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[摘要]文章从内容体系结构改革,教学建设改革,教学方法、教学手段改革等几个方面阐述了“电磁场与电磁波”课程教学改革方案,以使电磁场与电磁波教学各环节更加完善,真正提高教学质量。
[关键词]改革 电磁场与电磁波 教学质量
[作者简介]蔡立娟(1975- ),女,长春理工大学电信学院,讲师,硕士,主要研究方向为电磁场与电磁波;陈宇(1980- ),女,长春理工大学电信学院,讲师,硕士,主要研究方向为电磁场与电磁波;杨立波(1966- ),男,长春理工大学电信学院,副教授,硕士,主要研究方向为电磁场与电磁波。(吉林 长春 130022)
[课题项目]本文系长春理工大学高等教育教学研究课题“利用电磁场与电磁波课程教学改革,加强学生素质教育,培养创新能力”的研究成果。
[中图分类号]G642.3[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2010)30-0137-02
“电磁场与电磁波”是电子信息类各专业的技术基础课,它的前修课程是高等数学、工程数学、大学物理,是学生学习微波技术、天线、光技术、雷达技术、电气技术、电子对抗等技术的基础。通过本课程的学习,使学生掌握电磁场与电磁波的基本属性、分布参数系统的主要理论、分析方法等,并为以后从事微波电子应用技术、通信工程准备必要的理论基础。该课程理论严谨、逻辑性强,对培养学生的逻辑思维能力、独立分析能力和解决问题的能力以及理论联系实际的能力,都有很重要的作用。电磁场与电磁波是合格的通信和电子类专业本科生知识结构的重要组成部分,同时也是一门比较抽象和难学的专业基础课。笔者结合几年的教学经验从几个方面去探讨“电磁场与电磁波”课程建设,达到提高教学质量的目的。
一、“电磁场与电磁波”课程内容体系结构改革
因为学时紧张,“电磁场与电磁波”的学时数根据要求,已经由最初的64 学时减少到现在的48 学时。所以在内容体系结构上做一些改革,既要学生掌握基本理论,又要打下应用基础,既突出基础性和知识体系的完整性,又尽量避开繁杂的推导。主要调整内容如下:(1)为使学生更容易学习本门课程,补充了矢量分析和场论内容的介绍,以便学生集中学习场的分析方法,更好地建立场的概念。(2)改变以往因为电磁场分析和电磁波传播理论两大部分组成所以先静态后动态的教学顺序,建立电磁场分析和电磁波的整体概念,突出电磁场的基本规律,基于物理电磁学,以三大定律(库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应定律)和两个基本假说(有旋电场的假说和位移电流的假说)为基础,归纳总结出宏观电磁现象的普遍规律麦克斯韦方程组,然后再讨论静态场、时变场以及电磁波的传播与辐射特性。(3)删除一些大学物理中已经学过的概念,删除极化和磁化的微观机理分析,减少静态场部分内容,通过类比静电场等方法对恒定电场和恒定磁场的讲授和学习,使本课程学时有所减少,内容有所深化。(4)随着科学技术的发展,电磁科学领域特别是电子与信息科学领域取得一系列重大成就,本课程将能反映近代科学技术的成就和一些对学生有重要意义的工程内容,通过例题、习题的方式,通过选修内容的方式引入本门教材和教学内容之中。
二、“电磁场与电磁波”课程教学建设改革
(一)教学建设目标
本课程的建设目标为五年达到省级精品课程要求。争取在五年时间内修改和补充教材内容,充实课程资源,完善网络教学,不断收集最新的科技成果补充到网络教学中。把“电磁场与电磁波”课程建设成为具有一流教学水平和广泛示范辐射作用的省级精品课程。
(二)树立先进的教学理念
