摘要：依據(jù)工程教育專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，分析工程電磁場(chǎng)課程自身特點(diǎn)以及當(dāng)前教學(xué)存在的問(wèn)題。從學(xué)生能力全面提高和工程應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)出發(fā)來(lái)組織和持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)，提出了改進(jìn)教學(xué)措施和教學(xué)方法，以期提高課程教學(xué)效果的同時(shí)達(dá)到專業(yè)認(rèn)證對(duì)課程的要求。

關(guān)鍵詞：工程電磁場(chǎng) 工程教育專業(yè)認(rèn)證 課程改革

DOI：

10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2016.07.247

2013年我國(guó)加入了《華盛頓協(xié)議》，意味著已通過(guò)我國(guó)認(rèn)證的專業(yè)培養(yǎng)出的學(xué)生可以得到簽約國(guó)家和地區(qū)的認(rèn)可。加強(qiáng)工程應(yīng)用背景，高質(zhì)量工程技術(shù)人才成為高等院校教育發(fā)展中的重要培養(yǎng)目標(biāo)。工程教育專業(yè)認(rèn)證將先進(jìn)的教育理念融入該制度，是提高培養(yǎng)工程技術(shù)人才的重要保證，也是國(guó)內(nèi)高校教育參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的平臺(tái)和重要基礎(chǔ)[1]。我們應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到專業(yè)認(rèn)證的重要性，特別是具有工程實(shí)踐背景要求的電氣專業(yè)，更應(yīng)以專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)為模板結(jié)合本校實(shí)際教學(xué)情況和資源制定具有專業(yè)特色的人才培養(yǎng)方案，深化教學(xué)改革。

工程電磁場(chǎng)是電類專業(yè)一門(mén)重要的、理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，要求學(xué)生在熟練掌握高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路等前期基礎(chǔ)理論課程的前提下，與電機(jī)學(xué)、電器學(xué)等同時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)的一門(mén)課程。課程涉及的知識(shí)面廣，與各專業(yè)課程聯(lián)系緊密，在幾門(mén)基礎(chǔ)理論課程的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維、空間想象和邏輯推理能力等。為后期的專業(yè)課如電機(jī)學(xué)、電器學(xué)和電機(jī)設(shè)計(jì)等課程提供必備的理論基礎(chǔ)，建立培養(yǎng)學(xué)生綜合工程技術(shù)能力的專業(yè)課體系。該課程講解理論知識(shí)的同時(shí)以典型電磁設(shè)備和器件為案例，為學(xué)生解決實(shí)際的工程問(wèn)題奠定初步理論基礎(chǔ)和分析方法。

一、工程電磁場(chǎng)課程教學(xué)現(xiàn)狀和特點(diǎn)

工程電磁場(chǎng)課程是設(shè)計(jì)知識(shí)面廣、理論性強(qiáng)的課程。該課程中公式較多且抽象，在教師講解的基礎(chǔ)上要求學(xué)生不僅具有一定的高等數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)，課程中含有的公式推導(dǎo)多，牽涉到矢量的點(diǎn)乘、叉乘、散度、旋度、線面體積分及其積分之間的相互轉(zhuǎn)化，矢量恒等式的靈活應(yīng)用等，大部分學(xué)生對(duì)公式的推導(dǎo)和含義不感興趣，教學(xué)效果不夠理想[2，3]。該課程存在主要問(wèn)題有：1.教學(xué)內(nèi)容更新速度太慢，仍以老教材為依據(jù)，課程內(nèi)容安排上仍以靜電場(chǎng)為主，針對(duì)目前市場(chǎng)上流行的電磁材料、工業(yè)裝備中涉及的課程知識(shí)、生活總接觸到的電磁現(xiàn)象、產(chǎn)品等基本沒(méi)有介紹，無(wú)法全面反映該專業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及其趨勢(shì)，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程技術(shù)能力和創(chuàng)新性思維的發(fā)展。2.以教師理論授課為主的教學(xué)方式。教師要在有限的時(shí)間內(nèi)把大量的知識(shí)和信息傳遞給學(xué)生，對(duì)學(xué)生的理解和接受能力提出了更高要求。課堂上能保持長(zhǎng)時(shí)間精力集中的學(xué)生比例較少，容易造成同節(jié)課上公式定理推導(dǎo)前面沒(méi)跟上，后面聽(tīng)不懂的現(xiàn)象。3.學(xué)生理論知識(shí)的應(yīng)用機(jī)會(huì)少、能力差。由于實(shí)踐機(jī)會(huì)少，對(duì)學(xué)到的定理現(xiàn)象沒(méi)有結(jié)合實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行學(xué)習(xí)、鍛煉，仍停留在書(shū)本理論的層面。4.考核機(jī)制相對(duì)單一，只要卷面成績(jī)達(dá)到及格，總成績(jī)就會(huì)通過(guò)。這樣容易造成考試前突擊現(xiàn)象嚴(yán)重，通過(guò)期末考試前答疑等對(duì)知識(shí)點(diǎn)死記硬背，無(wú)法深入學(xué)習(xí)和掌握電磁場(chǎng)的應(yīng)用和分析方法，無(wú)法達(dá)到工程創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

