電磁場理論“1234”教學創新體系構建與實踐研究

梁蘭菊 閆昕 高珊 呂依穎

摘 ?要：針對電磁場理論教學中存在立德樹人融入課堂不充分、電磁知識抽象難理解、信息技術課堂應用少等痛點問題，基于OBE理念，構建電磁場理論“1234”教學創新體系，經過實踐教學，取得良好效果。

關鍵詞：電磁場理論;教學創新體系;實踐研究

中圖分類號：G642 ? ? ?文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）18-0026-04

Abstract： There are some problems in the teaching of electromagnetic field theory， such as insufficient integration of students in the classroom， difficult understanding of electromagnetic knowledge and less application of information technology. Based on the concept of OBE， the teaching innovation system of electromagnetic field theory "1234" is constructed.

Keywords： Electromagnetic Field Theory; teaching innovation system; practical research

國家“十四五”規劃明確教育將引領高質量發展，面對新時代，教育改革創新將面臨新挑戰與新要求。電磁場理論是電子科學與技術、電子信息等專業的基礎課，是國家“十四五”發展戰略新一代信息技術的基礎支撐課程。不少學者針對新時代教學創新體系構建進行實踐研究，黑龍江大學趙金波對高校“課堂冷漠”困境透視及對策分析，提出在教師教學中，正確處理教與學的關系對于提升課堂教學具有重要意義[1]。南京工程學院的田麗鴻等就課堂教學如何挖掘課程思政提出評價方案[2]。黑龍江大學于準提出“以學生為中心”建構雙螺旋教學模式取得良好效果[3]。作者針對課堂教學如何提高學生的創新能力從本科畢業論文、信息技術應用、教學科研一體化建設、線上線下教學等方面做了初步探索，取得一些成果[4-8]。電磁場理論作為電子信息等學科的重要專業課，電磁理論性強，邏輯性強，主要以教師授課為主，學生參與度低，信息技術不好融入教學，導致教學方法單一。在學生學習中，大量的高等數學知識應用使學生學習枯燥單一，再加上電磁場理論知識抽象難理解，導致學生學習難度加大，使電磁場理論成為兩難課程。為了適應新時代教學改革要求，必須對原有電磁場理論課堂教學模式進行改革實踐。在此背景下，電磁場理論“1234”教學創新體系構建與實踐探索取得較好效果，為電磁場理論課堂教學提供了一種教學改革方案。

一、構建教學創新體系

為了更好地突出課程教學改革過程中貫徹“以學生為中心”的教育理念，全面反映提升電磁場課程教學質量的創新思路、舉措、效果和反思，注重信息技術在課堂教學中的應用，電磁場理論教學團隊按照高校落實立德樹人根本任務，強化人才培養中心地位和本科教學基礎地位要求，基于OBE等先進教學理論，構建了“1234”課堂教學體系。

（一）構建一個中心

在電磁場理論課程教學改革過程中始終貫徹以學生為中心的教育理念，課堂教學形式由以教師為中心轉變為以學生為中心。將OBE等先進教學理念融入教學，由傳統的老師教什么向學生能夠學什么轉變，從關注內容到關注產出的轉變，教師從學習目標入手，思考學生學習完后能做什么，從而設置有針對性的教學內容。教學取得良好效果，培養了學生畢業后面向實際工作崗位的知識、能力和素養。但是，以學生為中心的教育理念還要始終貫徹下去，不是讓其存在于一堂課，而是貫徹到整個課程的教學過程中。

（二）圍繞兩個主體

在電磁場理論教學過程建立教師“教”與學生“學”雙主體創新課堂教學模式，教學觀念由教師以教為主轉變為學生以學為主。主次的變換，調動了學生學習的積極性，增加了學生主動探索知識的動機，也加強了在探索知識過程中的師生互動和思想碰撞。學生在自主學習過程中開拓了思路，激發了潛能，全面培養了學生的創新意識、實踐能力和綜合素質。但是，學生自主學習過程中由于學生的自律性和主動性層次不齊，學生習慣性地接受填鴨式的教學模式，面對解決復雜問題的不成熟性等都制約著以學生學為主的教學改革轉變，這還需要團隊教師下大功夫、下苦功夫做好角色轉變，切實形成學生以學為主格局。