在教学实践中,“电磁场与电磁波”课程组积极组织教师开展教学法研究,贯彻“知识、能力和素质”三位一体的教育思想,教学过程不仅仅是传授知识,更要重视学生学习能力、分析能力和运用所学知识解决问题能力的培养,以及科学研究、探索和创新素质的提高。在教学模式改革中努力实现四个转变:由教师为中心向以学生为主体、教师为主导转变;由教师单向注入式教学向师生互动式教学转变;由仅适应粉笔授课向适应现代教学手段相结合使用的教学方法转变;由仅重视课堂教学向课堂教学和实践教学相结合转变。
(三)建设“电磁场与电磁波”网络课程
通过网上教学和辅导,积累素材,不断提高课程教学质量,并加强电子教材的制作,使网络课件内容更具前沿性、实用性、综合性和系统性,使电子教材资源的数量和质量得到提高,完善“信号与系统”试题库、在线测试与答疑。
(四)积极开展教改、教研活动
经常组织进行“电磁场与电磁波”课程的教学改革和教学研究等方面的研讨,吸收并掌握国内外先进的教学理念,了解课程发展动态,使“信号与系统”教学过程体现出一流的水平和鲜明的特色,积极开展教改、教研活动,推广教学研究成果。
(五)加强实践教学建设
加强实验室软、硬环境建设,特别是要开出具有课程特点的基础性、综合性、设计性、研究性实验题目和实验内容,搭建综合实验教学平台,为培养学生科技创新精神提供基础。
三、“电磁场与电磁波”课程教学方法、教学手段改革
“电磁场与电磁波”课程理论性强、抽象、公式多,理解和掌握起来有一定难度,容易导致学生厌学、怕学的情绪,针对这种情况,我们在教学过程中对课程的教学方法进行了改革与探索,并总结了一些富有成效的举措和经验。
(一)全方位、立体化、多视角教学方法的采用
“电磁场与电磁波”课程采用全方位、立体化、多视角的教学模式,发挥教师的主导作用,确定学生的主体地位。在教给学生专业知识和学习方法的同时,努力帮助学生开拓思路,激发潜能,全面培养他们的创新意识、实践能力和综合素质。
结合“电磁场与电磁波”课程的理论性强、信息量大、概念抽象等特点,传统的板书教学方法已不能满足学生对授课内容的理解和掌握。针对板书教学方法单一和信息量有限的弊端,在课堂教学中,我们采用多媒体教学方法,通过形象化的图像、信息变化的动态过程演示,既可在同样的时间内讲授更多的教学内容,为精简授课学时提供条件,又可使一些抽象、难懂的内容变得生动形象,从而提高学生的学习兴趣,促进其学习动机,同时,我们并未彻底放弃板书等传统授课手段,而是根据需要将它们和多媒体教学等现代教育技术手段恰当地组合,扬长避短,力求获得最佳的教学效果。在课后巩固环节中,要求学生利用网上教学资源自主学习,学生在复习后可以进行课前预习,最终达到提高教学效果和教学质量的目的。
(二)采用多种教学方法和实践,培养学生创新能力
教学形式上采用以系统讲授为主,要点提示学生自学为辅,简介扩展内容让学生课后阅读的方法。系统讲授为主的目的在于让全部学生对电磁场理论的基本体系及解决问题的方法有较好的掌握和了解;要点提示学生自学为辅的目的在于对少数较为简单的课程内容进行自学,以使大部分学生有机会得到自己分析问题和解决问题的锻炼。
1.营造一个鼓励创新和想象的课堂气氛。传统课堂教学无视学生的主体地位,往往使学生自主意识和创新能力的培养落空。课程组坚持“学生为主体,教师为主导”的思想,在课堂教学过程中采用“提问式”“启发式”“以练代讲式”“讨论式”和“小结式”等多种形式相结合,加强教学过程中的互动效果和学生的参与程度,引导学生多思考,多问为什么,营造民主、和谐的课堂气氛,形成一个无拘无束的思维空间,让学生处于一种轻松愉快的心理状态,能够积极思维,敢于标新立异。
2.激发学生的求知欲,鼓励学生多问。强烈的求知欲,是学生学习的动力,也是创新的催化剂。因此,在课堂教学中,要激发学生的求知欲。
