“新工科”背景下《電磁場與電磁波》教學新思考

梁快 胡順仁 鄭大青 李雙 劉偉

“摘要：“新工科”的建設與發展對高校工程教育的建設及發展提出了新目標，對專業課程教育提出了新要求。在新工科背景下，文章對通信工程專業課程《電磁場與電磁波》的教學改革進行了深入的分析與思考。首先，電磁場與電磁波應明確在通信工程人才培養方案中的定位，注重其在課程體系中銜接關系;然后通過仿真工具，克服解決電磁場與電磁波理論難點;其次，通過電磁場與電磁波工程應用及研究前沿分析，激發學生興趣，導出電磁波的基本特性和傳播規律;最后，強化教師雙師型培養，教師科研引入教學課堂，從而最終達到使學生在新工科背景下理解及掌握電磁場與電磁波基本理論規律。

關鍵詞：新工科;電磁場與電磁波;課程定位;教學改革;雙師培養

中圖分類號：T01? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）36-0128-02

Abstract： The construction and development of "New Subject" put forward new goals for the construction and development of Engineering Education in Colleges and universities， and put forward new requirements for professional curriculum education. Under the background of new engineering， this paper makes a thorough analysis and Reflection on the teaching reform of the course "Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave" for the major of electronic information. Firstly， the orientation of electromagnetic field and wave should be clearly defined in the training program of electronic information talents， and the connection between them should be emphasized in the course system; then， the theoretical difficulties of electromagnetic field and wave should be overcome by means of simulation tools; secondly， the students'interest should be aroused through the application and research frontier analysis of electromagnetic field and wave engineering. Finally， we should strengthen the training of double-qualified teachers and introduce scientific research into the classroom， so that students can understand and master the basic theory of electromagnetic field and electromagnetic wave under the background of new engineering.

Key words： new engineering; electromagnetic field and electromagnetic wave; course orientation; teaching reform;double division training

1 概述

自從2017年2月教育部在復旦大學發布了《新工科建設復旦共識》[1]，要求地方高校根據地方區域經濟發展需求，結合本地企業技術創新要求，根據各行業對專業人才需求的實際發展狀況，結合學校的本地資源和自身社會優勢，深化產學研合作，加強校企協同合作達到強化學生的創新創業能力，培養具有行業背景知識及工程實踐的應用型和技術型人才[2，3]。新工科背景下，通信工程專業以“厚基礎、寬口徑、高素質”為培養目標，既有扎實的基礎理論、較強的計算機和外語應用能力，熟練掌握通信與信息系統、信息處理和通信網絡等方面的專業理論和工程技術，又具備在信息與通信工程領域從事科學研究，工程設計，設備制造、運營和維護和管理工作，具有一定創新精神和研發能力的高素質應用型人才。這需要在通信工程專業人才培養方案、課程體系及課程建設中進行相應的變革。針對新工科對地方應用型高校人才培養提出的新要求，通信工程專業的傳統課程電磁場與電磁波，如何改革發展來適應新形勢的變化呢？

2 電磁場與電磁波課程教學改革思考

在通信工程專業課程建設中，電磁場與電磁波作為傳統通信工程專業的一門核心基礎課程，為適應新工程對人才培養的需要，培養適應新工科人才要求的具有行業背景知識及工程實踐的應用型和技術型人才，我們從課程在培養體系定位、課程教學仿真、課程工程應用和教師雙師培養等四個方面進行了分析與探索。

