以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)法在電磁場理論教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：電磁場理論基礎(chǔ)是培養(yǎng)電類專業(yè)學(xué)生綜合能力的重要基礎(chǔ)課。針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法存在種種問題，提出了以問題為基礎(chǔ)（PBL）的教學(xué)法來改革課程教學(xué)及作業(yè)的模式，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)，達(dá)到改善課程教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞：以問題為基礎(chǔ)；電磁場理論教學(xué)；課程作業(yè)改革

中圖分類號(hào)：G649.21#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A#8195；#8195；#8195；#8195；#8195；文章編號(hào)：1007-0079（2014）18-0044-02

電磁場理論是南華大學(xué)（以下簡稱“我?！保╇姎夤こ虒W(xué)院電類專業(yè)學(xué)生必修的一門基礎(chǔ)課程，它對(duì)于后續(xù)相關(guān)課程的學(xué)習(xí)及學(xué)生綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)具有不可替代的重要作用。但由于該課程的概念抽象、理論性強(qiáng)，并且涉及到大量的數(shù)學(xué)公式及復(fù)雜的理論分析和推導(dǎo)過程，很多學(xué)生偏偏抽象思維能力較差，自主學(xué)習(xí)的意識(shí)不強(qiáng)。這使得在采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式授課中教師講得吃力，學(xué)生聽得乏味，理論難以理解，學(xué)習(xí)后又很快遺忘，課堂教學(xué)效果不理想。[1-3]為此，本課題組的教師根據(jù)本科培養(yǎng)目標(biāo)的要求、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)生的特點(diǎn)，將一種以問題為基礎(chǔ)的（PBL）教學(xué)法引入到電磁場課程的理論教學(xué)實(shí)踐中，取得了較好的教學(xué)效果。下面就如何在電磁場理論教學(xué)中實(shí)施“PBL教學(xué)法”談幾點(diǎn)具體做法。

一、如何將以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)法應(yīng)用于課堂教學(xué)

PBL教學(xué)法就是把電磁場理論課程的內(nèi)容設(shè)計(jì)成一系列的問題，并讓學(xué)生圍繞這些問題進(jìn)行思考和探索來解決這些問題。在解決這些問題的過程中理解和掌握相關(guān)的知識(shí)，從而達(dá)到完成教學(xué)任務(wù)的目的。[4]整個(gè)教學(xué)過程的關(guān)鍵在于如何引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地思考，從而達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，并培養(yǎng)其利用所學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問題能力的目的。

1.PBL教學(xué)法中問題的選擇

在整個(gè)教學(xué)實(shí)施的過程中，選擇什么樣的問題就顯得十分關(guān)鍵：所選的問題既要能調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，又要保證其教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)及相關(guān)能力的培養(yǎng)，難易要適當(dāng)。這就要求教師在備課時(shí)對(duì)問題進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，一般應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

首先，選擇的問題應(yīng)與工程實(shí)踐密切相關(guān)?，F(xiàn)代大學(xué)生的學(xué)習(xí)目的性普遍較強(qiáng)，對(duì)于一個(gè)新學(xué)的內(nèi)容，總是先看它是否對(duì)將來就業(yè)和工程實(shí)踐有用。認(rèn)為與實(shí)際工作有聯(lián)系的就學(xué)，對(duì)實(shí)際工作意義不大的就學(xué)習(xí)興致不高。所以教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，可以考慮通過由工程實(shí)例來引出相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容。比如在課程開始前向?qū)W生提出如下問題：手機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)收發(fā)信息的？為什么在有些地區(qū)手機(jī)信號(hào)強(qiáng)有的地方信號(hào)很弱？潛艇在水下為什么不能采用微波通信？雷達(dá)的工作原理是什么？如何實(shí)現(xiàn)目標(biāo)對(duì)雷達(dá)波的隱身？這些問題都與學(xué)生所學(xué)的專業(yè)息息相關(guān)，能夠激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

