卓越计划班“电磁场与电磁波”课程的改革

张月霞　李学华　王鑫慧

摘要：根据教育部“卓越计划”对卓越工程师培养的要求，针对电磁场与电磁波课程的特点，结合科研项目的工程实践从培养方案、教学大纲、课程教材和教学方法等方面进行了改革[1]，并以我校国家工程实践教育中心为依托，加强实践教学和理论授课相结合、开展校际交流和企业实习、主推多元考核和自我考核等，由此激发学生的积极性和主动性，提高教学效果。

关键词：卓越计划；电磁场与电磁波；教学大纲；实践教学；多元考核

对电磁场的研究始于18世纪末期，随着现代科技的发展以及实际需求的变化，电磁场和电磁波仍是当代电子、电力、信息等技术领域的物理基础之一。“电磁场与电磁波”课程对通信工程专业本科生专业知识的学习、自身理论素质、解决问题的能力和创新能力的培养都十分关键，是通信工程专业本科生必修的专业基础课。“电磁场与电磁波”的先修课程较多，而后续课程又具有很强的专业性。课程不但内容广泛，概念抽象，公式复杂多变而且涉及到许多数学知识，计算量大。因此，老师授课难度高，学生接受难度大。由此造成“电磁场与电磁波”的教学无法满足我校对于“卓越计划”人才培养的目标的现状。

所以，在教学过程中，应顾及先修课程和后续课程的衔接。在授课过程中，应注意理论知识与实验内容和工程案例的结合。此外，还应结合现代化教学技术，激发学生的积极性和主动性，培养学生的探究意识和科研能力。

一、培养方案和教学大纲

培养方案和教学大纲是指导教师进行课程教学、评价总体教学质量的主要标准和依据。而学习“电磁场与电磁波”需要大学物理、高等数学、线性代数、概率论与数理统计等先修课程作为基础。同时，又是微波技术和电磁兼容的基础。因此，在改革培养方案时候要注重各个课程的衔接。在改革教学大纲时，不能只对本课程的教学大纲进行讨论。应该根据不同专业需求，有针对性的对本课程的先修课程和后续课程进行整体优化，形成完整的课程体系。例如：电磁场与电磁波中静电场的梯度、散度和恒定磁场的磁通连续性，需要用到微积分学和矩阵的相关知识，因此在高等数学和线性代数的教学中就应该有所体现。这样，学生在电磁场与电磁波的课程学习中就可以着重学习其物理含义，而不用被数学基础不扎实所累。教师在后续的课程中的教学也能更加轻松。

此外，教学大纲应突出重点，使学生建立电磁场与电磁波的基本结构，理解相关概念的内在联系，并在工程实践中加以应用。例如：要求学生在电磁场理论方面重点掌握电磁场的基本理论、静电场和时变场的基本特性。同时，要求学生有较强的分析问题的能力和将理论知识在工程实践中应用的能力。例如：应用麦克斯韦方程分析电磁波在不同介质中的特性[2]。结合通信工程专业的特性，分析2G、3G、4G等无线信号穿透不同建筑时的损耗，进而可以进行网络规划和网络优化。学生应根据教学大纲有重点的学习知识主干，根据个人兴趣扩充知识。教师应根据教学大纲有选择性的讲解，化繁为简，注重主干知识，培养学生兴趣。

二、课程教材

选择合适的教材是提高教学质量的基本保证。教学改革以来，涌现出大量优秀教材，但有时市场上也会出现一些“没有营养”书籍，鱼龙混珠。而学生的接受能力和兴趣特征也有所不同。因此我校采取由教师和相关专家进行筛选，并推荐一系列图书，由学生进行自主选择的方式选定教材。

另外，电磁场领域发展迅速，知识更新快。由于纸质图书需要经过审核、出版、印刷等过程，因此，不免会存在一定的滞后性。所以，我校选用教材辅助教师来教授基本概念，建立整体框架。同时，教师在授课过程中推荐一系列前沿论文等相关资料，以此避免因教材存在滞后性而引起学生不能学以致用，进而影响学生学习积极性的情况。