針對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)開(kāi)設(shè)的《工程電磁場(chǎng)》課程又具有自身的鮮明特點(diǎn)，主要體現(xiàn)在：（1）以電氣工程學(xué)科實(shí)際問(wèn)題為學(xué)習(xí)背景。講授內(nèi)容包括電氣工程中典型的電磁場(chǎng)問(wèn)題，如電路電磁特性問(wèn)題、變壓器的磁場(chǎng)、電機(jī)的磁場(chǎng)、電力電器電磁受力問(wèn)題分析、絕緣子的電場(chǎng)、三相輸電線路的工頻電磁環(huán)境以及三相輸電線路的電容和電感參數(shù)計(jì)算等。講解具有一定的針對(duì)性，強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的應(yīng)用性。（2）揭示電氣工程科學(xué)本質(zhì)且與其他專業(yè)課程聯(lián)系緊密。工程電磁場(chǎng)授課過(guò)程緊密圍繞經(jīng)典的麥克斯韋方程組展開(kāi)，深刻反映了各種電路現(xiàn)象的“場(chǎng)”本質(zhì)，對(duì)電氣工程系列課程具有重要指導(dǎo)作用。同時(shí)，該課程與電氣工程其他課程聯(lián)系緊密，為多門(mén)課程提供理論指導(dǎo)，如《電路》《電機(jī)學(xué)》《電機(jī)設(shè)計(jì)》《電器學(xué)》《電力系統(tǒng)分析》《供電系統(tǒng)及電力網(wǎng)》等。（3）講述方式具有鮮明特色。引入不同物理場(chǎng)的概念，通過(guò)“場(chǎng)”的角度去分析、解釋問(wèn)題，將電氣工程中的問(wèn)題歸結(jié)為“場(chǎng)”的自身特性及相互作用。課程內(nèi)容主要包括庫(kù)侖定律、電荷守恒定律、安培定律、法拉第定律和麥克斯韋位移電流假設(shè)、靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、恒定磁場(chǎng)和時(shí)變電磁場(chǎng)的基本方程及其邊值問(wèn)題、鏡像法的基本原理、基于加權(quán)余量的工程中常用的有限元法和邊界元法、電磁場(chǎng)的能量和力、平面電磁波和電路參數(shù)計(jì)算原理等。

可見(jiàn)，電氣工程學(xué)科所學(xué)專業(yè)內(nèi)容幾乎全部涉及電磁場(chǎng)理論及其應(yīng)用，同時(shí)電磁學(xué)還是新學(xué)科和交叉學(xué)科的孕育點(diǎn)，如生物電磁學(xué)、微波化學(xué)等。對(duì)電磁學(xué)的學(xué)習(xí)能夠培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)、科學(xué)的方法及抽象思維能力和創(chuàng)新精神。因此，我國(guó)和世界先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的各高等學(xué)校均把電磁場(chǎng)系列課程列為電氣工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程在電氣工程專業(yè)認(rèn)證中最為專業(yè)基礎(chǔ)課具有重要地位和分量。應(yīng)針對(duì)課程教學(xué)存在問(wèn)題和特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行教學(xué)改革探索。

二、專業(yè)認(rèn)證背景下工程電磁場(chǎng)教學(xué)改革探索

為適應(yīng)工程專業(yè)認(rèn)證，達(dá)到電氣專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，在《工程電磁場(chǎng)》課程的教學(xué)中應(yīng)充分依托和利用教師所在課題組和研究所的科研優(yōu)勢(shì)和特色，以工程應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)為主線和“優(yōu)化基礎(chǔ)理論，注重工程思維，強(qiáng)化實(shí)踐能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神”的課程建設(shè)原則[4]，建立符合專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電氣工程專業(yè)《工程電磁場(chǎng)》課程知識(shí)點(diǎn)、培養(yǎng)目標(biāo)、通過(guò)課程學(xué)生需要達(dá)到能力的要求，把該門(mén)課構(gòu)建成具有工程基礎(chǔ)知識(shí)，技術(shù)知識(shí)，能力模塊三部分特點(diǎn)鮮明的課程。

