以“学生学”为中心的课堂教学与考核方式改革探索

张文聪 徐永驰 邓军 杨子义

摘  要：电磁场与微波技术课程数学公式多，理论复杂，内容抽象，应用性强。针对以上特点，结合贵阳学院学生数学基础较差，教学效果不佳的现实情况，文章旨在探讨并寻求有效的课程教学与考核方式的改革措施。在课堂教学方面，文章讨论了引入电磁学发展史中的科学背景故事作为课程导入，采用翻转课堂，增加仿真设计等教学方式改革对教学效果的作用。同时针对以上教学方式的改革，文章还探讨了平时成绩量化，考试题型改革，线上学习考核等措施在电磁场与微波技术课程中的效果。教学实践证明，以上教改措施对贵阳学院电磁场与微波技术课程的教学效果起到了良好的促进作用。

关键词：电磁场与微波技术;教学改革;翻转课堂;课程考核

中图分类号：G642 文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2022）06-0139-04

Abstract： Electromagnetics and Microwave Technology is a course of use and application， which is abstract， complicated and full of complex mathematic equations. Considering the characteristics of the course and the fact that most students in Guiyang University are not good at math， this paper focuses on the reformation of classroom teaching and evaluation method aimed to seeking effective measures to improve the teaching results of electromagnetics and microwave technology. On the aspect of classroom teaching method， this paper discusses the effects of introducing the development history of electromagnetics and the related stories of scientific researches， applying the flipped classroom and increasing the numerical simulation design. On the aspect of evaluation method， this paper discusses the effects of quantification of the students' daily performance， exam content and assessment of online study. Our teaching practice demonstrates that the above measures indeed help to improve the teaching results of electromagnetics and microwave technology in Guiyang University.

Keywords： Electromagnetics and Microwave Technology; teaching reformation; flipped class; course evaluation

电磁场与微波技术是电子科学与技术、通信工程、电子信息工程等专业的一门重要的专业基础课[1]。该课程包括电磁场与微波技术两个方面的基本概念、理论与应用。电磁场部分是在大学物理课程中电磁学部分的基础上，运用矢量分析的方法，描述电磁场的基本物理概念，在总结基本实验定律的基础上给出电磁场的基本规律[2]。微波是频率为300 MHz至3 000 GHz的电磁波，微波技术是以电磁场理论、微波器件物理及微波电路理论为基础，并和通信系统、微电子系统、计算机系统等实际应用相结合的技术。它是一门理论与工程性、实践性较强的课程。其前导课程为大学物理、高等数学和复变函数等。从课程内容上来看，该门课程具有数学公式较多，理论复杂，内容抽象且庞杂等特点[3]。对于数学和物理基础不扎实的学生来说，该门课程繁杂的公式推导难学难懂。对于教师来说，该门课程涉及的电磁场和微波，在现实中看不见摸不着，因此极难对学生进行直观地描述和解析，需要依赖于数学公式的推导和物理机理的分析。因此，在大多数的高校中，以“教师教”为中心的单向输出型的授课方式，在电磁场与微波技术课程中非常普遍。然而，不论是通过网络报道还是学生反馈来看，这种教学方式的教学效果普遍不佳。鉴于此，针对该门课程教学方式和相应的考核方式进行改革，努力从以“教师教”为中心转变到以“学生学”为中心，具有十分重要的意义。

一、教学方式改革

针对贵阳学院的学生数学基础相对较差，而电磁场与微波技术课程数学要求较高的特点，在教学方式上，依据相关知识点，突出实用性，故事性地讲述，淡化数学公式推导过程中的繁琐性和枯燥性。并努力以学生为中心，采用翻转课堂，线上线下结合等方式对电磁学与微波技术的相关知识点和发展过程进行讲授。

