“电磁场与电磁波”荣誉课程设计与教学实践

万 玲， 胡 鹤

(吉林大学 仪器科学与电气工程学院，吉林 长春 130021)

0 引言

荣誉课程建设和荣誉计划实施是为优秀本科生提供的一种专门、个性化的培养模式，在美国已有近百年的发展历史，为美国培养了大批拔尖创新人才[1～3]。近年来，清华大学、北京大学、浙江大学等率先试点制定了荣誉培养计划，学生在学习一定数量的富有“挑战性”的荣誉课程和荣誉计划的全部培养环节后，即可获得荣誉学位，推动了我国荣誉教育的发展。2019年，为更好培养高素质创新型仪器类专业人才，推进建设世界一流大学和一流学科的发展战略，我校仪器科学与电气工程学院开启了荣誉课程建设计划。“电磁场与电磁波”作为学院开设的首门荣誉课程，进行了系列因材施教的教学模式和教学方法改革初探。

以往“电磁场与电磁波”教学中发现，学生倾向于把理论推演看成是抽象的概念，着重于把一些方程当做“公式”去记忆。公式的繁多，很容易使学生感到畏惧，并失去对电磁场理论学习的兴趣。基于此问题及荣誉课程学生特点，作者以专题形式优化整合了教学内容，开展了“研讨+项目驱动式”教学方法，并实施了电磁场理论应用的中外联合教学，帮助学生有效的认识和理解“模糊概念”和“公式”，提高课程效果。

1 教学内容专题式优化

作者通过查阅相关资料发现，国际上各高校的电磁场课程教学内容方面有着明显的不同。以美国休斯顿大学为例，课程主要讲述静态场和时变电磁场的基本性质、典型分析方法，休斯顿大学设置两门课程共96学时来讲述该内容[4]。而目前国内高校“电磁场与电磁波”课程学时较短，以我校仪器科学与电气工程学院为例，现授课时长仅36学时，因此在课程建设中将充分利用教学体系中相关课程内容交叉以及重叠的特性，在教学内容和深度方面进行合理考量，打破了传统章节式教学方法，以专题形式重新安排教学内容。共设计了六个专题，专题内容如表1所示。

表1 专题式教学内容概况

在教材选择方面，以往“电磁场与电磁波”课程采用一本指定教材，5本推荐参考教材的方式，但从实际教学来看，大多数学生习惯于只看指定教材，只有部分同学选择看2、3本参考教材，几乎没有学生看过全部推荐教材[4]。因此，授课教师根据专题内容，结合多本参考教材，编制了课程讲义，提高学生学习效率。

2 教学方法设计

2.1 “研讨+项目驱动式”教学方法

“研讨+项目驱动式”教学方法，将抽象的电磁场理论概念具象化，将繁琐的方程、定理等知识讲解及推演，与研讨有机串联，并运用于项目方案的设计与实践之中[5～6]。学生通过本课程的学习，除了掌握电磁场基本理论知识及典型分析方法，通过项目研讨与实践，还将具备从场与波的角度分析电工技术领域中的电磁现象、对电磁过程进行定性、定量分析和判断的能力，提高学生解决复杂工程问题的能力。在“研讨+项目驱动”教学模式中 ,“研讨”教学方法通过学生讨论、教师纠正、互动讨论等环节，真正实现以学生为主，教师引导为辅的课堂教学环境；“项目驱动”教学方法通过以目标和结果为导向，将所学的课程知识应用于设计与实践中并解决实际问题，提升知识的灵活运用能力，激发、培养学生自主学习及创新能力，为学生后续专业课程学习打下扎实的基础。

“电磁场与电磁波”荣誉课程为每名学生增设了项目研究环节，学生自主选题，教师协助完成。以2019学年为例，部分学生的选题如表2所示，涉及无线电力传输、THz成像、微波消融肿瘤、载人航天深空防辐射等多个领域，学生在提取这些领域电磁学问题的基础上，探究这些技术未来的发展趋势及对人民生产生活的影响。学生在课下完成项目调研、电磁场问题提取、研究内容及方案制定、建模与仿真等工作，教师及时跟进学生项目研究进展，另外设置一次课上研讨环节，学生之间互相交流项目经验，教师解决学生共性问题。尽管通过本门课程的学习，学习仅能解决项目研究中的部分电磁学问题，但能够为后续专业课程学习及毕业设计等提供基础。

2.2 中外联合教学环节

国际合作是荣誉教育的重要动力，我校“电磁场与电磁波”荣誉课程通过与丹麦科技大学Lars Hanson教授联合授课，帮助学生实现理论与实践的有机融合，开拓学生国际化视野。Lars Hanson教授多年来着力于电磁场模型仿真软件开发工作，开发了用于虚拟仿真位于不同电磁场环境下媒质极化、磁化现象的CompassMR simulator软件和用于直观阐述核磁共振(MRI)原理的Bloch simulator软件。

表2 学生项目选题汇总表

使得“看不见”“摸不着”的抽象概念形象化，提高学生学习兴趣。同时，Lars Hanson教授在科研上主要研究方向为MRI技术。

作者与Lars Hanson教授通过课前组织筹备，进行了中外联合教学设计初探。Lars Hanson教授利用Bloch simulator仿真软件为学生讲解磁共振技术原理，结合电磁场在MRI领域的应用实际，取得了良好的教学效果。学生深入理解了课程理论知识，并能够将其与实际应用有机结合，敢于与外国教授沟通交流，提出自己的观点，为后续国际交流学习奠定基础。

2.3 学习评价

教师建立了多元化考核评定制度，如图1所示。消灭了传统学生期末考前突击的学习态度，细化了学生平时成绩给定办法，主要包括课前题、专题测试、应用研讨深度、学习过程中提出新观点及与教师和同学之间的互动情况等。

图1 学生总成绩构成

同时细化了项目研究部分成绩评判标准，如表3所示。包括项目选题、研究进展汇报、结题报告及答辩效果等；最后，提高了期末试题综合性标准，注重学生对知识的理解和应用能力。同时，建立了课程形成性评价体系，及时捕获学生教学反馈信息，用于后续教学改进。

表3 项目研讨环节成绩评定标准

3 结语

“电磁场与电磁波”荣誉课程通过教师对教学内容优化整合、“研讨+项目驱动式”教学方法实施、中外联合教学模式初探及多元化考核评价体系应用，能够有效提高学生学习兴趣，提升课程教学质量。然而，不可否认的是，伴随电子信息技术的迅猛发展，电磁场与电磁波作为一种重要的信息载体，已遍及生产生活的每个角落，学生项目选题涉及领域广泛。为此，教师在夯实理论功底之余，更要不断拓展自身知识结构，掌握最新电磁场应用技术。同时，不断探讨课程的教学改革之道，让学生受益更多。