梁快 胡順仁 鄭大青 李雙 劉偉

“摘要：“新工科”的建設(shè)與發(fā)展對高校工程教育的建設(shè)及發(fā)展提出了新目標(biāo)，對專業(yè)課程教育提出了新要求。在新工科背景下，文章對通信工程專業(yè)課程《電磁場與電磁波》的教學(xué)改革進行了深入的分析與思考。首先，電磁場與電磁波應(yīng)明確在通信工程人才培養(yǎng)方案中的定位，注重其在課程體系中銜接關(guān)系;然后通過仿真工具，克服解決電磁場與電磁波理論難點;其次，通過電磁場與電磁波工程應(yīng)用及研究前沿分析，激發(fā)學(xué)生興趣，導(dǎo)出電磁波的基本特性和傳播規(guī)律;最后，強化教師雙師型培養(yǎng)，教師科研引入教學(xué)課堂，從而最終達到使學(xué)生在新工科背景下理解及掌握電磁場與電磁波基本理論規(guī)律。

關(guān)鍵詞：新工科;電磁場與電磁波;課程定位;教學(xué)改革;雙師培養(yǎng)

中圖分類號：T01? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：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

自從2017年2月教育部在復(fù)旦大學(xué)發(fā)布了《新工科建設(shè)復(fù)旦共識》[1]，要求地方高校根據(jù)地方區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展需求，結(jié)合本地企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求，根據(jù)各行業(yè)對專業(yè)人才需求的實際發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合學(xué)校的本地資源和自身社會優(yōu)勢，深化產(chǎn)學(xué)研合作，加強校企協(xié)同合作達到強化學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，培養(yǎng)具有行業(yè)背景知識及工程實踐的應(yīng)用型和技術(shù)型人才[2，3]。新工科背景下，通信工程專業(yè)以“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)”為培養(yǎng)目標(biāo)，既有扎實的基礎(chǔ)理論、較強的計算機和外語應(yīng)用能力，熟練掌握通信與信息系統(tǒng)、信息處理和通信網(wǎng)絡(luò)等方面的專業(yè)理論和工程技術(shù)，又具備在信息與通信工程領(lǐng)域從事科學(xué)研究，工程設(shè)計，設(shè)備制造、運營和維護和管理工作，具有一定創(chuàng)新精神和研發(fā)能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才。這需要在通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案、課程體系及課程建設(shè)中進行相應(yīng)的變革。針對新工科對地方應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)提出的新要求，通信工程專業(yè)的傳統(tǒng)課程電磁場與電磁波，如何改革發(fā)展來適應(yīng)新形勢的變化呢？

2 電磁場與電磁波課程教學(xué)改革思考

在通信工程專業(yè)課程建設(shè)中，電磁場與電磁波作為傳統(tǒng)通信工程專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課程，為適應(yīng)新工程對人才培養(yǎng)的需要，培養(yǎng)適應(yīng)新工科人才要求的具有行業(yè)背景知識及工程實踐的應(yīng)用型和技術(shù)型人才，我們從課程在培養(yǎng)體系定位、課程教學(xué)仿真、課程工程應(yīng)用和教師雙師培養(yǎng)等四個方面進行了分析與探索。

2.1 明確課程體系定位，注意前后銜接課程

地方高校專業(yè)建設(shè)的課程體系建設(shè)定位中應(yīng)以緊密結(jié)合新工科建設(shè)主線，以“大國工匠”精神，以地方綜合性高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)平臺為依托，緊緊圍繞國家對高校教育立德樹人的根本要求，建立多元協(xié)同的產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的人才培養(yǎng)體系。通信工程課程體系建設(shè)，以及電磁場與電磁波課程在通信工程專業(yè)中的定位，都應(yīng)圍繞新工科人才培養(yǎng)要求的人才培養(yǎng)體系來構(gòu)建[4]。根據(jù)新工科人才培養(yǎng)要求及工程教育認(rèn)證要求，我校通信工程專業(yè)課程體系分為了通識教育類課程、公共基礎(chǔ)類課程、專業(yè)類基礎(chǔ)課程、專業(yè)核心類課程、專業(yè)方向類課程及專業(yè)實踐類課程等六大類課程體系。從通信工程課程體系結(jié)構(gòu)中可以看出，電磁場與電磁波定位為通信工程專業(yè)類基礎(chǔ)課程，建立在公共基礎(chǔ)類課程平臺基礎(chǔ)之上，它的前續(xù)課程為高等數(shù)學(xué)、普通物理、電路、模擬電子技術(shù)。同時電磁場與電磁波為專業(yè)核心類課程、專業(yè)方向類課程及專業(yè)實踐課程提供相應(yīng)的理論支撐，其后續(xù)課程為微波技術(shù)、移動通信、光纖通信、射頻技術(shù)等。電磁場與電磁波主要講述電磁波與天線的基本概念、理論，掌握基本分析方法，同時培養(yǎng)正確的思維方式，提高分析問題的能力，對通信工程專業(yè)人才培養(yǎng)起到相當(dāng)支撐作用。因此在通信工程專業(yè)課程建設(shè)和教學(xué)中，讓學(xué)生了解電磁場與電磁波在通信工程專業(yè)課程體系中的重要地位、承前啟后作用，會激發(fā)學(xué)生的主觀能動性、重視程度及學(xué)習(xí)動力。

