卓越計(jì)劃班“電磁場與電磁波”課程的改革

張?jiān)孪肌±顚W(xué)華　王鑫慧

摘要：根據(jù)教育部“卓越計(jì)劃”對卓越工程師培養(yǎng)的要求，針對電磁場與電磁波課程的特點(diǎn)，結(jié)合科研項(xiàng)目的工程實(shí)踐從培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱、課程教材和教學(xué)方法等方面進(jìn)行了改革[1]，并以我校國家工程實(shí)踐教育中心為依托，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)和理論授課相結(jié)合、開展校際交流和企業(yè)實(shí)習(xí)、主推多元考核和自我考核等，由此激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：卓越計(jì)劃；電磁場與電磁波；教學(xué)大綱；實(shí)踐教學(xué)；多元考核

對電磁場的研究始于18世紀(jì)末期，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展以及實(shí)際需求的變化，電磁場和電磁波仍是當(dāng)代電子、電力、信息等技術(shù)領(lǐng)域的物理基礎(chǔ)之一。“電磁場與電磁波”課程對通信工程專業(yè)本科生專業(yè)知識的學(xué)習(xí)、自身理論素質(zhì)、解決問題的能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)都十分關(guān)鍵，是通信工程專業(yè)本科生必修的專業(yè)基礎(chǔ)課?！半姶艌雠c電磁波”的先修課程較多，而后續(xù)課程又具有很強(qiáng)的專業(yè)性。課程不但內(nèi)容廣泛，概念抽象，公式復(fù)雜多變而且涉及到許多數(shù)學(xué)知識，計(jì)算量大。因此，老師授課難度高，學(xué)生接受難度大。由此造成“電磁場與電磁波”的教學(xué)無法滿足我校對于“卓越計(jì)劃”人才培養(yǎng)的目標(biāo)的現(xiàn)狀。

所以，在教學(xué)過程中，應(yīng)顧及先修課程和后續(xù)課程的銜接。在授課過程中，應(yīng)注意理論知識與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和工程案例的結(jié)合。此外，還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)代化教學(xué)技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識和科研能力。

一、培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱

培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱是指導(dǎo)教師進(jìn)行課程教學(xué)、評價(jià)總體教學(xué)質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)。而學(xué)習(xí)“電磁場與電磁波”需要大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等先修課程作為基礎(chǔ)。同時(shí)，又是微波技術(shù)和電磁兼容的基礎(chǔ)。因此，在改革培養(yǎng)方案時(shí)候要注重各個(gè)課程的銜接。在改革教學(xué)大綱時(shí)，不能只對本課程的教學(xué)大綱進(jìn)行討論。應(yīng)該根據(jù)不同專業(yè)需求，有針對性的對本課程的先修課程和后續(xù)課程進(jìn)行整體優(yōu)化，形成完整的課程體系。例如：電磁場與電磁波中靜電場的梯度、散度和恒定磁場的磁通連續(xù)性，需要用到微積分學(xué)和矩陣的相關(guān)知識，因此在高等數(shù)學(xué)和線性代數(shù)的教學(xué)中就應(yīng)該有所體現(xiàn)。這樣，學(xué)生在電磁場與電磁波的課程學(xué)習(xí)中就可以著重學(xué)習(xí)其物理含義，而不用被數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不扎實(shí)所累。教師在后續(xù)的課程中的教學(xué)也能更加輕松。

此外，教學(xué)大綱應(yīng)突出重點(diǎn)，使學(xué)生建立電磁場與電磁波的基本結(jié)構(gòu)，理解相關(guān)概念的內(nèi)在聯(lián)系，并在工程實(shí)踐中加以應(yīng)用。例如：要求學(xué)生在電磁場理論方面重點(diǎn)掌握電磁場的基本理論、靜電場和時(shí)變場的基本特性。同時(shí)，要求學(xué)生有較強(qiáng)的分析問題的能力和將理論知識在工程實(shí)踐中應(yīng)用的能力。例如：應(yīng)用麥克斯韋方程分析電磁波在不同介質(zhì)中的特性[2]。結(jié)合通信工程專業(yè)的特性，分析2G、3G、4G等無線信號穿透不同建筑時(shí)的損耗，進(jìn)而可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。學(xué)生應(yīng)根據(jù)教學(xué)大綱有重點(diǎn)的學(xué)習(xí)知識主干，根據(jù)個(gè)人興趣擴(kuò)充知識。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)大綱有選擇性的講解，化繁為簡，注重主干知識，培養(yǎng)學(xué)生興趣。