首先,为引起学生对“电磁场与电磁波”这门课的兴趣,可以先介绍历史的回顾及重大突破等。如,1873年英国科学家麦克斯韦提出了位移电流的假设,认为时变电场可以产生时变磁场,并以严格数学方程描述了电磁场与波应该遵循的统一规律,这就是著名的麦克斯韦方程。该方程说明了时变电场可以产生时变磁场,同时又表明时变磁场可以产生时变电场,因此麦克斯韦预言电磁波的存在,后来在1887年被德国物理学家赫兹的实验证实。在这个基础上,俄国的波波夫及意大利的马可尼于19世纪末先后发明了用电磁波作为媒体传输信息的技术。然后说明应用及发展前景,像静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于静电场对于带电粒子具有力的作用;电磁铁、磁悬浮轴承以及磁悬浮列车等,都是利用磁场力的作用。
其次,要保护学生的求知欲,应注重以下两点:一是教师要善待学生提出的问题,鼓励学生自觉地探索新事物,创造性地解决新问题;二是教师要对学生的求知欲关心、支持,对学生提出的问题给予恰当的处置,不能挫伤学生求知的积极性。
四、“电磁场与电磁波”实验教学改革
电磁场电磁波实验是理论课教学的一个重要组成部分,通过实验教学学生不仅能更牢固地掌握理论知识,而且在实验过程中,通过对理论知识的运用和实践,上升到一个新的高度,从而提高他们的素质。为培养具有创新精神的高素质人才,适应电子信息技术飞跃发展对学生知识结构和能力的要求,“电磁场与电磁波”课程组整合实验课程及教学内容,根据教学的基本要求以及电子学人才培养的需要,设计电磁场与电磁波理论课程和配套实验课程,形成了从基础训练到系统设计的完整的实验教学体系,使学生能够在理论课学习的基础上由浅入深地学习电磁波的传输特性,进而探讨介质对电磁波传播的影响、电磁波的偏振特性等,初步掌握本领域现代CAD开发技术如Microwave office等设计工具,为射频电路设计、无线通信技术、光纤通信、卫星通信等相关领域的课程学习和科研打下坚实的基础。
课程组对电磁场与电磁波实验教学改革的主要内容如下:(1)加强电磁场与电磁波课实践课和理论课的结合与渗透,培养学生解决实际问题的综合能力。理论教学与实践教学密切相关,根据实验教学的要求,保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础。让理论课教师参加实验教学,及时与学生沟通,了解学生掌握知识的情况与兴趣所向。(2)修改实验教学大纲,编写实用的实验指导书。为了保证工科学生工程能力的提高,实验内容应不但具有基础性、设计性和综合性,还要具有研究创新性;不仅使学生能够打下良好的基础,还要激发学生的创造性思维。为了适应开放实验室的要求,改编的实验教材既有实验理论教学,又有实践部分,即包括基本部分实验内容、设计性部分实验内容和综合性部分实验内容以及研究创新部分内容。使实验的教学层次分明,使学生的实验兴趣得到提高,达到最佳实验效果。(3)随着现代化教学的需要,实验教学建立了多媒体教学方式。在多媒体实验教学研制过程中,针对实验教学的特点,我们把实验内容、实验要求、实验考核方法、仪器设备使用手册、器件数据手册等教学资源制作成多媒体课件,同时建立网络教学平台,让学生在校园网上自主交流。
总之,在“电磁场与电磁波”课程教学改革的研究和探索过程中,我们用“加强基础、拓宽知识、强化能力、提高素质”的教学指导思想制订新的教学计划,改进教学方法,灵活应用多种先进的教学手法与教学手段,保证学生理论与实践紧密结合,提高分析问题和解决实际问题的能力,培养学生的创新意识和创造能力,使教学各环节更加完善,真正提高教学质量。
[参考文献]
[1]谢处方,饶克谨.电磁场与电磁波(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]冯慈璋.电磁场[M].北京:高等教育出版社,1999.
