專業(yè)認證理念下“電磁兼容原理與設計”課程教學探索

鐘顯江 尚 宇 張寧超 崔 曼 趙 黎

（西安工業(yè)大學電子信息工程學院 陜西·西安 710021）

工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質量保證制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。工程教育專業(yè)認證強調以學生為中心，圍繞培養(yǎng)目標和全體學生畢業(yè)要求的達成進行資源配置和教學安排，并將學生和用人單位滿意度作為專業(yè)評價的重要參考依據(jù)；專業(yè)教學設計和教學實施以學生接受教育后所取得的學習成果為導向，并對照畢業(yè)生核心能力和要求，評價專業(yè)教育的有效性；建立有效的質量監(jiān)控和持續(xù)改進機制，能持續(xù)跟蹤改進效果并用于推動專業(yè)人才培養(yǎng)質量不斷提升。在工程教育專業(yè)認證中，課程體系建設是支撐工程類專業(yè)人才培養(yǎng)目標和學習成果的核心要素和內容，因此在專業(yè)認證理念下對課程教學改革進行探索是非常必要的。

隨著科學技術的飛速發(fā)展，電磁環(huán)境變得越來越復雜，電子電氣設備面臨的干擾越來越大，導致性能下降和功能喪失的概率顯著增加。為了實現(xiàn)許多設備的兼容性，從設計、制造到使用的產品必須符合電磁兼容性標準和標準，實施電磁兼容性認證，同時必須提高對電磁兼容性的認識。掌握電磁兼容的技術手段。電磁兼容作為一門綜合性的跨學科學科，它的基礎包括電路理論、電磁理論、材料科學和生物醫(yī)學等，是電子信息工程專業(yè)人員需要掌握的知識和技術。通過本課程的學習，我們全面掌握了各種現(xiàn)代電磁干擾源的基本原理、干擾耦合通道、電磁干擾抑制技術和電磁兼容設計依據(jù)，掌握工程技術人員在實際開發(fā)工作中應注意的問題?！半姶偶嫒菰砼c設計”課程是電子信息工程專業(yè)一門重要的專業(yè)方向課，在該專業(yè)的人才培養(yǎng)方案和課程體系中具有重要地位。工程教育專業(yè)認證是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現(xiàn)工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎。工程教育專業(yè)認證的核心就是要確認工科專業(yè)畢業(yè)生達到行業(yè)認可的既定質量標準要求，是一種以培養(yǎng)目標和畢業(yè)出口要求為導向的合格性評價。工程教育專業(yè)認證要求專業(yè)課程體系設置、師資隊伍配備、辦學條件配置等都圍繞學生畢業(yè)能力達成這一核心任務展開，并強調建立專業(yè)持續(xù)改進機制和文化以保證專業(yè)教育質量和專業(yè)教育活力。工程教育專業(yè)認證的三大核心理念是“以學生為中心、以成果為導向、持續(xù)改進”，因此課程教學需要緊緊圍繞工程教育專業(yè)認證三大理念進行教學改革，可以達到更好的教學效果，滿足國際工程教育專業(yè)認證標準。

1 傳統(tǒng)電磁兼容課程教學中存在的問題

近年來，我院對通信與信息系統(tǒng)和電子與通信工程等學科的研究生開設了“電磁兼容原理與設計”課程的教學，教學中存在一些問題歸納起來主要有以下幾個方面：

1.1 教學內容缺乏更新，教學方法相對單一

目前，我院的研究生“電磁兼容原理與設計”課程采取以講授為主的教學方式，教師的教學觀念還停留在先前的教育水平上，教學內容和教學方式仍然把重點放在如何在課堂上傳授現(xiàn)有的、自己所熟識的知識，然而，單一使用這種方式無法滿足人才培養(yǎng)的需求，也無法發(fā)揮發(fā)揮研究生的“主動性”和“主體地位”。隨著現(xiàn)代新技術的應用，電子產品的種類不斷增加，相應的測量設備和方法不斷更新，電磁兼容標準的要求也越來越嚴格。因此課程教學也必須緊跟電磁兼容技術的發(fā)展動態(tài)，結合現(xiàn)有的教學內容將逐漸成熟的、應用領域擴大的以及最新的技術介紹給研究生，把眼光延伸到學生在學習和研究過程中，甚至未來任職中所需要解決的問題上。

