电磁场理论“1234”教学创新体系构建与实践研究

梁兰菊 闫昕 高珊 吕依颖

摘  要：针对电磁场理论教学中存在立德树人融入课堂不充分、电磁知识抽象难理解、信息技术课堂应用少等痛点问题，基于OBE理念，构建电磁场理论“1234”教学创新体系，经过实践教学，取得良好效果。

关键词：电磁场理论;教学创新体系;实践研究

中图分类号：G642      文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2022）18-0026-04

Abstract： There are some problems in the teaching of electromagnetic field theory， such as insufficient integration of students in the classroom， difficult understanding of electromagnetic knowledge and less application of information technology. Based on the concept of OBE， the teaching innovation system of electromagnetic field theory "1234" is constructed.

Keywords： Electromagnetic Field Theory; teaching innovation system; practical research

国家“十四五”规划明确教育将引领高質量发展，面对新时代，教育改革创新将面临新挑战与新要求。电磁场理论是电子科学与技术、电子信息等专业的基础课，是国家“十四五”发展战略新一代信息技术的基础支撑课程。不少学者针对新时代教学创新体系构建进行实践研究，黑龙江大学赵金波对高校“课堂冷漠”困境透视及对策分析，提出在教师教学中，正确处理教与学的关系对于提升课堂教学具有重要意义[1]。南京工程学院的田丽鸿等就课堂教学如何挖掘课程思政提出评价方案[2]。黑龙江大学于准提出“以学生为中心”建构双螺旋教学模式取得良好效果[3]。作者针对课堂教学如何提高学生的创新能力从本科毕业论文、信息技术应用、教学科研一体化建设、线上线下教学等方面做了初步探索，取得一些成果[4-8]。电磁场理论作为电子信息等学科的重要专业课，电磁理论性强，逻辑性强，主要以教师授课为主，学生参与度低，信息技术不好融入教学，导致教学方法单一。在学生学习中，大量的高等数学知识应用使学生学习枯燥单一，再加上电磁场理论知识抽象难理解，导致学生学习难度加大，使电磁场理论成为两难课程。为了适应新时代教学改革要求，必须对原有电磁场理论课堂教学模式进行改革实践。在此背景下，电磁场理论“1234”教学创新体系构建与实践探索取得较好效果，为电磁场理论课堂教学提供了一种教学改革方案。

一、构建教学创新体系

为了更好地突出课程教学改革过程中贯彻“以学生为中心”的教育理念，全面反映提升电磁场课程教学质量的创新思路、举措、效果和反思，注重信息技术在课堂教学中的应用，电磁场理论教学团队按照高校落实立德树人根本任务，强化人才培养中心地位和本科教学基础地位要求，基于OBE等先进教学理论，构建了“1234”课堂教学体系。

（一）构建一个中心

在电磁场理论课程教学改革过程中始终贯彻以学生为中心的教育理念，课堂教学形式由以教师为中心转变为以学生为中心。将OBE等先进教学理念融入教学，由传统的老师教什么向学生能够学什么转变，从关注内容到关注产出的转变，教师从学习目标入手，思考学生学习完后能做什么，从而设置有针对性的教学内容。教学取得良好效果，培养了学生毕业后面向实际工作岗位的知识、能力和素养。但是，以学生为中心的教育理念还要始终贯彻下去，不是让其存在于一堂课，而是贯彻到整个课程的教学过程中。

（二）围绕两个主体

在电磁场理论教学过程建立教师“教”与学生“学”双主体创新课堂教学模式，教学观念由教师以教为主转变为学生以学为主。主次的变换，调动了学生学习的积极性，增加了学生主动探索知识的动机，也加强了在探索知识过程中的师生互动和思想碰撞。学生在自主学习过程中开拓了思路，激发了潜能，全面培养了学生的创新意识、实践能力和综合素质。但是，学生自主学习过程中由于学生的自律性和主动性层次不齐，学生习惯性地接受填鸭式的教学模式，面对解决复杂问题的不成熟性等都制约着以学生学为主的教学改革转变，这还需要团队教师下大功夫、下苦功夫做好角色转变，切实形成学生以学为主格局。