2.2 通過仿真實踐工具，解決抽象理論難題

電磁場與電磁波的理論分析及計算涉及較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)物理知識，而地方性高校學(xué)生進校之初要比985，211等高校基礎(chǔ)要低，進入地方性高校后也由于不同原因造成通信工程專業(yè)學(xué)生的高校數(shù)學(xué)、普通物理基礎(chǔ)不是太牢。從學(xué)校歷年通信工程專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)電磁場與電磁波的反饋來看，多數(shù)學(xué)生感覺難學(xué)的原因主要是電磁場與電磁波的需要較高的數(shù)學(xué)物理知識的同時，不直觀、抽象難懂也是另一個重要的原因。為解決這兩方面難題，通過引入MATLAB/ANSOFT MAXWELL等仿真實驗工具[5]，針對電磁場與電磁波存在的數(shù)學(xué)物理方面的公式，我們可以通過MATLAB及MAXWELL仿真軟件來實現(xiàn)，仿真軟件工具能夠直觀地實現(xiàn)各種電磁理論的計算及分析，模擬各種復(fù)雜的電磁問題及現(xiàn)象，如通過仿真工具直觀地觀察具體的靜電場、靜磁場以及時變電磁波的電磁場分布等問題，使電磁理論更加形象直觀，使抽象的理論顯得簡易明了、清晰易懂。同時，借助仿真工具，可以探索未知的、復(fù)雜的電磁問題，用電磁場與電磁波仿真結(jié)果來指導(dǎo)電磁場與電磁波的科學(xué)研究及應(yīng)用，如通過仿真軟件研究高頻電路中的電磁干擾與電磁兼容問題，這些問題難以用簡單的數(shù)學(xué)手段加以解決，但電磁仿真軟件工具可以形象的分析其可能存在的復(fù)雜電磁問題并用于工程實踐，這樣能大幅度地提高學(xué)生的興趣及通過仿真驗證的動力。

2.3 以工程應(yīng)用為抓手，導(dǎo)出電磁基本規(guī)律

新工科要求學(xué)生從工程應(yīng)用出發(fā)，運用通信專業(yè)基礎(chǔ)理論解決工程中的實際問題[6]。但多數(shù)教師在授課過程中主要從電磁基本理論出發(fā)去分析靜電場、恒定磁場及時變電磁波基本現(xiàn)象及問題，與實際工程應(yīng)用結(jié)合較少，這造成電磁理論與工程實際有較大的脫節(jié)現(xiàn)象，使學(xué)生在理解電磁理論上感覺抽象，不接電磁波工程應(yīng)用的地氣。針對這一較為普遍存在的問題，在授課過程中，以工程應(yīng)用為抓手，首先針對課程中的每一個基本知識點，與傳統(tǒng)的工程應(yīng)用結(jié)合，在應(yīng)用中把握電磁基本理念。如在靜電場中，電容就是一個典型的真空中的靜電場及介質(zhì)極化現(xiàn)象的典型運用，從電容的基本定義，通過針對具體電容的電磁計算，從計算中去把握電壓電位與電場強度，電場強度與電能密度、真空中的靜電場基本方程、極化后的極化強度與極化后的靜電場基本方程等相關(guān)靜電場基本理論及計算方法;通過恒定磁場中的電感、時變電磁場中的法拉第電磁感應(yīng)定律等工程問題，解決電磁場與電磁波中一個個理論點與工程應(yīng)用的結(jié)合問題。另一方面，針對近年來在通信中的電磁場與電磁波應(yīng)用研究熱點，與基本電磁波理論結(jié)合，促進學(xué)生的學(xué)習(xí)及研究興趣。如在當(dāng)今的第四代、第五代移動通信中無線寬帶接入、多天線陣列、電磁兼容及電磁對抗存在很多理論研究應(yīng)用分析應(yīng)用難點，吸引了大批科學(xué)家、工程應(yīng)用人才的參與。但上述熱點仍然包含電磁場與電磁波中的基本理論中，在教學(xué)課堂上可以對上述電磁問題簡單分析，讓學(xué)生對電磁研究前沿有一定把握，同時，更要讓學(xué)生對上述熱點的電磁問題理論難點及研究方向有一定的基本了解。通過上述兩方面的電磁理論及工程問題的結(jié)合學(xué)習(xí)，使學(xué)生從工程問題的分析中體驗電磁場與電磁波的理論內(nèi)核，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