其次，選擇的問題應(yīng)與實(shí)際生活緊密結(jié)合。由于本課程內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)起來往往感覺到非常枯燥，學(xué)習(xí)興趣不高，效果也不好。而通過發(fā)生在學(xué)生身邊的生活實(shí)例入手引入教學(xué)內(nèi)容，能夠拉近專業(yè)基礎(chǔ)理論與學(xué)生的距離，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。比如在學(xué)習(xí)跨步電壓這部分內(nèi)容時(shí)，教師引入“河北一奶牛場頻遭雷擊，奶牛死傷人無事”的新聞，讓學(xué)生去分析該現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，再引出相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，這堂課與直接講述教學(xué)內(nèi)容的傳統(tǒng)教學(xué)法相比較，學(xué)生的關(guān)注度明顯上升。又比如通過“為什么微波爐能烤熟食物，卻不會(huì)烤煳盛食物的碟子”這一問題來引入集膚深度的概念等。此外，對(duì)于像為什么磁卡會(huì)消磁？磁盤為什么能存儲(chǔ)信息？為什么不能在飛機(jī)上開手機(jī)等這類貼近生活實(shí)際的問題，來激發(fā)學(xué)生的求知欲望，通過尋找這些問題的答案，理解和掌握相關(guān)的知識(shí)，使學(xué)生在一種輕松愉快的氣氛中學(xué)習(xí)新知識(shí)，不僅積極性高，而且印象深刻，記得牢。

最后，所選的問題應(yīng)當(dāng)有助于學(xué)生知識(shí)面的拓展。為拓展學(xué)生知識(shí)面，教學(xué)過程中所設(shè)計(jì)的問題還應(yīng)該與當(dāng)前的最新科技相關(guān)聯(lián)。比如在學(xué)習(xí)了電磁波傳播這一內(nèi)容后，教師向?qū)W生提問：在現(xiàn)有的物質(zhì)材料中，電場、磁場及電磁波的傳播方向滿足右手定則。如果有材料能使三者之間的關(guān)系滿足左手定則，那會(huì)呈現(xiàn)出什么樣的特性？從而將雙負(fù)性材料這一新型電磁材料介紹給學(xué)生。另外，還有像超導(dǎo)體、鐵氧體材料等特殊電磁材料的性質(zhì)及應(yīng)用問題，對(duì)擴(kuò)充課堂教學(xué)內(nèi)容，豐富學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣有著很大的幫助。

2.PBL在課堂教學(xué)中的具體實(shí)施

PBL教學(xué)法的基本程序可簡述為：創(chuàng)建問題情景→教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)創(chuàng)立的問題進(jìn)行思考→提出解決該問題的各種可能方案→驗(yàn)證提出解決方案的正確性→總結(jié)并引出認(rèn)識(shí)上的結(jié)論，使問題情景轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q問題情景的“突然頓悟”。這一過程中最重要的仍然是如何給出能夠吸引學(xué)生問題：通常每次課程教學(xué)都應(yīng)當(dāng)伴隨著一個(gè)問題情景而展開，從中引出矛盾，使學(xué)生對(duì)相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。目前常用的方法主要有以下幾種：

（1）知識(shí)再現(xiàn)，鮮明對(duì)比，引出矛盾。在引入新的教學(xué)內(nèi)容前，教師可以把將要出現(xiàn)的知識(shí)與之前講授過的性質(zhì)類似或不同的內(nèi)容進(jìn)行對(duì)比，并以問題的形式引出，可以使學(xué)生通過對(duì)問題進(jìn)行仔細(xì)的分析，對(duì)與該問題相關(guān)的知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)更加深入。

（2）激發(fā)疑惑，出乎意料。教學(xué)活動(dòng)實(shí)施的過程中，教師在提出問題的同時(shí)也巧妙設(shè)疑，以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。如果教師所提的問題十分新奇，要正確回答這個(gè)問題就必須深刻理解問題的實(shí)質(zhì)及其相關(guān)背景知識(shí)，這就使學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過程中精神高度集中，思考更加積極，學(xué)習(xí)主動(dòng)性更強(qiáng)。

（3）所提問題的答案可以不是唯一的，讓學(xué)生處于利用所學(xué)知識(shí)對(duì)問題進(jìn)行判斷、選擇并作出決定的情景之中，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、解決問題的能力。

二、以問題為基礎(chǔ)改革課程作業(yè)模式，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)

作業(yè)是深化、鞏固所學(xué)知識(shí)，檢查學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要手段及提升綜合應(yīng)用能力的主要形式。然而，傳統(tǒng)的作業(yè)模式主要為課后習(xí)題的布置，其形式單一。因此大多數(shù)學(xué)生把作業(yè)當(dāng)成是強(qiáng)制性的任務(wù)，將作業(yè)抄襲后向老師交差完事，沒有起到作業(yè)應(yīng)有的效果。因此教師同樣需要以問題為基礎(chǔ)，對(duì)作業(yè)的內(nèi)容、形式及考核模式做出改進(jìn)。

