工程教育認(rèn)證背景下工程電磁場課程建設(shè)探索

摘 要 工程電磁場課程是面向電氣工程專業(yè)本科學(xué)生開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，對電氣工程及相關(guān)專業(yè)核心課程及專業(yè)培養(yǎng)計劃具有重要支撐作用。近年來，工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的開展進(jìn)一步對課程提出了以學(xué)生為中心、課程持續(xù)改進(jìn)、學(xué)生能力導(dǎo)向的具體需求。為適應(yīng)課程建設(shè)的新需求，文章設(shè)計了適用于工程電磁場課程的內(nèi)容優(yōu)化思路、學(xué)生能力產(chǎn)出的支撐教學(xué)環(huán)節(jié)、課程達(dá)成度評價內(nèi)容。這些方面的探索推進(jìn)了該課程授課中學(xué)生為中心的教學(xué)理念，拓展了面向?qū)W生能力產(chǎn)出的課程建設(shè)思路。

關(guān)鍵詞 工程電磁場；工程教育專業(yè)認(rèn)證；課程建設(shè)

中圖分類號：G424 " " " " " " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A " " DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2025.06.011

Exploration on the Construction of Engineering Electromagnetic Field Course under the Background of Engineering Education Professional Certification

SHI Pengfei， GU Yuyu

（College of Marine Electrical Engineering， Dalian Maritime University， Dalian， Liaoning 116000）

Abstract The Engineering Electromagnetic Field course is a fundamental course for undergraduate students majoring in Electrical Engineering， which plays an important supporting role in the core courses and professional training plans of Electrical Engineering and related majors. In recent years， the implementation of engineering education professional certification has further put forward specific demands for student-centered curriculum， continuous curriculum improvement， and student ability orientation. In order to meet the new needs of curriculum construction， the article designs content optimization ideas suitable for engineering electromagnetic field courses， supporting teaching links for student ability output， and curriculum achievement evaluation content. These explorations have promoted the student-centered teaching philosophy in the course and expanded the curriculum construction ideas for student ability output.

Keywords engineering electromagnetic field; engineering education professional certification; curriculum construction

1" 課程建設(shè)背景分析

工程電磁場課程是電氣工程及其自動化（簡稱電氣工程）專業(yè)的核心課程，是本專業(yè)課程體系內(nèi)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，對后續(xù)包括電機(jī)學(xué)、高電壓技術(shù)等若干課程具有重要支撐作用[1]。其用以建立學(xué)生對場量的基本認(rèn)識，支撐相關(guān)專業(yè)學(xué)生認(rèn)識并解決基本的電磁現(xiàn)象及問題。在靜電感應(yīng)、強(qiáng)磁場技術(shù)、電機(jī)本體設(shè)計、加速器磁體設(shè)計、電磁屏蔽、電磁干擾等眾多電氣工程的主干領(lǐng)域，工程電磁場課程所建立的場論思想及課程體系構(gòu)成了解決上述領(lǐng)域問題的基礎(chǔ)。基于亥姆霍茲定理所指的電磁唯一性描述，由麥克斯韋方程所建立的電場和磁場的散度及旋度方程并結(jié)合具體的背景邊界條件，理論上可解決所有的宏觀電磁場問題，在工程電磁場課程中對這些電磁現(xiàn)象本質(zhì)及定理的描述顯得尤為重要。

現(xiàn)代教育理念中，將課程的理論教育與教育主體（即學(xué)生）的工程能力提升相結(jié)合，以適應(yīng)專業(yè)的工程需求，是教育的重要出發(fā)點，工程教育專業(yè)認(rèn)證同時提出了以學(xué)生為中心、以能力為導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)的核心理念，該教育理念利于引導(dǎo)課程建設(shè)更好地適應(yīng)專業(yè)需求背景[2]。為更好地貼近工程教育專業(yè)認(rèn)證的需求，促進(jìn)電氣工程專業(yè)工程電磁場課程的良好教學(xué)，深入探索面向工程教育專業(yè)認(rèn)證的課程建設(shè)思路及教學(xué)方法具有重要意義。然而，工程電磁場作為電氣工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，自身表現(xiàn)出了理論性強(qiáng)、公式推導(dǎo)復(fù)雜、能力產(chǎn)出不易量化的特點[3-4]。面對課程建設(shè)需求及課程特點，建立明確的課程目標(biāo)、優(yōu)化課程內(nèi)容、探索與課程相適應(yīng)的能力產(chǎn)出及評價機(jī)制是本文需要討論的問題。

