工程教育认证背景下“电磁场与微波技术”课程的教学改革探讨

薛春华 袁浩浩 周坚和 宾志燕

摘要：工程教育认证要求高等院校工科类专业能够为当今信息社会培养适应社会需要的合格的高级应用型专门人才。我们根据工程教育认证对通信工程专业教学的要求，对本专业基础课“电磁场与微波技术”的教学目标进行了分解，探讨了教学方法、考核手段方面的改革。这些教学改革手段有效调动了学生学习的积极性，提高了学生的学习兴趣，培养了学生的创新能力，这将有助于推动我校通信工程专业的工程教育认证。

关键词：工程教育认证；教学改革；教学目标

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）18-0107-02

一、引言

随着2016年中国正式加入《华盛顿协议》并成为该协议的第十八个正式成员国，一项志在与国际接轨的工程类本科教育改革正式启动。《华盛顿协议》是最有国际影响力的工程教育本科专业学位互认协议，其宗旨是通过多边认可工程教育资格，促进工程学位互认和工程技术人员的国际流动。加入《华盛顿协议》对我国工程类后备人才培养的作用是毋庸置疑的。原因在于，高等教育的人才培养模式可以分为两部分，其中硕博士人才培养的目标是從事科学研究，而工程类本科教育人才培养的目标则是工程师。通过加入《华盛顿协议》，我们得以借鉴国际上已有的工程教育专业认证，并将其引入到我们现有的专业建设及课程教学中，使得本科课程教学有了一个国际标准。教师根据这个国际标准的导向和要求来编写教学大纲、备课及授课，学生的学习有了明确的指导方向。

在《华盛顿协议》的推动下，现在各大高校都开展了相关学科的工程教育认证以及相应的课程改革[1，2]。我们的办学专业是通信工程专业，“电磁场与微波技术”是本专业的专业基础课。然而，在工科专业，“电磁场与微波技术”课程常常不受学生欢迎，是公认的一门教师难教、学生难学的课程。究其原因，一方面是这门课程的内容涉及了相当多的数学和物理基础知识，公式繁多，使得学生学习起来相当吃力；另一方面，与其他实践类课程相比，这门课程本身概念抽象，学生难以进行深入的理解。在早期的教学改革中，已经有很多人针对这门课的教学方式方法进行了很多探讨。这里我们针对这门课程的特点，结合工程认证背景，对“电磁场与微波技术”课程的教学改革进行了有益的探索，并取得了良好的效果。

二、课程的教学目标分解与结构

工程认证中的课程教学与传统教学的最大不同是细化了课程目标及其对工程类专业学生毕业要求的对应关系。我们根据工程认证的要求，对“电磁场与微波技术”课程的教学目标进行了分解。本课程教学目标包括两部分：（1）使学生牢固掌握电磁场方面的基本概念、基本理论，能利用所学的数学模型，包括运用矢量分析和边值问题方法，分析电磁场的基本规律，并对电磁场问题进行求解。（2）能够将学习过的电磁场理论应用于电磁波传播的分析，具备对复杂电磁波及微波工程问题进行表达与建模的能力。这两个教学目标分别对应这门课程的基础理论部分和工程应用部分。然后，我们进一步理清该课程的框架，得出这门课程的结构图，如图1所示。课程的教学目标与结构给了我们一条清晰的授课主线。首先，从场的基本概念出发，先静态场后时变电磁场，归纳出麦克斯韦方程组，使学生从概念上理解这门课的理论核心。随后，利用麦克斯韦方程组推导波动方程，得出波的解形式，并与熟知的机械波相比较，让学生形象的理解与掌握电磁波的概念与传播特性，进而理解导行电磁波和电磁辐射。这一授课主线也让我们明晰了各章节内容之间的联系。

