以“學(xué)生學(xué)”為中心的課堂教學(xué)與考核方式改革探索

張文聰 徐永馳 鄧軍 楊子義

摘? 要：電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程數(shù)學(xué)公式多，理論復(fù)雜，內(nèi)容抽象，應(yīng)用性強(qiáng)。針對(duì)以上特點(diǎn)，結(jié)合貴陽(yáng)學(xué)院學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差，教學(xué)效果不佳的現(xiàn)實(shí)情況，文章旨在探討并尋求有效的課程教學(xué)與考核方式的改革措施。在課堂教學(xué)方面，文章討論了引入電磁學(xué)發(fā)展史中的科學(xué)背景故事作為課程導(dǎo)入，采用翻轉(zhuǎn)課堂，增加仿真設(shè)計(jì)等教學(xué)方式改革對(duì)教學(xué)效果的作用。同時(shí)針對(duì)以上教學(xué)方式的改革，文章還探討了平時(shí)成績(jī)量化，考試題型改革，線上學(xué)習(xí)考核等措施在電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程中的效果。教學(xué)實(shí)踐證明，以上教改措施對(duì)貴陽(yáng)學(xué)院電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程的教學(xué)效果起到了良好的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)與微波技術(shù);教學(xué)改革;翻轉(zhuǎn)課堂;課程考核

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2022）06-0139-04

Abstract： Electromagnetics and Microwave Technology is a course of use and application， which is abstract， complicated and full of complex mathematic equations. Considering the characteristics of the course and the fact that most students in Guiyang University are not good at math， this paper focuses on the reformation of classroom teaching and evaluation method aimed to seeking effective measures to improve the teaching results of electromagnetics and microwave technology. On the aspect of classroom teaching method， this paper discusses the effects of introducing the development history of electromagnetics and the related stories of scientific researches， applying the flipped classroom and increasing the numerical simulation design. On the aspect of evaluation method， this paper discusses the effects of quantification of the students' daily performance， exam content and assessment of online study. Our teaching practice demonstrates that the above measures indeed help to improve the teaching results of electromagnetics and microwave technology in Guiyang University.

Keywords： Electromagnetics and Microwave Technology; teaching reformation; flipped class; course evaluation

電磁場(chǎng)與微波技術(shù)是電子科學(xué)與技術(shù)、通信工程、電子信息工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課[1]。該課程包括電磁場(chǎng)與微波技術(shù)兩個(gè)方面的基本概念、理論與應(yīng)用。電磁場(chǎng)部分是在大學(xué)物理課程中電磁學(xué)部分的基礎(chǔ)上，運(yùn)用矢量分析的方法，描述電磁場(chǎng)的基本物理概念，在總結(jié)基本實(shí)驗(yàn)定律的基礎(chǔ)上給出電磁場(chǎng)的基本規(guī)律[2]。微波是頻率為300 MHz至3 000 GHz的電磁波，微波技術(shù)是以電磁場(chǎng)理論、微波器件物理及微波電路理論為基礎(chǔ)，并和通信系統(tǒng)、微電子系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的技術(shù)。它是一門理論與工程性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。其前導(dǎo)課程為大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)和復(fù)變函數(shù)等。從課程內(nèi)容上來(lái)看，該門課程具有數(shù)學(xué)公式較多，理論復(fù)雜，內(nèi)容抽象且龐雜等特點(diǎn)[3]。對(duì)于數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)不扎實(shí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，該門課程繁雜的公式推導(dǎo)難學(xué)難懂。對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，該門課程涉及的電磁場(chǎng)和微波，在現(xiàn)實(shí)中看不見(jiàn)摸不著，因此極難對(duì)學(xué)生進(jìn)行直觀地描述和解析，需要依賴于數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)和物理機(jī)理的分析。因此，在大多數(shù)的高校中，以“教師教”為中心的單向輸出型的授課方式，在電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程中非常普遍。然而，不論是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)報(bào)道還是學(xué)生反饋來(lái)看，這種教學(xué)方式的教學(xué)效果普遍不佳。鑒于此，針對(duì)該門課程教學(xué)方式和相應(yīng)的考核方式進(jìn)行改革，努力從以“教師教”為中心轉(zhuǎn)變到以“學(xué)生學(xué)”為中心，具有十分重要的意義。

