新工科背景下“電磁場與波”課程的“金課”建設(shè)研究

谷 宇， 杜永興

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

0 引言

2017年起，教育部積極推進(jìn)新工科建設(shè)，先后形成了新工科建設(shè)的三部曲：“復(fù)旦共識”、“天大行動”和“北京指南”；啟動“六卓越一拔尖計劃2.0”，發(fā)布實施涵蓋全部本科專業(yè)類的教學(xué)質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)，奏響了我國高等教育人才培養(yǎng)的主旋律[1～3]。教育部高等教育司吳巖司長在2019年國際機(jī)械工程教育大會上指出：在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正加速演進(jìn)的背景下，新工科建設(shè)必須主動擁抱現(xiàn)代信息技術(shù)，以現(xiàn)代信息技術(shù)提升教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生智能時代的核心競爭力，推動我國高等教育質(zhì)量“變軌超車”[4]。

“金課”課程建設(shè)是新工科建設(shè)的重要內(nèi)容和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是體現(xiàn)“以學(xué)生發(fā)展為中心”理念的“的最后一公里”[5]?！半姶艌雠c波”課程是“通信工程”和“電子信息工程”等工科專業(yè)中非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，但同時也被公認(rèn)為一門難教、難學(xué)、難理解的課程[6, 7]。為將“電磁場與波”課程建設(shè)為“金課”，本文提出課程改革方案。

1 “電磁場與波”課程的現(xiàn)狀分析

1.1 課堂授課滿堂灌

目前我?！半姶艌雠c波”課程共48學(xué)時，其中課堂教學(xué)42學(xué)時，實驗6學(xué)時。課堂教學(xué)學(xué)時分配如表1所示?！半姶艌雠c波”課程涉及知識點(diǎn)多、概念復(fù)雜抽象、課時少，雖然電場力、磁場力、電磁場能量和功率、電磁波在等離子體中的傳播等知識點(diǎn)已不作為教學(xué)內(nèi)容，但學(xué)時緊張，課程授課強(qiáng)度仍然很大，在教學(xué)時不可避免的存在滿堂灌現(xiàn)象[8]。

表1 電磁場與波課程教學(xué)學(xué)時分配

1.2 教學(xué)模式陳舊

目前，本課程采用板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)[9]。課程理論推導(dǎo)以板書為主，工程實例演示、電磁波在空間的傳播等內(nèi)容以多媒體教學(xué)為主。雖然采用板書和多媒體教學(xué)相結(jié)合的方式力圖清晰展示理論推導(dǎo)和工程實例演示內(nèi)容，但由于教學(xué)模式相對陳舊，沒有引入更豐富的現(xiàn)代化教學(xué)手段，如慕課、微課、混合式教學(xué)等。

1.3 學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低

“電磁場與波”課程學(xué)習(xí)需要先修“高等數(shù)學(xué)”、“大學(xué)物理”(電磁學(xué)部分)等課程[10]。部分學(xué)生先修課程基礎(chǔ)薄弱或復(fù)習(xí)先修課程相關(guān)知識點(diǎn)的積極性不高，導(dǎo)致這部分學(xué)生學(xué)習(xí)遇到困懂，從而產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)興趣下降。雖然在教學(xué)授課環(huán)節(jié)，會盡可能引入工程實例的講解，但學(xué)生在面對繁多的課程內(nèi)容時，仍感覺力不從心。

1.4 考核模式單一

目前，本課程采用傳統(tǒng)考核方式，由課堂考勤、作業(yè)、實驗環(huán)節(jié)和期末考試構(gòu)成。當(dāng)前的考核方式側(cè)重考核理論知識的掌握情況，并通過預(yù)先設(shè)置各環(huán)節(jié)考核內(nèi)容來督促學(xué)生針對性的學(xué)習(xí)。這種傳統(tǒng)的考核方式更注重結(jié)果，學(xué)生可能會突擊學(xué)習(xí)，急功近利地應(yīng)付期末考試，為了考試而學(xué)習(xí)，因此學(xué)生容易忽略獨(dú)立思考的過程，導(dǎo)致缺乏對課程的整體理解[11]。

