“電磁場與電磁波”榮譽課程設計與教學實踐

萬 玲， 胡 鶴

(吉林大學 儀器科學與電氣工程學院，吉林 長春 130021)

0 引言

榮譽課程建設和榮譽計劃實施是為優秀本科生提供的一種專門、個性化的培養模式，在美國已有近百年的發展歷史，為美國培養了大批拔尖創新人才[1～3]。近年來，清華大學、北京大學、浙江大學等率先試點制定了榮譽培養計劃，學生在學習一定數量的富有“挑戰性”的榮譽課程和榮譽計劃的全部培養環節后，即可獲得榮譽學位，推動了我國榮譽教育的發展。2019年，為更好培養高素質創新型儀器類專業人才，推進建設世界一流大學和一流學科的發展戰略，我校儀器科學與電氣工程學院開啟了榮譽課程建設計劃。“電磁場與電磁波”作為學院開設的首門榮譽課程，進行了系列因材施教的教學模式和教學方法改革初探。

以往“電磁場與電磁波”教學中發現，學生傾向于把理論推演看成是抽象的概念，著重于把一些方程當做“公式”去記憶。公式的繁多，很容易使學生感到畏懼，并失去對電磁場理論學習的興趣。基于此問題及榮譽課程學生特點，作者以專題形式優化整合了教學內容，開展了“研討+項目驅動式”教學方法，并實施了電磁場理論應用的中外聯合教學，幫助學生有效的認識和理解“模糊概念”和“公式”，提高課程效果。

1 教學內容專題式優化

作者通過查閱相關資料發現，國際上各高校的電磁場課程教學內容方面有著明顯的不同。以美國休斯頓大學為例，課程主要講述靜態場和時變電磁場的基本性質、典型分析方法，休斯頓大學設置兩門課程共96學時來講述該內容[4]。而目前國內高校“電磁場與電磁波”課程學時較短，以我校儀器科學與電氣工程學院為例，現授課時長僅36學時，因此在課程建設中將充分利用教學體系中相關課程內容交叉以及重疊的特性，在教學內容和深度方面進行合理考量，打破了傳統章節式教學方法，以專題形式重新安排教學內容。共設計了六個專題，專題內容如表1所示。

表1 專題式教學內容概況

在教材選擇方面，以往“電磁場與電磁波”課程采用一本指定教材，5本推薦參考教材的方式，但從實際教學來看，大多數學生習慣于只看指定教材，只有部分同學選擇看2、3本參考教材，幾乎沒有學生看過全部推薦教材[4]。因此，授課教師根據專題內容，結合多本參考教材，編制了課程講義，提高學生學習效率。

2 教學方法設計

2.1 “研討+項目驅動式”教學方法

“研討+項目驅動式”教學方法，將抽象的電磁場理論概念具象化，將繁瑣的方程、定理等知識講解及推演，與研討有機串聯，并運用于項目方案的設計與實踐之中[5～6]。學生通過本課程的學習，除了掌握電磁場基本理論知識及典型分析方法，通過項目研討與實踐，還將具備從場與波的角度分析電工技術領域中的電磁現象、對電磁過程進行定性、定量分析和判斷的能力，提高學生解決復雜工程問題的能力。在“研討+項目驅動”教學模式中 ,“研討”教學方法通過學生討論、教師糾正、互動討論等環節，真正實現以學生為主，教師引導為輔的課堂教學環境；“項目驅動”教學方法通過以目標和結果為導向，將所學的課程知識應用于設計與實踐中并解決實際問題，提升知識的靈活運用能力，激發、培養學生自主學習及創新能力，為學生后續專業課程學習打下扎實的基礎。

“電磁場與電磁波”榮譽課程為每名學生增設了項目研究環節，學生自主選題，教師協助完成。以2019學年為例，部分學生的選題如表2所示，涉及無線電力傳輸、THz成像、微波消融腫瘤、載人航天深空防輻射等多個領域，學生在提取這些領域電磁學問題的基礎上，探究這些技術未來的發展趨勢及對人民生產生活的影響。學生在課下完成項目調研、電磁場問題提取、研究內容及方案制定、建模與仿真等工作，教師及時跟進學生項目研究進展，另外設置一次課上研討環節，學生之間互相交流項目經驗，教師解決學生共性問題。盡管通過本門課程的學習，學習僅能解決項目研究中的部分電磁學問題，但能夠為后續專業課程學習及畢業設計等提供基礎。

2.2 中外聯合教學環節

國際合作是榮譽教育的重要動力，我校“電磁場與電磁波”榮譽課程通過與丹麥科技大學Lars Hanson教授聯合授課，幫助學生實現理論與實踐的有機融合，開拓學生國際化視野。Lars Hanson教授多年來著力于電磁場模型仿真軟件開發工作，開發了用于虛擬仿真位于不同電磁場環境下媒質極化、磁化現象的CompassMR simulator軟件和用于直觀闡述核磁共振(MRI)原理的Bloch simulator軟件。

表2 學生項目選題匯總表

使得“看不見”“摸不著”的抽象概念形象化，提高學生學習興趣。同時，Lars Hanson教授在科研上主要研究方向為MRI技術。

作者與Lars Hanson教授通過課前組織籌備，進行了中外聯合教學設計初探。Lars Hanson教授利用Bloch simulator仿真軟件為學生講解磁共振技術原理，結合電磁場在MRI領域的應用實際，取得了良好的教學效果。學生深入理解了課程理論知識，并能夠將其與實際應用有機結合，敢于與外國教授溝通交流，提出自己的觀點，為后續國際交流學習奠定基礎。

2.3 學習評價

教師建立了多元化考核評定制度，如圖1所示。消滅了傳統學生期末考前突擊的學習態度，細化了學生平時成績給定辦法，主要包括課前題、專題測試、應用研討深度、學習過程中提出新觀點及與教師和同學之間的互動情況等。

圖1 學生總成績構成

同時細化了項目研究部分成績評判標準，如表3所示。包括項目選題、研究進展匯報、結題報告及答辯效果等；最后，提高了期末試題綜合性標準，注重學生對知識的理解和應用能力。同時，建立了課程形成性評價體系，及時捕獲學生教學反饋信息，用于后續教學改進。

表3 項目研討環節成績評定標準

3 結語

“電磁場與電磁波”榮譽課程通過教師對教學內容優化整合、“研討+項目驅動式”教學方法實施、中外聯合教學模式初探及多元化考核評價體系應用，能夠有效提高學生學習興趣，提升課程教學質量。然而，不可否認的是，伴隨電子信息技術的迅猛發展，電磁場與電磁波作為一種重要的信息載體，已遍及生產生活的每個角落，學生項目選題涉及領域廣泛。為此，教師在夯實理論功底之余，更要不斷拓展自身知識結構，掌握最新電磁場應用技術。同時，不斷探討課程的教學改革之道，讓學生受益更多。