新工科背景下《電磁場與電磁波》課程模塊化教學探索

黃 文 譚 菲 尹 波 羅 偉

(重慶郵電大學光電工程學院 重慶 400065)

“新工科”是為了應對新一輪科技革命與產業變革，而提出的工程教育改革方向，從而支撐服務創新驅動發展等一系列國家戰略。“新工科”是以立德樹人為引領，通過繼承與創新、交叉與融合、協調與共享等方式，培養出滿足未來新產業新技術需要的，具有實踐創新能力、動態適應能力、高技能高素質的交叉復合型科技人才。與傳統工科相比，“新工科”更加強調學科的實用性、交叉性與綜合性，不同學科知識的繼承與創新、交叉與融合、協調與共享[1]。因此，在新工科建設背景下，如何使傳統課程適應新工科發展的需求成為一個亟待研究的問題。

《電磁場與電磁波》課程是高等院校通信工程、電磁場與無線技術、電子科學與技術、自動化等專業的必修課程之一，屬于電磁場與無線技術、電子科學與技術等專業的專業基礎課程。而《電磁場與電磁波》課程的教學往往是以教師為中心，教學模式相對單一，課堂以“灌輸式”教學方法為主，學生被動地接受知識灌輸，學習的主觀性較差，對課程興趣度較低。因此，傳統的教學過程已經無法滿足新工科發展的需求。由于學生的知識結構與學習能力的差異性，采用的教學方法與教學手段也應多樣化[2]，否則將難以實現知識、能力與素質三位一體化培養[3]。因此，對《電磁場與電磁波》課程進行教學改革，采用創新教學模式顯得十分必要。在《電磁場與電磁波》課程教學實踐過程中嘗試采用模塊化教學模式，將有利于更深入開展模塊化教學研究，有助于提高《電磁場與電磁波》課程的教學質量。

一、模塊化教學模式實踐

模塊化教學模式貫穿于《電磁場與電磁波》課程中，同時結合多種教學方法，如案例教學法，小組討論等，層次化、模塊化構建教學內容。首先，研究教學內容的內在聯系，將《電磁場與電磁波》課程教學所有環節劃分為知識模塊、能力模塊與素質模塊，這三個模塊相互關聯、有機融合。

在知識模塊中，首先將課程內容劃分為五大部分：矢量分析、靜電場、靜磁場、時變電磁場、平面電磁波。同時，把每部分內容統籌整合并劃分為若干相對獨立的知識點。把知識點總共劃分為三種類型的知識：基礎科學知識、核心工程基礎知識和高級工程基礎知識。以靜磁場部分為例，基礎科學知識包括靜磁場的基本公理、靜磁場的邊界條件、磁化強度計算。核心基礎知識包括矢量磁位法及應用、畢奧薩伐定理及應用、磁能的計算。高級工程基礎知識包括電感器自感和互感的計算。將知識模塊進行分塊處理，有助于實施模塊及知識點的精講，以求把每種類型的知識點都講精、講透、講好，并且有利于課程體系的優化。

在課堂授課環節，教師講解完一個或兩個知識點后，借助智慧教學工具如“雨課堂”平臺等將題目推送給學生，進行現場測試，測試內容為一至兩道選擇題，檢測學生對知識點的掌握情況，促進學生對知識點的掌握。

能力模塊著重培養學生的工程推理和分析解決問題能力、知識的遷移能力、系統思維能力、交流能力等。能力模塊為知識模塊中某些知識點的拓展和應用部分，屬于比知識模塊更高級的偏實際應用的模塊。如在知識模塊里關于鏡像法的內容，有鏡像法的依據，鏡像法原理、簡單問題的鏡像法的計算。但對復雜問題的鏡像法應用，需要較為綜合的知識，則屬于能力模塊的部分。教師講授這部分內容時，先讓學生分小組自行討論和分析，然后教師加以啟發和點撥，引導學生對已有的知識進行遷移和拓展，最后進行講解和知識點的歸納。通過能力模塊，促進學生對知識的理解和掌握，實現創新拓展能力的提升。

素質模塊是從實際工程應用出發，培養學生的工程視野、職業道德和人文情懷等。對于近年來電磁研究熱點及前沿，如電磁輻射與電磁污染、多天線陣列、電磁兼容及電磁對抗等，這些熱點雖然存在很多理論研究和分析應用的難點，但仍然屬于電磁場與電磁波的基本理論的研究范疇。具體的實施方法為：教師將這些案例與基本電磁理論相結合，提煉出基本的電磁問題，在課前預習環節推送給學生，給學生預留時間進行文獻查找。在課堂授課時安排時間，讓學生進行討論和分析，然后進行匯報。教師最后加以點評和簡單講解。通過電磁理論及工程問題的結合，使學生對電磁研究前沿及熱點有一定把握，對電磁問題的理論難點有一定了解，同時激發學生學習熱情和研究興趣。

二、結束語

為適應新工科背景下培養創新型人才的要求，本文探索了《電磁場與電磁波》課程的模塊化教學模式，將教學內容劃分成知識模塊、能力模塊和素質模塊，并討論了具體的實施方法。實踐證明，模塊化教學模式，有利于課堂教學的優化，激發學生學習興趣，提高教學質量，培養學生工程視野和創新思維。