（一）以电磁学发展史为主线，以相关科学家的故事为导入

现有的大部分《电磁场与微波技术》相关教材，其内容基本都是按照电磁学理论的发展历史来编写的，首先讲述静电场、静磁场、时变电磁场和电磁波的传播问题，最后讲微波技术的相关应用。其内容的顺序契合库仑、高斯、安培、法拉第、麦克斯韦等科学家在电磁学发展过程中所做贡献的时间顺序[4]。但是在绝大部分教材中，库仑定律、高斯定律、安培定律、法拉第电磁感应定律、麦克斯韦方程组的相关内容均是进行直接的理论分析与介绍。缺乏相关科学家以及研究背景故事的拓展，因此看起来内容转变比较突兀且枯燥。如果在课前能够以电磁学发展历史和相关科学家的故事为引导，采用视频介绍及教具示范等方式作为课程导入，可以让课堂内容衔接更加顺畅，提高授课的趣味性，同时激发学生的学习兴趣[5]。上述教学方式的改革，在贵阳学院电子与通信工程学院通信工程专业课堂实践过后，发现学生的学习兴趣有了较大的提升，并且能增强学生对各位科学家的具体贡献以及对应公式的记忆，有助于提高学生对电磁理论的系统性认知，甚至有助于启发学生对科学研究的概念性认知并激發他们从事科学研究的志向。

（二）突出应用，以课程设计报告为落脚点

虽然电磁场与微波技术课程的前半部分也就是电磁理论部分，数学公式较为复杂，理论性较强，概念性的内容较多，但是微波技术是以电磁理论为基础，实用性很强的一部分内容。微波技术是一种典型的军民两用技术，它在移动通信、卫星定位、雷达探测、微波加热、微波灭菌、微波等离子体、微波化工、天文气象、遥感测绘和军事国防等领域具有广泛的应用[6]（图1）。

因此在该门课程中，通过理论结合实际应用的办法来讲授相关知识点，将会有助于激发同学们的学习兴趣，在理解数学表达的时候，领会其背后的物理含义，并了解其具体的工程应用。例如，在讲解微波谐振腔的时候，应该结合微波炉来说明，微波炉就是典型的多模谐振腔的应用。在讲解电磁波的反射与投射问题时，可以结合雷达探测、隐身飞机等应用进行引导和说明。在讲解煤质的电磁参数时，可以结合微波加热、超材料和等离子体等等进行说明。最后，通过课程设计，使用HFSS、CST、COMSOL等软件进行微波器件或者微波技术相关应用进行仿真优化，有条件的还可以进行加工测试，形成课程设计报告的形式，作为平时的一次大作业[7]。通过采取课堂讲述与课后设计相结合的方式，突出本门课程的实用性，激发学生的学习兴趣，提高其动手能力，符合新工科的建设目标和精神。

（三）增加翻转课堂的次数

贵阳学院多次强调，需要学校与教师共同努力转变教学方式和教学目标，应该从以“教师教”为中心转变到以“学生学”为中心，笔者深以为然。在授课方式上，针对电磁场与微波技术课程中概念较多或者应用性较强的部分，部分课时可以采用翻转课堂的授课方式。这样可以避免教师在教学过程中只是单向输出，避免灌输式教学，提高学生的课堂参与度，激发学生主动学习的动力，真正做到以“学生学”为中心。首先让学生在课下通过线上线下相结合的方式进行深度学习，以项目实践为中心，自行查阅知网、web of science、图书馆等资源站上的材料，最后以小组报告的形式，在课堂上进行分组展示。授课教师主要关注学生学习的进度，共性知识点的缺漏，小组各个成员的参与度等方面，解答学生在资料搜集整理及PPT汇报等过程中产生的疑问。然而，翻轉课堂的课时数不能过多，具体情况还要根据教学内容以及学生的学习效果来制定[8]。电磁场与微波技术中理论性较强，需要较强数学及物理基础的部分内容并不适合过多使用翻转课堂来进行授课。除此之外，该门课程内容衔接性强且内容庞杂，如果过多使用翻转课堂教学，会导致教学效率较低，甚至拖慢教学进度。

