“电磁场与微波技术”课程群本研贯通式一体化建设

邓小乔 朱琎 陈熙维 许琳莉 田雨波

摘  要：基于本校本科电子信息科学与技术专业和研究生通信专业“电磁场与微波技术”方向实际，文章提出了创新型“电磁场与微波技术”方向本研贯通式一体化课程群建设举措，从改革课程群培养方案、教学体系和构建合理师资队伍等多个方面分析了“电磁场与微波技术”方向课程群建设的主要内容，构建多平台、多层面渐进式理论和实践教学模式。结果表明，学生相关“电磁场与微波技术”知识和创新能力得到了锻炼和提高。

关键词：“电磁场与微波技术”;本研一体化;课程群

中图分类号：G642        文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2020）22-0076-04

Abstract： Based on the practice of "Electromagnetic Field and Microwave Technology" of electronic information science and technology undergraduate and communication graduate program in our university， a concept framework which is about innovative "electromagnetic field and microwave technology" major for course group of integration of undergraduate and graduate is put forward in the paper. And the main contents of the "electromagnetic field and microwave technology" course group are analyzed from the aspects of reforming the training program， teaching system and building a reasonable teaching staff et.， then a multi-platform and multi-level progressive theory and practice teaching mode are built. The results show that the students' knowledge and innovation ability of the electromagnetic field and microwave technology are improved.

Keywords： Electromagnetic Field and Microwave Technology; integration of undergraduate and graduate; course group

2016年新工科理念提出后，“新工科”建设对高校培养实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才提出了更高的要求。现阶段，教育界的研究热点之一为学科课程群建设。而“电磁场与微波技术”方向类课程是电子信息工程、通信工程、电子信息科学与技术、电子科学技术等通信电子类专业的重要专业基础课程。这类课程数学公式繁琐、工程应用背景较强，既要求学生具有较强理论基础，又要求学生具备工程实践能力和技术创新能力，最终为培养从事通信电子类高级工程技术人才打下坚实的基础。因此，组建“电磁场与微波技术”方向课程群对培养该领域“新工科”创新创造型人才至关重要。

一、国内研究动态

近年来国内高校在“电磁场与微波技术”方向课程中不断探索，积极引入各种新的教育教学方法和理念，取得了一定的成效。2013年，黑龙江科技大学边莉等人针对传统电磁场与微波技术系列课程中教学内容不足，提出基于应用型人才培养模式下“六合一贯通式”系列课程体系[1]。同年，唐山学院张银蒲针对场技术课程教师“难教”、学生“难学”的状况，将相关课程组成以“电磁场理论”为基础的射频方向课程群，开发了与课程群课程相关的实践项目，并对教学过程进行了相应改革[2]。2015年，范懿等人在电磁场和微波课程群中开展专题化教学的改革，提高了课程群的教学质量。2016年，北京航空航天大学全绍辉等人对电磁场与微波技术系列课程及其实验教学体系设计进行了初探，取得了一定成效[3]。同年，中国计量学院李九生等人提出了创新型射频课程群建设，从教学体系、实验室建设、师资队伍和考核方式等多个方面进行改革，学生创新能力得到一定的提高。2018年，南京理工大學李兆龙等人针对“电磁场与微波技术”课程群进行了国际化探索。2019年，太原理工大学刘建霞等人对电磁场类课程群建设的相关问题做了深入的研究。

上述研究主要针对本科生进行，鲜少涉及研究生课程。本文基于新工科背景，采用贯通式培养思路，将本科生和研究生的相关课程进行整合，优化教育资源，强化人才培养，对“电磁场与微波技术”方向本研课程构建成课程群形式，形成本科生阶段与研究生阶段有效衔接的贯通式一体化培养模式。

二、构建措施

（一）课程群培养方案和教学大纲构建

受传统教学模式的影响，“电磁场与微波技术”方向本研课程之间相互独立、教学内容衔接不紧密，教学内容无系统性，同时也存在部分内容重复、侧重点不清等现象。重构前各门课程的讲授内容及课时分配见表1。

