范 懿，許明妍，馬愈昭，張 喆，韓 萍

(中國民航大學(xué)電子信息工程學(xué)院，天津 300300)

我校電磁場和微波課程群主要包括“電磁場與電磁波”和“微波技術(shù)與天線”兩門課程。其理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)。課程群內(nèi)的知識點(diǎn)之間相互緊密聯(lián)系，是一個有機(jī)的整體，其教學(xué)效果要通過實(shí)驗(yàn)和仿真設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)來提高［1］。本文主要介紹專題化教學(xué)在該課程群中的應(yīng)用，涉及教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、考核方式等方面的教學(xué)實(shí)踐。

1 課程群的教改思想

電磁場和微波課程群的兩門課程通常是按照教材的章、節(jié)次序開展教學(xué)的，存在的主要問題是:分章節(jié)講解容易造成知識點(diǎn)的割裂;同一知識點(diǎn)在前后課程中可能出現(xiàn)重復(fù);實(shí)踐環(huán)節(jié)相對薄弱，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和工程設(shè)計(jì)能力等。在新版教學(xué)大綱中，課時(shí)量較少與教學(xué)內(nèi)容較多之間的矛盾更為突出。

為了解決上述問題，筆者在教學(xué)實(shí)踐中，采用了專題化教學(xué)模式，既突出了同一課程的各知識點(diǎn)的內(nèi)在關(guān)系，又體現(xiàn)出不同課程相關(guān)知識點(diǎn)的聯(lián)系，把相關(guān)教學(xué)內(nèi)容整合為若干既有機(jī)聯(lián)系又相對獨(dú)立的專題。

專題化教學(xué)模式下，要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理安排:對學(xué)生可自學(xué)掌握的內(nèi)容不講，對學(xué)生有所了解的內(nèi)容少講，而基礎(chǔ)性的內(nèi)容精講，對專題內(nèi)的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容要詳講，對工程應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容要多講［2］。各專題所包含的內(nèi)容不但有基礎(chǔ)理論，還有實(shí)踐項(xiàng)目。專題化教學(xué)模式可以大幅度地提高單位學(xué)時(shí)內(nèi)的知識容量，適當(dāng)減少理論學(xué)時(shí)，增加實(shí)驗(yàn)、仿真或?qū)W術(shù)討論學(xué)時(shí)，這既能拓寬學(xué)生的知識面、擴(kuò)展視野，還能增強(qiáng)學(xué)生研究能力及適應(yīng)技術(shù)工作的能力。

課程群的教學(xué)改革思想可以概括為:以學(xué)生為中心，以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，以專題化教學(xué)模式為手段，以整合的專題化的教學(xué)內(nèi)容為載體，形成專業(yè)知識學(xué)習(xí)、能力培養(yǎng)與素質(zhì)提高三位一體的教學(xué)體系。

2 專題化教學(xué)模式的改革實(shí)踐

1)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化

專題化教學(xué)模式的核心是教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化。如把“電磁場與電磁波”原來八章的內(nèi)容整合為三個專題(見圖1，專題1～3)，把“微波技術(shù)與天線”原來五章的內(nèi)容整合為三個專題(見圖2，專題4～6)。在同一專題內(nèi)，由于知識的關(guān)聯(lián)性，在授課時(shí)可以舉一反三，相互借鑒，既提高了教學(xué)效果，又能減少學(xué)時(shí)。

圖1 “電磁場與電磁波”優(yōu)化示意圖

圖2 “微波技術(shù)與天線”優(yōu)化示意圖

在專題化模式下，更注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，強(qiáng)化實(shí)踐能力的培養(yǎng)目標(biāo)，不僅增加了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，還增加了基于Matlab、ADS和HFSS等工程軟件的仿真設(shè)計(jì)項(xiàng)目和小論文，目的在于培養(yǎng)學(xué)生可遷移能力和工程設(shè)計(jì)能力。