2 “電磁場與波”課程的“金課”改革探索

2.1 課程建設(shè)規(guī)劃

為提高“電磁場與波”課程教學(xué)質(zhì)量，我校課程組教師充分分析該課程現(xiàn)狀，規(guī)劃課程“金課”建設(shè)方案，分別從慕課建設(shè)、實驗設(shè)置、多元化考核方式等方面著手，將“電磁場與波”課程建設(shè)為有深度、有難度、有挑戰(zhàn)度的“金課”。

2.2 慕課建設(shè)

慕課MOOC (Massive Open Online Courses)，即大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程，是“互聯(lián)網(wǎng)+教育”催生的一種有生命力、有前途、有未來的新課程[5]。慕課教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)更能拓展教學(xué)時空，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性[12]。慕課片段時長通常在20分鐘左右，時間只有常規(guī)課堂的1/2，因此需要凝練講授內(nèi)容，講解最為關(guān)鍵的概念、原理或方法。課程組教師將課程的知識點(diǎn)精心整合，形成簡明清晰的知識點(diǎn)，如梯度、散度和旋度，波動方程和位函數(shù)的求解等；分解較復(fù)雜知識點(diǎn)，如將導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波內(nèi)容分解為衰減、波阻抗、集膚效應(yīng)多個慕課片段全面講解。

我校課程組教師在開展自身慕課建設(shè)的同時，掌握國內(nèi)外最新的課程發(fā)展現(xiàn)狀，向?qū)W生推薦優(yōu)質(zhì)線上資源。如北京交通大學(xué)邵小桃老師主講的“電磁場與電磁波”慕課[13]，麻省理工學(xué)院網(wǎng)絡(luò)公開課Electromagnetics and Applications[14]，以及優(yōu)質(zhì)公眾號、精彩推文等。

綜上，課程組教師通過開展自身慕課建設(shè)及推薦優(yōu)質(zhì)線上資源，可使為課堂教學(xué)安排更合理，解決課堂滿堂灌問題。同時，現(xiàn)代化的教學(xué)模式，可以更好地以學(xué)生為中心，提高教學(xué)效果。

2.3 實驗設(shè)置

為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，同時增強(qiáng)學(xué)生對電磁場與電磁波的感性認(rèn)識，課程組教師已引進(jìn)電磁波綜合實驗儀HD-CB-III等實驗設(shè)備，開展“電磁場與波”課程實驗。電磁波綜合實驗儀HD-CB-III如圖1所示。目前開設(shè)的實驗有：麥克斯韋電磁場理論的驗證，電磁波反射、穿透性實驗等。在此基礎(chǔ)上，后續(xù)會增加采用Ansoft HFSS(High Frequency Structure Simulator)、ADS(Advanced Design System)、CST Microwave Studio及Matlab等軟件的虛擬仿真實驗，使課程實驗環(huán)節(jié)更豐富多彩。

圖1 電磁波綜合實驗儀HD-CB-III

2.4 多元化考核方式

“期末一考定乾坤”是高校普遍存在的現(xiàn)象[15]。課程組教師實施考核方式多元化改革，在原有考核方式的基礎(chǔ)上，增加在線測試和小組任務(wù)考評兩個環(huán)節(jié)，更全面、更客觀地體現(xiàn)學(xué)生對課程的掌握情況。課程組教師通過雨課堂在PowerPoint中引入客觀題完成隨堂小測試，統(tǒng)計學(xué)生的作答情況；此外，定期發(fā)布研討題目，學(xué)生分成小組，匯報設(shè)計思路，教師記錄研討成績并做啟發(fā)式點(diǎn)評。采用多元化的考核方式，激勵學(xué)生獨(dú)立思考，加深對課程的整體理解。

3 結(jié)語

本文介紹了我們在新工科背景下建設(shè)“電磁場與波” “金課”課程的改革探索?！半姶艌雠c波”課程目前存在課堂授課滿堂灌，教學(xué)模式陳舊，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣低，考核方式單一等問題。針對上述問題，提出慕課建設(shè)、實驗設(shè)置、多元化考核方式等改革方案，改善教學(xué)效果。我們將繼續(xù)建設(shè)“電磁場與波”“金課”課程，使課程具有高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度，提高課程教學(xué)質(zhì)量。