三、教学方法

课堂教学是课程学习中极为重要的环节。同样，也是能否达到教学目标的关键步骤。教师是否能选择合适的教学方法直接决定着教学的成败[3]。本校对课堂教学的改革分为动态课堂和网络平台两个部分。

（一）动态课堂

动态课堂是指改革后的“电磁场与电磁波”课堂应充分调动教师和学生双方的积极性。摒弃传统的“填鸭式”、“灌输式”的教学方法。增加学生的课堂活跃度。动态课堂分为教师授课和自主研讨两个环节。

顾名思义，教师授课就是指教师对知识的讲解。在教学手段上，教师应放弃 “黑板+粉笔” 的单一教学模式，利用多媒体教学、实验教学的方式吸引学生注意力，增强学生的学习兴趣[2]。另外，教师可以通过恰当的工程案例引入课程主题。例如：矿物的分选和喷墨打印机利用了静电偏转原理；磁流体发电机利用了霍尔效应；3D电影利用了电磁波的极化[4]。这样，能使学生对接下来要讲的理论知识有一个切实的感受，避免因理论知识枯燥而引起的学生兴趣缺乏。在教学内容上，老师应根据教学大纲着重讲解基础知识，提供相关资料或检索方式，引导学生向最新应用层面靠近。

自主研讨则是指教师在教学的不同阶段，提出不同主题。学生以个人或小组为单位，根据主题通过各种方式检索相关资料，进行分析整理。找到其和基础知识的联系，并对此应用或案例进行评价。最后，对所有工作进行总结，并在课上与教师和同学分享。

（二）网络教学

当代社会，科学技术日新月异，互联网及其相关应用发展迅猛。高等学校的教育理念、教学方式也要顺应时代潮流，及时更新，与时俱进。因此我校应用网络平台作为面授课堂的补充，辅助教师教学，帮助学生学习。例如：课堂派就是一款高效的在线课堂管理平台。其被用于国内的教育机构或组织中，为老师及学生提供便捷的班级管理、作业在线批改、成绩汇总分析、课件分享、在线讨论等服务。教师通过网络平台发布课件、研讨主题、作业及实验信息，学生通过网络平台下载课件、选择主题、提交作业、查看实验。网络平台具有实时性，高效性特点，可以帮助老师查重，记录作业提交时间，统计班级人数等。不但提高的教师的工作效率，减少了不必要的纸张浪费，也给学生形成的适当的威慑力，促进学生以严肃的态度对待本课程。endprint

四、加强实践教学和理论授课相结合

为了加强实践教学和理论授课相结合。我校实行实验改革和科教结合。这是“电磁场与电磁波”课程学习的重要环节，直接决定着学生对所学理论知识的应用能力、对工程实例的分析能力和对实际问题的解决能力。“卓越计划”强调培养学生的实践动手能力，创新能力。我校根据“电磁场与电磁波”课程的特点，将实验改革和科教进行结合，使学生把所学的知识应用到实践中，到达知识、能力、素质的统一发展。

（一）实验改革

“卓越计划”强调培养学生的实践动手能力，创新能力。我校在实验环节注重学生的学习独立性和自主性。因此，我校改革后的实验根据学生的不同需求将实验分为基础部分实验和发挥部分实验[5]。基础部分实验大多为验证性试验，学生根据实验指导书可以轻松验证“电磁场与电磁波”课程的理论知识。对于发挥部分实验，多为上升到应用层面的实验。内容较为复杂，有针对性，且实验指导书只起引导性作用，并不完全给出解决方案。每位教师负责一个或多个实验，学生可根据自己的兴趣自主选择发挥部分实验，独立制定实验方案并与老师或和选择同一题目的同学探讨，最终，确定实验方案。

另外，由于经费和场地限制，高校生源的不断扩招，原本有限的实验教学设备愈显匮乏。电磁场与电磁波技术发展迅速，产品更新换代快，也加快了设备落后的步伐。为解决这些矛盾，一方面，我们可以采用软硬件结合的方式完成实验。如应用常用的仿真软件有：MATLAB、Ansoft HFSS、MathCAD和 Mathematic。另一方面学校和院系应适当加大对陈旧实验设备和教学工具的更新力度以及对新型实验设备和教学工具的投入力度；院系之间同样应加强对设备使用方面的宏观调控，进一步优化和整合现有实验设备。并且，应该鼓励教师对陈旧实验设备进行改造。这样才能提高学校的实验教学能力[6]。