一、教學(xué)方式改革

針對(duì)貴陽(yáng)學(xué)院的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)相對(duì)較差，而電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程數(shù)學(xué)要求較高的特點(diǎn)，在教學(xué)方式上，依據(jù)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，突出實(shí)用性，故事性地講述，淡化數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)過(guò)程中的繁瑣性和枯燥性。并努力以學(xué)生為中心，采用翻轉(zhuǎn)課堂，線上線下結(jié)合等方式對(duì)電磁學(xué)與微波技術(shù)的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)和發(fā)展過(guò)程進(jìn)行講授。

（一）以電磁學(xué)發(fā)展史為主線，以相關(guān)科學(xué)家的故事為導(dǎo)入

現(xiàn)有的大部分《電磁場(chǎng)與微波技術(shù)》相關(guān)教材，其內(nèi)容基本都是按照電磁學(xué)理論的發(fā)展歷史來(lái)編寫的，首先講述靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)、時(shí)變電磁場(chǎng)和電磁波的傳播問(wèn)題，最后講微波技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用。其內(nèi)容的順序契合庫(kù)侖、高斯、安培、法拉第、麥克斯韋等科學(xué)家在電磁學(xué)發(fā)展過(guò)程中所做貢獻(xiàn)的時(shí)間順序[4]。但是在絕大部分教材中，庫(kù)侖定律、高斯定律、安培定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、麥克斯韋方程組的相關(guān)內(nèi)容均是進(jìn)行直接的理論分析與介紹。缺乏相關(guān)科學(xué)家以及研究背景故事的拓展，因此看起來(lái)內(nèi)容轉(zhuǎn)變比較突兀且枯燥。如果在課前能夠以電磁學(xué)發(fā)展歷史和相關(guān)科學(xué)家的故事為引導(dǎo)，采用視頻介紹及教具示范等方式作為課程導(dǎo)入，可以讓課堂內(nèi)容銜接更加順暢，提高授課的趣味性，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5]。上述教學(xué)方式的改革，在貴陽(yáng)學(xué)院電子與通信工程學(xué)院通信工程專業(yè)課堂實(shí)踐過(guò)后，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有了較大的提升，并且能增強(qiáng)學(xué)生對(duì)各位科學(xué)家的具體貢獻(xiàn)以及對(duì)應(yīng)公式的記憶，有助于提高學(xué)生對(duì)電磁理論的系統(tǒng)性認(rèn)知，甚至有助于啟發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)研究的概念性認(rèn)知并激發(fā)他們從事科學(xué)研究的志向。

（二）突出應(yīng)用，以課程設(shè)計(jì)報(bào)告為落腳點(diǎn)

雖然電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程的前半部分也就是電磁理論部分，數(shù)學(xué)公式較為復(fù)雜，理論性較強(qiáng)，概念性的內(nèi)容較多，但是微波技術(shù)是以電磁理論為基礎(chǔ)，實(shí)用性很強(qiáng)的一部分內(nèi)容。微波技術(shù)是一種典型的軍民兩用技術(shù)，它在移動(dòng)通信、衛(wèi)星定位、雷達(dá)探測(cè)、微波加熱、微波滅菌、微波等離子體、微波化工、天文氣象、遙感測(cè)繪和軍事國(guó)防等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[6]（圖1）。

因此在該門課程中，通過(guò)理論結(jié)合實(shí)際應(yīng)用的辦法來(lái)講授相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，將會(huì)有助于激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，在理解數(shù)學(xué)表達(dá)的時(shí)候，領(lǐng)會(huì)其背后的物理含義，并了解其具體的工程應(yīng)用。例如，在講解微波諧振腔的時(shí)候，應(yīng)該結(jié)合微波爐來(lái)說(shuō)明，微波爐就是典型的多模諧振腔的應(yīng)用。在講解電磁波的反射與投射問(wèn)題時(shí)，可以結(jié)合雷達(dá)探測(cè)、隱身飛機(jī)等應(yīng)用進(jìn)行引導(dǎo)和說(shuō)明。在講解煤質(zhì)的電磁參數(shù)時(shí)，可以結(jié)合微波加熱、超材料和等離子體等等進(jìn)行說(shuō)明。最后，通過(guò)課程設(shè)計(jì)，使用HFSS、CST、COMSOL等軟件進(jìn)行微波器件或者微波技術(shù)相關(guān)應(yīng)用進(jìn)行仿真優(yōu)化，有條件的還可以進(jìn)行加工測(cè)試，形成課程設(shè)計(jì)報(bào)告的形式，作為平時(shí)的一次大作業(yè)[7]。通過(guò)采取課堂講述與課后設(shè)計(jì)相結(jié)合的方式，突出本門課程的實(shí)用性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高其動(dòng)手能力，符合新工科的建設(shè)目標(biāo)和精神。