2.1 明確課程體系定位，注意前后銜接課程

地方高校專業建設的課程體系建設定位中應以緊密結合新工科建設主線，以“大國工匠”精神，以地方綜合性高校創新創業平臺為依托，緊緊圍繞國家對高校教育立德樹人的根本要求，建立多元協同的產學研結合的創新創業的人才培養體系。通信工程課程體系建設，以及電磁場與電磁波課程在通信工程專業中的定位，都應圍繞新工科人才培養要求的人才培養體系來構建[4]。根據新工科人才培養要求及工程教育認證要求，我校通信工程專業課程體系分為了通識教育類課程、公共基礎類課程、專業類基礎課程、專業核心類課程、專業方向類課程及專業實踐類課程等六大類課程體系。從通信工程課程體系結構中可以看出，電磁場與電磁波定位為通信工程專業類基礎課程，建立在公共基礎類課程平臺基礎之上，它的前續課程為高等數學、普通物理、電路、模擬電子技術。同時電磁場與電磁波為專業核心類課程、專業方向類課程及專業實踐課程提供相應的理論支撐，其后續課程為微波技術、移動通信、光纖通信、射頻技術等。電磁場與電磁波主要講述電磁波與天線的基本概念、理論，掌握基本分析方法，同時培養正確的思維方式，提高分析問題的能力，對通信工程專業人才培養起到相當支撐作用。因此在通信工程專業課程建設和教學中，讓學生了解電磁場與電磁波在通信工程專業課程體系中的重要地位、承前啟后作用，會激發學生的主觀能動性、重視程度及學習動力。

2.2 通過仿真實踐工具，解決抽象理論難題

電磁場與電磁波的理論分析及計算涉及較為復雜的數學物理知識，而地方性高校學生進校之初要比985，211等高校基礎要低，進入地方性高校后也由于不同原因造成通信工程專業學生的高校數學、普通物理基礎不是太牢。從學校歷年通信工程專業學生學習電磁場與電磁波的反饋來看，多數學生感覺難學的原因主要是電磁場與電磁波的需要較高的數學物理知識的同時，不直觀、抽象難懂也是另一個重要的原因。為解決這兩方面難題，通過引入MATLAB/ANSOFT MAXWELL等仿真實驗工具[5]，針對電磁場與電磁波存在的數學物理方面的公式，我們可以通過MATLAB及MAXWELL仿真軟件來實現，仿真軟件工具能夠直觀地實現各種電磁理論的計算及分析，模擬各種復雜的電磁問題及現象，如通過仿真工具直觀地觀察具體的靜電場、靜磁場以及時變電磁波的電磁場分布等問題，使電磁理論更加形象直觀，使抽象的理論顯得簡易明了、清晰易懂。同時，借助仿真工具，可以探索未知的、復雜的電磁問題，用電磁場與電磁波仿真結果來指導電磁場與電磁波的科學研究及應用，如通過仿真軟件研究高頻電路中的電磁干擾與電磁兼容問題，這些問題難以用簡單的數學手段加以解決，但電磁仿真軟件工具可以形象的分析其可能存在的復雜電磁問題并用于工程實踐，這樣能大幅度地提高學生的興趣及通過仿真驗證的動力。

2.3 以工程應用為抓手，導出電磁基本規律

新工科要求學生從工程應用出發，運用通信專業基礎理論解決工程中的實際問題[6]。但多數教師在授課過程中主要從電磁基本理論出發去分析靜電場、恒定磁場及時變電磁波基本現象及問題，與實際工程應用結合較少，這造成電磁理論與工程實際有較大的脫節現象，使學生在理解電磁理論上感覺抽象，不接電磁波工程應用的地氣。針對這一較為普遍存在的問題，在授課過程中，以工程應用為抓手，首先針對課程中的每一個基本知識點，與傳統的工程應用結合，在應用中把握電磁基本理念。如在靜電場中，電容就是一個典型的真空中的靜電場及介質極化現象的典型運用，從電容的基本定義，通過針對具體電容的電磁計算，從計算中去把握電壓電位與電場強度，電場強度與電能密度、真空中的靜電場基本方程、極化后的極化強度與極化后的靜電場基本方程等相關靜電場基本理論及計算方法;通過恒定磁場中的電感、時變電磁場中的法拉第電磁感應定律等工程問題，解決電磁場與電磁波中一個個理論點與工程應用的結合問題。另一方面，針對近年來在通信中的電磁場與電磁波應用研究熱點，與基本電磁波理論結合，促進學生的學習及研究興趣。如在當今的第四代、第五代移動通信中無線寬帶接入、多天線陣列、電磁兼容及電磁對抗存在很多理論研究應用分析應用難點，吸引了大批科學家、工程應用人才的參與。但上述熱點仍然包含電磁場與電磁波中的基本理論中，在教學課堂上可以對上述電磁問題簡單分析，讓學生對電磁研究前沿有一定把握，同時，更要讓學生對上述熱點的電磁問題理論難點及研究方向有一定的基本了解。通過上述兩方面的電磁理論及工程問題的結合學習，使學生從工程問題的分析中體驗電磁場與電磁波的理論內核，激發學生學習熱情。

