基于成果導(dǎo)向及評(píng)量的《電磁場與電磁波》課程教學(xué)探討

賀明妍

摘 要：本文針對目前《電磁場與電磁波》課程教學(xué)過程中存在的問題及實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，提出從理論和實(shí)踐兩方面進(jìn)行教學(xué)改革，以提高教學(xué)質(zhì)量。在理論課程的教授過程中采用基于成果導(dǎo)向（Outcome-based Education，OBE）的課程設(shè)計(jì)教學(xué)方法并對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況實(shí)時(shí)進(jìn)行評(píng)量，可使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程結(jié)束后獲得真正的解決電磁場與電磁波相關(guān)問題的能力，而不再僅僅是以成績分?jǐn)?shù)論高低。同時(shí)結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，實(shí)踐證明教學(xué)質(zhì)量有非常明顯的提高。

關(guān)鍵詞：電磁場與電磁波 教學(xué)改革 OBE（成果導(dǎo)向）

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）07（a）-0226-02

《電磁場與電磁波》課程是為電子信息類專業(yè)和通信工程類等工科專業(yè)本科生開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，它不僅是微波與天線，電磁兼容等理論的基礎(chǔ)，而且諸多現(xiàn)代通信方式，如光纖通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、深空通信，包括雷達(dá)等各種專門學(xué)科，都是以電磁波的形式進(jìn)行信息的傳輸。《電磁場與電磁波》課程由于對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較高，最關(guān)鍵的是電磁波看不見、摸不著，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中存在很多困難，因此對此門課程表現(xiàn)出興趣不高，甚至厭學(xué)的情緒[1]。

在本專業(yè)該課程的教學(xué)過程中，除了存在上述相似問題之外，由于14級(jí)之前專業(yè)課程設(shè)置中只有《光纖通信技術(shù)》與《電磁場與電磁波》銜接，使得電磁場與電磁波方向的教學(xué)體系出現(xiàn)斷層。因此針對本專業(yè)《電磁場與電磁波》教學(xué)過程中存在的不足，教師不僅應(yīng)該對理論教學(xué)內(nèi)容及方法進(jìn)行教學(xué)改革，還應(yīng)從實(shí)驗(yàn)配套環(huán)境的建立、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的跟進(jìn)等多方面進(jìn)行配合，從而形成一個(gè)全新的課程教學(xué)軟、硬環(huán)境，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，改善教學(xué)效果。

1 理論教學(xué)改革

1.1 課程銜接及培養(yǎng)方案的修訂

《電磁場與電磁波》既不研究具體的電流（電壓）信號(hào)，也不研究具體的電路，而是研究電場、磁場以及電磁波，但是卻與已修的電路、低頻、高頻、模電等課程密切相關(guān)，并且為天線與電波、射頻等課程奠定理論基礎(chǔ)，這些課程之間存在著很多的內(nèi)在聯(lián)系。講授的時(shí)候應(yīng)前后聯(lián)系，不能孤立理解。從頻域的角度來看：在電信號(hào)的頻率較低（低頻信號(hào)）時(shí)所表現(xiàn)出的特征及規(guī)律可由數(shù)字電路技術(shù)以及模擬電子線路來研究。隨著信號(hào)頻率的提升，電信號(hào)通過電子器件時(shí)的伏安特性，幅頻特性以及相頻特性發(fā)生了顯著的改變。此時(shí)，就可以用有關(guān)高頻電子線路的知識(shí)來完成對其特性的研究。若高頻信號(hào)通過放大以后從天線上以電磁波的形式向外輻射，則所輻射出的電磁波在空間中的傳播特性就可以通過《電磁場與電磁波》來研究了。當(dāng)天線接收到電磁波并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)之后對信號(hào)的解調(diào)，放大等過程，則又可以通過之前所學(xué)習(xí)的內(nèi)容來研究。由此，《電磁場與電磁波》的重要性以及與其他學(xué)科的關(guān)聯(lián)性可見一斑。

國內(nèi)的一些院校對《電磁場與電磁波》實(shí)際教學(xué)過程中的教學(xué)方法都進(jìn)行了相應(yīng)的改革，包括相關(guān)后續(xù)課程的建設(shè)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的建立。該校通信專業(yè)在14級(jí)以后的培養(yǎng)方案中做了重要變更，增加了與《電磁場與電磁波》相關(guān)的電波與天線、射頻通信原理及應(yīng)用等相關(guān)的專業(yè)方向課。以保證本專業(yè)學(xué)生能夠?qū)镜碾姶艌鱿嚓P(guān)理論知識(shí)有初步了解，并具備進(jìn)行實(shí)際工作所需要的基本動(dòng)手能力。

1.2 教學(xué)方法的改進(jìn)