2)實(shí)踐環(huán)節(jié)的強(qiáng)化

每個教學(xué)專題，都設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)踐項(xiàng)目。既增加了實(shí)物實(shí)驗(yàn)，也增加了仿真設(shè)計(jì)以及小型論文等。各專題的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，如表1所示，主要目的在于培養(yǎng)學(xué)生可遷移能力和工程設(shè)計(jì)能力。

表1 專題化模式改革前后對比圖

在實(shí)踐教學(xué)中開展仿真設(shè)計(jì)，使得模擬仿真和實(shí)物實(shí)驗(yàn)相互配合，進(jìn)而提高了實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)效率并改善了教學(xué)效果，為發(fā)展學(xué)生的科學(xué)想象力和創(chuàng)造力提供廣闊的空間。仿真設(shè)計(jì)能極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也使學(xué)生認(rèn)識到它是一個十分有效的研究方法。

提出一個有意義的問題，指導(dǎo)學(xué)生去查閱有關(guān)資料，進(jìn)行探究，將心得寫成小論文，可以使學(xué)生的科學(xué)思維能力得到訓(xùn)練，還可以訓(xùn)練學(xué)生查找文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn)、分析討論、書面表達(dá)和團(tuán)隊(duì)合作的能力，可謂一舉多得。

3)教學(xué)方法和教學(xué)手段的改進(jìn)

為了更好的實(shí)施專題化教學(xué)模式，整合并優(yōu)化專題內(nèi)容，筆者對教學(xué)方法和手段進(jìn)行了改進(jìn)。注重以學(xué)生為中心，采用了思維導(dǎo)圖教學(xué)法、啟發(fā)式教學(xué)法、現(xiàn)場教學(xué)法和知識遷移法等行之有效的教學(xué)方法。

(1)采用思維導(dǎo)圖教學(xué)，將每個專題的教學(xué)內(nèi)容“結(jié)構(gòu)化”和“可視化”。用簡潔的形式高度概括大量內(nèi)容，采用文字、框圖、連線和箭頭等形象化的處理方式，說明知識點(diǎn)的邏輯關(guān)系。這些邏輯關(guān)系不僅限于每個專題內(nèi)的知識，還包括不同專題知識點(diǎn)之間的相互聯(lián)系。這種方法具有層次清晰、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)和結(jié)構(gòu)完整的特點(diǎn)，有利于展現(xiàn)各個知識點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性，讓學(xué)生一看就明白專題內(nèi)容的來龍去脈，從而比較容易地把握知識脈絡(luò)。

(2)采用啟發(fā)式教學(xué)，提高學(xué)生思維的能力，注重對講課的內(nèi)容和節(jié)奏的把握。例如，在講解麥克斯韋方程組(專題2)時(shí)，針對簡單安培環(huán)路定律在交變電磁場中出現(xiàn)的問題，首先引導(dǎo)學(xué)生思考解決的方法，然后引出位移電流的概念，并對麥克斯韋提出位移電流的思考過程進(jìn)行說明，這樣讓學(xué)生有茅塞頓開、豁然開朗的感覺，大大增強(qiáng)學(xué)習(xí)這種創(chuàng)造性思維方式的積極性。在專題化模式下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，對實(shí)驗(yàn)的目的和要求要講清楚，但不要把操作步驟等一切內(nèi)容都一次性講透，要留給學(xué)生思考的空間和時(shí)間。

(3)采用現(xiàn)場教學(xué)法，引起學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的興趣以及深入學(xué)習(xí)課程的熱情，使枯燥的學(xué)習(xí)過程變得饒有趣味。在改革前，通常是先集中上完理論課程，再集中上實(shí)驗(yàn)課程，使得理論和實(shí)際割裂開。改革后，采用現(xiàn)場教學(xué)法，使得實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)和上機(jī)的仿真設(shè)計(jì)都緊隨理論的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行，為理論教學(xué)服務(wù)。使學(xué)生感到直觀性強(qiáng)和緊密聯(lián)系實(shí)際的特點(diǎn)。在有多媒體設(shè)備的電磁場實(shí)驗(yàn)室和微波實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，先簡單講解理論知識，然后立刻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證理論。例如電磁波的反射與折射、微波參量的測量和定向耦合器特性測量等，都是依托實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，進(jìn)行現(xiàn)場教學(xué)，并立即進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。或是在計(jì)算機(jī)房，通過虛擬技術(shù)，對難以在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行仿真演示。

