新工科背景下“电磁场与波”课程的“金课”建设研究

谷 宇， 杜永兴

(内蒙古科技大学 信息工程学院，内蒙古 包头 014010)

0 引言

2017年起，教育部积极推进新工科建设，先后形成了新工科建设的三部曲：“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”；启动“六卓越一拔尖计划2.0”，发布实施涵盖全部本科专业类的教学质量国家标准，奏响了我国高等教育人才培养的主旋律[1～3]。教育部高等教育司吴岩司长在2019年国际机械工程教育大会上指出：在新一轮科技革命和产业变革正加速演进的背景下，新工科建设必须主动拥抱现代信息技术，以现代信息技术提升教学效果，培养学生智能时代的核心竞争力，推动我国高等教育质量“变轨超车”[4]。

“金课”课程建设是新工科建设的重要内容和关键环节，是体现“以学生发展为中心”理念的“的最后一公里”[5]。“电磁场与波”课程是“通信工程”和“电子信息工程”等工科专业中非常重要的专业基础课，但同时也被公认为一门难教、难学、难理解的课程[6, 7]。为将“电磁场与波”课程建设为“金课”，本文提出课程改革方案。

1 “电磁场与波”课程的现状分析

1.1 课堂授课满堂灌

目前我校“电磁场与波”课程共48学时，其中课堂教学42学时，实验6学时。课堂教学学时分配如表1所示。“电磁场与波”课程涉及知识点多、概念复杂抽象、课时少，虽然电场力、磁场力、电磁场能量和功率、电磁波在等离子体中的传播等知识点已不作为教学内容，但学时紧张，课程授课强度仍然很大，在教学时不可避免的存在满堂灌现象[8]。

表1 电磁场与波课程教学学时分配

1.2 教学模式陈旧

目前，本课程采用板书和多媒体教学相结合的方式进行教学[9]。课程理论推导以板书为主，工程实例演示、电磁波在空间的传播等内容以多媒体教学为主。虽然采用板书和多媒体教学相结合的方式力图清晰展示理论推导和工程实例演示内容，但由于教学模式相对陈旧，没有引入更丰富的现代化教学手段，如慕课、微课、混合式教学等。

1.3 学生学习兴趣低

“电磁场与波”课程学习需要先修“高等数学”、“大学物理”(电磁学部分)等课程[10]。部分学生先修课程基础薄弱或复习先修课程相关知识点的积极性不高，导致这部分学生学习遇到困懂，从而产生畏难情绪，学习兴趣下降。虽然在教学授课环节，会尽可能引入工程实例的讲解，但学生在面对繁多的课程内容时，仍感觉力不从心。

1.4 考核模式单一

目前，本课程采用传统考核方式，由课堂考勤、作业、实验环节和期末考试构成。当前的考核方式侧重考核理论知识的掌握情况，并通过预先设置各环节考核内容来督促学生针对性的学习。这种传统的考核方式更注重结果，学生可能会突击学习，急功近利地应付期末考试，为了考试而学习，因此学生容易忽略独立思考的过程，导致缺乏对课程的整体理解[11]。

2 “电磁场与波”课程的“金课”改革探索

2.1 课程建设规划

为提高“电磁场与波”课程教学质量，我校课程组教师充分分析该课程现状，规划课程“金课”建设方案，分别从慕课建设、实验设置、多元化考核方式等方面着手，将“电磁场与波”课程建设为有深度、有难度、有挑战度的“金课”。

2.2 慕课建设

慕课MOOC (Massive Open Online Courses)，即大型开放式网络课程，是“互联网+教育”催生的一种有生命力、有前途、有未来的新课程[5]。慕课教学比传统教学更能拓展教学时空，更能激发学生学习积极性[12]。慕课片段时长通常在20分钟左右，时间只有常规课堂的1/2，因此需要凝练讲授内容，讲解最为关键的概念、原理或方法。课程组教师将课程的知识点精心整合，形成简明清晰的知识点，如梯度、散度和旋度，波动方程和位函数的求解等；分解较复杂知识点，如将导电媒质中的均匀平面波内容分解为衰减、波阻抗、集肤效应多个慕课片段全面讲解。

我校课程组教师在开展自身慕课建设的同时，掌握国内外最新的课程发展现状，向学生推荐优质线上资源。如北京交通大学邵小桃老师主讲的“电磁场与电磁波”慕课[13]，麻省理工学院网络公开课Electromagnetics and Applications[14]，以及优质公众号、精彩推文等。

综上，课程组教师通过开展自身慕课建设及推荐优质线上资源，可使为课堂教学安排更合理，解决课堂满堂灌问题。同时，现代化的教学模式，可以更好地以学生为中心，提高教学效果。

2.3 实验设置

为提高学生学习兴趣，同时增强学生对电磁场与电磁波的感性认识，课程组教师已引进电磁波综合实验仪HD-CB-III等实验设备，开展“电磁场与波”课程实验。电磁波综合实验仪HD-CB-III如图1所示。目前开设的实验有：麦克斯韦电磁场理论的验证，电磁波反射、穿透性实验等。在此基础上，后续会增加采用Ansoft HFSS(High Frequency Structure Simulator)、ADS(Advanced Design System)、CST Microwave Studio及Matlab等软件的虚拟仿真实验，使课程实验环节更丰富多彩。

图1 电磁波综合实验仪HD-CB-III

2.4 多元化考核方式

“期末一考定乾坤”是高校普遍存在的现象[15]。课程组教师实施考核方式多元化改革，在原有考核方式的基础上，增加在线测试和小组任务考评两个环节，更全面、更客观地体现学生对课程的掌握情况。课程组教师通过雨课堂在PowerPoint中引入客观题完成随堂小测试，统计学生的作答情况；此外，定期发布研讨题目，学生分成小组，汇报设计思路，教师记录研讨成绩并做启发式点评。采用多元化的考核方式，激励学生独立思考，加深对课程的整体理解。

3 结语

本文介绍了我们在新工科背景下建设“电磁场与波” “金课”课程的改革探索。“电磁场与波”课程目前存在课堂授课满堂灌，教学模式陈旧，学生学习兴趣低，考核方式单一等问题。针对上述问题，提出慕课建设、实验设置、多元化考核方式等改革方案，改善教学效果。我们将继续建设“电磁场与波”“金课”课程，使课程具有高阶性、创新性和挑战度，提高课程教学质量。