“互聯網+”與“新工科”背景下混合式教學研究與實踐

賈雁飛，陳廣大，趙立權

摘要：為使本校電子信息專業課程課堂教學能夠全面貫徹新工科教育和工程教育專業認證思想，使得教學效果能夠滿足社會對人才能力的需求，在互聯網+和新工科的背景下，提出構建了以學生為中心，能力培養導向的高校信息類專業課程教學模式，并將其應用于電磁場與電磁波課程的教學中。新教學模式更強調對學生綜合能力的培養，全面提高學生的獨立思考能力、學習能力、分析問題和查找問題的能力。新教學模式在實踐的過程中受到同學的廣泛好評，極大地提高了學生的學習興趣，學生主動提出問題的頻率明顯得到提高，學生的思維更加活躍。

關鍵詞：互聯網+；新工科；教學模式；信息類；教學模式

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）35-0125-03

1 引言

新工科教育已成為我國實現“中國制造2025”國家戰略中最重要的人才戰略，通過全面實施和推進新工科教育，有利于培養具有較高創新創業能力的人才，更好地適應新經濟對于人才的綜合素質與能力需求[1-2]。電子信息類專業課程具有內容多、抽象難懂、理論性強、數學計算較多、學習難度大的特點[3]。此外，隨著科技的不斷進步，電子信息知識不斷更新，社會越來越需要綜合創新型的電子信息類專業人才，而培養創新型人才首先要培養學生的自主學習能力。在《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》中也指出“提高自主學習時間比例，引導學生多讀書、深思考、善提問、勤實踐” [4]。因此，如何在有限的學時內，保質保量地完成教學任務的同時，更好地培養學生的學習能力和創新能力已成為一大難點。

傳統教學模式很難培養學生具有新工科所提出的能力要求，現有《電磁場與電磁波》課程大部分的課堂教學都采用教師講授為主的方式，任課教師在講臺不停地講授，只為把書本知識傳授給學生，學生在臺下不停地記筆記，只為把教師講授的課本知識記牢。在講的過程中，學生沒有機會進行任何提問，只有在教師偶爾給學生留出提問時間的時候才可以提問，有時學生即使有問題，也由于種種原因而未能提問。這種教學模式無法很好地培養學生主動思考、主動提問、主動分析問題的能力以及主動質疑和主動解決問題的能力[5-6]。為此，本文提出了以學生為中心，能力培養導向的高校信息類專業課程教學模式。

2 教學模式改革

為了引導學生養成自主學習的習慣，培養學生自主學習能力和創新能力，為終身學習打下基礎，構建了以學生為中心、學習能力和創新能力培養為導向的高校信息類專業課程教學模式，教學新模式如圖1所示，圍繞學生學習能力和創新能力的培養開展教學活動。

課前，教師首先通過“雨課堂”線上教學平臺上傳本課程的預習資料并布置相應的預習作業、測驗和專題討論。然后，學生通過訪問該教學平臺自主學習課程的預習資料并完成相應的預習作業、測驗和專題討論 ，學生通過此過程達到熟悉新知識的目的，并將自己在預習過程中發現的問題通過師生交流互動、評論等方式及時反饋給教師。最后，教師查看學生對課程的預習情況及時掌握學生對新知識的熟悉和吸收程度，并以此為主要依據設定教學目標和教學內容。

課中，教師以問題為驅動，針對教學內容的重點和難點設計相應問題讓學生獨立思考，學生帶著問題進行自主學習，通過自有分組形成討論小組，對教師提出的問題進行交流、分析和討論，最后形成組內統一的結論匯報給教師。通過此過程教師較好地掌握了學生的自學收獲以及仍然存在的疑惑，教師能夠有針對性地為學生答疑解惑，幫助學生理清了知識點。課后，教師通過課前和課中掌握的學生的學習情況，布置課后作業、主題討論和章節測驗，學生通過完成教師布置的課后任務能夠更準確地掌握自己的在學習上的不足和有待提高的方面，同時，教師也能夠及時掌握學生還有哪些知識點沒有掌握牢固，從而及時調整和完善教學方式和教學思路，形成良性的教學過程，達到較好的教學效果。

3 優化教學內容

針對高校信息類專業有一部分學生今后畢業會從事電磁兼容和微波通信相關工作，對現有《電磁場與電磁波》課程相關內容進行了調整。

3.1 原有授課內容調整

原有電磁場與電磁波課程重點講授電荷守恒定律、真空中靜電場的基本規律、真空中的恒定電磁場的基本規律、電磁感應定律和位移電流、麥克斯韋方程組以及靜電場分析、恒定磁場分析等電磁場的基本規律和靜態電磁場分析等內容，受學時限制影響，對于電磁波方面的內容講解得較少。然而電子信息和通信工程專業今后學習專業課程知識需要掌握更多的是電磁波方面的內容[5]，為了更好地解決學時有限和需要的授課內容較多的問題，課程組對現有授課內容進行了調整。弱化電磁學基本定理定律的相關推導，課上重點講授如何利用電磁學基本定理去解決電磁問題，降低電磁學內容授課學時。同時，為了彌補壓縮電磁學授課學時，弱化公式推導的問題，針對公式推導過程錄制了完整的教學視頻，并將教學視頻上傳至基于雨課堂的數字化教學平臺，為學生提供學習幫助。增加了均勻平面波在導電媒介中的傳播、電磁波的極化、均勻平面波對分界平面，多層介質分界面和理想理想介質平面的垂直入射等均勻平面波在空間中的傳播、反射和投射等內容的學時，同時增了導向電磁波和電磁輻射等內容，電磁場相關內容16學時，電磁波相關內容32學時，更側重電磁波方面的知識講解，為后續學習通信系統專業課程奠定基礎。

