卓越計劃班“電磁場與電磁波”課程的改革

張月霞　李學華　王鑫慧

摘要：根據教育部“卓越計劃”對卓越工程師培養的要求，針對電磁場與電磁波課程的特點，結合科研項目的工程實踐從培養方案、教學大綱、課程教材和教學方法等方面進行了改革[1]，并以我校國家工程實踐教育中心為依托，加強實踐教學和理論授課相結合、開展校際交流和企業實習、主推多元考核和自我考核等，由此激發學生的積極性和主動性，提高教學效果。

關鍵詞：卓越計劃；電磁場與電磁波；教學大綱；實踐教學；多元考核

對電磁場的研究始于18世紀末期，隨著現代科技的發展以及實際需求的變化，電磁場和電磁波仍是當代電子、電力、信息等技術領域的物理基礎之一。“電磁場與電磁波”課程對通信工程專業本科生專業知識的學習、自身理論素質、解決問題的能力和創新能力的培養都十分關鍵，是通信工程專業本科生必修的專業基礎課。“電磁場與電磁波”的先修課程較多，而后續課程又具有很強的專業性。課程不但內容廣泛，概念抽象，公式復雜多變而且涉及到許多數學知識，計算量大。因此，老師授課難度高，學生接受難度大。由此造成“電磁場與電磁波”的教學無法滿足我校對于“卓越計劃”人才培養的目標的現狀。

所以，在教學過程中，應顧及先修課程和后續課程的銜接。在授課過程中，應注意理論知識與實驗內容和工程案例的結合。此外，還應結合現代化教學技術，激發學生的積極性和主動性，培養學生的探究意識和科研能力。

一、培養方案和教學大綱

培養方案和教學大綱是指導教師進行課程教學、評價總體教學質量的主要標準和依據。而學習“電磁場與電磁波”需要大學物理、高等數學、線性代數、概率論與數理統計等先修課程作為基礎。同時，又是微波技術和電磁兼容的基礎。因此，在改革培養方案時候要注重各個課程的銜接。在改革教學大綱時，不能只對本課程的教學大綱進行討論。應該根據不同專業需求，有針對性的對本課程的先修課程和后續課程進行整體優化，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性，需要用到微積分學和矩陣的相關知識，因此在高等數學和線性代數的教學中就應該有所體現。這樣，學生在電磁場與電磁波的課程學習中就可以著重學習其物理含義，而不用被數學基礎不扎實所累。教師在后續的課程中的教學也能更加輕松。

此外，教學大綱應突出重點，使學生建立電磁場與電磁波的基本結構，理解相關概念的內在聯系，并在工程實踐中加以應用。例如：要求學生在電磁場理論方面重點掌握電磁場的基本理論、靜電場和時變場的基本特性。同時，要求學生有較強的分析問題的能力和將理論知識在工程實踐中應用的能力。例如：應用麥克斯韋方程分析電磁波在不同介質中的特性[2]。結合通信工程專業的特性，分析2G、3G、4G等無線信號穿透不同建筑時的損耗，進而可以進行網絡規劃和網絡優化。學生應根據教學大綱有重點的學習知識主干，根據個人興趣擴充知識。教師應根據教學大綱有選擇性的講解，化繁為簡，注重主干知識，培養學生興趣。

二、課程教材

選擇合適的教材是提高教學質量的基本保證。教學改革以來，涌現出大量優秀教材，但有時市場上也會出現一些“沒有營養”書籍，魚龍混珠。而學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專家進行篩選，并推薦一系列圖書，由學生進行自主選擇的方式選定教材。

另外，電磁場領域發展迅速，知識更新快。由于紙質圖書需要經過審核、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，教師在授課過程中推薦一系列前沿論文等相關資料，以此避免因教材存在滯后性而引起學生不能學以致用，進而影響學生學習積極性的情況。

