“電磁場與微波技術(shù)”課程群本研貫通式一體化建設(shè)

鄧小喬 朱琎 陳熙維 許琳莉 田雨波

摘 ?要：基于本校本科電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和研究生通信專業(yè)“電磁場與微波技術(shù)”方向?qū)嶋H，文章提出了創(chuàng)新型“電磁場與微波技術(shù)”方向本研貫通式一體化課程群建設(shè)舉措，從改革課程群培養(yǎng)方案、教學(xué)體系和構(gòu)建合理師資隊(duì)伍等多個(gè)方面分析了“電磁場與微波技術(shù)”方向課程群建設(shè)的主要內(nèi)容，構(gòu)建多平臺(tái)、多層面漸進(jìn)式理論和實(shí)踐教學(xué)模式。結(jié)果表明，學(xué)生相關(guān)“電磁場與微波技術(shù)”知識(shí)和創(chuàng)新能力得到了鍛煉和提高。

關(guān)鍵詞：“電磁場與微波技術(shù)”;本研一體化;課程群

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2020）22-0076-04

Abstract： Based on the practice of "Electromagnetic Field and Microwave Technology" of electronic information science and technology undergraduate and communication graduate program in our university， a concept framework which is about innovative "electromagnetic field and microwave technology" major for course group of integration of undergraduate and graduate is put forward in the paper. And the main contents of the "electromagnetic field and microwave technology" course group are analyzed from the aspects of reforming the training program， teaching system and building a reasonable teaching staff et.， then a multi-platform and multi-level progressive theory and practice teaching mode are built. The results show that the students' knowledge and innovation ability of the electromagnetic field and microwave technology are improved.

Keywords： Electromagnetic Field and Microwave Technology; integration of undergraduate and graduate; course group

2016年新工科理念提出后，“新工科”建設(shè)對(duì)高校培養(yǎng)實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新能力強(qiáng)、具備國際競爭力的高素質(zhì)復(fù)合型人才提出了更高的要求?，F(xiàn)階段，教育界的研究熱點(diǎn)之一為學(xué)科課程群建設(shè)。而“電磁場與微波技術(shù)”方向類課程是電子信息工程、通信工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)技術(shù)等通信電子類專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。這類課程數(shù)學(xué)公式繁瑣、工程應(yīng)用背景較強(qiáng)，既要求學(xué)生具有較強(qiáng)理論基礎(chǔ)，又要求學(xué)生具備工程實(shí)踐能力和技術(shù)創(chuàng)新能力，最終為培養(yǎng)從事通信電子類高級(jí)工程技術(shù)人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，組建“電磁場與微波技術(shù)”方向課程群對(duì)培養(yǎng)該領(lǐng)域“新工科”創(chuàng)新創(chuàng)造型人才至關(guān)重要。

一、國內(nèi)研究動(dòng)態(tài)

近年來國內(nèi)高校在“電磁場與微波技術(shù)”方向課程中不斷探索，積極引入各種新的教育教學(xué)方法和理念，取得了一定的成效。2013年，黑龍江科技大學(xué)邊莉等人針對(duì)傳統(tǒng)電磁場與微波技術(shù)系列課程中教學(xué)內(nèi)容不足，提出基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式下“六合一貫通式”系列課程體系[1]。同年，唐山學(xué)院張銀蒲針對(duì)場技術(shù)課程教師“難教”、學(xué)生“難學(xué)”的狀況，將相關(guān)課程組成以“電磁場理論”為基礎(chǔ)的射頻方向課程群，開發(fā)了與課程群課程相關(guān)的實(shí)踐項(xiàng)目，并對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行了相應(yīng)改革[2]。2015年，范懿等人在電磁場和微波課程群中開展專題化教學(xué)的改革，提高了課程群的教學(xué)質(zhì)量。2016年，北京航空航天大學(xué)全紹輝等人對(duì)電磁場與微波技術(shù)系列課程及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系設(shè)計(jì)進(jìn)行了初探，取得了一定成效[3]。同年，中國計(jì)量學(xué)院李九生等人提出了創(chuàng)新型射頻課程群建設(shè)，從教學(xué)體系、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、師資隊(duì)伍和考核方式等多個(gè)方面進(jìn)行改革，學(xué)生創(chuàng)新能力得到一定的提高。2018年，南京理工大學(xué)李兆龍等人針對(duì)“電磁場與微波技術(shù)”課程群進(jìn)行了國際化探索。2019年，太原理工大學(xué)劉建霞等人對(duì)電磁場類課程群建設(shè)的相關(guān)問題做了深入的研究。

