基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的電磁場與電磁波課程雙語教學(xué)的探索與實(shí)踐

靳貴平，崔悅慧

摘要：本文結(jié)合作者的教學(xué)實(shí)踐和華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的情況，主要從英文教材的選擇、課程內(nèi)容的組織、教學(xué)形式的多樣化和經(jīng)典文獻(xiàn)的研讀四個(gè)方面對《電磁場與電磁波》進(jìn)行了雙語教學(xué)的探索與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：電磁場與電磁波；雙語教學(xué)；經(jīng)典閱讀

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）46-0145-02

一、引言

以習(xí)近平總書記關(guān)于教育的系列重要講話為指導(dǎo)思想，按照人才成長的基本規(guī)律、教育發(fā)展的自身規(guī)律和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的客觀要求，華南理工大學(xué)電子與信息學(xué)院在原有創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式基礎(chǔ)上進(jìn)行馮秉銓實(shí)驗(yàn)班改革，探索注重知識(shí)、能力、素質(zhì)“三位一體”的整體性人才培養(yǎng)模式。“電磁場與電磁波”是工科電類專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程的基本理論是從事電類專業(yè)領(lǐng)域工作的科技工作者應(yīng)必備的知識(shí)。本課程內(nèi)容對微波技術(shù)、天線原理、電磁兼容原理與技術(shù)、生物電磁學(xué)和射頻電路等后續(xù)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要，對學(xué)生基本素質(zhì)的培養(yǎng)也極其重要，在教學(xué)計(jì)劃中占有重要地位。本文基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的“電磁場與電磁波”課程進(jìn)行了雙語教學(xué)的探索與實(shí)踐。

二、開展雙語教學(xué)的時(shí)機(jī)與條件

針對“電磁場與電磁波”課程的特點(diǎn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的自身?xiàng)l件及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的人才培養(yǎng)目標(biāo)，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班開展雙語教學(xué)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，也十分必要。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班學(xué)生是通過高考選拔出來的優(yōu)秀學(xué)生，高考成績普遍優(yōu)于普通班學(xué)生。這些學(xué)生學(xué)習(xí)自覺性高，自學(xué)能力強(qiáng)，已具備良好的英語運(yùn)用能力，在他們當(dāng)中進(jìn)行雙語教學(xué)，語言的障礙相比普通班要小得多。本課程概念抽象、公式多、理論性強(qiáng)，是一門具有濃厚高等數(shù)學(xué)與物理學(xué)色彩的課程，也是工科學(xué)生公認(rèn)的本科最難學(xué)的課程之一。本課程專業(yè)詞匯多，很多專業(yè)詞匯源自英語，用英語名稱和解釋更容易理解和接受。雙語教學(xué)的基本目標(biāo)是教授學(xué)生專業(yè)英語知識(shí)和技能，使學(xué)生能夠勝任國際化的工作。更高層次的目標(biāo)是通過雙語教學(xué)，使學(xué)生具備國際化思維，提升自我學(xué)習(xí)國內(nèi)外專業(yè)知識(shí)、內(nèi)化吸收專業(yè)技術(shù)和管理理念的能力。這正符合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的培養(yǎng)目標(biāo)——培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力和國際視野、能適應(yīng)電子信息產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展變化的高層次拔尖創(chuàng)新人才。任課教師是有十多年英國、美國工作經(jīng)歷的且從事天線理論與技術(shù)研究的教授，語言方面沒有任何障礙，對課程內(nèi)容的理解和把握具有相當(dāng)?shù)母叨??；谝陨蠋c(diǎn)，在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班開展電磁場與電磁波課程的雙語教學(xué)時(shí)機(jī)和條件都已成熟。

三、電磁場與電磁波雙語教學(xué)的探索與實(shí)踐

1.英文教材的選擇。對于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的電磁場與電磁波課程我們采用由David K.Cheng編著的《Field and Wave Electromagnetics》，是清華大學(xué)出版的影印版。這本關(guān)于電磁場與電磁波的教材很有特色，取材新穎、筆法靈活、邏輯性強(qiáng)。教材從矢量分析和場論入手，以簡潔清晰的方式建立了電磁模型。然后，全面地闡述了電磁場與電磁波的基礎(chǔ)理論。全書內(nèi)容安排具有完整的模塊性，方便靈活取舍。書中配有大量插圖，有利于學(xué)生理解電磁場與電磁波的過程，有利于學(xué)生建立起電磁場和電磁波的形象化的概念。