依据新工科背景下多学科专业交叉融合的特征来制定工程专业学位本科、研究生教育培养目标，以强化工程创新设计能力、综合实践应用能力，充分反映相关技术领域对人才的知识结构与素质要求来重构专业教育培养方案，课程内容设置上需考虑知识的广度与深度，剪裁重复内容，同时补充和拓展与本专业相关联的新技术、新知识、新理论和新工艺，反映当代新工科工程科学领域发展的前沿。根据学科专业基础课学习顺序，本文重构了培养方案和教学大纲，如表2所示。其特点如下：

1. 根据课程之间的相关性，构建好课程群涵盖的知识体系框架，设定好各门课程的教学目标，处理好课程知识点之间的衔接。本科教学大纲中，增设“电波传播概论”，讲授无线电波的相关知识;“电磁场理论”中删除“导行电磁波”部分，只讲授电磁场与电磁波在无界自由空间、分层介质中的传播，将导行系统中的传播放在“微波技术基础”中讲授;暂停开设“射频与无线技术基础”，增开“天线与射频电路设计”实践课程两周，其中天线工程实例设计学时一周，射频器件设计学时一周（自行查找相关资料，相对于研究生的设计来说，此阶段的设计结构简单、易于实现）。

2. 包括“高等天线理论”、“计算电磁学”、“神经网络”、“电磁兼容原理与应用”等在内的研究生课程重在“学以致用”，理论课和“工程实例创新设计”的实验课学时按照2：1的比例分配或者授课和上机同时进行。相较于本科生的天线设计来说，“高等天线理论”偏于系统设计，重在突出研究生的创新能力，有一定的难度，是本科阶段天线设计的延伸和扩展。

该课程群体系包括重理论的基础培养和重实践的高级培养两个阶段，分别对应本科生教学和研究生教学。本科生和研究生的课程分别体现了从理论到应用、从基础到创新，逐级递进，对应各课程前后衔接的培养思路，同时，两个阶段也各自成为完整的培养体系。该课程群的构建将本科生和研究生进行协同培养，构成了本研贯通式一体化的培养模式，体现了新工科背景下专业知识培养体系的系统性和连贯性。

（二）教学内容和教学方式重构

传统的“电磁场与微波技术”系列课程通常是单独进行课程罗列，没有体现课程之间的内在联系，最关键的是课程没有工程应用背景，与国际脱轨，课程内容没有体现“新工科”内涵，学生独立完成的内容少，纯粹的理论知识已经无法满足新工科建设对多学科融合和创新能力的培养要求。

“电磁场与微波技术”方向课程相关课程均基于高等数学与物理学，要求学生具备较强的空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能力，并且学时少、难度大、复习消化时间短，因此历来被公认为是教师“难教”，学生“难学”的课程。针对传统系列课程的不足，本文基于以往的教学经验，对教学内容和教学方式进行了重构，构建了“贯通式”系列课程体系。重构后的课程群体系以基础理论教师讲授、专业学科导论、小组讨论、课程设计和现代电子设计为贯穿本科至硕士阶段项目学习的主线。部分课程教学内容重构如表3所示。主要培养学生的基础知识及应用能力、工程实践能力和创新能力。

教学内容重构后，以工程实践设计项目带动理论课程教学，使学生的学习更具有针对性及有效性。重点以工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究和使用现代工具为毕业要求，培养学生自主学习、科技写作、创新创造的能力。该模式下课程教学具有如下几个特点：

1. 项目以工程仿真设计方式开展，学生通过学习解决技术领域的复杂工程问题。

2. 项目以小组为单位，以课题设计报告的形式展开。学生必须学会利用图书馆相关检索方式，搜集查询相关文献，跟踪国际国内研究新进展，材料筛选整理后进行仿真设计，最后将包括设计过程和仿真结果的所有材料整理后在课堂上进行汇报交流。

