新工科背景下《电磁场与电磁波》课程模块化教学探索

2021-12-31黄文谭菲尹波罗伟

科学咨询 2021年5期

黄文谭菲尹波罗伟

(重庆邮电大学光电工程学院重庆 400065)

“新工科”是为了应对新一轮科技革命与产业变革，而提出的工程教育改革方向，从而支撑服务创新驱动发展等一系列国家战略。“新工科”是以立德树人为引领，通过继承与创新、交叉与融合、协调与共享等方式，培养出满足未来新产业新技术需要的，具有实践创新能力、动态适应能力、高技能高素质的交叉复合型科技人才。与传统工科相比，“新工科”更加强调学科的实用性、交叉性与综合性，不同学科知识的继承与创新、交叉与融合、协调与共享[1]。因此，在新工科建设背景下，如何使传统课程适应新工科发展的需求成为一个亟待研究的问题。

《电磁场与电磁波》课程是高等院校通信工程、电磁场与无线技术、电子科学与技术、自动化等专业的必修课程之一，属于电磁场与无线技术、电子科学与技术等专业的专业基础课程。而《电磁场与电磁波》课程的教学往往是以教师为中心，教学模式相对单一，课堂以“灌输式”教学方法为主，学生被动地接受知识灌输，学习的主观性较差，对课程兴趣度较低。因此，传统的教学过程已经无法满足新工科发展的需求。由于学生的知识结构与学习能力的差异性，采用的教学方法与教学手段也应多样化[2]，否则将难以实现知识、能力与素质三位一体化培养[3]。因此，对《电磁场与电磁波》课程进行教学改革，采用创新教学模式显得十分必要。在《电磁场与电磁波》课程教学实践过程中尝试采用模块化教学模式，将有利于更深入开展模块化教学研究，有助于提高《电磁场与电磁波》课程的教学质量。

一、模块化教学模式实践

模块化教学模式贯穿于《电磁场与电磁波》课程中，同时结合多种教学方法，如案例教学法，小组讨论等，层次化、模块化构建教学内容。首先，研究教学内容的内在联系，将《电磁场与电磁波》课程教学所有环节划分为知识模块、能力模块与素质模块，这三个模块相互关联、有机融合。

在知识模块中，首先将课程内容划分为五大部分：矢量分析、静电场、静磁场、时变电磁场、平面电磁波。同时，把每部分内容统筹整合并划分为若干相对独立的知识点。把知识点总共划分为三种类型的知识：基础科学知识、核心工程基础知识和高级工程基础知识。以静磁场部分为例，基础科学知识包括静磁场的基本公理、静磁场的边界条件、磁化强度计算。核心基础知识包括矢量磁位法及应用、毕奥萨伐定理及应用、磁能的计算。高级工程基础知识包括电感器自感和互感的计算。将知识模块进行分块处理，有助于实施模块及知识点的精讲，以求把每种类型的知识点都讲精、讲透、讲好，并且有利于课程体系的优化。

在课堂授课环节，教师讲解完一个或两个知识点后，借助智慧教学工具如“雨课堂”平台等将题目推送给学生，进行现场测试，测试内容为一至两道选择题，检测学生对知识点的掌握情况，促进学生对知识点的掌握。

能力模块着重培养学生的工程推理和分析解决问题能力、知识的迁移能力、系统思维能力、交流能力等。能力模块为知识模块中某些知识点的拓展和应用部分，属于比知识模块更高级的偏实际应用的模块。如在知识模块里关于镜像法的内容，有镜像法的依据，镜像法原理、简单问题的镜像法的计算。但对复杂问题的镜像法应用，需要较为综合的知识，则属于能力模块的部分。教师讲授这部分内容时，先让学生分小组自行讨论和分析，然后教师加以启发和点拨，引导学生对已有的知识进行迁移和拓展，最后进行讲解和知识点的归纳。通过能力模块，促进学生对知识的理解和掌握，实现创新拓展能力的提升。

素质模块是从实际工程应用出发，培养学生的工程视野、职业道德和人文情怀等。对于近年来电磁研究热点及前沿，如电磁辐射与电磁污染、多天线阵列、电磁兼容及电磁对抗等，这些热点虽然存在很多理论研究和分析应用的难点，但仍然属于电磁场与电磁波的基本理论的研究范畴。具体的实施方法为：教师将这些案例与基本电磁理论相结合，提炼出基本的电磁问题，在课前预习环节推送给学生，给学生预留时间进行文献查找。在课堂授课时安排时间，让学生进行讨论和分析，然后进行汇报。教师最后加以点评和简单讲解。通过电磁理论及工程问题的结合，使学生对电磁研究前沿及热点有一定把握，对电磁问题的理论难点有一定了解，同时激发学生学习热情和研究兴趣。