（三）增加翻轉(zhuǎn)課堂的次數(shù)

貴陽(yáng)學(xué)院多次強(qiáng)調(diào)，需要學(xué)校與教師共同努力轉(zhuǎn)變教學(xué)方式和教學(xué)目標(biāo)，應(yīng)該從以“教師教”為中心轉(zhuǎn)變到以“學(xué)生學(xué)”為中心，筆者深以為然。在授課方式上，針對(duì)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程中概念較多或者應(yīng)用性較強(qiáng)的部分，部分課時(shí)可以采用翻轉(zhuǎn)課堂的授課方式。這樣可以避免教師在教學(xué)過(guò)程中只是單向輸出，避免灌輸式教學(xué)，提高學(xué)生的課堂參與度，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的動(dòng)力，真正做到以“學(xué)生學(xué)”為中心。首先讓學(xué)生在課下通過(guò)線上線下相結(jié)合的方式進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，以項(xiàng)目實(shí)踐為中心，自行查閱知網(wǎng)、web of science、圖書館等資源站上的材料，最后以小組報(bào)告的形式，在課堂上進(jìn)行分組展示。授課教師主要關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的進(jìn)度，共性知識(shí)點(diǎn)的缺漏，小組各個(gè)成員的參與度等方面，解答學(xué)生在資料搜集整理及PPT匯報(bào)等過(guò)程中產(chǎn)生的疑問(wèn)。然而，翻轉(zhuǎn)課堂的課時(shí)數(shù)不能過(guò)多，具體情況還要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容以及學(xué)生的學(xué)習(xí)效果來(lái)制定[8]。電磁場(chǎng)與微波技術(shù)中理論性較強(qiáng)，需要較強(qiáng)數(shù)學(xué)及物理基礎(chǔ)的部分內(nèi)容并不適合過(guò)多使用翻轉(zhuǎn)課堂來(lái)進(jìn)行授課。除此之外，該門課程內(nèi)容銜接性強(qiáng)且內(nèi)容龐雜，如果過(guò)多使用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，會(huì)導(dǎo)致教學(xué)效率較低，甚至拖慢教學(xué)進(jìn)度。

二、考核方式改革

以上教學(xué)方式改革增加了很多學(xué)生課間課后的參與度，因此有必要對(duì)課程的考核方式進(jìn)行對(duì)應(yīng)改革，以便納入學(xué)生在課間和課后表現(xiàn)的考察。

（一）量化平時(shí)成績(jī)，鼓勵(lì)課堂參與

平時(shí)成績(jī)的量化考核，體現(xiàn)了公平、公開(kāi)、公正的原則，能夠消除平時(shí)成績(jī)打分的爭(zhēng)議，也使得學(xué)生在課間課后的努力有章可循，有助于提高學(xué)生在課程中的參與度，有助于實(shí)現(xiàn)以“學(xué)生學(xué)”為中心的轉(zhuǎn)變。譬如翻轉(zhuǎn)課堂、課程設(shè)計(jì)等，學(xué)生在課程中的參與能夠量化打分，避免部分同學(xué)在分組活動(dòng)中出工出力但沒(méi)有得到公正的對(duì)待，避免部分同學(xué)渾水摸魚。同時(shí)，量化平時(shí)成績(jī)能夠極大地鼓勵(lì)同學(xué)們的課堂參與度，譬如積極回答問(wèn)題等，活躍課堂氛圍[9]。該項(xiàng)改革措施更加適用于電磁場(chǎng)與微波技術(shù)這類理論推導(dǎo)較多且較為枯燥的課程。貴陽(yáng)學(xué)院大多數(shù)課程的平時(shí)成績(jī)占綜合成績(jī)的40%，按照百分制，通常平時(shí)成績(jī)占40分。在進(jìn)行平時(shí)成績(jī)考核時(shí)，貴陽(yáng)學(xué)院電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程，一般按照作業(yè)占比為20分（包含課后作業(yè)以及課程設(shè)計(jì)報(bào)告等），翻轉(zhuǎn)課堂占比為10分，課堂回答問(wèn)題占比10分（每正確回答一次問(wèn)題得2分，每人可以回答5次問(wèn)題，答滿為止）。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)平時(shí)成績(jī)的量化辦法確實(shí)可以提高教學(xué)效果，尤其是可以極大程度地活躍課堂氛圍。