三、教學方法

課堂教學是課程學習中極為重要的環節。同樣，也是能否達到教學目標的關鍵步驟。教師是否能選擇合適的教學方法直接決定著教學的成敗[3]。本校對課堂教學的改革分為動態課堂和網絡平臺兩個部分。

（一）動態課堂

動態課堂是指改革后的“電磁場與電磁波”課堂應充分調動教師和學生雙方的積極性。摒棄傳統的“填鴨式”、“灌輸式”的教學方法。增加學生的課堂活躍度。動態課堂分為教師授課和自主研討兩個環節。

顧名思義，教師授課就是指教師對知識的講解。在教學手段上，教師應放棄 “黑板+粉筆” 的單一教學模式，利用多媒體教學、實驗教學的方式吸引學生注意力，增強學生的學習興趣[2]。另外，教師可以通過恰當的工程案例引入課程主題。例如：礦物的分選和噴墨打印機利用了靜電偏轉原理；磁流體發電機利用了霍爾效應；3D電影利用了電磁波的極化[4]。這樣，能使學生對接下來要講的理論知識有一個切實的感受，避免因理論知識枯燥而引起的學生興趣缺乏。在教學內容上，老師應根據教學大綱著重講解基礎知識，提供相關資料或檢索方式，引導學生向最新應用層面靠近。

自主研討則是指教師在教學的不同階段，提出不同主題。學生以個人或小組為單位，根據主題通過各種方式檢索相關資料，進行分析整理。找到其和基礎知識的聯系，并對此應用或案例進行評價。最后，對所有工作進行總結，并在課上與教師和同學分享。

（二）網絡教學

當代社會，科學技術日新月異，互聯網及其相關應用發展迅猛。高等學校的教育理念、教學方式也要順應時代潮流，及時更新，與時俱進。因此我校應用網絡平臺作為面授課堂的補充，輔助教師教學，幫助學生學習。例如：課堂派就是一款高效的在線課堂管理平臺。其被用于國內的教育機構或組織中，為老師及學生提供便捷的班級管理、作業在線批改、成績匯總分析、課件分享、在線討論等服務。教師通過網絡平臺發布課件、研討主題、作業及實驗信息，學生通過網絡平臺下載課件、選擇主題、提交作業、查看實驗。網絡平臺具有實時性，高效性特點，可以幫助老師查重，記錄作業提交時間，統計班級人數等。不但提高的教師的工作效率，減少了不必要的紙張浪費，也給學生形成的適當的威懾力，促進學生以嚴肅的態度對待本課程。endprint

四、加強實踐教學和理論授課相結合

為了加強實踐教學和理論授課相結合。我校實行實驗改革和科教結合。這是“電磁場與電磁波”課程學習的重要環節，直接決定著學生對所學理論知識的應用能力、對工程實例的分析能力和對實際問題的解決能力。“卓越計劃”強調培養學生的實踐動手能力，創新能力。我校根據“電磁場與電磁波”課程的特點，將實驗改革和科教進行結合，使學生把所學的知識應用到實踐中，到達知識、能力、素質的統一發展。

（一）實驗改革

“卓越計劃”強調培養學生的實踐動手能力，創新能力。我校在實驗環節注重學生的學習獨立性和自主性。因此，我校改革后的實驗根據學生的不同需求將實驗分為基礎部分實驗和發揮部分實驗[5]。基礎部分實驗大多為驗證性試驗，學生根據實驗指導書可以輕松驗證“電磁場與電磁波”課程的理論知識。對于發揮部分實驗，多為上升到應用層面的實驗。內容較為復雜，有針對性，且實驗指導書只起引導性作用，并不完全給出解決方案。每位教師負責一個或多個實驗，學生可根據自己的興趣自主選擇發揮部分實驗，獨立制定實驗方案并與老師或和選擇同一題目的同學探討，最終，確定實驗方案。