2.4 強化教師雙師培養(yǎng)，科研引入專業(yè)課堂

新工科需要高校、科研機構(gòu)及企業(yè)打造工程教育共同體，推進產(chǎn)學(xué)研一體化合作、科研教育協(xié)同合作，鼓勵相關(guān)行業(yè)的公司企業(yè)參與及滲透到高等學(xué)校專業(yè)教育及專業(yè)教學(xué)各個環(huán)節(jié)中，促進高校人才培養(yǎng)緊密結(jié)合各行業(yè)產(chǎn)業(yè)的需要及發(fā)展趨勢[7-8]。但由于高校存在行業(yè)、地域、優(yōu)勢學(xué)科的差異化，各行業(yè)企業(yè)高校人才培養(yǎng)的要求、企業(yè)對人才的需求的特殊性，高校的人才培養(yǎng)過程往往較難與企業(yè)實現(xiàn)長期的匹配與對接，造成高校、研究機構(gòu)與企業(yè)的工程教育共同體難以實現(xiàn)，產(chǎn)學(xué)研一體化在一定程度上難以在全國所有高校完全推廣。針對這一難題，學(xué)校通信工程專業(yè)教師結(jié)合與中國通信行業(yè)企業(yè)龍頭之一的中興通信公司共建第四代移動通信實驗室的良機，利用中興通信公司的培訓(xùn)教育平臺，每年選派年輕教師參加移動通信相關(guān)培訓(xùn)及合作，強化教師雙師培養(yǎng)，使專業(yè)教師掌握通信工程應(yīng)用前沿的同時，也對無線通信、微波通信、光通信領(lǐng)域有較為深入的把握，專業(yè)教師在教授電磁場與電磁波理論課程過程中能把在中興通信等相關(guān)通信企業(yè)的電磁理論工程應(yīng)用及發(fā)展前景展現(xiàn)與課堂。同時，教師在課程教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)及引導(dǎo)對電磁場與電磁波學(xué)習(xí)有極為濃厚興趣的學(xué)生，引導(dǎo)他們參加學(xué)校教師的電磁場與電磁波方向相關(guān)的研究及工程應(yīng)用課題，如射頻技術(shù)、雷達等課程。另外，讓參加科研及應(yīng)用研究的學(xué)生，引導(dǎo)專業(yè)其余學(xué)生了解其從事的電磁場與電磁波的研究及應(yīng)用，促進學(xué)生對電磁場與電磁波學(xué)習(xí)興趣。

3 結(jié)束語

總之，面對新工科時代，對電磁場與電磁波教學(xué)提出了新的教學(xué)變革要求。針對新工科對學(xué)生工程能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的要求出發(fā)，對電磁場與電磁波在通信工程專業(yè)定位及通信行業(yè)需求進行合理的定位，加強教師能力的培養(yǎng)，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，加強新手段、新方法在教學(xué)中的應(yīng)用及學(xué)生科研及工程能力培養(yǎng)，全方位的提高學(xué)生素質(zhì)、學(xué)習(xí)能力、工程能力及創(chuàng)新能力，最終達到學(xué)生學(xué)以致用、對學(xué)習(xí)產(chǎn)生濃厚興趣，以提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)對國家有用的人才。

參考文獻：

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[通聯(lián)編輯：王力]