“新工科”背景下《电磁场与电磁波》教学新思考

梁快 胡顺仁 郑大青 李双 刘伟

“摘要：“新工科”的建设与发展对高校工程教育的建设及发展提出了新目标，对专业课程教育提出了新要求。在新工科背景下，文章对通信工程专业课程《电磁场与电磁波》的教学改革进行了深入的分析与思考。首先，电磁场与电磁波应明确在通信工程人才培养方案中的定位，注重其在课程体系中衔接关系;然后通过仿真工具，克服解决电磁场与电磁波理论难点;其次，通过电磁场与电磁波工程应用及研究前沿分析，激发学生兴趣，导出电磁波的基本特性和传播规律;最后，强化教师双师型培养，教师科研引入教学课堂，从而最终达到使学生在新工科背景下理解及掌握电磁场与电磁波基本理论规律。

关键词：新工科;电磁场与电磁波;课程定位;教学改革;双师培养

中图分类号：T01      文献标识码：A        文章编号：1009-3044（2018）36-0128-02

Abstract： The construction and development of "New Subject" put forward new goals for the construction and development of Engineering Education in Colleges and universities， and put forward new requirements for professional curriculum education. Under the background of new engineering， this paper makes a thorough analysis and Reflection on the teaching reform of the course "Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave" for the major of electronic information. Firstly， the orientation of electromagnetic field and wave should be clearly defined in the training program of electronic information talents， and the connection between them should be emphasized in the course system; then， the theoretical difficulties of electromagnetic field and wave should be overcome by means of simulation tools; secondly， the students'interest should be aroused through the application and research frontier analysis of electromagnetic field and wave engineering. Finally， we should strengthen the training of double-qualified teachers and introduce scientific research into the classroom， so that students can understand and master the basic theory of electromagnetic field and electromagnetic wave under the background of new engineering.

Key words： new engineering; electromagnetic field and electromagnetic wave; course orientation; teaching reform;double division training

1 概述

自从2017年2月教育部在复旦大学发布了《新工科建设复旦共识》[1]，要求地方高校根据地方区域经济发展需求，结合本地企业技术创新要求，根据各行业对专业人才需求的实际发展状况，结合学校的本地资源和自身社会优势，深化产学研合作，加强校企协同合作达到强化学生的创新创业能力，培养具有行业背景知识及工程實践的应用型和技术型人才[2，3]。新工科背景下，通信工程专业以“厚基础、宽口径、高素质”为培养目标，既有扎实的基础理论、较强的计算机和外语应用能力，熟练掌握通信与信息系统、信息处理和通信网络等方面的专业理论和工程技术，又具备在信息与通信工程领域从事科学研究，工程设计，设备制造、运营和维护和管理工作，具有一定创新精神和研发能力的高素质应用型人才。这需要在通信工程专业人才培养方案、课程体系及课程建设中进行相应的变革。针对新工科对地方应用型高校人才培养提出的新要求，通信工程专业的传统课程电磁场与电磁波，如何改革发展来适应新形势的变化呢？

2 电磁场与电磁波课程教学改革思考

在通信工程专业课程建设中，电磁场与电磁波作为传统通信工程专业的一门核心基础课程，为适应新工程对人才培养的需要，培养适应新工科人才要求的具有行业背景知识及工程实践的应用型和技术型人才，我们从课程在培养体系定位、课程教学仿真、课程工程应用和教师双师培养等四个方面进行了分析与探索。