對課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，在教學(xué)過程中，針對每一章節(jié)的教學(xué)目標(biāo)從教學(xué)重點(diǎn)出發(fā)，抓住關(guān)鍵，以發(fā)揮學(xué)生的主體性為前提，開展講授與學(xué)生分組討論相結(jié)合的基于成果導(dǎo)向的課堂教學(xué)方法。教師在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)對大量的電磁學(xué)公式和概念以重結(jié)論輕推導(dǎo)的方式進(jìn)行講授。課堂上教師先進(jìn)行教學(xué)目標(biāo)講解，通過生動(dòng)形象的多媒體課件，將部分比較難理解的概念和公式以動(dòng)畫形式進(jìn)行展示，把傳統(tǒng)板書、多媒體教師講授、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源擴(kuò)展等教學(xué)手段有機(jī)結(jié)合，使教學(xué)更具吸引力[2]；并有針對性地設(shè)計(jì)例子反映電磁場和電磁波在不同領(lǐng)域的極其重要及廣泛的應(yīng)用。比如，通過給學(xué)生講解電磁爐與微波爐不同的加熱方法及使用兩種電器需要注意的問題，就能讓學(xué)生重新思考自己周圍很多想當(dāng)然的物理現(xiàn)象，從而激發(fā)學(xué)生自主思考的能力，以及對電磁場與電磁波課程的學(xué)習(xí)興趣。

1.3 基于成果導(dǎo)向的理論教學(xué)改革

在學(xué)生掌握電磁場與電磁波基本理論的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)設(shè)計(jì)合適的學(xué)習(xí)議題。清楚明確的定義電磁場與電磁波的課程學(xué)習(xí)成果，包括關(guān)鍵成果、具體成果以及評(píng)價(jià)指標(biāo)和績效指標(biāo)[3]。然后在學(xué)生中建立學(xué)習(xí)小組，由學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自己講演、同學(xué)提問、教師點(diǎn)評(píng)，切實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。在這個(gè)過程中，教師應(yīng)注重學(xué)生學(xué)到和做出了什么，鼓勵(lì)批判思考、溝通、推理、評(píng)論、回饋和行動(dòng)。當(dāng)然，在這個(gè)過程中，教師應(yīng)因人而異設(shè)定幾個(gè)階段的成果次目標(biāo)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中逐步積累學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)習(xí)熱情，而不僅僅是靠期末考試分?jǐn)?shù)來評(píng)量學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。比如可以給學(xué)生設(shè)計(jì)題目：通信領(lǐng)域中手機(jī)通信是如何實(shí)現(xiàn)電磁波的發(fā)射、傳播和接收的，其中的信號(hào)傳播是我們這門課程的研究重點(diǎn)。該議題可結(jié)合電磁波的產(chǎn)生、時(shí)變電磁場的麥克斯韋方程組、波動(dòng)方程等知識(shí)點(diǎn)切入，考察學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)效果。

2 實(shí)踐教學(xué)改革

基于電磁場與電磁波課程理論性強(qiáng)，相關(guān)模型抽象等特點(diǎn)，課堂理論教學(xué)方式只能使學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)，效果不好。因此針對本專業(yè)授課情況，該課程必須增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，建立《電磁場與電磁波》實(shí)驗(yàn)室，增設(shè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

由于與電磁場相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備都很昂貴，與課程教學(xué)相結(jié)合的一些實(shí)驗(yàn)很難展開，學(xué)生能做的實(shí)驗(yàn)很少。而對于通信專業(yè)的學(xué)生來說，基本上都會(huì)使用MATLAB軟件，并且場與波的分析往往涉及復(fù)雜的繪圖和大量的計(jì)算，用MATLAB語言能夠直觀地模擬和展示各種電磁現(xiàn)象，并給出直觀清晰的圖像，更加形象、精確，可視性很強(qiáng)[4]。因此，將MATLAB仿真軟件引入到電磁場與電磁波實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，會(huì)幫助學(xué)生理解電磁場與電磁波的抽象理論。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，編寫實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)，可以保證實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與理論內(nèi)容緊密結(jié)合，通過實(shí)驗(yàn)對理論教學(xué)起到促進(jìn)作用。比如，利用MATLAB仿真軟件可以繪制靜電場電位與電場強(qiáng)度分布曲線，均勻平面波的三維傳播模型等。

3 結(jié)語

在無線及衛(wèi)星通信迅速發(fā)展，電磁應(yīng)用越來越廣泛的背景下，課題組教師經(jīng)過多年的不懈努力，《電磁場與電磁波》課程理論與實(shí)踐教學(xué)均取得了一定的成效，提高了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，教學(xué)效果有了明顯改善。當(dāng)然，在后續(xù)的教學(xué)過程中，還有許多工作需要進(jìn)一步完善，我們將在今后的教學(xué)實(shí)踐過程中繼續(xù)改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙杰，許麗.“電磁場與電磁波”課程教學(xué)研究[J].中國電力教育，2014（21）：10-11.

[2] 黃文，郝宏剛，羅元.《電磁場與電磁波》課程教學(xué)改革探討[J].素質(zhì)教育論壇，2015（21）：6-7.

[3] 李紋霞.顛覆教師中心理念之教學(xué)策略[J].通識(shí)在線，2000（52）：18-20.

[4] 張量，孔勐，陳明生，等.《電磁場與電磁波》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，31（3）：73-75.endprint