上述研究主要針對(duì)本科生進(jìn)行，鮮少涉及研究生課程。本文基于新工科背景，采用貫通式培養(yǎng)思路，將本科生和研究生的相關(guān)課程進(jìn)行整合，優(yōu)化教育資源，強(qiáng)化人才培養(yǎng)，對(duì)“電磁場與微波技術(shù)”方向本研課程構(gòu)建成課程群形式，形成本科生階段與研究生階段有效銜接的貫通式一體化培養(yǎng)模式。

二、構(gòu)建措施

（一）課程群培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱構(gòu)建

受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，“電磁場與微波技術(shù)”方向本研課程之間相互獨(dú)立、教學(xué)內(nèi)容銜接不緊密，教學(xué)內(nèi)容無系統(tǒng)性，同時(shí)也存在部分內(nèi)容重復(fù)、側(cè)重點(diǎn)不清等現(xiàn)象。重構(gòu)前各門課程的講授內(nèi)容及課時(shí)分配見表1。

依據(jù)新工科背景下多學(xué)科專業(yè)交叉融合的特征來制定工程專業(yè)學(xué)位本科、研究生教育培養(yǎng)目標(biāo)，以強(qiáng)化工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、綜合實(shí)踐應(yīng)用能力，充分反映相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺闹R(shí)結(jié)構(gòu)與素質(zhì)要求來重構(gòu)專業(yè)教育培養(yǎng)方案，課程內(nèi)容設(shè)置上需考慮知識(shí)的廣度與深度，剪裁重復(fù)內(nèi)容，同時(shí)補(bǔ)充和拓展與本專業(yè)相關(guān)聯(lián)的新技術(shù)、新知識(shí)、新理論和新工藝，反映當(dāng)代新工科工程科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的前沿。根據(jù)學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)習(xí)順序，本文重構(gòu)了培養(yǎng)方案和教學(xué)大綱，如表2所示。其特點(diǎn)如下：

1. 根據(jù)課程之間的相關(guān)性，構(gòu)建好課程群涵蓋的知識(shí)體系框架，設(shè)定好各門課程的教學(xué)目標(biāo)，處理好課程知識(shí)點(diǎn)之間的銜接。本科教學(xué)大綱中，增設(shè)“電波傳播概論”，講授無線電波的相關(guān)知識(shí);“電磁場理論”中刪除“導(dǎo)行電磁波”部分，只講授電磁場與電磁波在無界自由空間、分層介質(zhì)中的傳播，將導(dǎo)行系統(tǒng)中的傳播放在“微波技術(shù)基礎(chǔ)”中講授;暫停開設(shè)“射頻與無線技術(shù)基礎(chǔ)”，增開“天線與射頻電路設(shè)計(jì)”實(shí)踐課程兩周，其中天線工程實(shí)例設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)一周，射頻器件設(shè)計(jì)學(xué)時(shí)一周（自行查找相關(guān)資料，相對(duì)于研究生的設(shè)計(jì)來說，此階段的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)）。

2. 包括“高等天線理論”、“計(jì)算電磁學(xué)”、“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”、“電磁兼容原理與應(yīng)用”等在內(nèi)的研究生課程重在“學(xué)以致用”，理論課和“工程實(shí)例創(chuàng)新設(shè)計(jì)”的實(shí)驗(yàn)課學(xué)時(shí)按照2：1的比例分配或者授課和上機(jī)同時(shí)進(jìn)行。相較于本科生的天線設(shè)計(jì)來說，“高等天線理論”偏于系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重在突出研究生的創(chuàng)新能力，有一定的難度，是本科階段天線設(shè)計(jì)的延伸和擴(kuò)展。

該課程群體系包括重理論的基礎(chǔ)培養(yǎng)和重實(shí)踐的高級(jí)培養(yǎng)兩個(gè)階段，分別對(duì)應(yīng)本科生教學(xué)和研究生教學(xué)。本科生和研究生的課程分別體現(xiàn)了從理論到應(yīng)用、從基礎(chǔ)到創(chuàng)新，逐級(jí)遞進(jìn)，對(duì)應(yīng)各課程前后銜接的培養(yǎng)思路，同時(shí)，兩個(gè)階段也各自成為完整的培養(yǎng)體系。該課程群的構(gòu)建將本科生和研究生進(jìn)行協(xié)同培養(yǎng)，構(gòu)成了本研貫通式一體化的培養(yǎng)模式，體現(xiàn)了新工科背景下專業(yè)知識(shí)培養(yǎng)體系的系統(tǒng)性和連貫性。

