基于CDIO理念的電磁場人才培養改革初探

唐紅艷+駱無窮+包永芳

（電子科技大學，四川 成都 611731）

摘要：電磁場方向人才培養模式是電子科學與技術學科人才培養的重要的研究方向之一，CDIO教育理念是以學生為中心的工程應用能力培養的一種有效模式。本文將CDIO教育理念應用于電磁場與電磁波課程教學活動中，針對傳統教學存在的不足，圍繞教學方法、課程實驗教學、項目驅動教學等方面進行了初步探討，提出了一些經驗總結。

關鍵詞：電磁場方向；CDIO理念；人才培養

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

一、引言

電磁場方向人才培養模式是電子科學與技術學科人才培養的重要的研究方向之一。電磁場與微波技術類課程是電子、通信以及物理電子等專業的專業基礎課程或專業方向課程。以《電磁場與電磁波》這門課程為例，該課程實際應用很廣，是一門理論性很強的專業基礎課，起到承上啟下的重要作用。因此如何提高該課程的教學質量和效果，是教學者在改革探索和實踐過程中遇到的難題，也是值得進一步深入研究的課題。

CDIO教育理念是以學生為中心的工程應用能力培養的一種有效模式[1]。CDIO教育模式不僅重視培養學生的基礎理論、專業技能，在工程領域的情境中展開教學活動，還重視培養學生的創新實踐能力、團隊合作意識以及溝通交流能力[2，3]。

為結合電子科技大學教學綜合改革試點工作，對電磁場方向人才培養模式進行改革，擬開展對基于CDIO教育理念的電磁場方向人才培養模式的初步研究。具體以《電磁場與電磁波》課程為例，針對該課程教學的具體情況，為提高人才培養質量，提升學生的學習積極性和教學質量，運用CDIO教學理念，從教學方法、課程實驗教學及項目驅動教學等方面進行了初步探索與實踐。

二、CDIO理念與電磁場人才培養的融合

1.教學方法研究。CDIO教育理念重視培養基礎理論和專業技能[4]，而良好的教學方法可以起到事半功倍的效果。因此有必要對不同的教學方法進行實踐研究。

類比教學法是一種行之有效的方法。《電磁場與電磁波》整個課程體系中都存在對立統一的關系，通過對不同知識點的類比，學生可以體會到課程的精髓。類比包含兩個方面的類比，一是課程之間的橫向類比，另一個是課程自身知識點的縱向類比。橫向類比如《電磁場與電磁波》與《大學物理》相關知識點的類比，雖然有部分知識有交集，但并不是簡單的重復，因此，要明確它們之間的聯系與區別。教學中借助類比的方法，可以消除學生的疑慮，同時增強相關知識的理解。縱向類比是課程自身知識點的類比，如在時變電磁場中，電和磁是緊密聯系的兩種現象，具有相似的宏觀現象，因此可以運用類比的教學方法，講解電介質的極化現象與磁介質的磁化現象、電場的位函數與磁場的位函數、并且利用電磁對偶關系，深入理解電磁現象，加深對其物理本質的理解。采用類比的教學策略可以形象、直觀地教學，啟發學生的創造性思維。

探究式教學的設計與實踐也能很好地激發學生的學習積極性。在授課前，教師可以根據教學內容設置一個相關的應用情境，并布置課后需要查閱相關資料，之后嘗試用電磁場與電磁波的知識進行解釋，激發學生的探究欲望。在進行探究式教學的雙向活動中，以學生為主體，教師為主導，師生良好互動，探究問題本質。教師及時引導學生自行討論和思考，對學生思維中的模糊認識進行探討，在互動交流中大膽質疑和解疑。教師引導學生進入正確的探究路徑，并讓學生感受到自我探索的樂趣。