[关键词]改革 电磁场与电磁波 教学质量
[作者简介]蔡立娟(1975- ),女,长春理工大学电信学院,讲师,硕士,主要研究方向为电磁场与电磁波;陈宇(1980- ),女,长春理工大学电信学院,讲师,硕士,主要研究方向为电磁场与电磁波;杨立波(1966- ),男,长春理工大学电信学院,副教授,硕士,主要研究方向为电磁场与电磁波。(吉林 长春 130022)
[课题项目]本文系长春理工大学高等教育教学研究课题“利用电磁场与电磁波课程教学改革,加强学生素质教育,培养创新能力”的研究成果。
[中图分类号]G642.3[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2010)30-0137-02
“电磁场与电磁波”是电子信息类各专业的技术基础课,它的前修课程是高等数学、工程数学、大学物理,是学生学习微波技术、天线、光技术、雷达技术、电气技术、电子对抗等技术的基础。通过本课程的学习,使学生掌握电磁场与电磁波的基本属性、分布参数系统的主要理论、分析方法等,并为以后从事微波电子应用技术、通信工程准备必要的理论基础。该课程理论严谨、逻辑性强,对培养学生的逻辑思维能力、独立分析能力和解决问题的能力以及理论联系实际的能力,都有很重要的作用。电磁场与电磁波是合格的通信和电子类专业本科生知识结构的重要组成部分,同时也是一门比较抽象和难学的专业基础课。笔者结合几年的教学经验从几个方面去探讨“电磁场与电磁波”课程建设,达到提高教学质量的目的。
一、“电磁场与电磁波”课程内容体系结构改革
因为学时紧张,“电磁场与电磁波”的学时数根据要求,已经由最初的64 学时减少到现在的48 学时。所以在内容体系结构上做一些改革,既要学生掌握基本理论,又要打下应用基础,既突出基础性和知识体系的完整性,又尽量避开繁杂的推导。主要调整内容如下:(1)为使学生更容易学习本门课程,补充了矢量分析和场论内容的介绍,以便学生集中学习场的分析方法,更好地建立场的概念。(2)改变以往因为电磁场分析和电磁波传播理论两大部分组成所以先静态后动态的教学顺序,建立电磁场分析和电磁波的整体概念,突出电磁场的基本规律,基于物理电磁学,以三大定律(库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应定律)和两个基本假说(有旋电场的假说和位移电流的假说)为基础,归纳总结出宏观电磁现象的普遍规律麦克斯韦方程组,然后再讨论静态场、时变场以及电磁波的传播与辐射特性。(3)删除一些大学物理中已经学过的概念,删除极化和磁化的微观机理分析,减少静态场部分内容,通过类比静电场等方法对恒定电场和恒定磁场的讲授和学习,使本课程学时有所减少,内容有所深化。(4)随着科学技术的发展,电磁科学领域特别是电子与信息科学领域取得一系列重大成就,本课程将能反映近代科学技术的成就和一些对学生有重要意义的工程内容,通过例题、习题的方式,通过选修内容的方式引入本门教材和教学内容之中。
二、“电磁场与电磁波”课程教学建设改革
(一)教学建设目标
本课程的建设目标为五年达到省级精品课程要求。争取在五年时间内修改和补充教材内容,充实课程资源,完善网络教学,不断收集最新的科技成果补充到网络教学中。把“电磁场与电磁波”课程建设成为具有一流教学水平和广泛示范辐射作用的省级精品课程。
(二)树立先进的教学理念
在教学实践中,“电磁场与电磁波”课程组积极组织教师开展教学法研究,贯彻“知识、能力和素质”三位一体的教育思想,教学过程不仅仅是传授知识,更要重视学生学习能力、分析能力和运用所学知识解决问题能力的培养,以及科学研究、探索和创新素质的提高。在教学模式改革中努力实现四个转变:由教师为中心向以学生为主体、教师为主导转变;由教师单向注入式教学向师生互动式教学转变;由仅适应粉笔授课向适应现代教学手段相结合使用的教学方法转变;由仅重视课堂教学向课堂教学和实践教学相结合转变。
