新工科背景下電磁場與微波技術(shù)課程教學(xué)改革探究

柴永強，彭媛

（貴州師范大學(xué) 大數(shù)據(jù)與計算機科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽 550000）

在新工科工程教育改革背景下[1]，隨著無線通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對新時代復(fù)合型創(chuàng)新型人才的需求急劇增加。面對新工科立德樹人的新要求，肩負人才培養(yǎng)重任的高等院校秉持常規(guī)教學(xué)理念已經(jīng)不能滿足新時代發(fā)展的需求。

電磁場與微波技術(shù)課程作為電子通信類專業(yè)的核心課程[2]，橫跨電磁場理論、微波射頻電路、高等數(shù)學(xué)、數(shù)學(xué)物理方程、復(fù)變函數(shù)與積分變換等專業(yè)基礎(chǔ)課程，具有學(xué)科交叉性強、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)復(fù)雜、基本概念抽象等特點，對學(xué)生邏輯思維和空間想象能力的要求較高[3]。基于以上課程特點，部分學(xué)生存在理解、記憶困難，對基本概念掌握不牢，學(xué)習(xí)興趣不強，積極主動性不高等問題[4]，導(dǎo)致工程實踐創(chuàng)新能力不強，在一定程度上直接影響專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

如何改變電磁場與微波技術(shù)課程的常規(guī)教學(xué)理念，深入挖掘?qū)W生的學(xué)習(xí)潛能，提升學(xué)生工程實踐創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出符合國家戰(zhàn)略發(fā)展需求、順應(yīng)時代潮流的新工科創(chuàng)新型卓越工程人才，是一個值得深入研究的課題。

1 電磁場與微波技術(shù)課程常規(guī)教學(xué)方法存在的問題

（1）專業(yè)教師課程思政能力不強。受專業(yè)領(lǐng)域和研究方向限制，在常規(guī)教學(xué)授課過程中，教師難以把課程思政元素和專業(yè)授課內(nèi)容緊密聯(lián)系在一起[5-8]，難以提升學(xué)生的人文道德素養(yǎng)，很難完成立德樹人這一根本任務(wù)。

（2） 學(xué)生理論和實踐脫節(jié)，不能融會貫通和學(xué)以致用。在常規(guī)教學(xué)過程中，課程體系陳舊，教師按照教學(xué)大綱授課，對于復(fù)雜的理論推導(dǎo)過程和抽象的電磁場概念未形象化展示，導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容枯燥乏味、晦澀難懂，難以提高學(xué)生的理論綜合能力和創(chuàng)新實踐能力[9-11]；實驗環(huán)節(jié)大多數(shù)是驗證性實驗，學(xué)生對理論知識的深層次思考和運用能力嚴重不足。

（3）電磁場與微波技術(shù)課程教學(xué)模式與學(xué)科前沿脫節(jié)，隨著科技的快速和知識的快速更新迭代，閉門造車式的教學(xué)方式與企業(yè)實際需求不匹配[12-14]。學(xué)生很少關(guān)注學(xué)科的最新前沿發(fā)展動態(tài)，更不了解企業(yè)和產(chǎn)業(yè)對人才的實際需求。

2 電磁場與微波技術(shù)課程教學(xué)改革探究

如圖1 所示，針對常規(guī)教學(xué)方法中存在的問題，本文基于電磁場與微波技術(shù)課程，從以下3 個方面開展課程教學(xué)改革研究。（1） 構(gòu)建以課程思政為引領(lǐng)的教學(xué)效果評價機制，以教風(fēng)促學(xué)風(fēng)，落實立德樹人根本任務(wù)。（2）以LabVIEW 虛擬化儀器仿真實驗教學(xué)平臺為依托，通過虛擬仿真實驗，構(gòu)建理論知識和教學(xué)實踐相融合的教學(xué)體系，使教學(xué)形式多樣化、形象化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促進學(xué)生實驗實踐能力的提升，啟發(fā)學(xué)生的開放性創(chuàng)新思維。（3）以產(chǎn)教融合的校企協(xié)同課程培養(yǎng)模式為抓手，通過產(chǎn)教融合、資源共享，為社會培養(yǎng)“精益求精、追求卓越”的一流新工科人才。

圖1 電磁場與微波技術(shù)課程教學(xué)改革研究思路

2.1 構(gòu)建以課程思政為引領(lǐng)的教學(xué)效果評價機制

如圖2 所示，以課程思政為引領(lǐng)的教學(xué)效果評價機制從如下3 個方面展開。首先，教師從師德師風(fēng)建設(shè)、價值導(dǎo)向和電磁場與微波技術(shù)課程課堂實施效果三個維度進行自評，引領(lǐng)學(xué)生具有家國情懷、提升人文道德素養(yǎng)。通過構(gòu)建師生雙向動態(tài)反饋機制，為提高電磁場與微波技術(shù)課程教學(xué)效果做鋪墊。其次，針對學(xué)生反饋的問題，教師認真反思不足，結(jié)合電磁場與微波技術(shù)課程特點與教學(xué)目標，不斷豐富課程思政元素的內(nèi)涵與外延，全面優(yōu)化教學(xué)設(shè)計方法，達到“隨風(fēng)潛入夜，潤物細無聲”的育人效果。最后，教師在課程思政元素挖掘、教學(xué)方法選擇、教學(xué)過程設(shè)計等方面進行深入探究，通過“評價—反思—改進”的技術(shù)路線，以教風(fēng)促學(xué)風(fēng)，加強思政元素與專業(yè)知識的深度融合，推動教師思政育人能力不斷提升，促進學(xué)生人文道德素養(yǎng)持續(xù)提高，完成立德樹人根本任務(wù)。

