工程實(shí)踐法在《電磁場(chǎng)與電磁波》課程中的教學(xué)研究

任儀+尹波

摘 要 基于工程實(shí)踐推動(dòng)理論課程教學(xué)是當(dāng)前工程學(xué)科理論基礎(chǔ)課程的主要教學(xué)改革手段之一。本文介紹了工程實(shí)踐法在《電磁場(chǎng)與電磁波》課程理論教學(xué)過(guò)程中的具體方法，詳細(xì)介紹了該實(shí)踐法的一般流程、具體實(shí)施和評(píng)價(jià)方法。該教學(xué)方法的實(shí)施極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，突出了學(xué)生的主體地位，促進(jìn)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，明確了學(xué)習(xí)的目的，充分體現(xiàn)高等教育“以能力為本”的價(jià)值取向。

關(guān)鍵詞 工程實(shí)踐法 電磁場(chǎng)與電磁波 理論教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：GO441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2017）17-0002-02

《電磁場(chǎng)與電磁波》是現(xiàn)代信息學(xué)科的重要理論基礎(chǔ)課程，具有很強(qiáng)的理論性，是傳統(tǒng)信息學(xué)科中較抽象的一門(mén)課程。這門(mén)課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具有分析電磁現(xiàn)象的定性過(guò)程和定量方法的能力，使得學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)并理解電磁波作為信息載體工作于光纖通信、移動(dòng)通信、雷達(dá)等領(lǐng)域，引導(dǎo)學(xué)生掌握天線與微波系統(tǒng)的分析方法和設(shè)計(jì)思路，認(rèn)識(shí)并解決實(shí)際工程中的復(fù)雜問(wèn)題，加深理解電磁場(chǎng)與電磁波的本質(zhì)。

該課程是后續(xù)微波類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)，對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)起著決定性作用。然而，傳統(tǒng)的理論教學(xué)方法都是按部就班的講解理論知識(shí)，而其抽象的理論和較多的數(shù)學(xué)描述難以引起工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的興趣，造成“教”和“學(xué)”都較為困難的教學(xué)現(xiàn)象。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對(duì)該課程工程實(shí)踐應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步加深其理論理解，筆者通過(guò)工程實(shí)踐與理論教學(xué)相結(jié)合的方法，對(duì)該課程的教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行了一系列的改革。通過(guò)4年多的教學(xué)實(shí)踐，目前已取得了良好的教學(xué)效果，摸索出一套完整的項(xiàng)目實(shí)踐教學(xué)法。本文在此介紹《電磁場(chǎng)與電磁波》課程中實(shí)施工程實(shí)踐教學(xué)法的一般流程、具體實(shí)施和評(píng)價(jià)方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生探索性學(xué)習(xí)，啟迪學(xué)生創(chuàng)新性思維，促進(jìn)和提高學(xué)生知識(shí)拓展應(yīng)用的能力。

一、工程實(shí)踐法的一般流程

工程實(shí)踐法是師生通過(guò)共同實(shí)施一個(gè)完整的工程案例而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)。此處的工程案例主要是針對(duì)該課程中的某個(gè)教學(xué)內(nèi)容而設(shè)計(jì)的任務(wù)，該任務(wù)需要具備典型性、實(shí)用性、可操作性及可拓展性，并能由學(xué)生獨(dú)立完成、可收到良好教學(xué)效果。在實(shí)踐工程案例的過(guò)程中，將理論知識(shí)圍繞該工程任務(wù)進(jìn)行講解，讓學(xué)生明確每個(gè)知識(shí)點(diǎn)在該任務(wù)中的作用，并由學(xué)生作為主體主動(dòng)去嘗試解決問(wèn)題和完成任務(wù)，創(chuàng)造學(xué)生主動(dòng)參與、自主制作，探索創(chuàng)新的新型教學(xué)模式。

為完成該工程實(shí)踐教學(xué)法，授課教師需要先調(diào)研與當(dāng)前科學(xué)前研緊密結(jié)合的學(xué)科動(dòng)態(tài)，選取具有可操作性的實(shí)踐題目。此外，需要提前告知學(xué)生準(zhǔn)備必要的前期知識(shí)，如MALTAB編程，熟練運(yùn)用HFSS、FEKO電磁仿真軟件等。在此前期準(zhǔn)備后，整個(gè)教學(xué)法的實(shí)施將分為：理論教學(xué)、項(xiàng)目實(shí)施、教師指導(dǎo)、仿真分析、驗(yàn)收總結(jié)等幾個(gè)階段。