2" 課程建設(shè)探討與實踐

工程教育認(rèn)證“以學(xué)生為中心”“能力導(dǎo)向”“持續(xù)改進(jìn)”三大核心理念并非獨立存在，而是具有緊密聯(lián)系，其要求教師對課程內(nèi)容整體具有清晰的把控，對課程目標(biāo)具有恰當(dāng)?shù)奶釤挘n程授課過程具有有效的教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計。在完成課程建設(shè)過程中，如何有側(cè)重、有針對性地突出三大核心理念，下面將從以學(xué)生為中心的課程內(nèi)容優(yōu)化、以能力為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計、用以持續(xù)改進(jìn)的課程評價三方面展開探討（圖1）。

2.1" 以學(xué)生為中心的課程內(nèi)容優(yōu)化

從以學(xué)生為中心理念出發(fā)，在工程電磁場授課環(huán)節(jié)、實驗環(huán)節(jié)、作業(yè)環(huán)節(jié)更多融入學(xué)生參與或起主導(dǎo)作用的過程或內(nèi)容，提煉課程培養(yǎng)目標(biāo)及分解指標(biāo)點。

首先，整理前序課程中對工程電磁場具有重要支撐作用的知識點，引導(dǎo)學(xué)生課下復(fù)習(xí)回顧，教師授課中把握電磁場核心概念、定理及定律。在電氣工程專業(yè)課程體系中，工程電磁場課程作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，其對電氣工程專業(yè)知識體系起到了重要的承接作用，搭建起了從基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的橋梁。其與前述課程高等數(shù)學(xué)（工科數(shù)學(xué)）、線性代數(shù)、大學(xué)物理、場論緊密相連，涵蓋了包括微積分、矩陣等在內(nèi)的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)方程的知識儲備需求，表現(xiàn)出了極強(qiáng)的理論性及抽象性。比如，課程中涉及在不同坐標(biāo)系下面積分、體積分、偏微分求解，涉及矩陣運(yùn)算等，這要求學(xué)生對相關(guān)基礎(chǔ)知識掌握良好，在授課中，教師應(yīng)有意識地在授課初期提醒學(xué)生課程可能用到知識點及相關(guān)前續(xù)課程，引導(dǎo)學(xué)生課下自行復(fù)習(xí)。在授課環(huán)節(jié)中，授課教師需把握核心知識點，包括靜電場、恒定磁場、交變場的基本散度及旋度方程，場的求解方法等，對課程主線進(jìn)行清晰闡述，尤其對于工程電磁場課程課時較少的授課單位來說，這種核心知識點及支撐知識內(nèi)容的整理更加必要。

其次，發(fā)掘適合學(xué)生自行探索的課程相關(guān)定理推導(dǎo)環(huán)節(jié)。該課程中大量的定理是以公式形式進(jìn)行描述，同時，定理間存在較大關(guān)聯(lián)性，因此，教師應(yīng)在定理講解中，為學(xué)生留適量適當(dāng)?shù)亩ɡ磉M(jìn)行課后推導(dǎo)，可進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生探索課本以外未接觸的定理推導(dǎo)證明。

最后，突出學(xué)生在課程實驗環(huán)節(jié)中的主體作用。工程電磁場課程中涉及對眾多不同算例背景下場的認(rèn)識，分析對象包括電偶極子、通電螺線圈等基本場輻射單元，也包括亥姆霍茲線圈、復(fù)雜磁軛等更復(fù)雜的電磁器件，然而電場或磁場在空間內(nèi)無法被觀測到，具有抽象性，學(xué)生僅通過想象較難理解空間中電力線、磁力線的分布特征，因此，在課程中均會包含一定的實驗課時，以幫助學(xué)生建立或認(rèn)識電磁器件場的分析或建立方法，了解一些典型電磁器件的場分布形式。此實驗過程一部分依靠教師講授，一部分依靠學(xué)生操作或編寫程序等完成，學(xué)生作為本門課程的探索者，通過翻閱相關(guān)書籍尋找專業(yè)相關(guān)經(jīng)典案例，或通過查詢文獻(xiàn)掌握新發(fā)展，在此基礎(chǔ)上根據(jù)已學(xué)操作或編程工具解決更貼近工程需求的電磁場問題。