2.1 明确课程体系定位，注意前后衔接课程

地方高校专业建设的课程体系建设定位中应以紧密结合新工科建设主线，以“大国工匠”精神，以地方综合性高校创新创业平台为依托，紧紧围绕国家对高校教育立德树人的根本要求，建立多元协同的产学研结合的创新创业的人才培养体系。通信工程课程体系建设，以及电磁场与电磁波课程在通信工程专业中的定位，都应围绕新工科人才培养要求的人才培养体系来构建[4]。根据新工科人才培养要求及工程教育认证要求，我校通信工程专业课程体系分为了通识教育类课程、公共基础类课程、专业类基础课程、专业核心类课程、专业方向类课程及专业实践类课程等六大类课程体系。从通信工程课程体系结构中可以看出，电磁场与电磁波定位为通信工程专业类基础课程，建立在公共基础类课程平台基础之上，它的前续课程为高等数学、普通物理、电路、模拟电子技术。同时电磁场与电磁波为专业核心类课程、专业方向类课程及专业实践课程提供相应的理论支撑，其后续课程为微波技术、移动通信、光纤通信、射频技术等。电磁场与电磁波主要讲述电磁波与天线的基本概念、理论，掌握基本分析方法，同时培养正确的思维方式，提高分析问题的能力，对通信工程专业人才培养起到相当支撑作用。因此在通信工程专业课程建设和教学中，让学生了解电磁场与电磁波在通信工程专业课程体系中的重要地位、承前启后作用，会激发学生的主观能动性、重视程度及学习动力。

2.2 通过仿真实践工具，解决抽象理论难题

电磁场与电磁波的理论分析及计算涉及较为复杂的数学物理知识，而地方性高校学生进校之初要比985，211等高校基础要低，进入地方性高校后也由于不同原因造成通信工程专业学生的高校数学、普通物理基础不是太牢。从学校历年通信工程专业学生学习电磁场与电磁波的反馈来看，多数学生感觉难学的原因主要是电磁场与电磁波的需要较高的数学物理知识的同时，不直观、抽象难懂也是另一个重要的原因。为解决这两方面难题，通过引入MATLAB/ANSOFT MAXWELL等仿真实验工具[5]，针对电磁场与电磁波存在的数学物理方面的公式，我们可以通过MATLAB及MAXWELL仿真软件来实现，仿真软件工具能够直观地实现各种电磁理论的计算及分析，模拟各种复杂的电磁问题及现象，如通过仿真工具直观地观察具体的静电场、静磁场以及时变电磁波的电磁场分布等问题，使电磁理论更加形象直观，使抽象的理论显得简易明了、清晰易懂。同时，借助仿真工具，可以探索未知的、复杂的电磁问题，用电磁场与电磁波仿真结果来指导电磁场与电磁波的科学研究及应用，如通过仿真软件研究高频电路中的电磁干扰与电磁兼容问题，这些问题难以用简单的数学手段加以解决，但电磁仿真软件工具可以形象的分析其可能存在的复杂电磁问题并用于工程实践，这样能大幅度地提高学生的兴趣及通过仿真验证的动力。

2.3 以工程应用为抓手，导出电磁基本规律

新工科要求学生从工程应用出发，运用通信专业基础理论解决工程中的实际问题[6]。但多数教师在授课过程中主要从电磁基本理论出发去分析静电场、恒定磁场及时变电磁波基本现象及问题，与实际工程应用结合较少，这造成电磁理论与工程实际有较大的脱节现象，使学生在理解电磁理论上感觉抽象，不接电磁波工程应用的地气。针对这一较为普遍存在的问题，在授课过程中，以工程应用为抓手，首先针对课程中的每一个基本知识点，与传统的工程应用结合，在应用中把握电磁基本理念。如在静电场中，电容就是一个典型的真空中的静电场及介质极化现象的典型运用，从电容的基本定义，通过针对具体电容的电磁计算，从计算中去把握电压电位与电场强度，电场强度与电能密度、真空中的静电场基本方程、极化后的极化强度与极化后的静电场基本方程等相关静电场基本理论及计算方法;通过恒定磁场中的电感、时变电磁场中的法拉第电磁感应定律等工程问题，解决电磁场与电磁波中一个个理论点与工程应用的结合问题。另一方面，针对近年来在通信中的电磁场与电磁波应用研究热点，与基本电磁波理论结合，促进学生的学习及研究兴趣。如在当今的第四代、第五代移动通信中无线宽带接入、多天线阵列、电磁兼容及电磁对抗存在很多理论研究应用分析应用难点，吸引了大批科学家、工程应用人才的参与。但上述热点仍然包含电磁场与电磁波中的基本理论中，在教学课堂上可以对上述电磁问题简单分析，让学生对电磁研究前沿有一定把握，同时，更要让学生对上述热点的电磁问题理论难点及研究方向有一定的基本了解。通过上述两方面的电磁理论及工程问题的结合学习，使学生从工程问题的分析中体验电磁场与电磁波的理论内核，激发学生学习热情。