另外，由于經費和場地限制，高校生源的不斷擴招，原本有限的實驗教學設備愈顯匱乏。電磁場與電磁波技術發展迅速，產品更新換代快，也加快了設備落后的步伐。為解決這些矛盾，一方面，我們可以采用軟硬件結合的方式完成實驗。如應用常用的仿真軟件有：MATLAB、Ansoft HFSS、MathCAD和 Mathematic。另一方面學校和院系應適當加大對陳舊實驗設備和教學工具的更新力度以及對新型實驗設備和教學工具的投入力度；院系之間同樣應加強對設備使用方面的宏觀調控，進一步優化和整合現有實驗設備。并且，應該鼓勵教師對陳舊實驗設備進行改造。這樣才能提高學校的實驗教學能力[6]。

（二）科教結合

科研與教學的相互結合，能有效提高教學質量。在授課和實驗時，教師向學生介紹自己的研究項目，并建議有能力的同學，在做完發揮部分實驗的前提下，參與到教師和科學研究項目中來[2]。這樣，一方面可以使學生對“電磁場與電磁波”課程中的較為抽象的概念有簡潔的理解，對課程中較為復雜的理論知識有清晰的認識。另一方面可以提高學生對“電磁場與電磁波”的研究興趣，為學生今后從事相關工作或者做相關研究和創新設計打下基礎[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，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。后者利用電磁感應原理，建立偶和模型，運動電磁傳播特性，研究了井下電磁感應信道特性。參與項目的學生在解決問題的同時，對于電磁場與電磁波的理論知識也有了更為深入的理解。達到了實踐教學與理論授課相結合的效果。

五、開展校際交流和企業實習

根據“卓越計劃”中對電磁場與電磁波課程的教學目的，提高人才的科研能力和應用能力。我校計劃開展與在“電磁場與電磁波”領域領先的高校的交流活動，和與在此領域領先的企業的合作與實習。在校際交流中，教師和學生不僅可以互相借鑒，互相學習，互相支持，在科研領域尋求共同興趣。還能盡量友誼，成為摯友。在企業實習中，學校教師可以同企業工程師共同商討課題、項目，將經典理論知識和工程實際應用相結合。學生可以進一步接觸企業，為職業規劃提供切實參考依據。我校與中興通訊合作建成的國家工程實踐教育中心便為此提供了很好的平臺，得到了教師和學生的認可。

六、主推多元考核和自我考核

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

自主考核則是指學生根據所學知識，在每單元結束時或期末復習時自主命題并根據自己的見解給出答案。教師可根據學生選題知識的重要程度和題目難度，篩選問題，在課內進行討論。優秀問題將交予負責擬定考試題目的專家，作為參考依據。在電磁場電磁波課程的考核中的期末考試將實施教考分離，把教學和考試分開，避免了教學中隨意性和主觀性的弊端，有利于提高教學質量，促進人才培養。

根據教育部“卓越計劃”對卓越工程師培養的要求，針對電磁場與電磁波課程的特點，結合科研項目的工程實踐從培養方案、教學大綱、課程教材和教學方法等方面進行了改革[1]，并以我校國家工程實踐教育中心為依托，加強實踐教學和理論授課相結合、開展校際交流和企業實習、主推多元考核和自我考核等，由此激發學生的積極性和主動性，提高教學效果。

[參考文獻]

[1] 趙波，齊紅霞.基于實驗室的單片機教學模式探討，2015.

[2] 裘國華，李九生，申屠南瑛，葉強.電磁場理論與微波技術”精品課程建設與教學實踐，2012.

[3] 王金麗.基于大學生學習狀況的高校教學改革2015.

[4] 單 欣.“電磁場理論” 課堂教學改革的探討 ，2014.

[5] 劉 穎，侯建軍，陳后金.實驗教學示范中心課程設計的建設與實踐，2008.

[6] 陶 丹，陳后金.如何加強青年教師實驗技能培養，2010.endprint