（一）以工程教育專業(yè)認(rèn)證對(duì)電氣工程專

業(yè)的具體要求為導(dǎo)向，改進(jìn)《工程電磁場(chǎng)》課程的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)大綱、教學(xué)評(píng)價(jià)、實(shí)踐內(nèi)容等

依據(jù)專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)（課程大綱、試題、課程考核方法、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及效果）建立符合本校實(shí)情、具有專業(yè)特性的《工程電磁場(chǎng)》課程的培養(yǎng)目標(biāo)、教學(xué)大綱、教學(xué)評(píng)價(jià)、實(shí)踐內(nèi)容等。逐步滿足將來(lái)專業(yè)認(rèn)證過(guò)程中的各項(xiàng)要求，采用“以學(xué)生為中心，以工程問(wèn)題為引導(dǎo)”的課程教學(xué)，強(qiáng)調(diào)課程體系中具體課程與總體培養(yǎng)目標(biāo)的關(guān)系，具體課程知識(shí)點(diǎn)的分布與課程體系中其他課程的關(guān)系，與對(duì)應(yīng)掌握知識(shí)和能夠培養(yǎng)的能力相互交叉，共同實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

學(xué)院?jiǎn)?dòng)專業(yè)認(rèn)證教學(xué)計(jì)劃后，我校工程電磁場(chǎng)課程的學(xué)時(shí)由60調(diào)整為45。課時(shí)減少了1/4，但隨著科技的發(fā)展，電氣工程中各學(xué)科如電工裝備、電力系統(tǒng)以及大型控制系統(tǒng)中涉及的工程電磁場(chǎng)問(wèn)題越來(lái)越多，客觀上要求學(xué)生掌握更多理論知識(shí)。為解決內(nèi)容和學(xué)時(shí)減少的矛盾，減少靜電場(chǎng)的內(nèi)容，該部分在大學(xué)物理上有接觸，可簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，講清分析思路，將重點(diǎn)放在結(jié)論認(rèn)識(shí)和應(yīng)用上。在講授內(nèi)容的同時(shí)增加應(yīng)用背景內(nèi)容，討論生活生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，如防輻射服能不能做到全屏蔽，無(wú)線電能傳輸如何實(shí)現(xiàn)，微波爐能不能加熱金屬器皿，核磁共振采用什么原理進(jìn)行人體檢查等，使學(xué)生在該課程的學(xué)習(xí)中意識(shí)到內(nèi)容的實(shí)用性、重要性，強(qiáng)化理論與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，從而提高學(xué)生課程學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。

（二）教學(xué)方式、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的優(yōu)化

采用板書(shū)和多媒體同時(shí)進(jìn)行的課堂教學(xué)方式。由于該門(mén)課程有大量的數(shù)學(xué)公式，并且有復(fù)雜的圖形，若全用板書(shū)會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間。若單純使用多媒體課件，由于理論推導(dǎo)較難理解，學(xué)生通過(guò)觀看學(xué)不到對(duì)應(yīng)知識(shí)。所以，應(yīng)該將板書(shū)和多媒體兩種教學(xué)方式結(jié)合起來(lái)，采用多媒體軟件，借助電磁計(jì)算軟件，將很多工程中比較復(fù)雜電磁場(chǎng)的分布顯示出來(lái)，增加學(xué)生對(duì)基本概念和實(shí)際問(wèn)題的理解，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。另外，本課程在教學(xué)中保留大部分的板書(shū)，維持板書(shū)的邏輯嚴(yán)密性，增加學(xué)生跟進(jìn)，使學(xué)生較容易掌握這門(mén)課程中的知識(shí)點(diǎn)。

