工程實踐法在《電磁場與電磁波》課程中的教學研究

任儀+尹波

摘 要 基于工程實踐推動理論課程教學是當前工程學科理論基礎課程的主要教學改革手段之一。本文介紹了工程實踐法在《電磁場與電磁波》課程理論教學過程中的具體方法，詳細介紹了該實踐法的一般流程、具體實施和評價方法。該教學方法的實施極大地調動了學生的學習積極性和主動性，突出了學生的主體地位，促進了學生理論聯系實際的能力，明確了學習的目的，充分體現高等教育“以能力為本”的價值取向。

關鍵詞 工程實踐法 電磁場與電磁波 理論教學

中圖分類號：GO441 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2017）17-0002-02

《電磁場與電磁波》是現代信息學科的重要理論基礎課程，具有很強的理論性，是傳統信息學科中較抽象的一門課程。這門課程的教學目標是培養學生具有分析電磁現象的定性過程和定量方法的能力，使得學生能夠認識并理解電磁波作為信息載體工作于光纖通信、移動通信、雷達等領域，引導學生掌握天線與微波系統的分析方法和設計思路，認識并解決實際工程中的復雜問題，加深理解電磁場與電磁波的本質。

該課程是后續微波類專業課程的基礎，對后續課程的學習起著決定性作用。然而，傳統的理論教學方法都是按部就班的講解理論知識，而其抽象的理論和較多的數學描述難以引起工程類專業學生的興趣，造成“教”和“學”都較為困難的教學現象。為了激發學生的學習興趣，提高學生對該課程工程實踐應用的認識，進一步加深其理論理解，筆者通過工程實踐與理論教學相結合的方法，對該課程的教學環節進行了一系列的改革。通過4年多的教學實踐，目前已取得了良好的教學效果，摸索出一套完整的項目實踐教學法。本文在此介紹《電磁場與電磁波》課程中實施工程實踐教學法的一般流程、具體實施和評價方法，激發學生學習興趣，引導學生探索性學習，啟迪學生創新性思維，促進和提高學生知識拓展應用的能力。

一、工程實踐法的一般流程

工程實踐法是師生通過共同實施一個完整的工程案例而進行的教學活動。此處的工程案例主要是針對該課程中的某個教學內容而設計的任務，該任務需要具備典型性、實用性、可操作性及可拓展性，并能由學生獨立完成、可收到良好教學效果。在實踐工程案例的過程中，將理論知識圍繞該工程任務進行講解，讓學生明確每個知識點在該任務中的作用，并由學生作為主體主動去嘗試解決問題和完成任務，創造學生主動參與、自主制作，探索創新的新型教學模式。

為完成該工程實踐教學法，授課教師需要先調研與當前科學前研緊密結合的學科動態，選取具有可操作性的實踐題目。此外，需要提前告知學生準備必要的前期知識，如MALTAB編程，熟練運用HFSS、FEKO電磁仿真軟件等。在此前期準備后，整個教學法的實施將分為：理論教學、項目實施、教師指導、仿真分析、驗收總結等幾個階段。

二、工程實踐法的實施過程

該實踐教學法將首先選取合適的工程實踐案例，所選擇案例需要考慮到與電磁場和實際工程應用的緊密結合，并且具有典型性和實用性。案例的選擇由課程教師完成前期調研工作，結合學生的課程學習和教師對工程實踐與科學前沿的把握，歸納選擇一些符合認知規律的代表性電波傳播問題和天線設計需求，引入到本科教學過程中。根據教學大綱的目標要求，以任務引領的方式將相關知識點融入到完成任務所必備的實踐案例中，突出任務與知識點的聯系，圍繞案例實踐所用知識點重點講授，使學生掌握必要的基本理論，使其實踐能力和分析解決問題的能力得到提高。通過近4年的實踐歸納總結，本課程所選取的工程實踐案例包括：金屬接地板電位分析，圓極化波地面反射分析，工字型波導內場分布分析，八木天線設計等實踐案例。

案例確立后，學生根據所選題目分成項目小組，由項目組長組織成員制定具體的實施方案，并進行任務分配和進展協調。項目選擇分配完成后，教師要引導各組有序完成項目設計和分析任務。如，以八木天線設計為例，教師在項目開始前應當對該案例所涉及理論知識進行重點講解，如，電磁場邊界條件、電磁輻射、特性阻抗等知識要點，基本涵蓋了電磁場課程的主要知識點，滿足教學大綱的基本授課要求。此外，還需要對選題小組進行電磁分析軟件的知識補充，如該案例所需要電磁場仿真軟件為FEKO，則在該小組選題時即要求其人員進行FEKO的仿真學習。在學生進行項目執行階段，教師需要結合教學內容對所選案例進行講解，明確所用方法和注意事項，引導學生按正確的實踐方式完成設計。此外，還需要根據學生的學習基礎和能力將一個完整的項目進行適當的細化分解，方案細化的過程也是教師的具體指導過程之一。項目完成后，學生需要通過電磁場仿真軟件FEKO對所設計八木天線進行優化，使之達到所提性能指標。最終，通過該案例的實施，使得學生能夠通過組內人員的相互協作，綜合運用知識、技能和方法，按照已經確立的項目實施步驟，通過搜集資料、獨立學習、實踐、合作研究探索等方式，結合理論課程的講授完成該工程案例的具體設計工作。

三、教學實踐的考核工作

作為微波類的專業基礎課，電磁場與電磁波的理論性和實踐性都很強，因此，為保證后續課程的順利教學，必須夯實電磁場與電磁波的理論基礎，并且培養學生的實踐動手能力。為實現此目的，理論與實踐實一體化的工程案例教學考核評價采用理論考核和工程實踐操作過程考核相結合的方式，各占總成績的50%。其中，理論考核采取筆試形式，考核學生的理論知識，而工程實踐評分則有指導教師根據各小組的案例完成情況，小組成員的協調性、動手能力、資料收集和分析能力等綜合打分。

經過不斷的嘗試，筆者在電磁場與電磁波課程中應用工程實踐教學法進行教學，有效地改變了傳統的講授式教學模式，較大地提高了教師的教學效率和學生的學習效率，加深了學生對電磁場問題的理解。經筆者近4年的實踐探索，結合現代化的教學手段和工程實例對知識進行綜合演練，充分發揮教師的主導作用，體現了學生的主體作用，展示了高等教育“以能力為本”的價值取向。

參考文獻：

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