曹明華 王惠琴 彭清斌 鄭玉峰

摘 要：在大學(xué)本科生專業(yè)課程的教學(xué)過程中，傳統(tǒng)“傳授”式教學(xué)方式對學(xué)生的吸引力越來越低。而以學(xué)生為中心的教學(xué)模式從課堂組織方式、學(xué)習(xí)資料的準(zhǔn)備和在線交流答疑等方面關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的效果和學(xué)生的職業(yè)發(fā)展，受到越來越多的青睞。因此，通過在通信工程專業(yè)本科生“微波技術(shù)”課程的教學(xué)中采用以學(xué)生為中心的教學(xué)方法來克服傳統(tǒng)教學(xué)和學(xué)習(xí)中遇到的問題和障礙，并對以該教學(xué)模式實施前后的課堂出勤率和最終成績進行了對比分析。證明該模式在增進師生關(guān)系、提高課堂趣味化、增加課堂關(guān)注度和提高學(xué)習(xí)效果等方面有較為明顯的效果。

關(guān)鍵詞：以學(xué)生為中心；微波技術(shù)；教學(xué)改革；課堂教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）19-0103-04

Abstract： Undergraduate students have increasingly lost interest in traditional lectures. As a consequence， their learning motivation have decreased. The widespread adoption of learner-centered teaching method focuses on the effectiveness of student learning and student career development in terms of teaching organization， learning materials preparation and online communication Q&A. Therefore， learner-centered teaching method is employed in the course of "Microwave Technology" for undergraduates majoring in communication engineering to overcome the problems and obstacles encountered in teaching and learning. Moreover， the class attendance and the final examination results before and after the implementation of the learner-centered teaching method are compared and analyzed. It is proved that this model has obvious effects in improving teacher-student relationship， improving learning interest， increasing the class attendance， and improving learning result.

Keywords： learner-centered； microwave technology； teaching reform； class instructional design

“微波技術(shù)”作為通信電子類專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，從電磁場的角度出發(fā)，完成理論到工程的過渡，使學(xué)生掌握傳輸線分析方法，了解常用的微波網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)[1]。由于抽象性和實踐性強的特點，有效完成“微波技術(shù)”課程核心內(nèi)容的教學(xué)一直是大學(xué)本科生教育中具有挑戰(zhàn)性的一項工作[2]。教學(xué)過程中存在課程內(nèi)容多、教學(xué)學(xué)時緊張和教學(xué)班級規(guī)模大等諸多問題。從學(xué)生的角度而言，課程內(nèi)容難度大、對未來職業(yè)發(fā)展的作用模糊等問題導(dǎo)致學(xué)習(xí)動力不足。同時，隨著近年來移動互聯(lián)技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)生獲得知識的途徑越來越豐富，因此對教師和教學(xué)內(nèi)容的期望值不斷提高，傳統(tǒng)板書加投影教學(xué)方式的教學(xué)效果出現(xiàn)了不斷惡化的趨勢。學(xué)生希望能通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地的獲得學(xué)習(xí)資料和教學(xué)指導(dǎo)，而且希望課程內(nèi)容更加趣味化。

以學(xué)生為中心的教學(xué)方式可以從不同層面上為解決上述問題提供幫助，將教學(xué)的重點從“內(nèi)容教學(xué)”轉(zhuǎn)移到“思維、技能教學(xué)”上，提高學(xué)生的課堂參與度、學(xué)習(xí)滿意度和學(xué)習(xí)成績，從而受到了廣泛的關(guān)注[3-5]。但是，現(xiàn)階段以學(xué)生為中心的教學(xué)方式在推行中存在一些障礙，如課時嚴重不足、需要占用大量的教學(xué)資源和課余時間，學(xué)生的主觀能動性差以及高成本等。針對上述教學(xué)和學(xué)習(xí)中的需求和困難，在不增加課時和只投入少量資金的條件下，于2017/2018學(xué)年的 “微波技術(shù)”課程教學(xué)過程中嘗試性地采用了以學(xué)生為中心的教學(xué)方式，希望以此來提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并加深他們對相關(guān)概念、理論和應(yīng)用的掌握程度。

一、構(gòu)建更加積極的師生互動機制

以學(xué)生為中心的教學(xué)方式要求改變教學(xué)活動中教師與學(xué)生之間的關(guān)系，不再是“灌輸”和被動接受的關(guān)系，而要逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熤笇?dǎo)促進和學(xué)生主動學(xué)習(xí)的關(guān)系[6，7]。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)過程中，往往會使用大量過于“正式”的語言表述方式來講授課程。這在科學(xué)研究上是比較合適的，但對于剛開始專業(yè)學(xué)習(xí)的本科生來說，這種方式顯得比較生硬。針對這一問題，在授課過程中盡量采用口語化和較為幽默的語言表述方式，并結(jié)合一些技術(shù)動態(tài)或者科技新聞進行相關(guān)背景介紹，使課堂在較為輕松的氛圍中進行。這種輕松的氛圍會使學(xué)生不再感覺課堂的壓抑，使教學(xué)過程變得更加友好，改變部分學(xué)生害怕犯錯或者表現(xiàn)的無知而不愿提問或者參與討論的問題。