(三)建设“电磁场与电磁波”网络课程
通过网上教学和辅导,积累素材,不断提高课程教学质量,并加强电子教材的制作,使网络课件内容更具前沿性、实用性、综合性和系统性,使电子教材资源的数量和质量得到提高,完善“信号与系统”试题库、在线测试与答疑。
(四)积极开展教改、教研活动
经常组织进行“电磁场与电磁波”课程的教学改革和教学研究等方面的研讨,吸收并掌握国内外先进的教学理念,了解课程发展动态,使“信号与系统”教学过程体现出一流的水平和鲜明的特色,积极开展教改、教研活动,推广教学研究成果。
(五)加强实践教学建设
加强实验室软、硬环境建设,特别是要开出具有课程特点的基础性、综合性、设计性、研究性实验题目和实验内容,搭建综合实验教学平台,为培养学生科技创新精神提供基础。
三、“电磁场与电磁波”课程教学方法、教学手段改革
“电磁场与电磁波”课程理论性强、抽象、公式多,理解和掌握起来有一定难度,容易导致学生厌学、怕学的情绪,针对这种情况,我们在教学过程中对课程的教学方法进行了改革与探索,并总结了一些富有成效的举措和经验。
(一)全方位、立体化、多视角教学方法的采用
“电磁场与电磁波”课程采用全方位、立体化、多视角的教学模式,发挥教师的主导作用,确定学生的主体地位。在教给学生专业知识和学习方法的同时,努力帮助学生开拓思路,激发潜能,全面培养他们的创新意识、实践能力和综合素质。
结合“电磁场与电磁波”课程的理论性强、信息量大、概念抽象等特点,传统的板书教学方法已不能满足学生对授课内容的理解和掌握。针对板书教学方法单一和信息量有限的弊端,在课堂教学中,我们采用多媒体教学方法,通过形象化的图像、信息变化的动态过程演示,既可在同样的时间内讲授更多的教学内容,为精简授课学时提供条件,又可使一些抽象、难懂的内容变得生动形象,从而提高学生的学习兴趣,促进其学习动机,同时,我们并未彻底放弃板书等传统授课手段,而是根据需要将它们和多媒体教学等现代教育技术手段恰当地组合,扬长避短,力求获得最佳的教学效果。在课后巩固环节中,要求学生利用网上教学资源自主学习,学生在复习后可以进行课前预习,最终达到提高教学效果和教学质量的目的。
(二)采用多种教学方法和实践,培养学生创新能力
教学形式上采用以系统讲授为主,要点提示学生自学为辅,简介扩展内容让学生课后阅读的方法。系统讲授为主的目的在于让全部学生对电磁场理论的基本体系及解决问题的方法有较好的掌握和了解;要点提示学生自学为辅的目的在于对少数较为简单的课程内容进行自学,以使大部分学生有机会得到自己分析问题和解决问题的锻炼。
1.营造一个鼓励创新和想象的课堂气氛。传统课堂教学无视学生的主体地位,往往使学生自主意识和创新能力的培养落空。课程组坚持“学生为主体,教师为主导”的思想,在课堂教学过程中采用“提问式”“启发式”“以练代讲式”“讨论式”和“小结式”等多种形式相结合,加强教学过程中的互动效果和学生的参与程度,引导学生多思考,多问为什么,营造民主、和谐的课堂气氛,形成一个无拘无束的思维空间,让学生处于一种轻松愉快的心理状态,能够积极思维,敢于标新立异。
2.激发学生的求知欲,鼓励学生多问。强烈的求知欲,是学生学习的动力,也是创新的催化剂。因此,在课堂教学中,要激发学生的求知欲。