（三）打通三個著力點

在教學過程中將信息技術、科教融合、校企合作與電磁場理論教育教學深度融合。利用學習通、釘釘、騰訊課堂、精品課程網站等信息技術分析電磁場理論學生課前和課中學習數據，對課堂教學精準管理和持續改進。將科研進展、科研項目、科研論文等融入課堂教學，提升學生由一般課本知識學習向高級知識深度廣度學習的轉變。強化電磁場理論課程教學與企業結合，邀請產業教授走進課堂，帶學生走進企業，課堂教學與企業深度融合，共同制定人才培育標準、共同完善人才培養方案、共同構建課程體系、共同開發教材更新教學內容、共同建設實習基地、共同組建教學團隊、共同實施培養過程、共同評價培養質量，建立全過程校企協同育人機制。三個著力點也是電磁場理論課程教學體系構建的特色點，經過三年的實踐，取得明顯效果，打造了區別于其他課程的體系亮點。但是，隨著時代的進步，先進的信息技術和科技創新不斷涌現，作為應用者，教師做好終身學習準備，不斷提升自身應用新的信息技術水平，提升自身掌握與授課內容相關的最新科技前沿和實際應用能力，不斷深入企業了解所需，拉近課程教學與信息技術、科技前沿、企業發展所需的最近距離。

（四）抓住四個層面

圍繞一個中心、兩個主體和三個著力點，抓住課堂教學在教學目標、教學內容、教學方法和教學評價四個層面構建全方位、立體式、多元化的人才培養體系。課程教學目標設定由傳授知識為主向提升能力為主轉變。教學內容與教學立德樹人根本任務，學校基于產教融合的“123456”應用型人才培養模式、“777互聯互通育人工程”深度融合;與新一代通信技術、集成電路科學與工程等新興學科，人工智能、大數據、B5G/6G等新興產業深度融合;與學習通、釘釘、騰訊課堂、精品課程網站等信息技術深度融合;與科研進展、科研項目、科研論文等深度融合;與企業開展“八個共同”深度合作。將信息技術、科教融合、校企合作三個著力點與教學內容深度融合，使教學內容“前沿頂天有創新，生活立地有應用，人文靈魂有精神結合”，全面提升教學內容深度和廣度，進而豐富教學內容，提高教學質量。教學方法由教師授課為主轉變為學生以學為主，教師采用參與式、研討式、啟發式等多種教學方法，應用信息技術、計算機仿真等多種教學手段，強化師生互動，學生形成自主學習習慣。教學評價由一次性評價轉變為注重過程性評價，將平時作業、小論文、課堂互動、實驗、校外實習、課程講座、課堂反饋等納入平時對學生的考核中。四個層面的構架在教學中取得較好的效果，但是，如何進一步提升學生高階能力沒有上限，會遇到教學瓶頸，教學內容“頂天立地”給教師提出了更高要求，教學方法多樣性在以理論為主的教學重如何深度應用，教學系統對學生評價方式的固化如何打破，都是需要去反思和解決的老問題和新問題。

二、解決三個教學痛點

（一）解決立德樹人融入課堂不充分問題

針對電磁場理論教學中重知識教學輕課程思政的痛點問題，電磁場理論教學團隊認真學習習近平總書記在全國教育大會上就教育改革發展提出堅持把立德樹人作為根本任務，把服務中華民族偉大復興作為教育的重要使命的重要論述。運用先進教學理念，優化教學目標，設計教學內容，將立德樹人作為教學根本任務，在電磁場理論教學中引導學生學習馬列主義、毛澤東思想、鄧小平理論、習近平新時代中國特色社會主義思想。讓學生掌握這些理論武器，扎根中國大地社會實踐，與人民群眾相結合。