3. 课程教学中教师的“教”仍发挥主导作用，只是角色从传统教育模式中的“灌输者”转变为学生学习的“引导者”“启发者”“激励者”以及“帮助者”。教师安排的授课时间减少，减少的时间交给学生自由支配。学生课后需利用足够的时间充分消化理论课内容，积极主动地执行课程设计，在项目中学生需执行如下任务：（1）针对题目进行调研、收集资料，小组讨论研究其可行性和创新性;（2）确定技术方案;（3）组长为各个组员分配任务;（4）理论设计;（5）构建模型（包含材料和器件选择）、仿真;（6）设计优化和完善;（7）实验调试以及结果分析;（8）PPT制作和答辩;（9）撰写项目总结报告。通过设计，可大大提高项目组的团队合作精神、协调能力、创新创造能力、报告撰写能力和语言表达能力等，也更能够调动学生的积极性和主动性。考核评价内容应对应人才培养目标，考核方式应具有激励机制，可根据课程情况采取多样化的评价形式和形成多元化的评价主体。

（三）教学团队重构

着眼于培养满足新工科和国际专业认证背景下创新创造型人才，我们对教学团队进行了重构。教学团队的建设立足于新工科课程群的特征，在组建团队的时候必须注意每位教师的知识结构和专业背景的互补性。建设新工科课程群教学团队，首先依据课程内容的内在联系和教师科研方向的关联性，通过将青年老师（助教）和具有丰富教学经验的“老”教师（主讲）配伍，一方面实现“老”教师对青年教师的传帮带，辅导青年教师顺利通过“教学关”;另一方面，青年教師带来很多新的专业领域观点和专业研究方向以及国际化教学方式，能够扩大团队的知识储备，拓展新的研究方向，反哺教学，即成立“主讲+助教”理论课教师与专业实验课教师的教学团队。

（四）课程群网络教学平台的设计

课程群网络教学平台是一种基于网络的多元化教学模式，是完成教学过程、提升教学效果的一个重要手段，是课堂教学的一种补充，可培养学生自主学习、合作和沟通的能力。课程群网络教学平台分为两部分：

一是网络教学平台，以课程为中心集成网络教学的环境。课程群的网络平台构建中，结合“翻转课堂”教学模式，在教学中使用MOOC来实现“翻转课堂”，即在课堂教学前给学生制定相应的网络学习计划，保证课堂教学和网络教学有机衔接。该教学模式重新调整核心课堂和网络教学的时间，增加讨论课学时的比重，将学习的决定权从教师转移给学生，引导学生独立思考，教学由传统的知识灌输转变为师生互动，它与启发式学习、问题探究性学习、训练与实践式、案例学习等多种教学方法相结合，注重学生研究工程实践问题意识和综合实践创新能力的培养，不仅能够满足学生自主学习和个性化学习的需求，而且能够增强学生和教师之间的交流，促进学生解决问题能力以及创新能力的发展。

二是网络管理平台，对网络课程进行管理。教师可以在平台上提问、答疑，布置家庭作业，可以查看学生提交的包括仿真设计软件包、报告文档等在内的作业，并给出相应的成绩，有针对性地进行指导。学生也可以查看自己提交的资料以及教师的回复等。

在工程教育专业认证背景下，普遍课程学时大大缩减，学生在课堂所学很多知识来不及消化，基于MOOC的网络教学平台是一种良好的辅助教学方式。

三、结束语

本文通过调研业界对本研在“电磁场与微波技术”方面的需求，针对我校本科生和研究生的实际教学情况，进行了本研一体化教学改革，着重培养学生发现问题、解决问题、创新创造的能力，同时对培养方案、教学大纲、教学方法、教学过程、考核标准和方法、网络教学平台等的改革进行了有效的尝试，建立了适应国内新工科要求的“电磁场与微波技术”本研一体化课程群体系。经过实践，该项课程群建设取得了一定成效，学生的学习主观能动性和积极性得到了激发，工程实践能力、创新创造能力得到一定增强。今后在这方面的主要工作是根据业界发展趋势适时调整、完善内容，使课程群建设更具可操作性，形成更加全面、合理和清晰的新工科课程群教育范式。

参考文献：

[1]边莉，张起晶，刘鑫，等.电磁场与微波技术系列课程教学内容重构[J].电气电子教学学报，2013（04）：50-52.

[2]张银蒲.基于射频方向课程群的教学改革与创新[J].唐山学院学报，2013，26（1）：97-99.

[3]全绍辉，白明，张岩，等.电磁场与微波技术系列课程及其实验教学体系设计初探[J].工业和信息化教育，2016（7）：36-41.