基于成果導向及評量的《電磁場與電磁波》課程教學探討

賀明妍

摘 要：本文針對目前《電磁場與電磁波》課程教學過程中存在的問題及實驗教學現狀，提出從理論和實踐兩方面進行教學改革，以提高教學質量。在理論課程的教授過程中采用基于成果導向（Outcome-based Education，OBE）的課程設計教學方法并對學生的學習情況實時進行評量，可使學生在學習過程結束后獲得真正的解決電磁場與電磁波相關問題的能力，而不再僅僅是以成績分數論高低。同時結合仿真實驗的實施，實踐證明教學質量有非常明顯的提高。

關鍵詞：電磁場與電磁波 教學改革 OBE（成果導向）

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）07（a）-0226-02

《電磁場與電磁波》課程是為電子信息類專業和通信工程類等工科專業本科生開設的一門重要的專業基礎課，它不僅是微波與天線，電磁兼容等理論的基礎，而且諸多現代通信方式，如光纖通信、移動通信、衛星通信、深空通信，包括雷達等各種專門學科，都是以電磁波的形式進行信息的傳輸。《電磁場與電磁波》課程由于對數學基礎要求較高，最關鍵的是電磁波看不見、摸不著，學生在學習的過程中存在很多困難，因此對此門課程表現出興趣不高，甚至厭學的情緒[1]。

在本專業該課程的教學過程中，除了存在上述相似問題之外，由于14級之前專業課程設置中只有《光纖通信技術》與《電磁場與電磁波》銜接，使得電磁場與電磁波方向的教學體系出現斷層。因此針對本專業《電磁場與電磁波》教學過程中存在的不足，教師不僅應該對理論教學內容及方法進行教學改革，還應從實驗配套環境的建立、實驗教學內容的跟進等多方面進行配合，從而形成一個全新的課程教學軟、硬環境，從而提高學生的學習主動性，改善教學效果。

1 理論教學改革

1.1 課程銜接及培養方案的修訂

《電磁場與電磁波》既不研究具體的電流（電壓）信號，也不研究具體的電路，而是研究電場、磁場以及電磁波，但是卻與已修的電路、低頻、高頻、模電等課程密切相關，并且為天線與電波、射頻等課程奠定理論基礎，這些課程之間存在著很多的內在聯系。講授的時候應前后聯系，不能孤立理解。從頻域的角度來看：在電信號的頻率較低（低頻信號）時所表現出的特征及規律可由數字電路技術以及模擬電子線路來研究。隨著信號頻率的提升，電信號通過電子器件時的伏安特性，幅頻特性以及相頻特性發生了顯著的改變。此時，就可以用有關高頻電子線路的知識來完成對其特性的研究。若高頻信號通過放大以后從天線上以電磁波的形式向外輻射，則所輻射出的電磁波在空間中的傳播特性就可以通過《電磁場與電磁波》來研究了。當天線接收到電磁波并轉換為電信號之后對信號的解調，放大等過程，則又可以通過之前所學習的內容來研究。由此，《電磁場與電磁波》的重要性以及與其他學科的關聯性可見一斑。

國內的一些院校對《電磁場與電磁波》實際教學過程中的教學方法都進行了相應的改革，包括相關后續課程的建設和實踐教學環節的建立。該校通信專業在14級以后的培養方案中做了重要變更，增加了與《電磁場與電磁波》相關的電波與天線、射頻通信原理及應用等相關的專業方向課。以保證本專業學生能夠對基本的電磁場相關理論知識有初步了解，并具備進行實際工作所需要的基本動手能力。

