基于成果导向及评量的《电磁场与电磁波》课程教学探讨

贺明妍

摘 要：本文针对目前《电磁场与电磁波》课程教学过程中存在的问题及实验教学现状，提出从理论和实践两方面进行教学改革，以提高教学质量。在理论课程的教授过程中采用基于成果导向（Outcome-based Education，OBE）的课程设计教学方法并对学生的学习情况实时进行评量，可使学生在学习过程结束后获得真正的解决电磁场与电磁波相关问题的能力，而不再仅仅是以成绩分数论高低。同时结合仿真实验的实施，实践证明教学质量有非常明显的提高。

关键词：电磁场与电磁波 教学改革 OBE（成果导向）

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）07（a）-0226-02

《电磁场与电磁波》课程是为电子信息类专业和通信工程类等工科专业本科生开设的一门重要的专业基础课，它不仅是微波与天线，电磁兼容等理论的基础，而且诸多现代通信方式，如光纤通信、移动通信、卫星通信、深空通信，包括雷达等各种专门学科，都是以电磁波的形式进行信息的传输。《电磁场与电磁波》课程由于对数学基础要求较高，最关键的是电磁波看不见、摸不着，学生在学习的过程中存在很多困难，因此对此门课程表现出兴趣不高，甚至厌学的情绪[1]。

在本专业该课程的教学过程中，除了存在上述相似问题之外，由于14级之前专业课程设置中只有《光纤通信技术》与《电磁场与电磁波》衔接，使得电磁场与电磁波方向的教学体系出现断层。因此针对本专业《电磁场与电磁波》教学过程中存在的不足，教师不仅应该对理论教学内容及方法进行教学改革，还应从实验配套环境的建立、实验教学内容的跟进等多方面进行配合，从而形成一个全新的课程教学软、硬环境，从而提高学生的学习主动性，改善教学效果。

1 理论教学改革

1.1 课程衔接及培养方案的修订

《电磁场与电磁波》既不研究具体的电流（电压）信号，也不研究具体的电路，而是研究电场、磁场以及电磁波，但是却与已修的电路、低频、高频、模电等课程密切相关，并且为天线与电波、射频等课程奠定理论基础，这些课程之间存在着很多的内在联系。讲授的时候应前后联系，不能孤立理解。从频域的角度来看：在电信号的频率较低（低频信号）时所表现出的特征及规律可由数字电路技术以及模拟电子线路来研究。随着信号频率的提升，电信号通过电子器件时的伏安特性，幅频特性以及相频特性发生了显著的改变。此时，就可以用有关高频电子线路的知识来完成对其特性的研究。若高频信号通过放大以后从天线上以电磁波的形式向外辐射，则所辐射出的电磁波在空间中的传播特性就可以通过《电磁场与电磁波》来研究了。当天线接收到电磁波并转换为电信号之后对信号的解调，放大等过程，则又可以通过之前所学习的内容来研究。由此，《电磁场与电磁波》的重要性以及与其他学科的关联性可见一斑。

国内的一些院校对《电磁场与电磁波》实际教学过程中的教学方法都进行了相应的改革，包括相关后续课程的建设和实践教学环节的建立。该校通信专业在14级以后的培养方案中做了重要变更，增加了与《电磁场与电磁波》相关的电波与天线、射频通信原理及应用等相关的专业方向课。以保证本专业学生能够对基本的电磁场相关理论知识有初步了解，并具备进行实际工作所需要的基本动手能力。

1.2 教学方法的改进

对课程的教学内容进行改革，在教学过程中，针对每一章节的教学目标从教学重点出发，抓住关键，以发挥学生的主体性为前提，开展讲授与学生分组讨论相结合的基于成果导向的课堂教学方法。教师在有限的学时内对大量的电磁学公式和概念以重结论轻推导的方式进行讲授。课堂上教师先进行教学目标讲解，通过生动形象的多媒体课件，将部分比较难理解的概念和公式以动画形式进行展示，把传统板书、多媒体教师讲授、网络教学资源扩展等教学手段有机结合，使教学更具吸引力[2]；并有针对性地设计例子反映电磁场和电磁波在不同领域的极其重要及广泛的应用。比如，通过给学生讲解电磁炉与微波炉不同的加热方法及使用两种电器需要注意的问题，就能让学生重新思考自己周围很多想当然的物理现象，从而激发学生自主思考的能力，以及对电磁场与电磁波课程的学习兴趣。

1.3 基于成果导向的理论教学改革

在学生掌握电磁场与电磁波基本理论的基础上，教师应设计合适的学习议题。清楚明确的定义电磁场与电磁波的课程学习成果，包括关键成果、具体成果以及评价指标和绩效指标[3]。然后在学生中建立学习小组，由学生自主学习、自己讲演、同学提问、教师点评，切实培养学生的自主学习能力，提高學生发现问题、分析问题和解决问题的能力。在这个过程中，教师应注重学生学到和做出了什么，鼓励批判思考、沟通、推理、评论、回馈和行动。当然，在这个过程中，教师应因人而异设定几个阶段的成果次目标，让学生在学习过程中逐步积累学习方法，培养学习热情，而不仅仅是靠期末考试分数来评量学生的学习效果。比如可以给学生设计题目：通信领域中手机通信是如何实现电磁波的发射、传播和接收的，其中的信号传播是我们这门课程的研究重点。该议题可结合电磁波的产生、时变电磁场的麦克斯韦方程组、波动方程等知识点切入，考察学生对该课程的学习效果。

2 实践教学改革

基于电磁场与电磁波课程理论性强，相关模型抽象等特点，课堂理论教学方式只能使学生被动接受知识，效果不好。因此针对本专业授课情况，该课程必须增加实验教学环节，建立《电磁场与电磁波》实验室，增设相关实验设备，开展实验教学。

由于与电磁场相关的实验设备都很昂贵，与课程教学相结合的一些实验很难展开，学生能做的实验很少。而对于通信专业的学生来说，基本上都会使用MATLAB软件，并且场与波的分析往往涉及复杂的绘图和大量的计算，用MATLAB语言能够直观地模拟和展示各种电磁现象，并给出直观清晰的图像，更加形象、精确，可视性很强[4]。因此，将MATLAB仿真软件引入到电磁场与电磁波实验教学中，会帮助学生理解电磁场与电磁波的抽象理论。通过设计实验教学内容，编写实验教学大纲，设计实验学时，可以保证实验内容与理论内容紧密结合，通过实验对理论教学起到促进作用。比如，利用MATLAB仿真软件可以绘制静电场电位与电场强度分布曲线，均匀平面波的三维传播模型等。

3 结语

在无线及卫星通信迅速发展，电磁应用越来越广泛的背景下，课题组教师经过多年的不懈努力，《电磁场与电磁波》课程理论与实践教学均取得了一定的成效，提高了学生分析问题和解决问题的能力，教学效果有了明显改善。当然，在后续的教学过程中，还有许多工作需要进一步完善，我们将在今后的教学实践过程中继续改进。

参考文献

[1] 赵杰，许丽.“电磁场与电磁波”课程教学研究[J].中国电力教育，2014（21）：10-11.

[2] 黄文，郝宏刚，罗元.《电磁场与电磁波》课程教学改革探讨[J].素质教育论坛，2015（21）：6-7.

[3] 李纹霞.颠覆教师中心理念之教学策略[J].通识在线，2000（52）：18-20.

[4] 张量，孔勐，陈明生，等.《电磁场与电磁波》课程实验教学研究[J].合肥师范学院学报，2013，31（3）：73-75.endprint