另一方面，在教學(xué)過程中通過聽取學(xué)生的對授課方式和課程內(nèi)容的建議，形成持續(xù)的反饋機制是教師發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)中的問題和困惑的最有效手段。但許多學(xué)生因為害羞、擔(dān)心被批評或者在同學(xué)面前尷尬而不愿意說出自己的想法。針對這一問題，要求授課教師通過給學(xué)生提供自己的電子郵箱、QQ和微信號碼，學(xué)生可以通過在線和匿名的方式將自己的想法和要求提供給教師。實際情況表明，這種溝通方式很受學(xué)生的歡迎，教師的電子郵箱、QQ和微信中每周都會收到好幾封來自學(xué)生的郵件或者留言，詢問課程學(xué)習(xí)中遇到的問題、尋求教學(xué)課件或者提出自己的建議。例如，在微波技術(shù)的教學(xué)過程中包含著大量的定理解釋和數(shù)學(xué)推導(dǎo)，教師通常希望從數(shù)學(xué)的角度給學(xué)生提供一個嚴謹?shù)姆治鏊悸?，但很少討論相關(guān)的應(yīng)用。而從學(xué)生的反饋來看，他們往往對定理的證明和數(shù)學(xué)推導(dǎo)不感興趣。因此，根據(jù)學(xué)生的要求和建議在授課內(nèi)容中增加了更多實際應(yīng)用的實例來滿足學(xué)生的要求。

另外，為了持續(xù)增加學(xué)生對課程內(nèi)容的關(guān)注度和興趣。通過在線的方式提供了一些仿真程序和動畫供學(xué)生在課余時間學(xué)習(xí)，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中有任何疑問都可以和教師在線進行交流。如通過給學(xué)生提供史密斯圓圖的計算機仿真程序，學(xué)生可以在自己的計算機上運行并修改其中的參數(shù)，來觀察參數(shù)的影響。而通過觀看規(guī)則波導(dǎo)的三維動畫，學(xué)生反映對場結(jié)構(gòu)的理解更加深入了。除此之外，還為學(xué)有余力和感興趣的學(xué)生提供基于MATLAB的虛擬實驗程序和開放實驗室場地，供其修改和調(diào)試程序，進行更為深入的學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)組織方式的變化

普通本科院校中，很多學(xué)生并沒有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，往往只是在期末考試前通過突擊學(xué)習(xí)來應(yīng)付考試。為了激發(fā)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)積極性，首先將課程考試時間從通常的期末安排到結(jié)課后一周進行。此項變化的結(jié)果是學(xué)生的出勤率提高了，同時由于期末考試的負擔(dān)有所降低，因此受到了學(xué)生的歡迎。

其次，增加了計算機輔助教學(xué)（CAI）方式。例如，在講授波導(dǎo)中的場分布時，為了讓學(xué)生形象的理解電磁場在波導(dǎo)中的分布狀態(tài)這個教學(xué)難點，利用計算機輔助教學(xué)引入動畫的形式，使學(xué)生能夠形象地觀察波導(dǎo)中電磁場的分布和傳播情況。在此基礎(chǔ)上進行數(shù)學(xué)推導(dǎo)，利用分離變量法分別給出TE模式和TM模式的數(shù)學(xué)表達式，從而加深學(xué)生對該知識點的理解與掌握。

第三，教學(xué)中引入更多的實例和研討。已有研究證明，引入實例和研討機制的教學(xué)效果要好于傳統(tǒng)的“傳授”方式[8，9]。為此，在教學(xué)中引入了最新的微波工程實例，例如將位于貴州省的500米口徑球面射電望遠鏡（FAST）項目[10]引入課堂教學(xué)中，要求學(xué)生在課前進行相關(guān)信息的查閱和準(zhǔn)備，課堂上采用研討的方式進行學(xué)習(xí)。這種方式不但加深了學(xué)生對相關(guān)概念和方法的掌握，還有效壓縮了相關(guān)內(nèi)容的授課時間。在此基礎(chǔ)上，還可以進一步對課堂內(nèi)容進行拓展，讓學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)并介紹日常生活中微波技術(shù)的應(yīng)用和相關(guān)系統(tǒng)，增加了學(xué)生對微波技術(shù)應(yīng)用的認識，不再認為課程內(nèi)容于未來的就業(yè)是無關(guān)的。