2.課程內(nèi)容的組織。打破傳統(tǒng)的從實(shí)驗(yàn)定理推出場，再由場結(jié)合散度、旋度的定義推出電場和磁場的旋度和散度，進(jìn)而得出電場和磁場的性質(zhì)，逐步推廣，最后將它們歸納為麥克斯韋方程的形式。針對創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班的課程采用演繹法，首先定義與所研究的學(xué)科密切相關(guān)的一些基本量，如場、源等；然后學(xué)習(xí)運(yùn)算規(guī)則——運(yùn)用矢量分析；設(shè)定場與源之間的關(guān)系，也即麥克斯韋方程組；利用合適的實(shí)驗(yàn)定律去證明每一個(gè)方程。這種課程內(nèi)容組織方式簡要明確，使得電磁學(xué)的論述更加井然有序、符合邏輯，且不同于學(xué)生較早接觸的大學(xué)物理，有助于學(xué)生更好地理解兩門課的不同之處。同時(shí)，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)麥克斯韋方程在本領(lǐng)域的重要地位。

3.教學(xué)形式多樣化。在電磁場與電磁波的雙語教學(xué)活動(dòng)中，重點(diǎn)利用多媒體課件進(jìn)行講授，同時(shí)結(jié)合相應(yīng)的板書、動(dòng)畫等教學(xué)手段。對于難懂的公式，基本采用板書的形式詳細(xì)推導(dǎo)，加深學(xué)生對公式的理解，以便更好地掌握。與此同時(shí)，拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的學(xué)習(xí)空間和時(shí)間，在正常的教學(xué)基礎(chǔ)上，合理地引入MOOC。近年來，很多世界名校如耶魯大學(xué)、麻省理工學(xué)院等都在網(wǎng)絡(luò)上共享了公開課程，包括電磁場理論課程。推薦麻省理工學(xué)院的Hermann A.Haus等講授的公開課electromagnetic fields and energy，建議學(xué)生課余學(xué)習(xí)chapter1 Maxwell's integral laws in free space和chapter 2Maxwell's differential laws in free space；其中chapter1中的庫倫定律、線電流的磁場有demo可觀看。

4.經(jīng)典文獻(xiàn)研讀。在教學(xué)過程中，實(shí)時(shí)穿插進(jìn)該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生主動(dòng)研究型學(xué)習(xí)以及獨(dú)立思考的能力。同時(shí)推薦學(xué)生研讀和欣賞電磁場與電磁波領(lǐng)域的經(jīng)典文獻(xiàn)，通過領(lǐng)略論文科學(xué)思想的產(chǎn)生來體會(huì)原創(chuàng)。對于初學(xué)者而言，學(xué)習(xí)經(jīng)典文獻(xiàn)，主要是學(xué)習(xí)本領(lǐng)域?qū)W術(shù)思想的起源和其原創(chuàng)性貢獻(xiàn)的產(chǎn)生，正確理解本學(xué)科的原始動(dòng)機(jī)，感受杰出學(xué)者的科研思路。通過閱讀這些經(jīng)典文獻(xiàn)，給予創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班學(xué)生科學(xué)研究的啟發(fā)，啟迪他們對于科學(xué)研究的好奇心。推薦創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班學(xué)生閱讀P.J.吉布森發(fā)表在1979年歐洲微波會(huì)議上的The Vivaldi Aerial（1979 9th Euro.Microwave Conference，Brighton：101-105）文獻(xiàn)，這是超寬帶天線的一篇主要文獻(xiàn)，這種天線成為目前寬帶天線的最重要的形式，在電子對抗、偵查等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。通過這篇文獻(xiàn)的閱讀，一方面讓學(xué)生對于這門課程的應(yīng)用有更具體的認(rèn)識(shí)，同時(shí)激發(fā)學(xué)生對課程內(nèi)容更深層次的認(rèn)識(shí)與理解。

四、結(jié)束語

電磁場與電磁波課程是電類專業(yè)的一門必修課，通過它培養(yǎng)學(xué)生用場的觀點(diǎn)分析問題，并學(xué)會(huì)結(jié)合數(shù)學(xué)工具來處理電磁場問題。對于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)班學(xué)生，不僅要使他們掌握基本的專業(yè)知識(shí)，更要使其具備國際化思維，同時(shí)激發(fā)他們對電磁場與電磁波方向更深層次探索的求知欲望。本文以此為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行了雙語教學(xué)的探索與實(shí)踐。

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