1.2 課程教學仍舊按照以教師為主體的教學模式，學生的學習積極性不高

電磁兼容的內容涉及電磁兼容基礎理論和電磁兼容的測量、認證、設計等實用技術，是一門交叉學科，其特點為理論性強枯燥難懂，傳統(tǒng)的以教師為主體的課堂教學模式很難取得理想的教學效果，教師在教學中一味灌輸、研究生被動聽講，在學習中死記硬背，使學生感到枯燥、乏味，學習積極性不高，教學效果得不到保證。與此同時，這種“以教師為主體”的傳統(tǒng)教學模式，無法充分調動研究生的學習興趣，缺乏自由探究的機會，無法達到使研究生主動學習并運用自己所學理論知識解決實際問題的目的。

1.3 缺乏實驗和實踐教學環(huán)節(jié)，未能做到理論與實踐相結合

電磁兼容涉及電子、電器、電力、通信等方方面面，是一門理論性、實踐性都很強的課程,若完全直接從理論入手，對于學生來講，會覺得比較空洞，理解起來也比較困難。電磁兼容技術與實際應用有著非常密切的聯(lián)系，而且它本身就是一門在實踐中發(fā)展起來的學科，課程的理論學習需要在實踐中理解和掌握。將實驗設計環(huán)節(jié)與實際應用密切結合，可以切實地提高學生學習和科研的能力。然而，受限于課程學時有限和相關實驗所需的儀器設備通常較為昂貴，電磁兼容實驗和實踐教學總是難以開展。

總之，當前的課程教學還存在較多的問題，這些問題的存在不利于提高研究生工程實踐能力和創(chuàng)新意識，因此亟待引入新的教學理念和教學方法，提升課程的教學質量。

2 電磁兼容課程教學改革探索

“電磁兼容原理與設計”課程作為一門適用于通信與信息系統(tǒng)、電子與通信工程、電力系統(tǒng)及其自動化和機械電子工程等學科專業(yè)的碩士研究生專業(yè)選修課，具有理論性較強、概念抽象、公式推導煩瑣等特點，同時與工程實踐的聯(lián)系十分緊密?！半姶偶嫒菰砼c設計”課程主要涉及電子、電器、醫(yī)療、電力、無線電等行業(yè)，知識集成度高，要求知識面廣，因此講授起來難度較大，需要學生具備扎實的數(shù)學和物理基礎、較強的空間想象能力、抽象思維能力以及邏輯推理能力。如何在保持理論知識完整性和嚴謹性的前提下激發(fā)學生的學習興趣，同時做到與技術應用接軌，是本課程面臨的挑戰(zhàn)。為了在有限學時內使研究生較好地掌握課程內容，獲得最佳教學效果，最大限度培養(yǎng)學生的工程實踐能力和創(chuàng)新能力，增強學生學習興趣，需要從課程特點、教學內容、教學方法及手段、實驗實踐環(huán)節(jié)等方面對該課程教學改革進行探索。

在課程教學中，要將以過去教師為主的理念轉變?yōu)橐詫W生為中心的理念，注重學生能力培養(yǎng)，以成果為導向。在課程考核方面，要從過去重點對知識掌握程度的考查轉向對學生能力的考查；每學期教學任務結束后，要對課程教學進行全面總結和持續(xù)改進，使后期課程教學達到更好效果。

2.1 課程目標定位

根據(jù)工程教育專業(yè)認證的三大理念，“電磁兼容原理與設計”課程目標如下：

課程目標1：理解電磁兼容的基本概念。能應用電磁兼容領域的一些定義和表述，理解電磁干擾與電磁環(huán)境的關系，分析電磁干擾源的特性。

課程目標2：能夠運用電磁干擾的耦合和傳播的知識，分析和計算一些傳導耦合和輻射耦合的情況。

課程目標3：能熟練運用接地、濾波、電磁屏蔽等措施來抑制電磁干擾的技術手段，并提出防止電磁干擾的方法和途徑。熟練運用各種電磁兼容的測量方法和要求，使學生建立相關概念。

2.2 課程教學內容設置

根據(jù)電子信息工程專業(yè)的培養(yǎng)目標、畢業(yè)要求及其指標點的分解，確定本課程的上述教學目標，進而確定教學內容，如表1所示。

表1：課程目標及畢業(yè)要求與教學內容對應關系

實驗1：基于HFSS的人腦電磁能量比吸收率計算；實驗2：近地導線的電容性耦合仿真；實驗3：微波帶通濾波器插損指標分析；實驗4：基于HFSS的孔陣機殼近場屏蔽效能分析。

2.3 課程教學實施過程改進

在教學實施過程中，需要充分考慮工程教育專業(yè)認證理念，并將其貫穿于教學實施過程中，把教材內容講解和實驗項目結合進行教學，進一步強化課程內容與培養(yǎng)目標的匹配度，從而提高學生解決復雜電子信息工程問題的能力。