三、豐富教學(xué)方法和教學(xué)內(nèi)容

為了提高學(xué)生的內(nèi)在學(xué)習(xí)動力，在授課過程中引入了一些新的教學(xué)方法和內(nèi)容。首先是引入啟發(fā)式教學(xué)。通過在教學(xué)過程中介紹某個有趣的、意想不到的或者學(xué)生只知道表面現(xiàn)象的概念，激發(fā)學(xué)生的好奇心和興趣，引導(dǎo)其完成相關(guān)背景的調(diào)查和概念的學(xué)習(xí)。例如，在教學(xué)中介紹了谷歌公司的“Project Soli”項目[11]，該項目運用微型雷達可以追蹤亞毫米精準(zhǔn)度空中手勢動作的高速運動，然后將雷達信號進行處理，識別成一系列通用的交互手勢，方便控制各種可穿戴和微型設(shè)備。教師在完成項目的介紹后，學(xué)生會對項目中的技術(shù)原理產(chǎn)生好奇，這時教師可以進一步啟發(fā)學(xué)生進行思考，告訴學(xué)生“Project Soli”項目的雷達采用的調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）調(diào)制技術(shù)，讓學(xué)生討論該技術(shù)可能的應(yīng)用場景，最后學(xué)生會聯(lián)想到目前該技術(shù)已在汽車自動巡航中的應(yīng)用，以及各類可實現(xiàn)對物體距離和速度感知的應(yīng)用。

微波、射頻電路和天線技術(shù)的發(fā)展日新月異，理論性、實踐性和前沿性的統(tǒng)一有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[12]。因此，在教學(xué)過程中引入了在物理和化學(xué)教學(xué)中廣泛采用的歸納式教學(xué)。授課時首先提出一種可觀察到的現(xiàn)象，然后給出對這一現(xiàn)象的理論解釋和規(guī)則的說明，最后歸納出最終結(jié)果。例如，在介紹標(biāo)準(zhǔn)微帶線的過程中，先從常見的微波集成電路中的印刷銅線入手，讓學(xué)生思考信號在集成電路微帶線中的傳播情況。將印制微帶線看成是帶有寄生電感和寄生電容的傳輸線，再討論高頻條件下會出現(xiàn)的趨膚效應(yīng)和電介質(zhì)損耗問題，最后分析上述因素對其特征阻抗的影響。

根據(jù)學(xué)生的興趣點引入了實物現(xiàn)場教學(xué)法。將微波系統(tǒng)中常用的器件實物帶到課堂上，讓學(xué)生能對相關(guān)的器件和設(shè)備進行直接觀察和感受。在觀察器件的同時講解相關(guān)的理論知識和具體應(yīng)用。講解完這些常用器件的基本知識后，和學(xué)生一起討論其應(yīng)用，從而引出幾種典型的雷達收發(fā)機結(jié)構(gòu)及其原理，再進行必要的數(shù)學(xué)證明和分析。將實物、實際應(yīng)用和理論分析相結(jié)合，解決傳統(tǒng)教學(xué)中理論分析和實際應(yīng)用割裂的問題，使枯燥的理論學(xué)習(xí)過程變得更有趣味性。學(xué)生在課后的反饋中也提到在采用了實物現(xiàn)場教學(xué)的授課方式后，學(xué)習(xí)動力、學(xué)習(xí)興趣和對部分問題的理解增強了。而依據(jù)實物給出的理論推導(dǎo)過程可以提高學(xué)生的抽象思維能力和問題分析能力，增強他們的工程想象能力，消減學(xué)生對這一環(huán)節(jié)的消極對抗心理。

四、教學(xué)質(zhì)量分析

本科生課堂的教學(xué)質(zhì)量是高校教學(xué)質(zhì)量保障的基礎(chǔ)[13]。為了分析上述以學(xué)生為中心教學(xué)方式的教學(xué)效果，將2017/2018學(xué)年和2016/2017學(xué)年的 “微波技術(shù)”課程授課效果從以下幾個方面進行了對比。

（一）學(xué)生課堂出勤率

雖然出勤率并不能決定最終的課程學(xué)習(xí)成績，但可以客觀的反映出教學(xué)過程對學(xué)生的吸引力。課程的考勤數(shù)據(jù)通過課堂點名和班長統(tǒng)計完成，如圖1所示。結(jié)果顯示，在采用了以學(xué)生為中心的教學(xué)方式后，課程對學(xué)生的吸引力相較之前有了一定的提高。尤其需要注意的是，從第4周開始，出勤率有了上升。這在以前是很少出現(xiàn)的，因為隨著課程內(nèi)容的推進，部分學(xué)生會因為聽不懂或者不感興趣而缺勤，導(dǎo)致出勤率不斷下降。出勤率只有在最后一周結(jié)課前才會因為課程總結(jié)或者復(fù)習(xí)重點內(nèi)容而出現(xiàn)明顯回升。