（三）打通三个着力点

在教学过程中将信息技术、科教融合、校企合作与电磁场理论教育教学深度融合。利用学习通、钉钉、腾讯课堂、精品课程网站等信息技术分析电磁场理论学生课前和课中学习数据，对课堂教学精准管理和持续改进。将科研进展、科研项目、科研论文等融入课堂教学，提升学生由一般课本知识学习向高级知识深度广度学习的转变。强化电磁场理论课程教学与企业结合，邀请产业教授走进课堂，带学生走进企业，课堂教学与企业深度融合，共同制定人才培育标准、共同完善人才培养方案、共同构建课程体系、共同开发教材更新教学内容、共同建设实习基地、共同组建教学团队、共同实施培养过程、共同评价培养质量，建立全过程校企协同育人机制。三个着力点也是电磁场理论课程教学体系构建的特色点，经过三年的实践，取得明显效果，打造了区别于其他课程的体系亮点。但是，随着时代的进步，先进的信息技术和科技创新不断涌现，作为应用者，教师做好终身学习准备，不断提升自身应用新的信息技术水平，提升自身掌握与授课内容相关的最新科技前沿和实际应用能力，不断深入企业了解所需，拉近课程教学与信息技术、科技前沿、企业发展所需的最近距离。

（四）抓住四个层面

围绕一个中心、两个主体和三个着力点，抓住课堂教学在教学目标、教学内容、教学方法和教学评价四个层面构建全方位、立体式、多元化的人才培养体系。课程教学目标设定由传授知识为主向提升能力为主转变。教学内容与教学立德树人根本任务，学校基于产教融合的“123456”应用型人才培养模式、“777互联互通育人工程”深度融合;与新一代通信技术、集成电路科学与工程等新兴学科，人工智能、大数据、B5G/6G等新兴产业深度融合;与学习通、钉钉、腾讯课堂、精品课程网站等信息技术深度融合;与科研进展、科研项目、科研论文等深度融合;与企业开展“八个共同”深度合作。将信息技术、科教融合、校企合作三个着力点与教学内容深度融合，使教学内容“前沿顶天有创新，生活立地有应用，人文灵魂有精神结合”，全面提升教学内容深度和广度，进而丰富教学内容，提高教学质量。教学方法由教师授课为主转变为学生以学为主，教师采用参与式、研讨式、启发式等多种教学方法，应用信息技术、计算机仿真等多种教学手段，强化师生互动，学生形成自主学习习惯。教学评价由一次性评价转变为注重过程性评价，将平时作业、小论文、课堂互动、实验、校外实习、课程讲座、课堂反馈等纳入平时对学生的考核中。四个层面的构架在教学中取得较好的效果，但是，如何进一步提升学生高阶能力没有上限，会遇到教学瓶颈，教学内容“顶天立地”给教师提出了更高要求，教学方法多样性在以理论为主的教学重如何深度应用，教学系统对学生评价方式的固化如何打破，都是需要去反思和解决的老问题和新问题。

二、解决三个教学痛点

（一）解决立德树人融入课堂不充分问题

针对电磁场理论教学中重知识教学轻课程思政的痛点问题，电磁场理论教学团队认真学习习近平总书记在全国教育大会上就教育改革发展提出坚持把立德树人作为根本任务，把服务中华民族伟大复兴作为教育的重要使命的重要论述。运用先进教学理念，优化教学目标，设计教学内容，将立德树人作为教学根本任务，在电磁场理论教学中引导学生学习马列主义、毛泽东思想、邓小平理论、习近平新时代中国特色社会主义思想。让学生掌握这些理论武器，扎根中国大地社会实践，与人民群众相结合。

（二）解决电磁知识抽象难理解教学痛点问题

电磁场理论理论性和逻辑性比较强，数学公式应用多，物理概念抽象难理解，这是教师教和学生学的痛点。采取以下方案：（1）在教学中引入MATLAB、CST等可视化计算软件，将复杂的数学公式编程仿真通过图形显示出来;（2）将难以理解的电磁现象通过视频播放出来;（3）通过实验将电磁现象展示出来等方式解决教学痛点。