2.課程實驗教學。“紙上得來終覺淺”，在傳統的理論課堂教學中，學生大多數只是被動接受知識，學習興趣不濃。為了使學生直觀生動地理解各種不同電磁場理論模型，可以將Matlab、HFSS等軟件的應用引入到《電磁場與電磁波》課程的實驗教學中。通過仿真各種電磁場模型結果，可以將抽象的理論模型及相關特性都生動直觀的可視化，增強了學生理論與實踐結合的能力，達到了改善教學效果的目的。

例如在學習矢量場時，可以利用Matlab繪制不同三維矢量場的靜態和動態分布圖；在學習均勻平面波時，可以繪制均勻平面波在無耗和有耗媒質中傳播時的電場和磁場分布圖；在學習矩形波導時，可以利用HFSS繪制矩形波導的主模和高次模的電磁場分布圖；在學習電磁輻射時，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。通過實驗教學，可以大大提高同學們的空間想象力和對這部分知識的理解。

電磁仿真實驗平臺可以有效地把理論教學和仿真實驗教學結合起來，不僅可以使學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構，提高學生的學習效率，提高他們的學習積極性，讓被動的接收變成主動的思考與總結，發揮學生的主體地位，為以后的工程實踐打下基礎。

3.項目驅動教學。CDIO教育模式更加強調在工程領域的情境中展開教學活動，重視培養學生的創新實踐能力、團隊合作意識以及溝通交流能力[5，6]。

在已實施的教學實踐中，首先將課程分解為多個可應用的知識單元，每個知識單元對應一個或幾個訓練項目，然后根據實踐提煉出需要用所學的理論分析和設計的訓練項目，每個訓練項目對應具體的知識和能力訓練目標。在講授相關內容之前，把對應訓練項目發布給學生，提出要解決的關鍵問題。待相關內容講授完畢后，把學生分成若干小組，以小組為單位，完成訓練項目。在項目實施過程中，學生需要搜集資料、查找文獻，分析討論，歸納總結，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入平時成績。相關訓練項目包括矢量場環境下的特性分析、同軸線單位長度電容和電感的計算、矩形波導的場分布分析、半波振子天線的設計與分析等。

這種方法能有效地激發學生學習熱情和學習動力，小組合作學習培養了學生團隊精神，口頭表達有針對性地培養了學生的溝通交流能力，大多數學生對此有很高的積極性。

通過項目設計將所學課程系統有機地結合起來，可以有效地把《電磁場與電磁波》的理論知識應用到工程實際中來，幫助學生獲得一些基本的解決實際工程問題的經驗，對工程設計建立一個直觀、整體的認知，理解理論和工程實踐之間的關系。

三、結束語

CDIO教育理念是以學生為中心的工程應用能力培養的一種有效模式。將CDIO理念融入電磁場方向人才培養，可以加快理論知識的消化理解速度，縮短理論與實踐的距離，培養學生從實際問題中抽象出理論問題的能力。本文圍繞教學方法、課程實驗教學、項目驅動教學等方面進行了初步探討，為培養學生專業技術應用能力、自主創新能力提供了有益探索。

參考文獻：

[1][美]克勞雷，等，著.重新認識工程教育：國際CDIO培養模式與方法[M].顧佩華，等，譯.北京：高等教育出版社，2009.

[2]顧佩華，包能勝，等.CDIO在中國（上）[J].高等工程教育研究，2012，（3）：24-25.

[3]王天寶，程衛東.基于CDIO的創新型工程人才培養模式研究與實踐[J].高等工程教育研究，2010，（1）：25-31.

[4]查建中，徐文勝，顧學雍，等.從能力大綱到集成化課程體系設計的CDIO模式——北京交通大學創新教育實驗區系列報告之一[J].高等工程教育研究，2013，（2）：10-23.

[5]徐武雄，鐘東.基于CDIO的電子信息工程人才培養模式研究[J].中國教育技術裝備，2013，（18）：84-86.

[6]張克聲，李純，郭晟男，蔣學勤.CDIO工程教育模式下電子信息類專業教學改革的研究[J].信息通信，2014，（12）：259-260.