由于電磁兼容教學內容有關電磁場和微波理論的內容過多，理論推導和公式多，這部分內容本身抽象難懂，需要比較好數(shù)理基礎，大部分學生學習的困難很大。若單純采用課堂理論講授的教學方式，教師講起來難度較大，對于學生而言，課堂教學成了單向知識流動，很少有自己的思考和反饋空間，學習興趣也受到了極大的限制。由于電磁兼容教學內容有關電磁場和微波理論的內容過多，理論推導和公式多，這部分內容本身抽象難懂，需要比較好數(shù)理基礎，大部分學生學習的困難很大。若單純采用課堂理論講授的教學方式，教師講起來難度較大，對于學生而言，課堂教學成了單向知識流動，很少有自己的思考和反饋空間，學習興趣也受到了極大的限制。因此，在課程教學中，需要根據(jù)該課程的特點，針對不同章節(jié)和內容選擇不同教學方式，構建以講授教學法、案例教學法、討論教學法、課堂練習教學法和課外項目教學法相結合的多元化教學方法。講授教學法講授相關理論知識；案例教學法根據(jù)課程進度的需要，通過實際案例分析，讓學生切身感受系統(tǒng)分析及設計過程，了解系統(tǒng)設計的背景、意義；討論教學法提出問題并采用分組討論形式，培養(yǎng)學生通過表達、交流、合作獲取相關知識、在團隊中發(fā)揮作用的能力以及主動學習的能力；課堂練習教學法布置練習題以鞏固、加深理解教學內容；課外項目教學法指定課外閱讀文獻，發(fā)放電子閱讀文獻、資料等，培養(yǎng)學生獲取、分析相關文獻資料的能力。

除了傳統(tǒng)的課堂講授方式，同時還可以開展“電磁兼容原理與設計”虛擬仿真實驗平臺建設，引入仿真實驗案例進行輔助教學，將理論知識與實驗相結合，使工程問題更加形象化，加深學生對電磁兼容技術在實際工程應用中的理解，從而提升學生的學習效果。仿真軟件將電磁理論與數(shù)值方法結合起來，能夠方便、快捷地進行數(shù)值實驗，使問題形象化，可操作性較強。目前電磁仿真已經(jīng)成功地應用于電磁性能預測、設計的多個方面。在問題分析、合理設置仿真模型和求解參數(shù)的前提下，仿真可以完全代替測試，在電磁兼容教學中引入仿真實驗，可以方便靈活可以根據(jù)教學的要求分析任意部件，得到系統(tǒng)的任意電磁特性，提供了比測試更豐富息，得到結果都是理想的，有助于排除干擾。例如，在電磁兼容課程中，屏蔽技術是抑制電磁干擾的三大途徑之一，也是教學中的重點內容，非常有必要在此處設置實驗。在實驗4“基于HFSS的孔陣機殼近場屏蔽效能分析”中，為了研究孔陣腔體的近場屏蔽效能，采用ANSYSHFSS軟件進行建模分析，其模型如圖1所示。機箱材料為鋁，外形尺寸為200 mm×100 mm×100 mm，壁厚為2mm，其中一個面中心有孔徑為16mm、規(guī)格為3×2的孔陣。在機箱外部設一個偶極子天線，作為近場輻射源，取機箱內部點P（100mm，50mm，50mm）作為屏蔽效能測試點。

圖1：孔陣機殼的仿真模型

孔陣機殼的近場屏蔽效能的仿真結果如圖2所示，可以看出隨著輻射天線與機殼距離的增加，屏蔽效能總體趨勢是隨之增加，這與理論分析相吻合。通過上述仿真結果可知，輻射源與屏蔽體之間的距離對近場屏蔽效能有很大影響。因此在條件允許時，機載設備之間安裝距離應盡量增加以提高其屏蔽效能。通過理論教學與仿真實驗的結合，避免了傳統(tǒng)課程教學中純理論灌輸?shù)目菰锓ξ?，使學生可以深入理解工程實踐中屏蔽的作用和影響機制，從而達到更好學習效果。

圖2：不同輻射距離的近場屏蔽效能比較

3 結論

課程體系建設是工程教育專業(yè)認證的重中之重，在專業(yè)認證的框架下，要將其三大核心理念貫穿于課程教學過程中。在課程目標、課程內容、教學實施、課程考核設置等方面，都要體現(xiàn)以學生為中心、以成果為導向、持續(xù)改進，切實提高學生解決電子信息復雜工程問題的能力。