（三）解决信息技术课堂应用少等痛点问题

针对电磁场理论教学仍然沿用传统教学模式，一本书、一个人、一堂课、一块黑板的教学模式，未能体现与新一代通信技术、集成电路科学与工程等新兴学科，人工智能、大数据、B5G/6G等新兴产业深度融合，未能将先进的信息技术应用于教学等痛点问题，电磁场理论教学团队采取以下方案：（1）将多媒体信息技术应用于课堂教学，解决电磁场理论教学中抽象的、看不见摸不着的电磁现象;（2）通过学习通、钉钉、腾讯课堂、慕课等线上学习了解学生课前学习状况，依據数据设计课堂教学目标和环节，随时比对课前数据和课中数据，做好教学安排等方式解决信息技术课堂应用少等痛点问题。

三、教学设计

（一）重构教学内容

打破原有电磁场与电磁波教学内容，以电磁场与电磁波课程知识逻辑重构教学内容，如讲解电磁场的基本规律这一章，可以将基本知识部分梳理出来，如电磁守恒定律、库伦定律等作为课前网上自学内容，并进行网上自测，激发学生课前预习的积极性。课堂内容根据学生网上自测进行内容重构，进行重新编排，学生都懂的就讲快一点，学生存在的难点进行重点课堂讲解，增加课堂测试检测学生学习情况。课后布置文献阅读，拓展知识面。以上就是通过重构教学内容，实现教师学生教学内容的随时调整，做到了有针对性，提高了学生学习的积极性。

（二）改革教学方法与手段

针对课堂教学存在教学内容单一、以教师为主，满堂灌，学生参与少;学生参与实践少;信息技术利用低等问题，必须加强教学方法与手段的改革。改革的总依据是“立德树人”，以学生为中心，以培养电磁场与电磁波课程专业电子信息科学与工程、通信工程、光电科学与技术等专业高水平应用型人才为目标，应用OBE理念，以产出为导向。进行线上线下混合式教学改革，增加线上教学比例，减少线下教学比例，线上以学生自学为主，教师设置预习和思考的问题，进行初测。线下，教师围绕目标、任务核心问题开展启发式、讨论式、项目式、体验式、研究式等教学，以产出为导向。课后布置作业，教师进行线上答疑反馈学生学习成果，实现以教为主向以学为主转变，实现以课堂为主教学向线上线下混合式教学转变。

（三）改革考核评价方式

原有考核评价方式为“期末考试70%+考勤15%+作业15%”的传统考核方式，传统考核方式导致学生平时上课不注意听讲，下课抄作业，期末搞突击，学生上课积极性不高。为了改变这种状态，改革考核评价方式势在必行。具体做法是根据线上线下的混合式教学安排，增加线上测试+线下测试+课堂听讲+文献阅读+小论文+学术报告+线上参与度等多方面的考核评价，使考核评价更加多元，注重学生过程考核。如在电磁辐射的教学中，增加小论文测试，让学生读天线方面的小论文，并总结提出自己的看法，以小论文或是集体汇报交流的形式进行考核，就能进一步激发学生的学习积极性。

四、效果和推广应用

（一）信息技术广泛应用于课堂教学，取得较好效果

增加视频、动画及计算机可视化展示，使抽象的电磁场理论课程可视化，让看不见的电磁波通过视频和图像展现出来。如，在进行电磁波传播授课时，教师用MATLAB编程数值模拟电磁波传播的动画，通过动画展示，使看不见摸不到的电磁波通过动画形式展现出来。在讲解电磁波的极化这一节内容时，对于直线极化波、圆极化波、椭圆极化波的形成，课本上只是通过理论推导，通过数学公式进行展示，通过判断相位角变化，数学方程的意义进行理解。在这节课中，教师通过应用MATLAB编程，通过设置振幅大小、频率大小、改变相位差角实现对三种极化波的模拟，使抽象的三种波通过动画展现出来。另外配火箭发射视频，理解圆极化波的应用，现场通过调整半导体收音机天线理解直线极化波的应用。基于这一思想，《电磁波的极化》多媒体课件设计获得教育部第十四届全国多媒体课件大赛优秀奖;《光学实验模拟软件在多媒体课堂教学中的应用》获校优秀教学成果二等奖、省物理教学技能大赛一等奖，得到了专家评委高度评价。利用钉钉、腾讯、学习通等线上教学平台克服疫情，完成疫情期间电磁场理论授课任务，积累了教学经验，进行了线上线下电磁场理论教学改革研究，教改成果《疫情期间“电磁场理论”线上教学实践研究》发表在领域期刊。建设有电磁场理论校级精品课程网站，进行网上课程展示。网上教学资源的利用，大大拓展了教学空间，延伸了课堂教学内容，让学生随时随地调阅资料并进行交流和互动，取得了较好效果。