二、課程教材

選擇合適的教材是提高教學(xué)質(zhì)量的基本保證。教學(xué)改革以來，涌現(xiàn)出大量優(yōu)秀教材，但有時(shí)市場上也會出現(xiàn)一些“沒有營養(yǎng)”書籍，魚龍混珠。而學(xué)生的接受能力和興趣特征也有所不同。因此我校采取由教師和相關(guān)專家進(jìn)行篩選，并推薦一系列圖書，由學(xué)生進(jìn)行自主選擇的方式選定教材。

另外，電磁場領(lǐng)域發(fā)展迅速，知識更新快。由于紙質(zhì)圖書需要經(jīng)過審核、出版、印刷等過程，因此，不免會存在一定的滯后性。所以，我校選用教材輔助教師來教授基本概念，建立整體框架。同時(shí)，教師在授課過程中推薦一系列前沿論文等相關(guān)資料，以此避免因教材存在滯后性而引起學(xué)生不能學(xué)以致用，進(jìn)而影響學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的情況。

三、教學(xué)方法

課堂教學(xué)是課程學(xué)習(xí)中極為重要的環(huán)節(jié)。同樣，也是能否達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵步驟。教師是否能選擇合適的教學(xué)方法直接決定著教學(xué)的成敗[3]。本校對課堂教學(xué)的改革分為動態(tài)課堂和網(wǎng)絡(luò)平臺兩個(gè)部分。

（一）動態(tài)課堂

動態(tài)課堂是指改革后的“電磁場與電磁波”課堂應(yīng)充分調(diào)動教師和學(xué)生雙方的積極性。摒棄傳統(tǒng)的“填鴨式”、“灌輸式”的教學(xué)方法。增加學(xué)生的課堂活躍度。動態(tài)課堂分為教師授課和自主研討兩個(gè)環(huán)節(jié)。

顧名思義，教師授課就是指教師對知識的講解。在教學(xué)手段上，教師應(yīng)放棄 “黑板+粉筆” 的單一教學(xué)模式，利用多媒體教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式吸引學(xué)生注意力，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[2]。另外，教師可以通過恰當(dāng)?shù)墓こ贪咐胝n程主題。例如：礦物的分選和噴墨打印機(jī)利用了靜電偏轉(zhuǎn)原理；磁流體發(fā)電機(jī)利用了霍爾效應(yīng)；3D電影利用了電磁波的極化[4]。這樣，能使學(xué)生對接下來要講的理論知識有一個(gè)切實(shí)的感受，避免因理論知識枯燥而引起的學(xué)生興趣缺乏。在教學(xué)內(nèi)容上，老師應(yīng)根據(jù)教學(xué)大綱著重講解基礎(chǔ)知識，提供相關(guān)資料或檢索方式，引導(dǎo)學(xué)生向最新應(yīng)用層面靠近。

自主研討則是指教師在教學(xué)的不同階段，提出不同主題。學(xué)生以個(gè)人或小組為單位，根據(jù)主題通過各種方式檢索相關(guān)資料，進(jìn)行分析整理。找到其和基礎(chǔ)知識的聯(lián)系，并對此應(yīng)用或案例進(jìn)行評價(jià)。最后，對所有工作進(jìn)行總結(jié)，并在課上與教師和同學(xué)分享。

（二）網(wǎng)絡(luò)教學(xué)