（二）教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式重構(gòu)

傳統(tǒng)的“電磁場與微波技術(shù)”系列課程通常是單獨(dú)進(jìn)行課程羅列，沒有體現(xiàn)課程之間的內(nèi)在聯(lián)系，最關(guān)鍵的是課程沒有工程應(yīng)用背景，與國際脫軌，課程內(nèi)容沒有體現(xiàn)“新工科”內(nèi)涵，學(xué)生獨(dú)立完成的內(nèi)容少，純粹的理論知識(shí)已經(jīng)無法滿足新工科建設(shè)對(duì)多學(xué)科融合和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求。

“電磁場與微波技術(shù)”方向課程相關(guān)課程均基于高等數(shù)學(xué)與物理學(xué)，要求學(xué)生具備較強(qiáng)的空間想象能力、抽象思維能力和邏輯推理能力，并且學(xué)時(shí)少、難度大、復(fù)習(xí)消化時(shí)間短，因此歷來被公認(rèn)為是教師“難教”，學(xué)生“難學(xué)”的課程。針對(duì)傳統(tǒng)系列課程的不足，本文基于以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式進(jìn)行了重構(gòu)，構(gòu)建了“貫通式”系列課程體系。重構(gòu)后的課程群體系以基礎(chǔ)理論教師講授、專業(yè)學(xué)科導(dǎo)論、小組討論、課程設(shè)計(jì)和現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)為貫穿本科至碩士階段項(xiàng)目學(xué)習(xí)的主線。部分課程教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)如表3所示。主要培養(yǎng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)及應(yīng)用能力、工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)后，以工程實(shí)踐設(shè)計(jì)項(xiàng)目帶動(dòng)理論課程教學(xué)，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更具有針對(duì)性及有效性。重點(diǎn)以工程知識(shí)、問題分析、設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案、研究和使用現(xiàn)代工具為畢業(yè)要求，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、科技寫作、創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。該模式下課程教學(xué)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：

1. 項(xiàng)目以工程仿真設(shè)計(jì)方式開展，學(xué)生通過學(xué)習(xí)解決技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題。

2. 項(xiàng)目以小組為單位，以課題設(shè)計(jì)報(bào)告的形式展開。學(xué)生必須學(xué)會(huì)利用圖書館相關(guān)檢索方式，搜集查詢相關(guān)文獻(xiàn)，跟蹤國際國內(nèi)研究新進(jìn)展，材料篩選整理后進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，最后將包括設(shè)計(jì)過程和仿真結(jié)果的所有材料整理后在課堂上進(jìn)行匯報(bào)交流。

3. 課程教學(xué)中教師的“教”仍發(fā)揮主導(dǎo)作用，只是角色從傳統(tǒng)教育模式中的“灌輸者”轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的“引導(dǎo)者”“啟發(fā)者”“激勵(lì)者”以及“幫助者”。教師安排的授課時(shí)間減少，減少的時(shí)間交給學(xué)生自由支配。學(xué)生課后需利用足夠的時(shí)間充分消化理論課內(nèi)容，積極主動(dòng)地執(zhí)行課程設(shè)計(jì)，在項(xiàng)目中學(xué)生需執(zhí)行如下任務(wù)：（1）針對(duì)題目進(jìn)行調(diào)研、收集資料，小組討論研究其可行性和創(chuàng)新性;（2）確定技術(shù)方案;（3）組長為各個(gè)組員分配任務(wù);（4）理論設(shè)計(jì);（5）構(gòu)建模型（包含材料和器件選擇）、仿真;（6）設(shè)計(jì)優(yōu)化和完善;（7）實(shí)驗(yàn)調(diào)試以及結(jié)果分析;（8）PPT制作和答辯;（9）撰寫項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告。通過設(shè)計(jì)，可大大提高項(xiàng)目組的團(tuán)隊(duì)合作精神、協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、報(bào)告撰寫能力和語言表達(dá)能力等，也更能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性?？己嗽u(píng)價(jià)內(nèi)容應(yīng)對(duì)應(yīng)人才培養(yǎng)目標(biāo)，考核方式應(yīng)具有激勵(lì)機(jī)制，可根據(jù)課程情況采取多樣化的評(píng)價(jià)形式和形成多元化的評(píng)價(jià)主體。

（三）教學(xué)團(tuán)隊(duì)重構(gòu)