（二）科教融合取得较好效果

延伸课堂教学内容，加强师生互动，将最新的科研成果融入课堂教学，引导学生应用所学知识，解决问题。构建了“四个一”科教融合体系，即学生在校期间，通过听一场科研报告会、参与一项科研项目、参加一项科技竞赛、发表一个科研成果等来开拓学生视野，提升學生创新实践能力，增加师生互动。2018-2020年电磁场团队教师指导学生参加了18个科研项目，68名同学获得了各类科技竞赛奖，其中2020年指导学生获得第六届省“互联网+”大学生创新创业大赛银奖。指导56名同学毕业论文，1名学生获得省优秀毕业论文，2名同学获得校级优秀毕业论文，学生发表科研论文10篇。《大学生科技创新能力培养模式探讨》《基于科技竞赛的大学生诚信实践能力培养研究》《本科毕业论文写作对学生创新思维能力培养探析》等教学改革成果发表在相关领域期刊上。三年的实践探索，取得了较好效果，成绩得到了同行专家和学生的认可。电磁场理论先后获批校优质课程和精品课程;团队教师获得省黄大年式教学团队1个;省教学名师1人;校教学名师1人;校教学质量奖3人次;校教师创新大赛一等奖1人;校青年教师教学优秀奖1人次。

（三）推广应用

构建的“1234”课堂教学创新体系还应用于团队教师校公共课大学物理的教学中，光电子技术、应用光学等课程的教学中。“1234”课堂教学创新体系对理工科课程授课具有整体普遍实用性，可以推广到电子信息专业、通信工程专业、机械工程等专业课授课中，可以推广到的学院达到13个，学生5 000余人，教师300余人。

五、结束语

针对电磁场理论课堂教学中存在的教与学的痛点难点问题，以学生为中心，将教与学有机集合起来，打造信息技术、科教融合、校企合作三个着力点，从教学目标、教学内容、教学方法和教学评价四个层面构建全方位、立体式、多元化的“1234”电磁场理论教学创新人才培养体系。解决了立德树人不充分，难以将信息技术融入教学的教学单一状况，学生觉得公式多、概念抽象难理解等难点。经过实践教学，取得良好效果。

参考文献：

[1]赵金波.高校“课堂冷漠”困境透视及对策分析[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2021（4）：10-11.

[2]田丽鸿，包永强，张健.应用型本科电子信息类专业课程思政建设思考与探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2021（4）：80-82.

[3]于准.“以学生为中心”视域下的编辑出版学双螺旋教学模式建构[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2021（4）：37-39.

[4]梁兰菊，闫昕，韦德泉，等.大学生科技创新能力培养模式探索[J].高教学刊，2020（1）：27-29+32.

[5]闫昕，梁兰菊.疫情期间“电磁场理论”线上教学实践研究[J].菏泽学院学报，2020，42（5）：111-113.

[6]梁兰菊，韦德泉，闫昕，等.光学工程学科教学科研一体化实践与探索[J].枣庄学院学报，2019，36（5）：120-124.

[7]梁兰菊，闫昕，韦德泉，等.计算机仿真在理工科毕业论文中的实践与探索[J].教育现代化，2019，6（72）：106-107.

[8]梁兰菊，闫昕，韦德泉，等.本科毕业论文写作对学生创新思维能力培养探析[J].高教学刊，2019（24）：31-33.