工程教育認(rèn)證背景下“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程的教學(xué)改革探討

薛春華 袁浩浩 周堅(jiān)和 賓志燕

摘要：工程教育認(rèn)證要求高等院校工科類專業(yè)能夠?yàn)楫?dāng)今信息社會(huì)培養(yǎng)適應(yīng)社會(huì)需要的合格的高級(jí)應(yīng)用型專門人才。我們根據(jù)工程教育認(rèn)證對(duì)通信工程專業(yè)教學(xué)的要求，對(duì)本專業(yè)基礎(chǔ)課“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了分解，探討了教學(xué)方法、考核手段方面的改革。這些教學(xué)改革手段有效調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，這將有助于推動(dòng)我校通信工程專業(yè)的工程教育認(rèn)證。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證；教學(xué)改革；教學(xué)目標(biāo)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）18-0107-02

一、引言

隨著2016年中國(guó)正式加入《華盛頓協(xié)議》并成為該協(xié)議的第十八個(gè)正式成員國(guó)，一項(xiàng)志在與國(guó)際接軌的工程類本科教育改革正式啟動(dòng)?！度A盛頓協(xié)議》是最有國(guó)際影響力的工程教育本科專業(yè)學(xué)位互認(rèn)協(xié)議，其宗旨是通過(guò)多邊認(rèn)可工程教育資格，促進(jìn)工程學(xué)位互認(rèn)和工程技術(shù)人員的國(guó)際流動(dòng)。加入《華盛頓協(xié)議》對(duì)我國(guó)工程類后備人才培養(yǎng)的作用是毋庸置疑的。原因在于，高等教育的人才培養(yǎng)模式可以分為兩部分，其中碩博士人才培養(yǎng)的目標(biāo)是從事科學(xué)研究，而工程類本科教育人才培養(yǎng)的目標(biāo)則是工程師。通過(guò)加入《華盛頓協(xié)議》，我們得以借鑒國(guó)際上已有的工程教育專業(yè)認(rèn)證，并將其引入到我們現(xiàn)有的專業(yè)建設(shè)及課程教學(xué)中，使得本科課程教學(xué)有了一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。教師根據(jù)這個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的導(dǎo)向和要求來(lái)編寫教學(xué)大綱、備課及授課，學(xué)生的學(xué)習(xí)有了明確的指導(dǎo)方向。

在《華盛頓協(xié)議》的推動(dòng)下，現(xiàn)在各大高校都開展了相關(guān)學(xué)科的工程教育認(rèn)證以及相應(yīng)的課程改革[1，2]。我們的辦學(xué)專業(yè)是通信工程專業(yè)，“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”是本專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。然而，在工科專業(yè)，“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程常常不受學(xué)生歡迎，是公認(rèn)的一門教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程。究其原因，一方面是這門課程的內(nèi)容涉及了相當(dāng)多的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)知識(shí)，公式繁多，使得學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)相當(dāng)吃力；另一方面，與其他實(shí)踐類課程相比，這門課程本身概念抽象，學(xué)生難以進(jìn)行深入的理解。在早期的教學(xué)改革中，已經(jīng)有很多人針對(duì)這門課的教學(xué)方式方法進(jìn)行了很多探討。這里我們針對(duì)這門課程的特點(diǎn)，結(jié)合工程認(rèn)證背景，對(duì)“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程的教學(xué)改革進(jìn)行了有益的探索，并取得了良好的效果。

二、課程的教學(xué)目標(biāo)分解與結(jié)構(gòu)

工程認(rèn)證中的課程教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的最大不同是細(xì)化了課程目標(biāo)及其對(duì)工程類專業(yè)學(xué)生畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系。我們根據(jù)工程認(rèn)證的要求，對(duì)“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程的教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了分解。本課程教學(xué)目標(biāo)包括兩部分：（1）使學(xué)生牢固掌握電磁場(chǎng)方面的基本概念、基本理論，能利用所學(xué)的數(shù)學(xué)模型，包括運(yùn)用矢量分析和邊值問(wèn)題方法，分析電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，并對(duì)電磁場(chǎng)問(wèn)題進(jìn)行求解。（2）能夠?qū)W(xué)習(xí)過(guò)的電磁場(chǎng)理論應(yīng)用于電磁波傳播的分析，具備對(duì)復(fù)雜電磁波及微波工程問(wèn)題進(jìn)行表達(dá)與建模的能力。這兩個(gè)教學(xué)目標(biāo)分別對(duì)應(yīng)這門課程的基礎(chǔ)理論部分和工程應(yīng)用部分。然后，我們進(jìn)一步理清該課程的框架，得出這門課程的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。課程的教學(xué)目標(biāo)與結(jié)構(gòu)給了我們一條清晰的授課主線。首先，從場(chǎng)的基本概念出發(fā)，先靜態(tài)場(chǎng)后時(shí)變電磁場(chǎng)，歸納出麥克斯韋方程組，使學(xué)生從概念上理解這門課的理論核心。隨后，利用麥克斯韋方程組推導(dǎo)波動(dòng)方程，得出波的解形式，并與熟知的機(jī)械波相比較，讓學(xué)生形象的理解與掌握電磁波的概念與傳播特性，進(jìn)而理解導(dǎo)行電磁波和電磁輻射。這一授課主線也讓我們明晰了各章節(jié)內(nèi)容之間的聯(lián)系。