當(dāng)代社會，科學(xué)技術(shù)日新月異，互聯(lián)網(wǎng)及其相關(guān)應(yīng)用發(fā)展迅猛。高等學(xué)校的教育理念、教學(xué)方式也要順應(yīng)時(shí)代潮流，及時(shí)更新，與時(shí)俱進(jìn)。因此我校應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)平臺作為面授課堂的補(bǔ)充，輔助教師教學(xué)，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。例如：課堂派就是一款高效的在線課堂管理平臺。其被用于國內(nèi)的教育機(jī)構(gòu)或組織中，為老師及學(xué)生提供便捷的班級管理、作業(yè)在線批改、成績匯總分析、課件分享、在線討論等服務(wù)。教師通過網(wǎng)絡(luò)平臺發(fā)布課件、研討主題、作業(yè)及實(shí)驗(yàn)信息，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)平臺下載課件、選擇主題、提交作業(yè)、查看實(shí)驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)平臺具有實(shí)時(shí)性，高效性特點(diǎn)，可以幫助老師查重，記錄作業(yè)提交時(shí)間，統(tǒng)計(jì)班級人數(shù)等。不但提高的教師的工作效率，減少了不必要的紙張浪費(fèi)，也給學(xué)生形成的適當(dāng)?shù)耐亓Γ龠M(jìn)學(xué)生以嚴(yán)肅的態(tài)度對待本課程。endprint

四、加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)和理論授課相結(jié)合

為了加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)和理論授課相結(jié)合。我校實(shí)行實(shí)驗(yàn)改革和科教結(jié)合。這是“電磁場與電磁波”課程學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，直接決定著學(xué)生對所學(xué)理論知識的應(yīng)用能力、對工程實(shí)例的分析能力和對實(shí)際問題的解決能力?！白吭接?jì)劃”強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力，創(chuàng)新能力。我校根據(jù)“電磁場與電磁波”課程的特點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)改革和科教進(jìn)行結(jié)合，使學(xué)生把所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)踐中，到達(dá)知識、能力、素質(zhì)的統(tǒng)一發(fā)展。

（一）實(shí)驗(yàn)改革

“卓越計(jì)劃”強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力，創(chuàng)新能力。我校在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)注重學(xué)生的學(xué)習(xí)獨(dú)立性和自主性。因此，我校改革后的實(shí)驗(yàn)根據(jù)學(xué)生的不同需求將實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)部分實(shí)驗(yàn)和發(fā)揮部分實(shí)驗(yàn)[5]?；A(chǔ)部分實(shí)驗(yàn)大多為驗(yàn)證性試驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書可以輕松驗(yàn)證“電磁場與電磁波”課程的理論知識。對于發(fā)揮部分實(shí)驗(yàn)，多為上升到應(yīng)用層面的實(shí)驗(yàn)。內(nèi)容較為復(fù)雜，有針對性，且實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書只起引導(dǎo)性作用，并不完全給出解決方案。每位教師負(fù)責(zé)一個(gè)或多個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣自主選擇發(fā)揮部分實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立制定實(shí)驗(yàn)方案并與老師或和選擇同一題目的同學(xué)探討，最終，確定實(shí)驗(yàn)方案。

另外，由于經(jīng)費(fèi)和場地限制，高校生源的不斷擴(kuò)招，原本有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備愈顯匱乏。電磁場與電磁波技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，也加快了設(shè)備落后的步伐。為解決這些矛盾，一方面，我們可以采用軟硬件結(jié)合的方式完成實(shí)驗(yàn)。如應(yīng)用常用的仿真軟件有：MATLAB、Ansoft HFSS、MathCAD和 Mathematic。另一方面學(xué)校和院系應(yīng)適當(dāng)加大對陳舊實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教學(xué)工具的更新力度以及對新型實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教學(xué)工具的投入力度；院系之間同樣應(yīng)加強(qiáng)對設(shè)備使用方面的宏觀調(diào)控，進(jìn)一步優(yōu)化和整合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備。并且，應(yīng)該鼓勵(lì)教師對陳舊實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行改造。這樣才能提高學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能力[6]。