1.2 教學方法的改進

對課程的教學內容進行改革，在教學過程中，針對每一章節的教學目標從教學重點出發，抓住關鍵，以發揮學生的主體性為前提，開展講授與學生分組討論相結合的基于成果導向的課堂教學方法。教師在有限的學時內對大量的電磁學公式和概念以重結論輕推導的方式進行講授。課堂上教師先進行教學目標講解，通過生動形象的多媒體課件，將部分比較難理解的概念和公式以動畫形式進行展示，把傳統板書、多媒體教師講授、網絡教學資源擴展等教學手段有機結合，使教學更具吸引力[2]；并有針對性地設計例子反映電磁場和電磁波在不同領域的極其重要及廣泛的應用。比如，通過給學生講解電磁爐與微波爐不同的加熱方法及使用兩種電器需要注意的問題，就能讓學生重新思考自己周圍很多想當然的物理現象，從而激發學生自主思考的能力，以及對電磁場與電磁波課程的學習興趣。

1.3 基于成果導向的理論教學改革

在學生掌握電磁場與電磁波基本理論的基礎上，教師應設計合適的學習議題。清楚明確的定義電磁場與電磁波的課程學習成果，包括關鍵成果、具體成果以及評價指標和績效指標[3]。然后在學生中建立學習小組，由學生自主學習、自己講演、同學提問、教師點評，切實培養學生的自主學習能力，提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。在這個過程中，教師應注重學生學到和做出了什么，鼓勵批判思考、溝通、推理、評論、回饋和行動。當然，在這個過程中，教師應因人而異設定幾個階段的成果次目標，讓學生在學習過程中逐步積累學習方法，培養學習熱情，而不僅僅是靠期末考試分數來評量學生的學習效果。比如可以給學生設計題目：通信領域中手機通信是如何實現電磁波的發射、傳播和接收的，其中的信號傳播是我們這門課程的研究重點。該議題可結合電磁波的產生、時變電磁場的麥克斯韋方程組、波動方程等知識點切入，考察學生對該課程的學習效果。

2 實踐教學改革

基于電磁場與電磁波課程理論性強，相關模型抽象等特點，課堂理論教學方式只能使學生被動接受知識，效果不好。因此針對本專業授課情況，該課程必須增加實驗教學環節，建立《電磁場與電磁波》實驗室，增設相關實驗設備，開展實驗教學。

由于與電磁場相關的實驗設備都很昂貴，與課程教學相結合的一些實驗很難展開，學生能做的實驗很少。而對于通信專業的學生來說，基本上都會使用MATLAB軟件，并且場與波的分析往往涉及復雜的繪圖和大量的計算，用MATLAB語言能夠直觀地模擬和展示各種電磁現象，并給出直觀清晰的圖像，更加形象、精確，可視性很強[4]。因此，將MATLAB仿真軟件引入到電磁場與電磁波實驗教學中，會幫助學生理解電磁場與電磁波的抽象理論。通過設計實驗教學內容，編寫實驗教學大綱，設計實驗學時，可以保證實驗內容與理論內容緊密結合，通過實驗對理論教學起到促進作用。比如，利用MATLAB仿真軟件可以繪制靜電場電位與電場強度分布曲線，均勻平面波的三維傳播模型等。

3 結語

在無線及衛星通信迅速發展，電磁應用越來越廣泛的背景下，課題組教師經過多年的不懈努力，《電磁場與電磁波》課程理論與實踐教學均取得了一定的成效，提高了學生分析問題和解決問題的能力，教學效果有了明顯改善。當然，在后續的教學過程中，還有許多工作需要進一步完善，我們將在今后的教學實踐過程中繼續改進。

參考文獻

[1] 趙杰，許麗.“電磁場與電磁波”課程教學研究[J].中國電力教育，2014（21）：10-11.

[2] 黃文，郝宏剛，羅元.《電磁場與電磁波》課程教學改革探討[J].素質教育論壇，2015（21）：6-7.

[3] 李紋霞.顛覆教師中心理念之教學策略[J].通識在線，2000（52）：18-20.

[4] 張量，孔勐，陳明生，等.《電磁場與電磁波》課程實驗教學研究[J].合肥師范學院學報，2013，31（3）：73-75.endprint