（二）解決電磁知識抽象難理解教學痛點問題

電磁場理論理論性和邏輯性比較強，數學公式應用多，物理概念抽象難理解，這是教師教和學生學的痛點。采取以下方案：（1）在教學中引入MATLAB、CST等可視化計算軟件，將復雜的數學公式編程仿真通過圖形顯示出來;（2）將難以理解的電磁現象通過視頻播放出來;（3）通過實驗將電磁現象展示出來等方式解決教學痛點。

（三）解決信息技術課堂應用少等痛點問題

針對電磁場理論教學仍然沿用傳統教學模式，一本書、一個人、一堂課、一塊黑板的教學模式，未能體現與新一代通信技術、集成電路科學與工程等新興學科，人工智能、大數據、B5G/6G等新興產業深度融合，未能將先進的信息技術應用于教學等痛點問題，電磁場理論教學團隊采取以下方案：（1）將多媒體信息技術應用于課堂教學，解決電磁場理論教學中抽象的、看不見摸不著的電磁現象;（2）通過學習通、釘釘、騰訊課堂、慕課等線上學習了解學生課前學習狀況，依據數據設計課堂教學目標和環節，隨時比對課前數據和課中數據，做好教學安排等方式解決信息技術課堂應用少等痛點問題。

三、教學設計

（一）重構教學內容

打破原有電磁場與電磁波教學內容，以電磁場與電磁波課程知識邏輯重構教學內容，如講解電磁場的基本規律這一章，可以將基本知識部分梳理出來，如電磁守恒定律、庫倫定律等作為課前網上自學內容，并進行網上自測，激發學生課前預習的積極性。課堂內容根據學生網上自測進行內容重構，進行重新編排，學生都懂的就講快一點，學生存在的難點進行重點課堂講解，增加課堂測試檢測學生學習情況。課后布置文獻閱讀，拓展知識面。以上就是通過重構教學內容，實現教師學生教學內容的隨時調整，做到了有針對性，提高了學生學習的積極性。

（二）改革教學方法與手段

針對課堂教學存在教學內容單一、以教師為主，滿堂灌，學生參與少;學生參與實踐少;信息技術利用低等問題，必須加強教學方法與手段的改革。改革的總依據是“立德樹人”，以學生為中心，以培養電磁場與電磁波課程專業電子信息科學與工程、通信工程、光電科學與技術等專業高水平應用型人才為目標，應用OBE理念，以產出為導向。進行線上線下混合式教學改革，增加線上教學比例，減少線下教學比例，線上以學生自學為主，教師設置預習和思考的問題，進行初測。線下，教師圍繞目標、任務核心問題開展啟發式、討論式、項目式、體驗式、研究式等教學，以產出為導向。課后布置作業，教師進行線上答疑反饋學生學習成果，實現以教為主向以學為主轉變，實現以課堂為主教學向線上線下混合式教學轉變。

（三）改革考核評價方式

原有考核評價方式為“期末考試70%+考勤15%+作業15%”的傳統考核方式，傳統考核方式導致學生平時上課不注意聽講，下課抄作業，期末搞突擊，學生上課積極性不高。為了改變這種狀態，改革考核評價方式勢在必行。具體做法是根據線上線下的混合式教學安排，增加線上測試+線下測試+課堂聽講+文獻閱讀+小論文+學術報告+線上參與度等多方面的考核評價，使考核評價更加多元，注重學生過程考核。如在電磁輻射的教學中，增加小論文測試，讓學生讀天線方面的小論文，并總結提出自己的看法，以小論文或是集體匯報交流的形式進行考核，就能進一步激發學生的學習積極性。