（二）科教結(jié)合

科研與教學(xué)的相互結(jié)合，能有效提高教學(xué)質(zhì)量。在授課和實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師向?qū)W生介紹自己的研究項(xiàng)目，并建議有能力的同學(xué)，在做完發(fā)揮部分實(shí)驗(yàn)的前提下，參與到教師和科學(xué)研究項(xiàng)目中來[2]。這樣，一方面可以使學(xué)生對“電磁場與電磁波”課程中的較為抽象的概念有簡潔的理解，對課程中較為復(fù)雜的理論知識有清晰的認(rèn)識。另一方面可以提高學(xué)生對“電磁場與電磁波”的研究興趣，為學(xué)生今后從事相關(guān)工作或者做相關(guān)研究和創(chuàng)新設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)[2]。我校已有許多先例。其中，電磁波穿透損耗特性分析和井下電磁感應(yīng)信道研究尤為出眾。前者以電磁場和無線通信的理論知識為基礎(chǔ)，matlab仿真軟件提供軟件平臺，對建筑物中電磁波的穿透損耗特性做了一系列的研究與探討。后者利用電磁感應(yīng)原理，建立偶和模型，運(yùn)動電磁傳播特性，研究了井下電磁感應(yīng)信道特性。參與項(xiàng)目的學(xué)生在解決問題的同時(shí)，對于電磁場與電磁波的理論知識也有了更為深入的理解。達(dá)到了實(shí)踐教學(xué)與理論授課相結(jié)合的效果。

五、開展校際交流和企業(yè)實(shí)習(xí)

根據(jù)“卓越計(jì)劃”中對電磁場與電磁波課程的教學(xué)目的，提高人才的科研能力和應(yīng)用能力。我校計(jì)劃開展與在“電磁場與電磁波”領(lǐng)域領(lǐng)先的高校的交流活動，和與在此領(lǐng)域領(lǐng)先的企業(yè)的合作與實(shí)習(xí)。在校際交流中，教師和學(xué)生不僅可以互相借鑒，互相學(xué)習(xí)，互相支持，在科研領(lǐng)域?qū)で蠊餐d趣。還能盡量友誼，成為摯友。在企業(yè)實(shí)習(xí)中，學(xué)校教師可以同企業(yè)工程師共同商討課題、項(xiàng)目，將經(jīng)典理論知識和工程實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合。學(xué)生可以進(jìn)一步接觸企業(yè)，為職業(yè)規(guī)劃提供切實(shí)參考依據(jù)。我校與中興通訊合作建成的國家工程實(shí)踐教育中心便為此提供了很好的平臺，得到了教師和學(xué)生的認(rèn)可。

六、主推多元考核和自我考核

課程考核是檢查學(xué)生學(xué)習(xí)成果和學(xué)籍管理的重要手段，同時(shí)也是衡量教學(xué)效果的重要尺度。傳統(tǒng)的考核方式比較單一，多為一次或多次閉卷考試，致使學(xué)生死記硬背，不能全面反映學(xué)生的總體素質(zhì)。因此我校實(shí)行多元化考核和自我考核方式。多元化考核是指考核依據(jù)并非只有期末考試成績一項(xiàng)，而是由課程平臺使用情況、平時(shí)作業(yè)情況、課堂積極性、自主研討等多方面因素所決定。這樣可以加強(qiáng)學(xué)生平常學(xué)習(xí)的認(rèn)真程度，不至于期末突擊復(fù)習(xí)，同時(shí)也減輕了學(xué)生期末的負(fù)擔(dān)。

自主考核則是指學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，在每單元結(jié)束時(shí)或期末復(fù)習(xí)時(shí)自主命題并根據(jù)自己的見解給出答案。教師可根據(jù)學(xué)生選題知識的重要程度和題目難度，篩選問題，在課內(nèi)進(jìn)行討論。優(yōu)秀問題將交予負(fù)責(zé)擬定考試題目的專家，作為參考依據(jù)。在電磁場電磁波課程的考核中的期末考試將實(shí)施教考分離，把教學(xué)和考試分開，避免了教學(xué)中隨意性和主觀性的弊端，有利于提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)人才培養(yǎng)。

根據(jù)教育部“卓越計(jì)劃”對卓越工程師培養(yǎng)的要求，針對電磁場與電磁波課程的特點(diǎn)，結(jié)合科研項(xiàng)目的工程實(shí)踐從培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱、課程教材和教學(xué)方法等方面進(jìn)行了改革[1]，并以我校國家工程實(shí)踐教育中心為依托，加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)和理論授課相結(jié)合、開展校際交流和企業(yè)實(shí)習(xí)、主推多元考核和自我考核等，由此激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性，提高教學(xué)效果。

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[6] 陶 丹，陳后金.如何加強(qiáng)青年教師實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)，2010.endprint