基于CDIO理念的電磁場人才培養(yǎng)改革初探

唐紅艷+駱無窮+包永芳

（電子科技大學(xué)，四川 成都 611731）

摘要：電磁場方向人才培養(yǎng)模式是電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科人才培養(yǎng)的重要的研究方向之一，CDIO教育理念是以學(xué)生為中心的工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的一種有效模式。本文將CDIO教育理念應(yīng)用于電磁場與電磁波課程教學(xué)活動中，針對傳統(tǒng)教學(xué)存在的不足，圍繞教學(xué)方法、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)等方面進(jìn)行了初步探討，提出了一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

關(guān)鍵詞：電磁場方向；CDIO理念；人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）26-0143-02

一、引言

電磁場方向人才培養(yǎng)模式是電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)科人才培養(yǎng)的重要的研究方向之一。電磁場與微波技術(shù)類課程是電子、通信以及物理電子等專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程或?qū)I(yè)方向課程。以《電磁場與電磁波》這門課程為例，該課程實(shí)際應(yīng)用很廣，是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，起到承上啟下的重要作用。因此如何提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和效果，是教學(xué)者在改革探索和實(shí)踐過程中遇到的難題，也是值得進(jìn)一步深入研究的課題。

CDIO教育理念是以學(xué)生為中心的工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的一種有效模式[1]。CDIO教育模式不僅重視培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)理論、專業(yè)技能，在工程領(lǐng)域的情境中展開教學(xué)活動，還重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作意識以及溝通交流能力[2，3]。

為結(jié)合電子科技大學(xué)教學(xué)綜合改革試點(diǎn)工作，對電磁場方向人才培養(yǎng)模式進(jìn)行改革，擬開展對基于CDIO教育理念的電磁場方向人才培養(yǎng)模式的初步研究。具體以《電磁場與電磁波》課程為例，針對該課程教學(xué)的具體情況，為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和教學(xué)質(zhì)量，運(yùn)用CDIO教學(xué)理念，從教學(xué)方法、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)及項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)等方面進(jìn)行了初步探索與實(shí)踐。

二、CDIO理念與電磁場人才培養(yǎng)的融合

1.教學(xué)方法研究。CDIO教育理念重視培養(yǎng)基礎(chǔ)理論和專業(yè)技能[4]，而良好的教學(xué)方法可以起到事半功倍的效果。因此有必要對不同的教學(xué)方法進(jìn)行實(shí)踐研究。

類比教學(xué)法是一種行之有效的方法?！峨姶艌雠c電磁波》整個(gè)課程體系中都存在對立統(tǒng)一的關(guān)系，通過對不同知識點(diǎn)的類比，學(xué)生可以體會到課程的精髓。類比包含兩個(gè)方面的類比，一是課程之間的橫向類比，另一個(gè)是課程自身知識點(diǎn)的縱向類比。橫向類比如《電磁場與電磁波》與《大學(xué)物理》相關(guān)知識點(diǎn)的類比，雖然有部分知識有交集，但并不是簡單的重復(fù)，因此，要明確它們之間的聯(lián)系與區(qū)別。教學(xué)中借助類比的方法，可以消除學(xué)生的疑慮，同時(shí)增強(qiáng)相關(guān)知識的理解?？v向類比是課程自身知識點(diǎn)的類比，如在時(shí)變電磁場中，電和磁是緊密聯(lián)系的兩種現(xiàn)象，具有相似的宏觀現(xiàn)象，因此可以運(yùn)用類比的教學(xué)方法，講解電介質(zhì)的極化現(xiàn)象與磁介質(zhì)的磁化現(xiàn)象、電場的位函數(shù)與磁場的位函數(shù)、并且利用電磁對偶關(guān)系，深入理解電磁現(xiàn)象，加深對其物理本質(zhì)的理解。采用類比的教學(xué)策略可以形象、直觀地教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

探究式教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐也能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在授課前，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置一個(gè)相關(guān)的應(yīng)用情境，并布置課后需要查閱相關(guān)資料，之后嘗試用電磁場與電磁波的知識進(jìn)行解釋，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。在進(jìn)行探究式教學(xué)的雙向活動中，以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，師生良好互動，探究問題本質(zhì)。教師及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生自行討論和思考，對學(xué)生思維中的模糊認(rèn)識進(jìn)行探討，在互動交流中大膽質(zhì)疑和解疑。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入正確的探究路徑，并讓學(xué)生感受到自我探索的樂趣。