二、工程實(shí)踐法的實(shí)施過(guò)程

該實(shí)踐教學(xué)法將首先選取合適的工程實(shí)踐案例，所選擇案例需要考慮到與電磁場(chǎng)和實(shí)際工程應(yīng)用的緊密結(jié)合，并且具有典型性和實(shí)用性。案例的選擇由課程教師完成前期調(diào)研工作，結(jié)合學(xué)生的課程學(xué)習(xí)和教師對(duì)工程實(shí)踐與科學(xué)前沿的把握，歸納選擇一些符合認(rèn)知規(guī)律的代表性電波傳播問(wèn)題和天線設(shè)計(jì)需求，引入到本科教學(xué)過(guò)程中。根據(jù)教學(xué)大綱的目標(biāo)要求，以任務(wù)引領(lǐng)的方式將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)融入到完成任務(wù)所必備的實(shí)踐案例中，突出任務(wù)與知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，圍繞案例實(shí)踐所用知識(shí)點(diǎn)重點(diǎn)講授，使學(xué)生掌握必要的基本理論，使其實(shí)踐能力和分析解決問(wèn)題的能力得到提高。通過(guò)近4年的實(shí)踐歸納總結(jié)，本課程所選取的工程實(shí)踐案例包括：金屬接地板電位分析，圓極化波地面反射分析，工字型波導(dǎo)內(nèi)場(chǎng)分布分析，八木天線設(shè)計(jì)等實(shí)踐案例。

案例確立后，學(xué)生根據(jù)所選題目分成項(xiàng)目小組，由項(xiàng)目組長(zhǎng)組織成員制定具體的實(shí)施方案，并進(jìn)行任務(wù)分配和進(jìn)展協(xié)調(diào)。項(xiàng)目選擇分配完成后，教師要引導(dǎo)各組有序完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)和分析任務(wù)。如，以八木天線設(shè)計(jì)為例，教師在項(xiàng)目開(kāi)始前應(yīng)當(dāng)對(duì)該案例所涉及理論知識(shí)進(jìn)行重點(diǎn)講解，如，電磁場(chǎng)邊界條件、電磁輻射、特性阻抗等知識(shí)要點(diǎn)，基本涵蓋了電磁場(chǎng)課程的主要知識(shí)點(diǎn)，滿足教學(xué)大綱的基本授課要求。此外，還需要對(duì)選題小組進(jìn)行電磁分析軟件的知識(shí)補(bǔ)充，如該案例所需要電磁場(chǎng)仿真軟件為FEKO，則在該小組選題時(shí)即要求其人員進(jìn)行FEKO的仿真學(xué)習(xí)。在學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目執(zhí)行階段，教師需要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容對(duì)所選案例進(jìn)行講解，明確所用方法和注意事項(xiàng)，引導(dǎo)學(xué)生按正確的實(shí)踐方式完成設(shè)計(jì)。此外，還需要根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和能力將一個(gè)完整的項(xiàng)目進(jìn)行適當(dāng)?shù)募?xì)化分解，方案細(xì)化的過(guò)程也是教師的具體指導(dǎo)過(guò)程之一。項(xiàng)目完成后，學(xué)生需要通過(guò)電磁場(chǎng)仿真軟件FEKO對(duì)所設(shè)計(jì)八木天線進(jìn)行優(yōu)化，使之達(dá)到所提性能指標(biāo)。最終，通過(guò)該案例的實(shí)施，使得學(xué)生能夠通過(guò)組內(nèi)人員的相互協(xié)作，綜合運(yùn)用知識(shí)、技能和方法，按照已經(jīng)確立的項(xiàng)目實(shí)施步驟，通過(guò)搜集資料、獨(dú)立學(xué)習(xí)、實(shí)踐、合作研究探索等方式，結(jié)合理論課程的講授完成該工程案例的具體設(shè)計(jì)工作。

三、教學(xué)實(shí)踐的考核工作

作為微波類(lèi)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，電磁場(chǎng)與電磁波的理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，因此，為保證后續(xù)課程的順利教學(xué)，必須夯實(shí)電磁場(chǎng)與電磁波的理論基礎(chǔ)，并且培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。為實(shí)現(xiàn)此目的，理論與實(shí)踐實(shí)一體化的工程案例教學(xué)考核評(píng)價(jià)采用理論考核和工程實(shí)踐操作過(guò)程考核相結(jié)合的方式，各占總成績(jī)的50%。其中，理論考核采取筆試形式，考核學(xué)生的理論知識(shí)，而工程實(shí)踐評(píng)分則有指導(dǎo)教師根據(jù)各小組的案例完成情況，小組成員的協(xié)調(diào)性、動(dòng)手能力、資料收集和分析能力等綜合打分。

經(jīng)過(guò)不斷的嘗試，筆者在電磁場(chǎng)與電磁波課程中應(yīng)用工程實(shí)踐教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)，有效地改變了傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式，較大地提高了教師的教學(xué)效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，加深了學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)問(wèn)題的理解。經(jīng)筆者近4年的實(shí)踐探索，結(jié)合現(xiàn)代化的教學(xué)手段和工程實(shí)例對(duì)知識(shí)進(jìn)行綜合演練，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，體現(xiàn)了學(xué)生的主體作用，展示了高等教育“以能力為本”的價(jià)值取向。

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