1.課程作業(yè)內(nèi)容的改革

首先，減少傳統(tǒng)的課后習(xí)題的布置量，并增加了章節(jié)課程報(bào)告這一環(huán)節(jié)。即在每一章學(xué)習(xí)完后，將其中包含的內(nèi)容設(shè)置成多個(gè)小論題，然后讓學(xué)生選擇并獨(dú)立完成。設(shè)計(jì)的作業(yè)問題主要有以下幾種類型：第一類是知識(shí)應(yīng)用型問題，要求學(xué)生能夠利用所學(xué)的知識(shí)去分析相關(guān)的工程實(shí)例。如在靜磁場這章的學(xué)習(xí)完成后，設(shè)計(jì)的論題有“電磁炮的原理及分析”“超導(dǎo)磁懸浮列車原理分析及設(shè)計(jì)”“磁流體發(fā)電機(jī)原理分析及設(shè)計(jì)”等。第二類為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證型論題，它要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，驗(yàn)證所學(xué)的定律，如庫侖定律、安培定律、法拉弟電磁感應(yīng)等定律的設(shè)計(jì)驗(yàn)證論題。第三類為項(xiàng)目設(shè)計(jì)類，要求學(xué)生將電磁場理論的某些基本概念和原理，通過C++、MATLAB等計(jì)算機(jī)語言編程實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行演示和說明。作業(yè)以報(bào)告論文的形式完成，其報(bào)告內(nèi)容應(yīng)包括所用到的公式、原理，列出詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案、程序設(shè)計(jì)驗(yàn)代碼，給出預(yù)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、程序的調(diào)試及改進(jìn)過程、結(jié)果演示和說明等內(nèi)容。圖1給出了部分學(xué)生的作業(yè)示例。

2.作業(yè)評(píng)定形式的改革

為了避免學(xué)生對(duì)布置的作業(yè)任務(wù)敷衍了事，在完成作業(yè)的過程中出現(xiàn)相互抄襲，大段拷貝的情況，教師還對(duì)作業(yè)的評(píng)定形式進(jìn)行改革。除給出足夠的選題以保證學(xué)生一人一題外，還要求學(xué)生在上交論文的同時(shí)，制作與論文相關(guān)的PPT，然后利用課余時(shí)間，組織學(xué)生就論文內(nèi)容進(jìn)行答辯。答辯過程為學(xué)生先用PPT作論文的成果展示，再由其他同學(xué)和老師提問，學(xué)生做答。最后，教師將根據(jù)論文完成的質(zhì)量和答辯的表現(xiàn)來綜合評(píng)定此次作業(yè)的成績。而論文成績占平時(shí)成績的比重調(diào)整為70%，以引起學(xué)生足夠的重視。通過對(duì)電磁場課程作業(yè)的改革，學(xué)生分析、解決問題的能力得到了培養(yǎng)，自主學(xué)習(xí)的意識(shí)明顯提高，所學(xué)知識(shí)掌握的更加牢固，學(xué)習(xí)效果得到改善。

三、結(jié)語

教師針對(duì)“電磁場理論”教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，采用PBL教學(xué)方法對(duì)課程的內(nèi)容和作業(yè)形式進(jìn)行了優(yōu)化改革。從已在我校通信專業(yè)09、10級(jí)5個(gè)班中率先進(jìn)行的PBL教學(xué)法實(shí)踐效果來看，目前該專業(yè)的學(xué)生對(duì)課程要求的基本理論知識(shí)及技能均掌握較好，考試合格率從51.3%上升至83%，優(yōu)秀率則從1.27%提高到38%。同時(shí)，還全面培養(yǎng)了學(xué)生各方面的能力，并激發(fā)了他們的創(chuàng)造性，收到了很好的效果。教學(xué)改革是一個(gè)長期不斷探索、逐步完善的過程。下一步教師將繼續(xù)革新電磁理論課程的教學(xué)手段，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使之成為適應(yīng)社會(huì)需要的人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁毅，汪柏年.電磁場理論教學(xué)中非邏輯思維方法的運(yùn)用[J].沈陽教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，（19）：87-88.

[2]閆敬文，潘鑫聰.微波技術(shù)與天線課程EIP-CDIO 融合教學(xué)方法[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（32）：79-80.

[3]張起晶，孫桂芝，邊莉.電磁場與電磁波課程教學(xué)改革研究[J].黑龍江教育，2011，（10）：47-48.

[4]張涌靜.以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)法在專升本護(hù)理理論教學(xué)中的應(yīng)用[J].中華護(hù)理教育，2005，（2）：138-139.

[5]陶東香，郭龍.以應(yīng)用為主線，改革《微波技術(shù)與天線》課程教學(xué)[J].科技信息，2008，（10）：180-181.

（責(zé)任編輯：王意琴）