二、考核方式改革

以上教学方式改革增加了很多学生课间课后的参与度，因此有必要对课程的考核方式进行对应改革，以便纳入学生在课间和课后表现的考察。

（一）量化平时成绩，鼓励课堂参与

平时成绩的量化考核，体现了公平、公开、公正的原则，能够消除平时成绩打分的争议，也使得学生在课间课后的努力有章可循，有助于提高学生在课程中的参与度，有助于实现以“学生学”为中心的转变。譬如翻转课堂、课程设计等，学生在课程中的参与能够量化打分，避免部分同学在分组活动中出工出力但没有得到公正的对待，避免部分同学浑水摸鱼。同时，量化平时成绩能够极大地鼓励同学们的课堂参与度，譬如积极回答问题等，活跃课堂氛围[9]。该项改革措施更加适用于电磁场与微波技术这类理论推导较多且较为枯燥的课程。贵阳学院大多数课程的平时成绩占综合成绩的40%，按照百分制，通常平时成绩占40分。在进行平时成绩考核时，贵阳学院电磁场与微波技术课程，一般按照作业占比为20分（包含课后作业以及课程设计报告等），翻转课堂占比为10分，课堂回答问题占比10分（每正确回答一次问题得2分，每人可以回答5次问题，答满为止）。实践发现此项平时成绩的量化办法确实可以提高教学效果，尤其是可以极大程度地活跃课堂氛围。

（二）增加主观题，减少客观题

过往的教学中发现贵阳学院的同学虽然学习态度比较端正，但是死记硬背的现象比较突出，对电磁场与微波技术课程中很多知识点都停留在公式记忆的层面上，缺乏对其背后的物理原理的深刻理解。这种学习方式也导致他们对很多概念和公式的用法依然还是似懂非懂，在做一些客观题时，只会解答已经做过的与课后习题类似的题目，按部就班地按照课本上的重点公式来进行解答。因此，在试卷命题时可以增加简答题等主观题的比重，适量减少计算题、选择题和填空题等客观题。这样可以使得考试内容变得灵活，侧重考查学生对电磁场与微波技术课程中的物理机理、实际工程应用设计和器件技术指标等认知，更加贴合本门课程在科研和生产中的实际需要。除此之外，还可以考查学生在学习本门课程中的日常积累和对相关知识点的思考。这样的命题方式让学生考试没有了复习重点，避免了考前突击的现象，既能体现学生的真实水平，又符合新工科教育的现实需要。

（三）增加“线上”学习的考核

疫情过后，我国“线上”教育的资源得到了极大发展，类似B站、MOOC和超星等平台上有大量的名师名家课程。线上为主、线下为辅的教学方式可以优势互补，既利用了网络上的优质教学资源，又能避免单纯的网络教学导致的学习效率低下，课堂效果无法保证等后果[10-11]。使用线上资源对教师课上内容进行补充，同时利用线上网络进行异地答疑，布置作业等教学任务。这一部分内容，可以纳入到量化的平时成绩中进行考核，比如网络答疑，可以视同课堂回答问题进行加分。这需要教师在选定教材时，就需要在网络平台上选择一门使用相同或者相似教材的网络公开课，然后把网络课程的学习计划纳入教学大纲中。“线上”课程学习不仅有助于对教师的教学进行补充印证，方便学生在课后温习功课，同时还能有助于翻转课堂的实施。对于电磁场与微波技术这一类数学较为复杂的课程来说，如果学生只通过阅读课本、查阅资料等方式进行自学是很难获得良好的学习效果的。但是如果有“线上”课程的补充，各大教学名师通过公开课提前进行讲授和引导，学生对于理论性较强、数学推导较为复杂的内容也可以获得较为良好的学习效果。这使得翻转课堂的次数可以得到一定程度地增多，翻转课堂中涉及的教学内容也可不必只局限于概念性、工程性较强的部分。因此，通过实行“线上”“线下”相结合的方式进行教学，并增加“线上”学习的考核具有很重要的意义。