四、效果和推廣應用

（一）信息技術廣泛應用于課堂教學，取得較好效果

增加視頻、動畫及計算機可視化展示，使抽象的電磁場理論課程可視化，讓看不見的電磁波通過視頻和圖像展現出來。如，在進行電磁波傳播授課時，教師用MATLAB編程數值模擬電磁波傳播的動畫，通過動畫展示，使看不見摸不到的電磁波通過動畫形式展現出來。在講解電磁波的極化這一節內容時，對于直線極化波、圓極化波、橢圓極化波的形成，課本上只是通過理論推導，通過數學公式進行展示，通過判斷相位角變化，數學方程的意義進行理解。在這節課中，教師通過應用MATLAB編程，通過設置振幅大小、頻率大小、改變相位差角實現對三種極化波的模擬，使抽象的三種波通過動畫展現出來。另外配火箭發射視頻，理解圓極化波的應用，現場通過調整半導體收音機天線理解直線極化波的應用。基于這一思想，《電磁波的極化》多媒體課件設計獲得教育部第十四屆全國多媒體課件大賽優秀獎;《光學實驗模擬軟件在多媒體課堂教學中的應用》獲校優秀教學成果二等獎、省物理教學技能大賽一等獎，得到了專家評委高度評價。利用釘釘、騰訊、學習通等線上教學平臺克服疫情，完成疫情期間電磁場理論授課任務，積累了教學經驗，進行了線上線下電磁場理論教學改革研究，教改成果《疫情期間“電磁場理論”線上教學實踐研究》發表在領域期刊。建設有電磁場理論校級精品課程網站，進行網上課程展示。網上教學資源的利用，大大拓展了教學空間，延伸了課堂教學內容，讓學生隨時隨地調閱資料并進行交流和互動，取得了較好效果。

（二）科教融合取得較好效果

延伸課堂教學內容，加強師生互動，將最新的科研成果融入課堂教學，引導學生應用所學知識，解決問題。構建了“四個一”科教融合體系，即學生在校期間，通過聽一場科研報告會、參與一項科研項目、參加一項科技競賽、發表一個科研成果等來開拓學生視野，提升學生創新實踐能力，增加師生互動。2018-2020年電磁場團隊教師指導學生參加了18個科研項目，68名同學獲得了各類科技競賽獎，其中2020年指導學生獲得第六屆省“互聯網+”大學生創新創業大賽銀獎。指導56名同學畢業論文，1名學生獲得省優秀畢業論文，2名同學獲得校級優秀畢業論文，學生發表科研論文10篇。《大學生科技創新能力培養模式探討》《基于科技競賽的大學生誠信實踐能力培養研究》《本科畢業論文寫作對學生創新思維能力培養探析》等教學改革成果發表在相關領域期刊上。三年的實踐探索，取得了較好效果，成績得到了同行專家和學生的認可。電磁場理論先后獲批校優質課程和精品課程;團隊教師獲得省黃大年式教學團隊1個;省教學名師1人;校教學名師1人;校教學質量獎3人次;校教師創新大賽一等獎1人;校青年教師教學優秀獎1人次。

（三）推廣應用

構建的“1234”課堂教學創新體系還應用于團隊教師校公共課大學物理的教學中，光電子技術、應用光學等課程的教學中。“1234”課堂教學創新體系對理工科課程授課具有整體普遍實用性，可以推廣到電子信息專業、通信工程專業、機械工程等專業課授課中，可以推廣到的學院達到13個，學生5 000余人，教師300余人。

五、結束語

針對電磁場理論課堂教學中存在的教與學的痛點難點問題，以學生為中心，將教與學有機集合起來，打造信息技術、科教融合、校企合作三個著力點，從教學目標、教學內容、教學方法和教學評價四個層面構建全方位、立體式、多元化的“1234”電磁場理論教學創新人才培養體系。解決了立德樹人不充分，難以將信息技術融入教學的教學單一狀況，學生覺得公式多、概念抽象難理解等難點。經過實踐教學，取得良好效果。

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