圖2 以課程思政為引領(lǐng)的教學(xué)效果評價機制

2.2 構(gòu)建基于LabVIEW 的虛擬化儀器仿真實驗教學(xué)平臺

結(jié)合電磁場與微波技術(shù)課程學(xué)科交叉性強、理論推導(dǎo)煩瑣、基本概念抽象以及學(xué)生動手實踐能力差等突出問題，本文以培養(yǎng)工程實踐能力為核心，結(jié)合貴州師范大學(xué)現(xiàn)有的軟硬件教學(xué)條件和實際教學(xué)情況，聯(lián)合中國電子科技集團四十一所，構(gòu)建基于LabVIEW 的虛擬化儀器仿真實驗教學(xué)平臺，以拓展學(xué)生創(chuàng)新思維，提高學(xué)生工程實踐素養(yǎng)。

通過形象、直觀的LabVIEW 虛擬儀器仿真實驗教學(xué)，使電磁場與微波技術(shù)課程資源更加豐富，使學(xué)生充分使用虛擬仿真資源，掌握先進的專業(yè)測試儀器(矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、示波器、頻譜分析儀等)的使用方法和實驗研究方案，突破常規(guī)抽象、晦澀的課堂授課模式的限制。如圖3 所示，構(gòu)建LabVIEW 虛擬化儀器仿真實驗教學(xué)平臺的優(yōu)勢有如下幾點。（1）通過LabVIEW 虛擬儀器實驗演示系統(tǒng)，讓學(xué)生更加形象、直觀、生動、有趣地觀測到電磁波的傳輸模式，更深層次地理解電磁波的工作機理，使學(xué)生在實驗中形成深刻的感性認識，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。（2）通過LabVIEW 虛擬儀器實驗操作系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實踐技能，從而提高歸納、演繹邏輯思維和工程實踐創(chuàng)新水平。同時，由于安全可靠的平臺環(huán)境，相對于常規(guī)教學(xué)實驗，可以規(guī)避意外風(fēng)險造成的儀器設(shè)備損壞，為學(xué)生提供更多的試錯機會，鼓勵學(xué)生勇于探索、大膽嘗試，充分發(fā)揮想象力。（3） 利用LabVIEW 虛擬儀器仿真實驗平臺可以打破時間和地域限制，使學(xué)生隨時隨地通過云平臺客戶端進行遠程在線實驗，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源共享，學(xué)習(xí)方式更加靈活高效。

圖3 虛擬化儀器仿真實驗平臺優(yōu)勢

2.3 構(gòu)建產(chǎn)教融合的校企協(xié)同課程培養(yǎng)模式

在新工科工程教育理念的引導(dǎo)下，緊密聯(lián)系人才強國戰(zhàn)略，依托校企聯(lián)合課程培養(yǎng)模式，實現(xiàn)校企優(yōu)勢互補、強化協(xié)同。高校邀請企業(yè)工程師走進電磁場與微波技術(shù)實驗課堂，形成產(chǎn)學(xué)研協(xié)同效應(yīng)，培養(yǎng)“精益求精、追求卓越”的新工科一流人才。

校企協(xié)同“三位一體”課程培養(yǎng)模式如圖4 所示。（1）以產(chǎn)業(yè)需求推動電磁場與微波技術(shù)課程改革，充分發(fā)揮校企聯(lián)合優(yōu)勢，建立校企聯(lián)合實驗室，完成教學(xué)成果轉(zhuǎn)化。（2） 以舉辦校企聯(lián)合工程培訓(xùn)促進教學(xué)實踐，使學(xué)生能夠?qū)㈦姶排c微波技術(shù)課程理論知識應(yīng)用到具體的工程實踐中，學(xué)以致用。（3）通過資源共享建立豐富的教學(xué)資源庫，構(gòu)建精品教學(xué)資源，實現(xiàn)校企互利共贏，全方位提升電磁場與微波技術(shù)課程的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

圖4 校企協(xié)同“三位一體”課程培養(yǎng)模式

3 結(jié)束語

本文以課程思政為引領(lǐng)，以虛擬化仿真實驗平臺為依托，以校企協(xié)同課程培養(yǎng)模式為抓手，進行新工科背景下電磁場與微波技術(shù)課程教學(xué)改革模式探索，完成改革與創(chuàng)新、交叉與貫通、協(xié)同與共贏的電磁場與微波技術(shù)課程培養(yǎng)模式，著力培養(yǎng)具有強烈的愛國敬業(yè)精神，專業(yè)工程素養(yǎng)過硬，滿足時代需求，勇?lián)笕蔚膭?chuàng)新型卓越工程科技人才。