在改進(jìn)教學(xué)方式的同時(shí)，為加深對(duì)理論知識(shí)的理解、掌握和應(yīng)用，進(jìn)一步拓寬課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，分為上機(jī)仿真、實(shí)驗(yàn)測(cè)量分析和學(xué)生自主設(shè)計(jì)幾種方式實(shí)現(xiàn)。為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才，本課程在教學(xué)過(guò)程中增加了8學(xué)時(shí)的上機(jī)仿真，分別針對(duì)典型的靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、恒定磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)進(jìn)行上機(jī)計(jì)算。是學(xué)生現(xiàn)代電氣工程技術(shù)發(fā)展對(duì)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力的要求，通過(guò)自己操作掌握所求解具體問(wèn)題的計(jì)算原理、計(jì)算方法和計(jì)算結(jié)果。利用上機(jī)仿真對(duì)不同場(chǎng)進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)地顯示，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)場(chǎng)在空間的理解和實(shí)現(xiàn)工程問(wèn)題的途徑。針對(duì)工程中常用電工裝備如變壓器、電機(jī)的電磁場(chǎng)計(jì)算分析，在掌握工程電磁場(chǎng)基本理論知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)為電機(jī)學(xué)、供配電、電力系統(tǒng)分析及校驗(yàn)等相關(guān)領(lǐng)域的課程學(xué)習(xí)奠定認(rèn)識(shí)性基礎(chǔ)，為培養(yǎng)綜合創(chuàng)新型人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

在理論講授和中間上機(jī)仿真的基礎(chǔ)上，本課程在后期安排了4學(xué)時(shí)的課程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，采用分組形式，著力培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能和初步工程實(shí)踐能力，使學(xué)生了解專業(yè)知識(shí)，掌握解決工程問(wèn)題的方法。

（三）借鑒CDIO教育理念，提升學(xué)生的工程實(shí)踐能力

CDIO教育模式指的是構(gòu)思（Conceiving）、設(shè)計(jì)（Designing）、實(shí)現(xiàn)（Implementing）和運(yùn)作（Operating）四個(gè)過(guò)程。CDIO教育理念是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，是工程人才培養(yǎng)模式的一次重大探索。該教育理念要求學(xué)生在學(xué)習(xí)中動(dòng)手，在實(shí)際操作中學(xué)習(xí)，形成理論與實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)習(xí)過(guò)程。

電氣工程專業(yè)具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，在培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性工程技術(shù)人才中，更應(yīng)同時(shí)并重課程實(shí)踐和理論教學(xué)。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)借鑒CDIO教育理念，以專業(yè)工程系統(tǒng)或CDIO為載體，培養(yǎng)學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力。結(jié)合電氣專業(yè)“強(qiáng)弱電結(jié)合”的特色，制定電工設(shè)備的電磁場(chǎng)計(jì)算、測(cè)量與分析一體化的實(shí)踐體系，并提供學(xué)生自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在該課程理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的過(guò)程中，時(shí)刻發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性;鼓勵(lì)學(xué)生參加科研項(xiàng)目的工作，接觸課題組學(xué)科前沿，增加學(xué)生科研的深度和廣度;加強(qiáng)校企合作，聘請(qǐng)電氣專業(yè)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的工程技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)，增加學(xué)生工程實(shí)踐，有效提升學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力、工程創(chuàng)新能力，培養(yǎng)出符合社會(huì)需求的專業(yè)技術(shù)人才。

三、結(jié)束語(yǔ)

以專業(yè)認(rèn)證為契機(jī)，加強(qiáng)專業(yè)建設(shè)的同時(shí)大力推進(jìn)課程的教育改革，建立符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的電氣工程人才培養(yǎng)框架和知識(shí)體系。針對(duì)工程電磁場(chǎng)課程，需要加強(qiáng)實(shí)踐性環(huán)節(jié)，面向工程實(shí)際，以工程實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，引出相關(guān)理論知識(shí)，并進(jìn)一步回歸到解決工程問(wèn)題，使課程以專業(yè)認(rèn)證要求為導(dǎo)向進(jìn)行改革，以培養(yǎng)社會(huì)需求的技術(shù)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]李明.專業(yè)認(rèn)證視域下的國(guó)外高校工程教育改革及反思[J].國(guó)家教育行政學(xué)院學(xué)報(bào)，2015（8）：83-89.

[2]祝麗花，劉雪莉.電機(jī)虛擬仿真在工程電磁場(chǎng)教學(xué)中的應(yīng)用[J].天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（12）：143-144.

[3]聶相舉.電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)“工程電磁場(chǎng)”課程教學(xué)改革探索[J].中國(guó)電力教育，2014（32）：69-70.

[4]程明.電氣工程本科教育專業(yè)認(rèn)證的實(shí)踐與思考[N].第四屆全國(guó)高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)改革研討會(huì)論文集：5-8.

基金項(xiàng)目：本文得到天津工業(yè)大學(xué)教學(xué)改革項(xiàng)目（編號(hào)：2014-3-20）的支持。

作者簡(jiǎn)介：

祝麗花（1984- ），女，天津工業(yè)大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，講師。

（責(zé)編 趙建榮）