3.2引入案例教學

理論與實際相結合，注重講解重點理論內容與實際生產生活緊密結合的案例[6]。例如，在講解電磁波的反射與投射部分理論內容時，可以給學生講解其在微波屏蔽室中的應用原理，因為理想導體內部沒有場，電場只能分布在理想導體外表面上，所以微波屏蔽室外表面由理想導體構成，同時，微波屏蔽室對其導體外殼的厚度也有嚴格的要求，這里應用到趨膚效應的原理，對于不同的金屬導體，電磁波入射其表面時，能夠在導體中傳播的距離不同，只有知道了導體的趨膚深度，才能知道設計的導體外殼的厚度達到多少，才能達到屏蔽電磁波的目的。也可以引入大多數家庭里的常用家電微波爐的工作原理，這里也應用了電磁波的傳播特性和趨膚效應原理，可以給學生講解為什么金屬容器不能放進微波爐加熱，會發生什么現象，而食物可以用微波爐加熱的原理。

3.3 引入前沿科技成果

引入與本課程相關的國內前沿科技發展成果，例如，神舟十三號載人航天器應用到的與本課程相關的原理和技術。將我國5G通信技術發展和國際地位以及我國北斗衛星通信技術引入到電磁場與微波課程教學中，5G通信和北斗衛星通信都是以微波通信為基礎，因此在講授麥克斯韋方程實際應用中，側重講解微波頻段的電磁波傳播原理、特性及相關案例，以5G通信和北斗衛星通信為例，介紹麥克斯韋方程如何影響通信技術的發展。

3.4 融入課程思政元素

高校人才培養的根本任務是教書育人，因此在教書的同時更要達到育人的目的[7-8]。課程思政不應只存在于思政課程中，專業課程更應合理適度地引入思政元素。例如，在《電磁場與電磁波》課程中，以華為為例介紹我國通信技術的發展心路歷程，我國衛星定位技術的發展歷程和北斗衛星通信技術的先進性，引導學生要具有科研精神，做任何事情要懂得“貴在堅持”，不能半途而廢。增強學生對專業的認同感和民族自豪感，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，在講授知識的同時，以潤物細無聲的方式將理論知識和思政內容融于實際，達到學以致用和立德樹人的教學效果。

4豐富線上教學資源

隨著網絡技術的發展，為學生課下學習提供了新的渠道[9]，課題組充分利用雨課堂平臺構建了線上教學平臺，并根據《電磁場與電磁波》課程新教學模式的要求，制作了《電磁場與電磁波》課程多媒體課件、作業、習題庫和試卷庫等教學資源，并通過多渠道搜集到浙江大學等國家級精品課《電磁場與電磁波》的教學視頻，根據授課需要對其進行篩選，選擇了48個視頻的授課內容，并將其上傳到《電磁場與電磁波》課程線上教學平臺上，供學生課下學習參考，為學生自主學習和知識的擴展提供幫助，同時也擴展了學生學習的時間和空間，從而提高教學和學習效果。由于現有精品課教學視頻資源都是整堂課的錄制，可以看作是課堂授課的翻版，雖然對學生課后學習有一定的輔助作用，可是由于視頻一般都是45分鐘，同學需要快進視頻查找自己需要學習的視頻，對于學習動力不足的同學，不容易被接受。短視頻盛行的今天，學生更愿意接受教學短視頻。為此，本課題組還對電磁場與電磁波課程重點和難點知識進行了梳理，并以電磁場與電磁波課程的重點和難點為依托制作了授課微視頻，每個授課微視頻時長控制在5分鐘以內，每個視頻僅包含一個知識點，并且以知識點對視頻進行命名，并將視頻上傳至網絡教學平臺，目前已制作短視頻117，學生對短視頻的觀看量遠遠超過傳統45分鐘授課視頻的觀看量，授課短視頻時間段，內容精練，針對性較強，學生很容易找到自己所需要的教學視頻資源，而且便于利用零碎時間進行學習，授課短視頻受到同學們的一致好評，今后課程組將抽出更多的時間，制作更多的電磁場與電磁波課程授課視頻。

5 結論

本文結合高校信息類專業工程技術發展需求以及新工科教育要求，提出了構建適用于信息類專業課程的教學模式，新教學模式以學生為中心，教師引導學生通過自學部分內容，掌握適合自己的學習方法，學會獨立分析問題和解決問題，進而更好地培養學生的學習能力和創新能力。此外，還結合新教學模式特點，對課程內容和線上教學資源進行了優化，提高學生學習和課程教學質量，更好地培養出能夠適應社會發展需求的高校信息類技術人才。

參考文獻：

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[7] 劉彥辰.課程思政在工業工程專業生產實習中的實踐[J].吉林化工學院學報，2021，38（12）：1-4.

[8] 涂慶皓.高校思政課教師線上教學改革的三維思考[J].吉林化工學院學報，2021，38（12）：29-33.

[9] 張霖，楊樹臣，于德壯.新工科視角下的信息化教學模式探索[J].實驗室研究與探索，2020，39（6）：211-213.

【通聯編輯：王力】