2.2" 以能力為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計

該課程對學(xué)生能力的要求主要體現(xiàn)在對學(xué)生物理機(jī)制理解能力、提煉核心知識能力、數(shù)理推導(dǎo)能力、自行分析解決工程問題能力，各項能力的培養(yǎng)仍是以課程內(nèi)容及授課方案的合理安排為前提的。在課程內(nèi)容優(yōu)化過程中，課上課下知識點的整理及分類有利于引導(dǎo)學(xué)生抓課程主干的分析意識及能力。在課程進(jìn)行中，通過課后、課外定理的查找及自行推導(dǎo)有利于進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生在該方向的數(shù)學(xué)推導(dǎo)能力，同時深化物理機(jī)制理解能力。實驗環(huán)節(jié)中，解決教師所留題目主要側(cè)重學(xué)生對所學(xué)知識的掌握，而引入學(xué)生自行探索設(shè)計案例的過程，有利于學(xué)生更加了解該課程對后續(xù)包括電機(jī)學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域課程的基礎(chǔ)理論支撐作用，探索適合的針對后續(xù)課程的工程電磁場實際問題和背景描述，使得課程更加靠近實際工程問題，有利于培養(yǎng)學(xué)生電磁場相關(guān)工具的運(yùn)用能力及解決實際工程問題的能力。

2.3" 用以持續(xù)改進(jìn)的課程評價

建立明確的課程培養(yǎng)目標(biāo)及合理的指標(biāo)點分解方法是實現(xiàn)課程授課效果評判的基礎(chǔ)，進(jìn)而可有針對性地對課程進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。

在本校四年制電氣工程及其自動化專業(yè)中，該專業(yè)基礎(chǔ)課在大二第二學(xué)期授課，以已學(xué)課程高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、大學(xué)物理等為基礎(chǔ)，通過該課程的講授，幫助學(xué)生掌握工程電磁場分析所需基本知識、重要概念、理解物理本質(zhì)、分析相關(guān)物理現(xiàn)象，這些課程目標(biāo)用以支撐畢業(yè)要求中工程知識、問題分析能力、研究能力指標(biāo)點。學(xué)生在本學(xué)期并無充足的專業(yè)課程知識儲備，該課程對設(shè)計能力要求相對較弱，與此同時，由于課程中包含需進(jìn)行操作及編程的實驗項，因此強(qiáng)調(diào)課程目標(biāo)需支撐現(xiàn)代工具運(yùn)用能力。因此，本課程的課程目標(biāo)及其對畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐關(guān)系如表1所示。

課程考核項包括課后習(xí)題作業(yè)、探索性推導(dǎo)作業(yè)，課程實驗及期末考試，針對各畢業(yè)要求指標(biāo)點所設(shè)置的分值分配如表2，根據(jù)該分值分配可進(jìn)一步對各課程目標(biāo)達(dá)成度進(jìn)行計算分析。

3" 結(jié)語

在工程教育專業(yè)認(rèn)證理念指引下，本文對電氣工程專業(yè)的工程電磁場課程建設(shè)方法展開討論，針對“以學(xué)生為中心”“能力導(dǎo)向”“持續(xù)改進(jìn)”三大核心理念，本文有側(cè)重地開展了以學(xué)生為中心的課程內(nèi)容優(yōu)化、以能力為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計、用以持續(xù)改進(jìn)的課程評價三方面的分析探討。所討論的課程建設(shè)思路有利于在課程教授過程中培養(yǎng)學(xué)生的物理機(jī)制理解能力、核心知識提煉能力、數(shù)理推導(dǎo)能力、自行分析解決工程問題能力、相關(guān)工具運(yùn)用能力及解決實際工程問題的能力，突出了學(xué)生在課程中的參與主體作用，同時為設(shè)置相應(yīng)參考指標(biāo)點、支撐課程持續(xù)改進(jìn)給出了思路。

基金項目：2022年大連海事大學(xué)校級教改項目（2022Y31）。

參考文獻(xiàn)

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