三、教改效果分析

受限于师资力量，贵阳学院电磁场与微波技术课程只在通信工程专业开课，该专业每年仅招收一个班。因此，无法在学校内部分班实行对照实验，进而无法进行教改班与非教改班的对照量化分析。但是以上教改措施是从2018级开始实行，因此可以通过对比往届未实行教改措施的学生（2017级）的平时成绩与卷面成绩的情况，分析教改措施的实施效果。图2为2017级和2018级通信工程专业电磁场与微波技术课程期末卷面成绩的统计分布情况。以上数据是在同一位教师授课并命题，考试题型和难度基本类似的情况下得到的。2018级通信工程专业总人数为58人，2017级为47人（1人缺考）。从图2中可以看出卷面成绩90分以上的同学人数占班级总人數的比例从2017级的8.5%提高到了2018级的13.8%。80分以上的同学人数占班级总人数的比例也从17%提高到了31%;卷面成绩不及格人数占全班总人数的比例也从31.9%下降到了27.6%。这些数据说明了教改措施的有效性，同学们的学习效果也得到了极大地提升。

平时成绩因为打分的标准不一致，因此无法进行对比。但是从学生的课堂表现来看，实施以上教改措施以后，2018级的同学在课堂上积极回答问题，全班同学上课期间的注意力也较大程度地得到了改善，学生在课堂上开小差及玩手机等行为有了较大的改观。以上教改措施实行之后，对比2018级的每位同学的平时成绩以及期末卷面成绩发现，大部分同学的期末成绩和平时成绩基本呈正相关的关系。除此之外，电磁场与微波技术相关方向的毕业论文设计题目，也越来越受贵阳学院电子与通信工程学院的学生欢迎。因此，我们认为以上教改措施不仅可以激发学生的学习热情，提高他们的学习效率，还可以帮助教师及时鉴别部分不努力的学生，并积极介入帮助他们学习，最后还能够有助于提高平时成绩考核的公平性。

四、结束语

贵阳学院电磁场与微波技术课程经过过去几年的教学实践，不断地探索教学方式和考核方式的改革，使得该课程取得了较为良好的教学效果，学生学习的兴趣和动力得到了较大程度地提升，学习成绩也得到了提高。这种改革符合贵阳学院以“学生学”为中心的教学改革精神，契合贵阳学院申办应用研究型大学的目标，符合贵阳学院培养高质量应用型人才的定位。

参考文献：

[1]黄玉兰.电磁场与微波技术（第2版）[M].北京：人民邮电出版社，2012.

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[3]蔡轶珩，陈华敏，窦慧晶，等.“电磁场与电磁波”教学思考[J].电气电子教学学报，2021（43）：58-60.

[4]宋德生，李国栋.电磁学发展史[M].南宁：广西人民出版社，1987.

[5]周艳霞，周毅.科技史引入工科教学的实践——以《电磁场与电磁波》为例[J].高教学刊，2019（26）：103-108.

[6]David M. Pozar.微波工程（第四版）[M].谭云华，周乐柱，吴德明，等译.北京：电子工业出版社，2019.

[7]杨慧春，高晶敏，魏英，等.基于HFSS的电磁场仿真实验课堂设计[J].电气电子教学学报，2021（43）：157-160.

[8]石艳梅，郭映，秦娟，等.电磁场与电磁波课程教学方法探索[J].中国现代教育装备，2020（339）：96-97.

[9]张弘，闫丽萍，华伟，等.“电磁场理论与微波技术”课程教学与考核改革探索[J].教育教学论坛，2015（39）：97-98.

[10]李琛璐，王怡影.“电磁场与电磁波”线上课堂教学设计与资源配置[J].合肥师范学院学报，2020（38）：110-112.

[11]贾雁飞，邢砾云，邹青宇，等.“电磁场与电磁波”课程线上教学模式研究与实践[J].无线互联科技，2020（18）：64-65.