新工科背景下电磁场与微波技术课程教学改革探究

柴永强，彭媛

（贵州师范大学 大数据与计算机科学学院，贵州贵阳 550000）

在新工科工程教育改革背景下[1]，随着无线通信技术的不断发展，对新时代复合型创新型人才的需求急剧增加。面对新工科立德树人的新要求，肩负人才培养重任的高等院校秉持常规教学理念已经不能满足新时代发展的需求。

电磁场与微波技术课程作为电子通信类专业的核心课程[2]，横跨电磁场理论、微波射频电路、高等数学、数学物理方程、复变函数与积分变换等专业基础课程，具有学科交叉性强、数学公式推导复杂、基本概念抽象等特点，对学生逻辑思维和空间想象能力的要求较高[3]。基于以上课程特点，部分学生存在理解、记忆困难，对基本概念掌握不牢，学习兴趣不强，积极主动性不高等问题[4]，导致工程实践创新能力不强，在一定程度上直接影响专业人才培养质量。

如何改变电磁场与微波技术课程的常规教学理念，深入挖掘学生的学习潜能，提升学生工程实践创新能力，培养出符合国家战略发展需求、顺应时代潮流的新工科创新型卓越工程人才，是一个值得深入研究的课题。

1 电磁场与微波技术课程常规教学方法存在的问题

（1）专业教师课程思政能力不强。受专业领域和研究方向限制，在常规教学授课过程中，教师难以把课程思政元素和专业授课内容紧密联系在一起[5-8]，难以提升学生的人文道德素养，很难完成立德树人这一根本任务。

（2） 学生理论和实践脱节，不能融会贯通和学以致用。在常规教学过程中，课程体系陈旧，教师按照教学大纲授课，对于复杂的理论推导过程和抽象的电磁场概念未形象化展示，导致教学内容枯燥乏味、晦涩难懂，难以提高学生的理论综合能力和创新实践能力[9-11]；实验环节大多数是验证性实验，学生对理论知识的深层次思考和运用能力严重不足。

（3）电磁场与微波技术课程教学模式与学科前沿脱节，随着科技的快速和知识的快速更新迭代，闭门造车式的教学方式与企业实际需求不匹配[12-14]。学生很少关注学科的最新前沿发展动态，更不了解企业和产业对人才的实际需求。

2 电磁场与微波技术课程教学改革探究

如图1 所示，针对常规教学方法中存在的问题，本文基于电磁场与微波技术课程，从以下3 个方面开展课程教学改革研究。（1） 构建以课程思政为引领的教学效果评价机制，以教风促学风，落实立德树人根本任务。（2）以LabVIEW 虚拟化仪器仿真实验教学平台为依托，通过虚拟仿真实验，构建理论知识和教学实践相融合的教学体系，使教学形式多样化、形象化，激发学生的学习热情，促进学生实验实践能力的提升，启发学生的开放性创新思维。（3）以产教融合的校企协同课程培养模式为抓手，通过产教融合、资源共享，为社会培养“精益求精、追求卓越”的一流新工科人才。

图1 电磁场与微波技术课程教学改革研究思路

2.1 构建以课程思政为引领的教学效果评价机制

如图2 所示，以课程思政为引领的教学效果评价机制从如下3 个方面展开。首先，教师从师德师风建设、价值导向和电磁场与微波技术课程课堂实施效果三个维度进行自评，引领学生具有家国情怀、提升人文道德素养。通过构建师生双向动态反馈机制，为提高电磁场与微波技术课程教学效果做铺垫。其次，针对学生反馈的问题，教师认真反思不足，结合电磁场与微波技术课程特点与教学目标，不断丰富课程思政元素的内涵与外延，全面优化教学设计方法，达到“随风潜入夜，润物细无声”的育人效果。最后，教师在课程思政元素挖掘、教学方法选择、教学过程设计等方面进行深入探究，通过“评价—反思—改进”的技术路线，以教风促学风，加强思政元素与专业知识的深度融合，推动教师思政育人能力不断提升，促进学生人文道德素养持续提高，完成立德树人根本任务。

图2 以课程思政为引领的教学效果评价机制

2.2 构建基于LabVIEW 的虚拟化仪器仿真实验教学平台

结合电磁场与微波技术课程学科交叉性强、理论推导烦琐、基本概念抽象以及学生动手实践能力差等突出问题，本文以培养工程实践能力为核心，结合贵州师范大学现有的软硬件教学条件和实际教学情况，联合中国电子科技集团四十一所，构建基于LabVIEW 的虚拟化仪器仿真实验教学平台，以拓展学生创新思维，提高学生工程实践素养。

通过形象、直观的LabVIEW 虚拟仪器仿真实验教学，使电磁场与微波技术课程资源更加丰富，使学生充分使用虚拟仿真资源，掌握先进的专业测试仪器(矢量网络分析仪、示波器、频谱分析仪等)的使用方法和实验研究方案，突破常规抽象、晦涩的课堂授课模式的限制。如图3 所示，构建LabVIEW 虚拟化仪器仿真实验教学平台的优势有如下几点。（1）通过LabVIEW 虚拟仪器实验演示系统，让学生更加形象、直观、生动、有趣地观测到电磁波的传输模式，更深层次地理解电磁波的工作机理，使学生在实验中形成深刻的感性认识，从而激发学生的学习兴趣。（2）通过LabVIEW 虚拟仪器实验操作系统，培养学生的专业实践技能，从而提高归纳、演绎逻辑思维和工程实践创新水平。同时，由于安全可靠的平台环境，相对于常规教学实验，可以规避意外风险造成的仪器设备损坏，为学生提供更多的试错机会，鼓励学生勇于探索、大胆尝试，充分发挥想象力。（3） 利用LabVIEW 虚拟仪器仿真实验平台可以打破时间和地域限制，使学生随时随地通过云平台客户端进行远程在线实验，实现优质资源共享，学习方式更加灵活高效。

图3 虚拟化仪器仿真实验平台优势

2.3 构建产教融合的校企协同课程培养模式

在新工科工程教育理念的引导下，紧密联系人才强国战略，依托校企联合课程培养模式，实现校企优势互补、强化协同。高校邀请企业工程师走进电磁场与微波技术实验课堂，形成产学研协同效应，培养“精益求精、追求卓越”的新工科一流人才。

校企协同“三位一体”课程培养模式如图4 所示。（1）以产业需求推动电磁场与微波技术课程改革，充分发挥校企联合优势，建立校企联合实验室，完成教学成果转化。（2） 以举办校企联合工程培训促进教学实践，使学生能够将电磁与微波技术课程理论知识应用到具体的工程实践中，学以致用。（3）通过资源共享建立丰富的教学资源库，构建精品教学资源，实现校企互利共赢，全方位提升电磁场与微波技术课程的人才培养质量。

图4 校企协同“三位一体”课程培养模式

3 结束语

本文以课程思政为引领，以虚拟化仿真实验平台为依托，以校企协同课程培养模式为抓手，进行新工科背景下电磁场与微波技术课程教学改革模式探索，完成改革与创新、交叉与贯通、协同与共赢的电磁场与微波技术课程培养模式，着力培养具有强烈的爱国敬业精神，专业工程素养过硬，满足时代需求，勇担大任的创新型卓越工程科技人才。