2.4 强化教师双师培养，科研引入专业课堂

新工科需要高校、科研机构及企业打造工程教育共同体，推进产学研一体化合作、科研教育协同合作，鼓励相关行业的公司企业参与及渗透到高等学校专业教育及专业教学各个环节中，促进高校人才培养紧密结合各行业产业的需要及发展趋势[7-8]。但由于高校存在行业、地域、优势学科的差异化，各行业企业高校人才培养的要求、企业对人才的需求的特殊性，高校的人才培养过程往往较难与企业实现长期的匹配与对接，造成高校、研究机构与企业的工程教育共同体难以实现，产学研一体化在一定程度上难以在全国所有高校完全推广。针对这一难题，学校通信工程专业教师结合与中国通信行业企业龙头之一的中兴通信公司共建第四代移动通信实验室的良机，利用中兴通信公司的培训教育平台，每年选派年轻教师参加移动通信相关培训及合作，强化教师双师培养，使专业教师掌握通信工程应用前沿的同时，也对无线通信、微波通信、光通信领域有较为深入的把握，专业教师在教授电磁场与电磁波理论课程过程中能把在中兴通信等相关通信企业的电磁理论工程应用及发展前景展现与课堂。同时，教师在课程教学过程中发现及引导对电磁场与电磁波学习有极为浓厚兴趣的学生，引导他们参加学校教师的电磁场与电磁波方向相关的研究及工程应用课题，如射频技术、雷达等课程。另外，让参加科研及应用研究的学生，引导专业其余学生了解其从事的电磁场与电磁波的研究及应用，促进学生对电磁场与电磁波学习兴趣。

3 结束语

总之，面对新工科时代，对电磁场与电磁波教学提出了新的教学变革要求。针对新工科对学生工程能力、创新创业能力的要求出发，对电磁场与电磁波在通信工程专业定位及通信行业需求进行合理的定位，加强教师能力的培养，改变传统的教学方式，加强新手段、新方法在教学中的应用及学生科研及工程能力培养，全方位的提高学生素质、学习能力、工程能力及创新能力，最终达到学生学以致用、对学习产生浓厚兴趣，以提高教学质量，培养对国家有用的人才。

参考文献：

[1] “新工科”建设复旦共识[J]. 武汉： 高等工程教育研究，2017（1）：10-11.

[2]  吴爱华，侯永峰，杨秋波，等.加快发展和建设新工科，主动适应和引领新经济[J]. 武汉： 高等工程教育研究，2017（1）：1-9.

[3]  陳涛，邵云飞.《华盛顿协议》：内涵阐释与中国实践——兼谈与“新工科”建设的实质等效性[J]. 重庆：重庆高教研究， 2018（1）：56-64.

[4]  蔡立晶，尚廷义，耿晓琪，孟艳君.“电磁场与电磁波”课程在通信工程专业教学改革的探讨与研究[J]. 石家庄：教育教学论坛，2017（4）：115-116.

[5]  唐红艳，骆无穷. CDIO 模式下的电磁场与电磁波教学改革探索[J]. 北京：教育现代化，2017（2）：88-90.

[6]  蔡立娟，陈宇. 电磁场与电磁波优秀课建设的研究与实践[J]. 石家庄：教育教学论坛2016（4）：118-119.

[7]  胡学宁. 电磁场理论课程教学多角度探索[J]. 石家庄：教育教学论坛，2017（10）：180-181.

[8]  周守利，薛林林，郭淑琴，覃亚丽. 电磁场与电磁波课堂教学融入科研内容的实践[J]. 齐齐哈尔：高师理科学刊， 2017（9）：98-99.

[通联编辑：王力]