著眼于培養(yǎng)滿足新工科和國際專業(yè)認(rèn)證背景下創(chuàng)新創(chuàng)造型人才，我們對(duì)教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了重構(gòu)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)的建設(shè)立足于新工科課程群的特征，在組建團(tuán)隊(duì)的時(shí)候必須注意每位教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)和專業(yè)背景的互補(bǔ)性。建設(shè)新工科課程群教學(xué)團(tuán)隊(duì)，首先依據(jù)課程內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系和教師科研方向的關(guān)聯(lián)性，通過將青年老師（助教）和具有豐富教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的“老”教師（主講）配伍，一方面實(shí)現(xiàn)“老”教師對(duì)青年教師的傳幫帶，輔導(dǎo)青年教師順利通過“教學(xué)關(guān)”;另一方面，青年教師帶來很多新的專業(yè)領(lǐng)域觀點(diǎn)和專業(yè)研究方向以及國際化教學(xué)方式，能夠擴(kuò)大團(tuán)隊(duì)的知識(shí)儲(chǔ)備，拓展新的研究方向，反哺教學(xué)，即成立“主講+助教”理論課教師與專業(yè)實(shí)驗(yàn)課教師的教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

（四）課程群網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

課程群網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的多元化教學(xué)模式，是完成教學(xué)過程、提升教學(xué)效果的一個(gè)重要手段，是課堂教學(xué)的一種補(bǔ)充，可培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作和溝通的能力。課程群網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)分為兩部分：

一是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，以課程為中心集成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的環(huán)境。課程群的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建中，結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，在教學(xué)中使用MOOC來實(shí)現(xiàn)“翻轉(zhuǎn)課堂”，即在課堂教學(xué)前給學(xué)生制定相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)計(jì)劃，保證課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)有機(jī)銜接。該教學(xué)模式重新調(diào)整核心課堂和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的時(shí)間，增加討論課學(xué)時(shí)的比重，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，教學(xué)由傳統(tǒng)的知識(shí)灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)閹熒?dòng)，它與啟發(fā)式學(xué)習(xí)、問題探究性學(xué)習(xí)、訓(xùn)練與實(shí)踐式、案例學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方法相結(jié)合，注重學(xué)生研究工程實(shí)踐問題意識(shí)和綜合實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，不僅能夠滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)和個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求，而且能夠增強(qiáng)學(xué)生和教師之間的交流，促進(jìn)學(xué)生解決問題能力以及創(chuàng)新能力的發(fā)展。

二是網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行管理。教師可以在平臺(tái)上提問、答疑，布置家庭作業(yè)，可以查看學(xué)生提交的包括仿真設(shè)計(jì)軟件包、報(bào)告文檔等在內(nèi)的作業(yè)，并給出相應(yīng)的成績，有針對(duì)性地進(jìn)行指導(dǎo)。學(xué)生也可以查看自己提交的資料以及教師的回復(fù)等。

在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，普遍課程學(xué)時(shí)大大縮減，學(xué)生在課堂所學(xué)很多知識(shí)來不及消化，基于MOOC的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)是一種良好的輔助教學(xué)方式。

三、結(jié)束語

本文通過調(diào)研業(yè)界對(duì)本研在“電磁場與微波技術(shù)”方面的需求，針對(duì)我校本科生和研究生的實(shí)際教學(xué)情況，進(jìn)行了本研一體化教學(xué)改革，著重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、創(chuàng)新創(chuàng)造的能力，同時(shí)對(duì)培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱、教學(xué)方法、教學(xué)過程、考核標(biāo)準(zhǔn)和方法、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)等的改革進(jìn)行了有效的嘗試，建立了適應(yīng)國內(nèi)新工科要求的“電磁場與微波技術(shù)”本研一體化課程群體系。經(jīng)過實(shí)踐，該項(xiàng)課程群建設(shè)取得了一定成效，學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性和積極性得到了激發(fā)，工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力得到一定增強(qiáng)。今后在這方面的主要工作是根據(jù)業(yè)界發(fā)展趨勢適時(shí)調(diào)整、完善內(nèi)容，使課程群建設(shè)更具可操作性，形成更加全面、合理和清晰的新工科課程群教育范式。

參考文獻(xiàn)：

[1]邊莉，張起晶，劉鑫，等.電磁場與微波技術(shù)系列課程教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2013（04）：50-52.

[2]張銀蒲.基于射頻方向課程群的教學(xué)改革與創(chuàng)新[J].唐山學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，26（1）：97-99.

[3]全紹輝，白明，張巖，等.電磁場與微波技術(shù)系列課程及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系設(shè)計(jì)初探[J].工業(yè)和信息化教育，2016（7）：36-41.