（二）科教结合

科研与教学的相互结合，能有效提高教学质量。在授课和实验时，教师向学生介绍自己的研究项目，并建议有能力的同学，在做完发挥部分实验的前提下，参与到教师和科学研究项目中来[2]。这样，一方面可以使学生对“电磁场与电磁波”课程中的较为抽象的概念有简洁的理解，对课程中较为复杂的理论知识有清晰的认识。另一方面可以提高学生对“电磁场与电磁波”的研究兴趣，为学生今后从事相关工作或者做相关研究和创新设计打下基础[2]。我校已有许多先例。其中，电磁波穿透损耗特性分析和井下电磁感应信道研究尤为出众。前者以电磁场和无线通信的理论知识为基础，matlab仿真软件提供软件平台，对建筑物中电磁波的穿透损耗特性做了一系列的研究与探讨。后者利用电磁感应原理，建立偶和模型，运动电磁传播特性，研究了井下电磁感应信道特性。参与项目的学生在解决问题的同时，对于电磁场与电磁波的理论知识也有了更为深入的理解。达到了实践教学与理论授课相结合的效果。

五、开展校际交流和企业实习

根据“卓越计划”中对电磁场与电磁波课程的教学目的，提高人才的科研能力和应用能力。我校计划开展与在“电磁场与电磁波”领域领先的高校的交流活动，和与在此领域领先的企业的合作与实习。在校际交流中，教师和学生不仅可以互相借鉴，互相学习，互相支持，在科研领域寻求共同兴趣。还能尽量友谊，成为挚友。在企业实习中，学校教师可以同企业工程师共同商讨课题、项目，将经典理论知识和工程实际应用相结合。学生可以进一步接触企业，为职业规划提供切实参考依据。我校与中兴通讯合作建成的国家工程实践教育中心便为此提供了很好的平台，得到了教师和学生的认可。

六、主推多元考核和自我考核

课程考核是检查学生学习成果和学籍管理的重要手段，同时也是衡量教学效果的重要尺度。传统的考核方式比较单一，多为一次或多次闭卷考试，致使学生死记硬背，不能全面反映学生的总体素质。因此我校实行多元化考核和自我考核方式。多元化考核是指考核依据并非只有期末考试成绩一项，而是由课程平台使用情况、平时作业情况、课堂积极性、自主研讨等多方面因素所决定。这样可以加强学生平常学习的认真程度，不至于期末突击复习，同时也减轻了学生期末的负担。

自主考核则是指学生根据所学知识，在每单元结束时或期末复习时自主命题并根据自己的见解给出答案。教师可根据学生选题知识的重要程度和题目难度，筛选问题，在课内进行讨论。优秀问题将交予负责拟定考试题目的专家，作为参考依据。在电磁场电磁波课程的考核中的期末考试将实施教考分离，把教学和考试分开，避免了教学中随意性和主观性的弊端，有利于提高教学质量，促进人才培养。

根据教育部“卓越计划”对卓越工程师培养的要求，针对电磁场与电磁波课程的特点，结合科研项目的工程实践从培养方案、教学大纲、课程教材和教学方法等方面进行了改革[1]，并以我校国家工程实践教育中心为依托，加强实践教学和理论授课相结合、开展校际交流和企业实习、主推多元考核和自我考核等，由此激发学生的积极性和主动性，提高教学效果。

[参考文献]

[1] 赵波，齐红霞.基于实验室的单片机教学模式探讨，2015.

[2] 裘国华，李九生，申屠南瑛，叶强.电磁场理论与微波技术”精品课程建设与教学实践，2012.

[3] 王金丽.基于大学生学习状况的高校教学改革2015.

[4] 单 欣.“电磁场理论” 课堂教学改革的探讨 ，2014.

[5] 刘 颖，侯建军，陈后金.实验教学示范中心课程设计的建设与实践，2008.

[6] 陶 丹，陈后金.如何加强青年教师实验技能培养，2010.endprint