(4)采用知識遷移法，提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。例如，同一個分離變量法，既可以解決靜電場的邊值問題(專題2)，又可以對電磁波的波動方程進(jìn)行求解(專題3)，還可以應(yīng)用于矩形波導(dǎo)和圓波導(dǎo)的電磁波傳輸模式的分析(專題4)，在教學(xué)時(shí)，注意讓學(xué)生理解知識遷移能夠解決多種問題。

4)考核方式的轉(zhuǎn)變

由于期末考試的試卷成績難以體現(xiàn)學(xué)生的真實(shí)水平［3］。為了提高和評估教學(xué)效果，筆者也進(jìn)行了考核方式的改革。以“”電磁場與電磁波“”課程為例，增加了階段性考試和實(shí)踐項(xiàng)目成績的比重(見表1)，而期末考試成績的比重則減少到40%。

考核方式的具體改革措施包括:平時(shí)成績應(yīng)結(jié)合學(xué)生的上課出勤情況、上課表現(xiàn)和作業(yè)完成情況等因素綜合考慮，占總評成績的10%;在每個專題結(jié)束時(shí)，進(jìn)行一次階段性考試，考試的成績計(jì)入總評，占總評成績的35%;實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)、機(jī)房進(jìn)行的設(shè)計(jì)仿真和小論文作為實(shí)踐項(xiàng)目，占總評成績的15%。除了規(guī)定的必做實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)仿真項(xiàng)目以外，每個學(xué)生必須完成一個自選設(shè)計(jì)仿真項(xiàng)目，每3-5名學(xué)生以小組為單位必須完成一篇小論文;期末考試的成績僅占總評成績的40%。

考核方式的轉(zhuǎn)變，使得教師和學(xué)生關(guān)注平時(shí)的教學(xué)質(zhì)量和實(shí)踐項(xiàng)目，減輕學(xué)生期末考試的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也會減少學(xué)生考試違規(guī)現(xiàn)象的發(fā)生。

3 結(jié)語

專題化教學(xué)模式已在我校2011級通信專業(yè)的本科生教學(xué)中展開，正在2012級本科生教學(xué)中實(shí)施并逐步完善。經(jīng)調(diào)查，學(xué)生反映能感受到這種教學(xué)模式的特點(diǎn)，比較樂于接受這種模式，認(rèn)為有利于提高教學(xué)質(zhì)量，有利于培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。例如，2011級通信工程專業(yè)學(xué)生反饋意見和建議包括:

(1)課程章、節(jié)之間有千絲萬縷的聯(lián)系，使用專題化的教學(xué)模式能厘清這種關(guān)系，使知識形成體系。

(2)仿真等實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，能建立起平時(shí)摸不到、看不見的電磁場和微波的清晰模型，另外專題化的學(xué)習(xí)將厚厚的書本“壓薄”了。

(3)注重實(shí)踐環(huán)節(jié)很重要，把理論與仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)物實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，既可以鍛煉自己的動手能力又能理解單調(diào)枯燥的課本理論。

［1］ 方進(jìn).建設(shè)有特色的工程電磁場教學(xué)體系促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)［J］.蕪湖:安徽師范大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2011，34(1):42-45.

［2］ 王章豹.高等學(xué)校教師教學(xué)科研方法［M］.第二版.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2009:60-61.

［3］ 盧斌先，王玲玲，宋金鵬，“工程電磁場”課程教學(xué)小測驗(yàn)制度改革［J］.南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2011，33(5):18-19.