2.4 強化教師雙師培養，科研引入專業課堂

新工科需要高校、科研機構及企業打造工程教育共同體，推進產學研一體化合作、科研教育協同合作，鼓勵相關行業的公司企業參與及滲透到高等學校專業教育及專業教學各個環節中，促進高校人才培養緊密結合各行業產業的需要及發展趨勢[7-8]。但由于高校存在行業、地域、優勢學科的差異化，各行業企業高校人才培養的要求、企業對人才的需求的特殊性，高校的人才培養過程往往較難與企業實現長期的匹配與對接，造成高校、研究機構與企業的工程教育共同體難以實現，產學研一體化在一定程度上難以在全國所有高校完全推廣。針對這一難題，學校通信工程專業教師結合與中國通信行業企業龍頭之一的中興通信公司共建第四代移動通信實驗室的良機，利用中興通信公司的培訓教育平臺，每年選派年輕教師參加移動通信相關培訓及合作，強化教師雙師培養，使專業教師掌握通信工程應用前沿的同時，也對無線通信、微波通信、光通信領域有較為深入的把握，專業教師在教授電磁場與電磁波理論課程過程中能把在中興通信等相關通信企業的電磁理論工程應用及發展前景展現與課堂。同時，教師在課程教學過程中發現及引導對電磁場與電磁波學習有極為濃厚興趣的學生，引導他們參加學校教師的電磁場與電磁波方向相關的研究及工程應用課題，如射頻技術、雷達等課程。另外，讓參加科研及應用研究的學生，引導專業其余學生了解其從事的電磁場與電磁波的研究及應用，促進學生對電磁場與電磁波學習興趣。

3 結束語

總之，面對新工科時代，對電磁場與電磁波教學提出了新的教學變革要求。針對新工科對學生工程能力、創新創業能力的要求出發，對電磁場與電磁波在通信工程專業定位及通信行業需求進行合理的定位，加強教師能力的培養，改變傳統的教學方式，加強新手段、新方法在教學中的應用及學生科研及工程能力培養，全方位的提高學生素質、學習能力、工程能力及創新能力，最終達到學生學以致用、對學習產生濃厚興趣，以提高教學質量，培養對國家有用的人才。

參考文獻：

[1] “新工科”建設復旦共識[J]. 武漢： 高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

[2]? 吳愛華，侯永峰，楊秋波，等.加快發展和建設新工科，主動適應和引領新經濟[J]. 武漢： 高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[3]? 陳濤，邵云飛.《華盛頓協議》：內涵闡釋與中國實踐——兼談與“新工科”建設的實質等效性[J]. 重慶：重慶高教研究， 2018（1）：56-64.

[4]? 蔡立晶，尚廷義，耿曉琪，孟艷君.“電磁場與電磁波”課程在通信工程專業教學改革的探討與研究[J]. 石家莊：教育教學論壇，2017（4）：115-116.

[5]? 唐紅艷，駱無窮. CDIO 模式下的電磁場與電磁波教學改革探索[J]. 北京：教育現代化，2017（2）：88-90.

[6]? 蔡立娟，陳宇. 電磁場與電磁波優秀課建設的研究與實踐[J]. 石家莊：教育教學論壇2016（4）：118-119.

[7]? 胡學寧. 電磁場理論課程教學多角度探索[J]. 石家莊：教育教學論壇，2017（10）：180-181.

[8]? 周守利，薛林林，郭淑琴，覃亞麗. 電磁場與電磁波課堂教學融入科研內容的實踐[J]. 齊齊哈爾：高師理科學刊， 2017（9）：98-99.

[通聯編輯：王力]