工程教育認證背景下工程電磁場課程建設探索

摘 要 工程電磁場課程是面向電氣工程專業本科學生開設的專業基礎課，對電氣工程及相關專業核心課程及專業培養計劃具有重要支撐作用。近年來，工程教育專業認證工作的開展進一步對課程提出了以學生為中心、課程持續改進、學生能力導向的具體需求。為適應課程建設的新需求，文章設計了適用于工程電磁場課程的內容優化思路、學生能力產出的支撐教學環節、課程達成度評價內容。這些方面的探索推進了該課程授課中學生為中心的教學理念，拓展了面向學生能力產出的課程建設思路。

關鍵詞 工程電磁場；工程教育專業認證；課程建設

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.06.011

Exploration on the Construction of Engineering Electromagnetic Field Course under the Background of Engineering Education Professional Certification

SHI Pengfei， GU Yuyu

（College of Marine Electrical Engineering， Dalian Maritime University， Dalian， Liaoning 116000）

Abstract The Engineering Electromagnetic Field course is a fundamental course for undergraduate students majoring in Electrical Engineering， which plays an important supporting role in the core courses and professional training plans of Electrical Engineering and related majors. In recent years， the implementation of engineering education professional certification has further put forward specific demands for student-centered curriculum， continuous curriculum improvement， and student ability orientation. In order to meet the new needs of curriculum construction， the article designs content optimization ideas suitable for engineering electromagnetic field courses， supporting teaching links for student ability output， and curriculum achievement evaluation content. These explorations have promoted the student-centered teaching philosophy in the course and expanded the curriculum construction ideas for student ability output.

Keywords engineering electromagnetic field; engineering education professional certification; curriculum construction

1" 課程建設背景分析

工程電磁場課程是電氣工程及其自動化（簡稱電氣工程）專業的核心課程，是本專業課程體系內重要的專業基礎課，對后續包括電機學、高電壓技術等若干課程具有重要支撐作用[1]。其用以建立學生對場量的基本認識，支撐相關專業學生認識并解決基本的電磁現象及問題。在靜電感應、強磁場技術、電機本體設計、加速器磁體設計、電磁屏蔽、電磁干擾等眾多電氣工程的主干領域，工程電磁場課程所建立的場論思想及課程體系構成了解決上述領域問題的基礎。基于亥姆霍茲定理所指的電磁唯一性描述，由麥克斯韋方程所建立的電場和磁場的散度及旋度方程并結合具體的背景邊界條件，理論上可解決所有的宏觀電磁場問題，在工程電磁場課程中對這些電磁現象本質及定理的描述顯得尤為重要。

現代教育理念中，將課程的理論教育與教育主體（即學生）的工程能力提升相結合，以適應專業的工程需求，是教育的重要出發點，工程教育專業認證同時提出了以學生為中心、以能力為導向、持續改進的核心理念，該教育理念利于引導課程建設更好地適應專業需求背景[2]。為更好地貼近工程教育專業認證的需求，促進電氣工程專業工程電磁場課程的良好教學，深入探索面向工程教育專業認證的課程建設思路及教學方法具有重要意義。然而，工程電磁場作為電氣工程專業的專業基礎課，自身表現出了理論性強、公式推導復雜、能力產出不易量化的特點[3-4]。面對課程建設需求及課程特點，建立明確的課程目標、優化課程內容、探索與課程相適應的能力產出及評價機制是本文需要討論的問題。

2" 課程建設探討與實踐

工程教育認證“以學生為中心”“能力導向”“持續改進”三大核心理念并非獨立存在，而是具有緊密聯系，其要求教師對課程內容整體具有清晰的把控，對課程目標具有恰當的提煉，課程授課過程具有有效的教學環節設計。在完成課程建設過程中，如何有側重、有針對性地突出三大核心理念，下面將從以學生為中心的課程內容優化、以能力為導向的教學設計、用以持續改進的課程評價三方面展開探討（圖1）。

2.1" 以學生為中心的課程內容優化

從以學生為中心理念出發，在工程電磁場授課環節、實驗環節、作業環節更多融入學生參與或起主導作用的過程或內容，提煉課程培養目標及分解指標點。

首先，整理前序課程中對工程電磁場具有重要支撐作用的知識點，引導學生課下復習回顧，教師授課中把握電磁場核心概念、定理及定律。在電氣工程專業課程體系中，工程電磁場課程作為一門專業基礎課，其對電氣工程專業知識體系起到了重要的承接作用，搭建起了從基礎課向專業課過渡的橋梁。其與前述課程高等數學（工科數學）、線性代數、大學物理、場論緊密相連，涵蓋了包括微積分、矩陣等在內的基礎數學方程的知識儲備需求，表現出了極強的理論性及抽象性。比如，課程中涉及在不同坐標系下面積分、體積分、偏微分求解，涉及矩陣運算等，這要求學生對相關基礎知識掌握良好，在授課中，教師應有意識地在授課初期提醒學生課程可能用到知識點及相關前續課程，引導學生課下自行復習。在授課環節中，授課教師需把握核心知識點，包括靜電場、恒定磁場、交變場的基本散度及旋度方程，場的求解方法等，對課程主線進行清晰闡述，尤其對于工程電磁場課程課時較少的授課單位來說，這種核心知識點及支撐知識內容的整理更加必要。