2.課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)。“紙上得來終覺淺”，在傳統(tǒng)的理論課堂教學(xué)中，學(xué)生大多數(shù)只是被動接受知識，學(xué)習(xí)興趣不濃。為了使學(xué)生直觀生動地理解各種不同電磁場理論模型，可以將Matlab、HFSS等軟件的應(yīng)用引入到《電磁場與電磁波》課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。通過仿真各種電磁場模型結(jié)果，可以將抽象的理論模型及相關(guān)特性都生動直觀的可視化，增強(qiáng)了學(xué)生理論與實(shí)踐結(jié)合的能力，達(dá)到了改善教學(xué)效果的目的。

例如在學(xué)習(xí)矢量場時(shí)，可以利用Matlab繪制不同三維矢量場的靜態(tài)和動態(tài)分布圖；在學(xué)習(xí)均勻平面波時(shí)，可以繪制均勻平面波在無耗和有耗媒質(zhì)中傳播時(shí)的電場和磁場分布圖；在學(xué)習(xí)矩形波導(dǎo)時(shí)，可以利用HFSS繪制矩形波導(dǎo)的主模和高次模的電磁場分布圖；在學(xué)習(xí)電磁輻射時(shí)，可以利用HFSS繪制電流元的電場和磁場分布圖以及半波振子的方向圖分布。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以大大提高同學(xué)們的空間想象力和對這部分知識的理解。

電磁仿真實(shí)驗(yàn)平臺可以有效地把理論教學(xué)和仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來，不僅可以使學(xué)生更好地理解課程的基本原理，掌握分析方法，還可以通過直觀的三維結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提高他們的學(xué)習(xí)積極性，讓被動的接收變成主動的思考與總結(jié)，發(fā)揮學(xué)生的主體地位，為以后的工程實(shí)踐打下基礎(chǔ)。

3.項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)。CDIO教育模式更加強(qiáng)調(diào)在工程領(lǐng)域的情境中展開教學(xué)活動，重視培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作意識以及溝通交流能力[5，6]。

在已實(shí)施的教學(xué)實(shí)踐中，首先將課程分解為多個(gè)可應(yīng)用的知識單元，每個(gè)知識單元對應(yīng)一個(gè)或幾個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目，然后根據(jù)實(shí)踐提煉出需要用所學(xué)的理論分析和設(shè)計(jì)的訓(xùn)練項(xiàng)目，每個(gè)訓(xùn)練項(xiàng)目對應(yīng)具體的知識和能力訓(xùn)練目標(biāo)。在講授相關(guān)內(nèi)容之前，把對應(yīng)訓(xùn)練項(xiàng)目發(fā)布給學(xué)生，提出要解決的關(guān)鍵問題。待相關(guān)內(nèi)容講授完畢后，把學(xué)生分成若干小組，以小組為單位，完成訓(xùn)練項(xiàng)目。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生需要搜集資料、查找文獻(xiàn)，分析討論，歸納總結(jié)，撰寫小論文，制作PPT并上臺講解和演示，最后由教師評分并計(jì)入平時(shí)成績。相關(guān)訓(xùn)練項(xiàng)目包括矢量場環(huán)境下的特性分析、同軸線單位長度電容和電感的計(jì)算、矩形波導(dǎo)的場分布分析、半波振子天線的設(shè)計(jì)與分析等。

這種方法能有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)動力，小組合作學(xué)習(xí)培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)精神，口頭表達(dá)有針對性地培養(yǎng)了學(xué)生的溝通交流能力，大多數(shù)學(xué)生對此有很高的積極性。

通過項(xiàng)目設(shè)計(jì)將所學(xué)課程系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來，可以有效地把《電磁場與電磁波》的理論知識應(yīng)用到工程實(shí)際中來，幫助學(xué)生獲得一些基本的解決實(shí)際工程問題的經(jīng)驗(yàn)，對工程設(shè)計(jì)建立一個(gè)直觀、整體的認(rèn)知，理解理論和工程實(shí)踐之間的關(guān)系。

三、結(jié)束語

CDIO教育理念是以學(xué)生為中心的工程應(yīng)用能力培養(yǎng)的一種有效模式。將CDIO理念融入電磁場方向人才培養(yǎng)，可以加快理論知識的消化理解速度，縮短理論與實(shí)踐的距離，培養(yǎng)學(xué)生從實(shí)際問題中抽象出理論問題的能力。本文圍繞教學(xué)方法、課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)、項(xiàng)目驅(qū)動教學(xué)等方面進(jìn)行了初步探討，為培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力、自主創(chuàng)新能力提供了有益探索。

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