首先,为引起学生对“电磁场与电磁波”这门课的兴趣,可以先介绍历史的回顾及重大突破等。如,1873年英国科学家麦克斯韦提出了位移电流的假设,认为时变电场可以产生时变磁场,并以严格数学方程描述了电磁场与波应该遵循的统一规律,这就是著名的麦克斯韦方程。该方程说明了时变电场可以产生时变磁场,同时又表明时变磁场可以产生时变电场,因此麦克斯韦预言电磁波的存在,后来在1887年被德国物理学家赫兹的实验证实。在这个基础上,俄国的波波夫及意大利的马可尼于19世纪末先后发明了用电磁波作为媒体传输信息的技术。然后说明应用及发展前景,像静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于静电场对于带电粒子具有力的作用;电磁铁、磁悬浮轴承以及磁悬浮列车等,都是利用磁场力的作用。
其次,要保护学生的求知欲,应注重以下两点:一是教师要善待学生提出的问题,鼓励学生自觉地探索新事物,创造性地解决新问题;二是教师要对学生的求知欲关心、支持,对学生提出的问题给予恰当的处置,不能挫伤学生求知的积极性。
四、“电磁场与电磁波”实验教学改革
电磁场电磁波实验是理论课教学的一个重要组成部分,通过实验教学学生不仅能更牢固地掌握理论知识,而且在实验过程中,通过对理论知识的运用和实践,上升到一个新的高度,从而提高他们的素质。为培养具有创新精神的高素质人才,适应电子信息技术飞跃发展对学生知识结构和能力的要求,“电磁场与电磁波”课程组整合实验课程及教学内容,根据教学的基本要求以及电子学人才培养的需要,设计电磁场与电磁波理论课程和配套实验课程,形成了从基础训练到系统设计的完整的实验教学体系,使学生能够在理论课学习的基础上由浅入深地学习电磁波的传输特性,进而探讨介质对电磁波传播的影响、电磁波的偏振特性等,初步掌握本领域现代CAD开发技术如Microwave office等设计工具,为射频电路设计、无线通信技术、光纤通信、卫星通信等相关领域的课程学习和科研打下坚实的基础。
课程组对电磁场与电磁波实验教学改革的主要内容如下:(1)加强电磁场与电磁波课实践课和理论课的结合与渗透,培养学生解决实际问题的综合能力。理论教学与实践教学密切相关,根据实验教学的要求,保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础。让理论课教师参加实验教学,及时与学生沟通,了解学生掌握知识的情况与兴趣所向。(2)修改实验教学大纲,编写实用的实验指导书。为了保证工科学生工程能力的提高,实验内容应不但具有基础性、设计性和综合性,还要具有研究创新性;不仅使学生能够打下良好的基础,还要激发学生的创造性思维。为了适应开放实验室的要求,改编的实验教材既有实验理论教学,又有实践部分,即包括基本部分实验内容、设计性部分实验内容和综合性部分实验内容以及研究创新部分内容。使实验的教学层次分明,使学生的实验兴趣得到提高,达到最佳实验效果。(3)随着现代化教学的需要,实验教学建立了多媒体教学方式。在多媒体实验教学研制过程中,针对实验教学的特点,我们把实验内容、实验要求、实验考核方法、仪器设备使用手册、器件数据手册等教学资源制作成多媒体课件,同时建立网络教学平台,让学生在校园网上自主交流。
总之,在“电磁场与电磁波”课程教学改革的研究和探索过程中,我们用“加强基础、拓宽知识、强化能力、提高素质”的教学指导思想制订新的教学计划,改进教学方法,灵活应用多种先进的教学手法与教学手段,保证学生理论与实践紧密结合,提高分析问题和解决实际问题的能力,培养学生的创新意识和创造能力,使教学各环节更加完善,真正提高教学质量。
[参考文献]
[1]谢处方,饶克谨.电磁场与电磁波(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2]冯慈璋.电磁场[M].北京:高等教育出版社,1999.