在授課過(guò)程中，可以將重點(diǎn)放在概念的物理意義和公式與定理的使用方式上，而不是推導(dǎo)與演繹上。這樣的授課方式正是基于工科類學(xué)生的畢業(yè)要求所做出的。對(duì)于工程類本科生來(lái)說(shuō)，他們不需要接觸到電動(dòng)力學(xué)的本質(zhì)，而只需要學(xué)會(huì)怎么將電磁場(chǎng)與電磁波理論運(yùn)用于工程技術(shù)中，怎么用好電磁場(chǎng)與電磁波這門課中所涉及的公式即可。關(guān)于導(dǎo)行電磁波和電磁輻射的工程應(yīng)用部分，同樣也更強(qiáng)調(diào)從概念上定性的理解，而不是精確分析推導(dǎo)。

三、課程教學(xué)方法的改革

工程認(rèn)證為課程教學(xué)提供了明確的教學(xué)導(dǎo)向。在講授“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”這門課時(shí)，應(yīng)當(dāng)更多強(qiáng)調(diào)電磁場(chǎng)與電磁波的應(yīng)用前景，激發(fā)學(xué)生對(duì)這門課程的學(xué)習(xí)熱情，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，從而使得學(xué)生的創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)。為此，我們利用多媒體課件及仿真軟件等現(xiàn)代化的教學(xué)工具對(duì)該課程的教學(xué)方法進(jìn)行改革。一方面，電磁場(chǎng)是不可視的，因此學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)的存在只能靠想象。僅僅依靠公式推導(dǎo)來(lái)講解這門課會(huì)使得本不可視的電磁場(chǎng)與電磁波相關(guān)內(nèi)容變得非?？菰铮逎y懂。我們可以使用Matlab進(jìn)行電磁場(chǎng)演示，比如點(diǎn)電荷或電偶極子所產(chǎn)生的電場(chǎng)和電位分布圖以及接地導(dǎo)體球外點(diǎn)電荷所產(chǎn)生的電場(chǎng)和電位分布圖等，這可以讓學(xué)生很直觀的看到電場(chǎng)的分布形態(tài)。這樣的教學(xué)方式使這門課變得形象化，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。另一方面，我們?cè)谶M(jìn)行電磁輻射部分內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，還使用HFSS或CST STUDIO SUITE進(jìn)行天線輻射的演示，讓學(xué)生直觀的看到天線輻射的方向圖、回波損耗、增益等參量。仿真軟件的使用能夠有效增進(jìn)學(xué)生對(duì)相關(guān)內(nèi)容的理解。我們還利用這些仿真軟件介紹一些涉及電磁場(chǎng)與電磁波新技術(shù)與應(yīng)用的文章，比如超材料天線技術(shù)＼超衍射成像等。這些關(guān)于電磁場(chǎng)與電磁波應(yīng)用前沿的介紹可以激發(fā)學(xué)生的想象力，活躍思維，從而有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

四、課程考核方式的改革

工程教育要求我們應(yīng)注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而傳統(tǒng)的考核方式并不能很好的體現(xiàn)這一點(diǎn)。作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”的考核方式是閉卷考試，但由于公式多、概念多，學(xué)生難以記住這么多內(nèi)容，因此使得這門課的考試基本變成了考記憶，而不是考能力。為此，我們對(duì)考核方式進(jìn)行了改革：降低了期末考試成績(jī)的權(quán)重（占總考核成績(jī)的50%），增強(qiáng)了平時(shí)的課堂和課后考核，包括課堂討論和論文寫作。首先，我們?cè)谡n堂上增加了分組討論環(huán)節(jié)，任課教師在課堂上提問(wèn)時(shí)不再是針對(duì)一個(gè)人提問(wèn)，而是針對(duì)一個(gè)小組提問(wèn)，根據(jù)回答狀況給予平時(shí)成績(jī)。這就要求一個(gè)小組的學(xué)生課前和課后都要對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行討論。通過(guò)討論，可以增進(jìn)學(xué)生對(duì)授課內(nèi)容的理解，也增強(qiáng)了學(xué)生的思考能力。其次，我們?cè)黾恿藢懻撐沫h(huán)節(jié)，要求學(xué)生針對(duì)電磁波的傳播特性，從導(dǎo)行電磁波到電磁輻射選擇某一個(gè)側(cè)重點(diǎn)寫一篇小論文，這樣可以加深學(xué)生對(duì)電磁波特性與微波技術(shù)應(yīng)用的理解。通過(guò)對(duì)考核方式的改革，學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力得到了有效的提升。

五、結(jié)論

上文在工程認(rèn)證背景下探討了通信專業(yè)基礎(chǔ)課“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，依照工程認(rèn)證要求對(duì)課程教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行了分解和課程結(jié)構(gòu)解析，在教學(xué)方法、考核手段等方面進(jìn)行了有益的改革，并取得了良好的效果。我們的教學(xué)改革成果對(duì)推動(dòng)高校工科信息類專業(yè)的“電磁場(chǎng)與微波技術(shù)”課程教學(xué)具有一定的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義，并且有助于推動(dòng)我們所在的通信工程專業(yè)的工程認(rèn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1]仇建，陳賓賓，胡維華.工程教育認(rèn)證背景下的網(wǎng)絡(luò)專業(yè)課程體系建設(shè)[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，（2）：107-110.

[2]邵輝，葛秀坤，畢海普，趙慶賢，郝永梅，邢志祥.工程教育認(rèn)證在專業(yè)建設(shè)中的引領(lǐng)與改革思考[J].常州大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2014，（1）：104-107.