勤懇懇、以身作則的行為所有人都有目共睹，“師德標兵”的稱號是他周圍的人投票選出來的，也是電院的老師和學生對這樣一位德高望重、才學兼備的領路人的認可。

從教30多年來，焦永昌一直工作在一線，在科研與教學任務同等重要的情況下，他坦言只能花更多的時間，甚至是業余時間去備課。為了給學生講好課，在完成了一天的科研任務之后，焦永昌會花費休息時間甚至是周六周日的時間去備課，“教學這件事，馬虎不得，只有自己熟練并且精通掌握，才能給學生講授好。”焦永昌說道。為此，他不斷更新著教學內容，通過與學生課堂互動的方式來掌握學生的理解程度。在與學生交流的過程中，他發現只對書中的內容進行照本宣科是不行的，這樣學生發現問題、解決問題的能力永遠無法提升。為了改善傳統教學的這一弊端，焦永昌先后采用了很多方法。在他的課程里，考試只是檢驗學生掌握知識的一種途徑，更多的情況下，焦永昌會以大作業的形式來考察學生。他會提出某一類問題，提供有關天線或者其他方向的閱讀文獻，問題有了，平臺有了，怎么從中找出自己感興趣的方向并深刻挖掘，就是對學生能力的考察。通過這一考察，往往就能看出學生的層次以及分析問題和解決問題的水平。

授人以漁 做教學改革的先驅者

2010年，焦永昌曾接受過一次采訪，當時他提出“大學的核心競爭力是教師和人才”，十年過去了，對于“如何培養創新型人才”這一時代主題，焦永昌的初心始終未曾改變。

“我們的教育往往只注重對基礎知識的傳授，但更重要的‘方法’——這個貫穿于學習研究整個過程的有力工具，卻沒人講授，”焦永昌認為方法論也應該成為一門課程，針對不同研究，學會運用不同方法解決問題。方法有很多種，數學的方法或是物理的方法，比如在復雜天線系統優化設計中，如何將實際問題抽象成數學模型，再將該數學模型轉化為可解的優化模型，最后利用優化算法求解該優化模型，進而提高整個天線系統的性能指標，這一過程十分重要。而建立數學模型，運用正確的方法，是成功解決實際問題的關鍵一步。因此，焦永昌在自己所講授的《近代工程優化設計方法》等課程中，著重突出idea的重要性，引領學生從源頭發現問題，予以解決。

除此之外，焦永昌還十分注重對學生數學思維的培養。他自己本科是學數學的，多年來已經形成了嚴謹的邏輯思維。在給學生教課的過程中，焦永昌發現一些同學的數理基礎較差，而這一問題又引發了他對現有教育體制的思索。在國外一些國家，只有高中課程中數理化科目全得A的學生才進入大學學習理學并進入教師行列，焦永昌認為這種機制從源頭上保證了講授數理知識教師的專業性，“這些數理基礎扎實的教師給工科學生講授數學課和物理課，有利于培養學生的邏輯思維能力和創新能力。”

焦永昌在教學過程中重視教學方法的改革，不斷更新教學內容，注重結合教學內容培養學生提出問題、分析問題和解決問題的能力以及創新能力。“選我課的學生來自于不同的學科專業，包括電磁場與微波技術、電路與系統、微電子學與固體電子學、控制科學與工程、機械工程等專業，既有博士研究生，又有碩士研究生，選課學生的專業背景和數學基礎差別較大，對相關算法的理解也有偏差。每年我都會根據上一年度的教學情況，結合與課程相關的學科發展現狀，更新教學內容，修改PPT，目的是盡可能根據選課學生的特點，制訂更為合理的教學計劃和考核方式，進一步調動學生聽課的積極性，持續改進教學質量。”學生反映，他在課堂上精力充沛，充滿激情；授課形象生動，妙語連珠，能吸引學生的注意力；課堂知識量豐富，教學效果良好，學生受益匪淺。

夾縫生存 從不可能到可能

從決定選擇“高性能天線優化設計”這一研究方向開始，焦永昌從未想過放棄。盡管曾經這個研究方向不被人看好，盡管也坐了很多年“冷板凳”，但焦永昌和其團隊，用所取得的研究成果證明了自己的實力，也充分說明了自己研究領域的重要性。

2011年9月19日發射的中星1A衛星，焦永昌及其團隊成功解決了該衛星天線正樣相位方向圖擬合問題，經過衛星在軌測試，天線相位方向圖擬合算法性能滿足技術指標要求和智能天線在軌使用要求。用戶評價：衛星天線相位方向圖擬合算法屬國內外首創，處于國際領先水平。5年后的2016年，焦永昌及其團隊解決了星載高增益多波束天線波束優化設計和混合矩陣---饋源路由快速優化問題，所設計的星載多波束天線系統采用60多個饋源，形成100多個波束，覆蓋了中國版圖，且在服務區內天線的增益超過40dBi，同頻復用波束載干比優于12dB。該天線系統已成功應用于2016年8月6日發射的天通一號01星，經在軌測試，該天線性能良好，成果達到了國際先進水平。天通一號01星也被譽為“中國版的海事衛星”，具有覆蓋范圍廣、通信能力強、服務無盲區等優點，可實現我國領土領海及第一島鏈以內海洋海島的全面覆蓋。

回想起當年的研究歷程，焦永昌表示，有過失敗，也有過心酸，但為了解決國家重點型號項目中的關鍵技術問題，團隊克服了一切阻力。2009年，團隊用了半年多的時間，求解了幾萬個維數為168的高維非線性優化問題，最終解決了中星1A衛星的“歸零”問題。2015年，焦永昌及其團隊花了一年多的時間設計星載多波束高增益天線系統，采用60多個饋源，形成100多個波束，既要覆蓋中國版圖并達到超過40dB的高增益，還要考慮100多個波束中的同頻波束干擾抑制問題，優化設計的難度可想而知。焦永昌和他的團隊，通過從兩個不同的角度出發，建立了相互關聯的兩個約束非線性優化模型，交替使用和求解這兩個模型，可協調點波束的增益和副瓣性能，精準控制每一個波束，充分挖掘星載多波束天線的潛力，使其波束優化計算達到較為理想的設計效果。最終成功設計了天通一號01星高增益多波束天線系統。

這一成果是激動人心的，也是值得紀念的。星載多波束高增益天線系統在天通衛星的成功應用，也意味著我國進入了衛星移動通信的手機時代，填補了中國自主移動通信系統的空白，打破依賴國外衛星移動通信服務的現狀，具有重要的里程碑意義。

眼光長遠 自力更生謀發展

盡管目前已經取得了很多研究成果，對于焦永昌而言，這還遠遠不夠。“我們要提高學科影響力，提高西電在行業內的知名度，就要面向國家重大戰略需求，解決更多的實際問題。”焦永昌如是講。作為天線領域專家，焦永昌應邀在全國天線年會、華為天線技術年會等多個學術會議上做了報告，在這個過程中，他感受到了行業內的激烈競爭。西電要想提升學科影響力，就必須解決更多實際問題，努力突破關鍵核心技術，實現在關鍵領域的自主可控。

從0到1，從敢闖“無人區”到成為大師，焦永昌用三十多年的教學時光詮釋了科研人的敢想敢拼、甘之如飴。寒來暑往，秋收冬藏，焦永昌用心撒播下知識的種子，用行動收獲了豐碩的果實。

“動人以言者，其感不深；動人以行者，其應必速”。焦永昌的領路人之行，從未結束。