在授课过程中，可以将重点放在概念的物理意义和公式与定理的使用方式上，而不是推导与演绎上。这样的授课方式正是基于工科类学生的毕业要求所做出的。对于工程类本科生来说，他们不需要接触到电动力学的本质，而只需要学会怎么将电磁场与电磁波理论运用于工程技术中，怎么用好电磁场与电磁波这门课中所涉及的公式即可。关于导行电磁波和电磁辐射的工程应用部分，同样也更强调从概念上定性的理解，而不是精确分析推导。

三、课程教学方法的改革

工程认证为课程教学提供了明确的教学导向。在讲授“电磁场与微波技术”这门课时，应当更多强调电磁场与电磁波的应用前景，激发学生对这门课程的学习热情，拓宽学生的知识面，从而使得学生的创新能力得到培养。为此，我们利用多媒体课件及仿真软件等现代化的教学工具对该课程的教学方法进行改革。一方面，电磁场是不可视的，因此学生对电磁场的存在只能靠想象。仅仅依靠公式推导来讲解这门课会使得本不可视的电磁场与电磁波相关内容变得非常枯燥，晦涩难懂。我们可以使用Matlab进行电磁场演示，比如点电荷或电偶极子所产生的电场和电位分布图以及接地导体球外点电荷所产生的电场和电位分布图等，这可以让学生很直观的看到电场的分布形态。这样的教学方式使这门课变得形象化，从而激发学生的学习兴趣。另一方面，我们在进行电磁辐射部分内容的教学时，还使用HFSS或CST STUDIO SUITE进行天线辐射的演示，让学生直观的看到天线辐射的方向图、回波损耗、增益等参量。仿真软件的使用能够有效增进学生对相关内容的理解。我们还利用这些仿真软件介绍一些涉及电磁场与电磁波新技术与应用的文章，比如超材料天线技术＼超衍射成像等。这些关于电磁场与电磁波应用前沿的介绍可以激发学生的想象力，活跃思维，从而有效提高学生的学习兴趣，培养了学生的创新能力。

四、课程考核方式的改革

工程教育要求我们应注重学生创新能力的培养，而传统的考核方式并不能很好的体现这一点。作为一门专业基础课，“电磁场与微波技术”的考核方式是闭卷考试，但由于公式多、概念多，学生难以记住这么多内容，因此使得这门课的考试基本变成了考记忆，而不是考能力。为此，我们对考核方式进行了改革：降低了期末考试成绩的权重（占总考核成绩的50%），增强了平时的课堂和课后考核，包括课堂讨论和论文写作。首先，我们在课堂上增加了分组讨论环节，任课教师在课堂上提问时不再是针对一个人提问，而是针对一个小组提问，根据回答状况给予平时成绩。这就要求一个小组的学生课前和课后都要对相关内容进行讨论。通过讨论，可以增进学生对授课内容的理解，也增强了学生的思考能力。其次，我们增加了写论文环节，要求学生针对电磁波的传播特性，从导行电磁波到电磁辐射选择某一个侧重点写一篇小论文，这样可以加深学生对电磁波特性与微波技术应用的理解。通过对考核方式的改革，学生的创新和实践能力得到了有效的提升。

五、结论

上文在工程认证背景下探讨了通信专业基础课“电磁场与微波技术”课程的教学现状，依照工程认证要求对课程教学目标进行了分解和课程结构解析，在教学方法、考核手段等方面进行了有益的改革，并取得了良好的效果。我们的教学改革成果对推动高校工科信息类专业的“电磁场与微波技术”课程教学具有一定的理论和实践指导意义，并且有助于推动我们所在的通信工程专业的工程认证。

参考文献：

[1]仇建，陈宾宾，胡维华.工程教育认证背景下的网络专业课程体系建设[J].杭州电子科技大学学报，2015，（2）：107-110.

[2]邵辉，葛秀坤，毕海普，赵庆贤，郝永梅，邢志祥.工程教育认证在专业建设中的引领与改革思考[J].常州大学学报（社会科学版），2014，（1）：104-107.