其次，發掘適合學生自行探索的課程相關定理推導環節。該課程中大量的定理是以公式形式進行描述，同時，定理間存在較大關聯性，因此，教師應在定理講解中，為學生留適量適當的定理進行課后推導，可進一步引導學生探索課本以外未接觸的定理推導證明。

最后，突出學生在課程實驗環節中的主體作用。工程電磁場課程中涉及對眾多不同算例背景下場的認識，分析對象包括電偶極子、通電螺線圈等基本場輻射單元，也包括亥姆霍茲線圈、復雜磁軛等更復雜的電磁器件，然而電場或磁場在空間內無法被觀測到，具有抽象性，學生僅通過想象較難理解空間中電力線、磁力線的分布特征，因此，在課程中均會包含一定的實驗課時，以幫助學生建立或認識電磁器件場的分析或建立方法，了解一些典型電磁器件的場分布形式。此實驗過程一部分依靠教師講授，一部分依靠學生操作或編寫程序等完成，學生作為本門課程的探索者，通過翻閱相關書籍尋找專業相關經典案例，或通過查詢文獻掌握新發展，在此基礎上根據已學操作或編程工具解決更貼近工程需求的電磁場問題。

2.2" 以能力為導向的教學設計

該課程對學生能力的要求主要體現在對學生物理機制理解能力、提煉核心知識能力、數理推導能力、自行分析解決工程問題能力，各項能力的培養仍是以課程內容及授課方案的合理安排為前提的。在課程內容優化過程中，課上課下知識點的整理及分類有利于引導學生抓課程主干的分析意識及能力。在課程進行中，通過課后、課外定理的查找及自行推導有利于進一步培養學生在該方向的數學推導能力，同時深化物理機制理解能力。實驗環節中，解決教師所留題目主要側重學生對所學知識的掌握，而引入學生自行探索設計案例的過程，有利于學生更加了解該課程對后續包括電機學等專業領域課程的基礎理論支撐作用，探索適合的針對后續課程的工程電磁場實際問題和背景描述，使得課程更加靠近實際工程問題，有利于培養學生電磁場相關工具的運用能力及解決實際工程問題的能力。

2.3" 用以持續改進的課程評價

建立明確的課程培養目標及合理的指標點分解方法是實現課程授課效果評判的基礎，進而可有針對性地對課程進行持續改進。

在本校四年制電氣工程及其自動化專業中，該專業基礎課在大二第二學期授課，以已學課程高等數學、線性代數、大學物理等為基礎，通過該課程的講授，幫助學生掌握工程電磁場分析所需基本知識、重要概念、理解物理本質、分析相關物理現象，這些課程目標用以支撐畢業要求中工程知識、問題分析能力、研究能力指標點。學生在本學期并無充足的專業課程知識儲備，該課程對設計能力要求相對較弱，與此同時，由于課程中包含需進行操作及編程的實驗項，因此強調課程目標需支撐現代工具運用能力。因此，本課程的課程目標及其對畢業要求指標點的支撐關系如表1所示。

課程考核項包括課后習題作業、探索性推導作業，課程實驗及期末考試，針對各畢業要求指標點所設置的分值分配如表2，根據該分值分配可進一步對各課程目標達成度進行計算分析。

3" 結語

在工程教育專業認證理念指引下，本文對電氣工程專業的工程電磁場課程建設方法展開討論，針對“以學生為中心”“能力導向”“持續改進”三大核心理念，本文有側重地開展了以學生為中心的課程內容優化、以能力為導向的教學設計、用以持續改進的課程評價三方面的分析探討。所討論的課程建設思路有利于在課程教授過程中培養學生的物理機制理解能力、核心知識提煉能力、數理推導能力、自行分析解決工程問題能力、相關工具運用能力及解決實際工程問題的能力，突出了學生在課程中的參與主體作用，同時為設置相應參考指標點、支撐課程持續改進給出了思路。

基金項目：2022年大連海事大學校級教改項目（2022Y31）。

參考文獻

[1] 焦超群.類比教學法在“工程電磁場”教學中的實踐[J].電氣電子教育學報，2023（45）：153-156.

[2] 錢俊.工程認證背景下“電磁場與電磁波”教學改革與實踐[J].科教導刊，2022（23）：103-105.

[3] 藺紅，吐松江·卡日.新形勢下《工程電磁場》教學改革探討[J].中國電力教育，2019（7）：73-75.

[4] 高深，蔡紀鶴，陳倫瓊.應用型高校工程電磁場課程教學改革的研究與探討[J].大學教育，2021（9）：110-112.