平均出勤率的提升證明在采用了新方法后學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情有所增長，尤其是對部分“后進”學(xué)生的吸引力出現(xiàn)了比較明顯的提升。

（二）課程成績表現(xiàn)

作為評估新教學(xué)方法效果的核心指標(biāo)，將2017/2018學(xué)年和2016/2017學(xué)年學(xué)生的最終成績進行了比較，其中2017/2018學(xué)年選課的學(xué)生人數(shù)為116人，2016/2017學(xué)年選課的學(xué)生人數(shù)為131人。最終成績由平時成績和期末考試成績兩部分組成，平時成績占最終成績的30%，期末考試成績占最終成績的70%。平時成績主要包括作業(yè)完成質(zhì)量、課堂表現(xiàn)和小測驗等環(huán)節(jié)。期末考試試卷由簡答題、計算題和綜合分析題3種類型的題目組成，3種題型各占約1/3的分值。其中，在設(shè)計分析題時會涉及分布式參數(shù)分析、器件結(jié)構(gòu)、參數(shù)和功率分析等多種概念，要求體現(xiàn)出學(xué)生在知識綜合應(yīng)用和解決問題方面的能力。兩套試題的難度和題量基本保持一致。兩學(xué)年中，各分數(shù)段成績分布的直方圖如圖2所示。

從圖2所示的最終成績分布情況來看，2017/2018學(xué)年學(xué)生的及格率為92.24%，平均分為73.98，最高分為99分，最低分為31分。而2016/2017學(xué)年學(xué)生的及格率為88.55%，平均分為74.67，最高分為96分，最低分為3分。2017/2018學(xué)年的及格率上升了3.69%。最高分和最低分都出現(xiàn)了上升，尤其是最低分實現(xiàn)了大幅上漲，但平均成績下降了0.69分。從成績的分布區(qū)間來看，90分以上和80～90分區(qū)間所占的比例有所下降，而70～79分以及60～69分區(qū)間的占比出現(xiàn)了較大幅度的上升。這說明采用了以學(xué)生為中心的教學(xué)方法后，新的授課方式對原來成績較差或者對課程內(nèi)容不太感興趣的同學(xué)的吸引力有所增加。但對適應(yīng)了傳統(tǒng)“傳授”式教學(xué)方法的高分考生的成績產(chǎn)生了抑制作用。

需要說明的是，課外實踐、虛擬實驗仿真等環(huán)節(jié)的教學(xué)效果沒有包含到最終的成績統(tǒng)計分析中，因為在新授課方式中增加了微波器件和簡單系統(tǒng)的觀察分析環(huán)節(jié)，并為部分學(xué)有余力的學(xué)生提供了虛擬實驗程序，而沒有對這類內(nèi)容制定成績考核環(huán)節(jié)。但是從教師教學(xué)過程的主觀感受來看，這一環(huán)節(jié)增加了師生之間的溝通，改善了教學(xué)氛圍。

五、結(jié)束語

以學(xué)生為中心的教學(xué)模式的實踐證明，通過改變課程組織方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段和師生互動機制可以有效地改善課堂氛圍并增加課程的吸引力。出勤率的增加和及格率的上升體現(xiàn)了新的授課方式提高了那些原來對課程內(nèi)容不太感興趣的同學(xué)的學(xué)習(xí)熱情。而且，“微波技術(shù)”課程中采用的以學(xué)生為中心的教學(xué)模式實踐中的很多手段，例如改變授課方式、豐富教學(xué)手段和保持良好的師生互動關(guān)系等都可以很容易的移植到其他專業(yè)課程的教學(xué)中，以增加課程的吸引力。

但需要注意的是在采用了以學(xué)生為中心的授課方式后，高分考生比例出現(xiàn)了下降，這一問題必須引起高度關(guān)注。考慮到總學(xué)時沒有增加，而采用新的授課方式和方法后占用了部分教學(xué)資源和課堂時間，因此一定程度上壓縮了理論推導(dǎo)、定理解釋、板書和習(xí)題訓(xùn)練的時間。這一矛盾還需要在今后的教學(xué)中不斷探索，找到一個合適的平衡點。但從另一個角度來看，新的教學(xué)模式有助于培養(yǎng)學(xué)生腳踏實地的學(xué)習(xí)態(tài)度，對突擊應(yīng)試的學(xué)習(xí)方式有一定的抑制作用，有助于形成優(yōu)良學(xué)風(fēng)。最后，以學(xué)生為中心的教學(xué)實踐執(zhí)行時間還比較短，部分問題和不足剛剛暴露出來，還需要進行進一步設(shè)計和優(yōu)化，以便更有效的提高課程的教學(xué)效果。

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