（二）增加主觀題，減少客觀題

過(guò)往的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)貴陽(yáng)學(xué)院的同學(xué)雖然學(xué)習(xí)態(tài)度比較端正，但是死記硬背的現(xiàn)象比較突出，對(duì)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程中很多知識(shí)點(diǎn)都停留在公式記憶的層面上，缺乏對(duì)其背后的物理原理的深刻理解。這種學(xué)習(xí)方式也導(dǎo)致他們對(duì)很多概念和公式的用法依然還是似懂非懂，在做一些客觀題時(shí)，只會(huì)解答已經(jīng)做過(guò)的與課后習(xí)題類似的題目，按部就班地按照課本上的重點(diǎn)公式來(lái)進(jìn)行解答。因此，在試卷命題時(shí)可以增加簡(jiǎn)答題等主觀題的比重，適量減少計(jì)算題、選擇題和填空題等客觀題。這樣可以使得考試內(nèi)容變得靈活，側(cè)重考查學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程中的物理機(jī)理、實(shí)際工程應(yīng)用設(shè)計(jì)和器件技術(shù)指標(biāo)等認(rèn)知，更加貼合本門課程在科研和生產(chǎn)中的實(shí)際需要。除此之外，還可以考查學(xué)生在學(xué)習(xí)本門課程中的日常積累和對(duì)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的思考。這樣的命題方式讓學(xué)生考試沒(méi)有了復(fù)習(xí)重點(diǎn)，避免了考前突擊的現(xiàn)象，既能體現(xiàn)學(xué)生的真實(shí)水平，又符合新工科教育的現(xiàn)實(shí)需要。

（三）增加“線上”學(xué)習(xí)的考核

疫情過(guò)后，我國(guó)“線上”教育的資源得到了極大發(fā)展，類似B站、MOOC和超星等平臺(tái)上有大量的名師名家課程。線上為主、線下為輔的教學(xué)方式可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，既利用了網(wǎng)絡(luò)上的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，又能避免單純的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)導(dǎo)致的學(xué)習(xí)效率低下，課堂效果無(wú)法保證等后果[10-11]。使用線上資源對(duì)教師課上內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)利用線上網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行異地答疑，布置作業(yè)等教學(xué)任務(wù)。這一部分內(nèi)容，可以納入到量化的平時(shí)成績(jī)中進(jìn)行考核，比如網(wǎng)絡(luò)答疑，可以視同課堂回答問(wèn)題進(jìn)行加分。這需要教師在選定教材時(shí)，就需要在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上選擇一門使用相同或者相似教材的網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)課，然后把網(wǎng)絡(luò)課程的學(xué)習(xí)計(jì)劃納入教學(xué)大綱中?！熬€上”課程學(xué)習(xí)不僅有助于對(duì)教師的教學(xué)進(jìn)行補(bǔ)充印證，方便學(xué)生在課后溫習(xí)功課，同時(shí)還能有助于翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施。對(duì)于電磁場(chǎng)與微波技術(shù)這一類數(shù)學(xué)較為復(fù)雜的課程來(lái)說(shuō)，如果學(xué)生只通過(guò)閱讀課本、查閱資料等方式進(jìn)行自學(xué)是很難獲得良好的學(xué)習(xí)效果的。但是如果有“線上”課程的補(bǔ)充，各大教學(xué)名師通過(guò)公開(kāi)課提前進(jìn)行講授和引導(dǎo)，學(xué)生對(duì)于理論性較強(qiáng)、數(shù)學(xué)推導(dǎo)較為復(fù)雜的內(nèi)容也可以獲得較為良好的學(xué)習(xí)效果。這使得翻轉(zhuǎn)課堂的次數(shù)可以得到一定程度地增多，翻轉(zhuǎn)課堂中涉及的教學(xué)內(nèi)容也可不必只局限于概念性、工程性較強(qiáng)的部分。因此，通過(guò)實(shí)行“線上”“線下”相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，并增加“線上”學(xué)習(xí)的考核具有很重要的意義。

三、教改效果分析

受限于師資力量，貴陽(yáng)學(xué)院電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程只在通信工程專業(yè)開(kāi)課，該專業(yè)每年僅招收一個(gè)班。因此，無(wú)法在學(xué)校內(nèi)部分班實(shí)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而無(wú)法進(jìn)行教改班與非教改班的對(duì)照量化分析。但是以上教改措施是從2018級(jí)開(kāi)始實(shí)行，因此可以通過(guò)對(duì)比往屆未實(shí)行教改措施的學(xué)生（2017級(jí)）的平時(shí)成績(jī)與卷面成績(jī)的情況，分析教改措施的實(shí)施效果。圖2為2017級(jí)和2018級(jí)通信工程專業(yè)電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程期末卷面成績(jī)的統(tǒng)計(jì)分布情況。以上數(shù)據(jù)是在同一位教師授課并命題，考試題型和難度基本類似的情況下得到的。2018級(jí)通信工程專業(yè)總?cè)藬?shù)為58人，2017級(jí)為47人（1人缺考）。從圖2中可以看出卷面成績(jī)90分以上的同學(xué)人數(shù)占班級(jí)總?cè)藬?shù)的比例從2017級(jí)的8.5%提高到了2018級(jí)的13.8%。80分以上的同學(xué)人數(shù)占班級(jí)總?cè)藬?shù)的比例也從17%提高到了31%;卷面成績(jī)不及格人數(shù)占全班總?cè)藬?shù)的比例也從31.9%下降到了27.6%。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明了教改措施的有效性，同學(xué)們的學(xué)習(xí)效果也得到了極大地提升。

平時(shí)成績(jī)因?yàn)榇蚍值臉?biāo)準(zhǔn)不一致，因此無(wú)法進(jìn)行對(duì)比。但是從學(xué)生的課堂表現(xiàn)來(lái)看，實(shí)施以上教改措施以后，2018級(jí)的同學(xué)在課堂上積極回答問(wèn)題，全班同學(xué)上課期間的注意力也較大程度地得到了改善，學(xué)生在課堂上開(kāi)小差及玩手機(jī)等行為有了較大的改觀。以上教改措施實(shí)行之后，對(duì)比2018級(jí)的每位同學(xué)的平時(shí)成績(jī)以及期末卷面成績(jī)發(fā)現(xiàn)，大部分同學(xué)的期末成績(jī)和平時(shí)成績(jī)基本呈正相關(guān)的關(guān)系。除此之外，電磁場(chǎng)與微波技術(shù)相關(guān)方向的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)題目，也越來(lái)越受貴陽(yáng)學(xué)院電子與通信工程學(xué)院的學(xué)生歡迎。因此，我們認(rèn)為以上教改措施不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高他們的學(xué)習(xí)效率，還可以幫助教師及時(shí)鑒別部分不努力的學(xué)生，并積極介入幫助他們學(xué)習(xí)，最后還能夠有助于提高平時(shí)成績(jī)考核的公平性。

四、結(jié)束語(yǔ)

貴陽(yáng)學(xué)院電磁場(chǎng)與微波技術(shù)課程經(jīng)過(guò)過(guò)去幾年的教學(xué)實(shí)踐，不斷地探索教學(xué)方式和考核方式的改革，使得該課程取得了較為良好的教學(xué)效果，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力得到了較大程度地提升，學(xué)習(xí)成績(jī)也得到了提高。這種改革符合貴陽(yáng)學(xué)院以“學(xué)生學(xué)”為中心的教學(xué)改革精神，契合貴陽(yáng)學(xué)院申辦應(yīng)用研究型大學(xué)的目標(biāo)，符合貴陽(yáng)學(xué)院培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用型人才的定位。

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