張文聰 徐永馳 鄧軍 楊子義

摘? 要：電磁場與微波技術課程數(shù)學公式多，理論復雜，內容抽象，應用性強。針對以上特點，結合貴陽學院學生數(shù)學基礎較差，教學效果不佳的現(xiàn)實情況，文章旨在探討并尋求有效的課程教學與考核方式的改革措施。在課堂教學方面，文章討論了引入電磁學發(fā)展史中的科學背景故事作為課程導入，采用翻轉課堂，增加仿真設計等教學方式改革對教學效果的作用。同時針對以上教學方式的改革，文章還探討了平時成績量化，考試題型改革，線上學習考核等措施在電磁場與微波技術課程中的效果。教學實踐證明，以上教改措施對貴陽學院電磁場與微波技術課程的教學效果起到了良好的促進作用。

關鍵詞：電磁場與微波技術;教學改革;翻轉課堂;課程考核

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2022）06-0139-04

Abstract： Electromagnetics and Microwave Technology is a course of use and application， which is abstract， complicated and full of complex mathematic equations. Considering the characteristics of the course and the fact that most students in Guiyang University are not good at math， this paper focuses on the reformation of classroom teaching and evaluation method aimed to seeking effective measures to improve the teaching results of electromagnetics and microwave technology. On the aspect of classroom teaching method， this paper discusses the effects of introducing the development history of electromagnetics and the related stories of scientific researches， applying the flipped classroom and increasing the numerical simulation design. On the aspect of evaluation method， this paper discusses the effects of quantification of the students' daily performance， exam content and assessment of online study. Our teaching practice demonstrates that the above measures indeed help to improve the teaching results of electromagnetics and microwave technology in Guiyang University.

Keywords： Electromagnetics and Microwave Technology; teaching reformation; flipped class; course evaluation

電磁場與微波技術是電子科學與技術、通信工程、電子信息工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課[1]。該課程包括電磁場與微波技術兩個方面的基本概念、理論與應用。電磁場部分是在大學物理課程中電磁學部分的基礎上，運用矢量分析的方法，描述電磁場的基本物理概念，在總結基本實驗定律的基礎上給出電磁場的基本規(guī)律[2]。微波是頻率為300 MHz至3 000 GHz的電磁波，微波技術是以電磁場理論、微波器件物理及微波電路理論為基礎，并和通信系統(tǒng)、微電子系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)等實際應用相結合的技術。它是一門理論與工程性、實踐性較強的課程。其前導課程為大學物理、高等數(shù)學和復變函數(shù)等。從課程內容上來看，該門課程具有數(shù)學公式較多，理論復雜，內容抽象且龐雜等特點[3]。對于數(shù)學和物理基礎不扎實的學生來說，該門課程繁雜的公式推導難學難懂。對于教師來說，該門課程涉及的電磁場和微波，在現(xiàn)實中看不見摸不著，因此極難對學生進行直觀地描述和解析，需要依賴于數(shù)學公式的推導和物理機理的分析。因此，在大多數(shù)的高校中，以“教師教”為中心的單向輸出型的授課方式，在電磁場與微波技術課程中非常普遍。然而，不論是通過網絡報道還是學生反饋來看，這種教學方式的教學效果普遍不佳。鑒于此，針對該門課程教學方式和相應的考核方式進行改革，努力從以“教師教”為中心轉變到以“學生學”為中心，具有十分重要的意義。

一、教學方式改革

針對貴陽學院的學生數(shù)學基礎相對較差，而電磁場與微波技術課程數(shù)學要求較高的特點，在教學方式上，依據(jù)相關知識點，突出實用性，故事性地講述，淡化數(shù)學公式推導過程中的繁瑣性和枯燥性。并努力以學生為中心，采用翻轉課堂，線上線下結合等方式對電磁學與微波技術的相關知識點和發(fā)展過程進行講授。

（一）以電磁學發(fā)展史為主線，以相關科學家的故事為導入

現(xiàn)有的大部分《電磁場與微波技術》相關教材，其內容基本都是按照電磁學理論的發(fā)展歷史來編寫的，首先講述靜電場、靜磁場、時變電磁場和電磁波的傳播問題，最后講微波技術的相關應用。其內容的順序契合庫侖、高斯、安培、法拉第、麥克斯韋等科學家在電磁學發(fā)展過程中所做貢獻的時間順序[4]。但是在絕大部分教材中，庫侖定律、高斯定律、安培定律、法拉第電磁感應定律、麥克斯韋方程組的相關內容均是進行直接的理論分析與介紹。缺乏相關科學家以及研究背景故事的拓展，因此看起來內容轉變比較突兀且枯燥。如果在課前能夠以電磁學發(fā)展歷史和相關科學家的故事為引導，采用視頻介紹及教具示范等方式作為課程導入，可以讓課堂內容銜接更加順暢，提高授課的趣味性，同時激發(fā)學生的學習興趣[5]。上述教學方式的改革，在貴陽學院電子與通信工程學院通信工程專業(yè)課堂實踐過后，發(fā)現(xiàn)學生的學習興趣有了較大的提升，并且能增強學生對各位科學家的具體貢獻以及對應公式的記憶，有助于提高學生對電磁理論的系統(tǒng)性認知，甚至有助于啟發(fā)學生對科學研究的概念性認知并激發(fā)他們從事科學研究的志向。

（二）突出應用，以課程設計報告為落腳點

雖然電磁場與微波技術課程的前半部分也就是電磁理論部分，數(shù)學公式較為復雜，理論性較強，概念性的內容較多，但是微波技術是以電磁理論為基礎，實用性很強的一部分內容。微波技術是一種典型的軍民兩用技術，它在移動通信、衛(wèi)星定位、雷達探測、微波加熱、微波滅菌、微波等離子體、微波化工、天文氣象、遙感測繪和軍事國防等領域具有廣泛的應用[6]（圖1）。

因此在該門課程中，通過理論結合實際應用的辦法來講授相關知識點，將會有助于激發(fā)同學們的學習興趣，在理解數(shù)學表達的時候，領會其背后的物理含義，并了解其具體的工程應用。例如，在講解微波諧振腔的時候，應該結合微波爐來說明，微波爐就是典型的多模諧振腔的應用。在講解電磁波的反射與投射問題時，可以結合雷達探測、隱身飛機等應用進行引導和說明。在講解煤質的電磁參數(shù)時，可以結合微波加熱、超材料和等離子體等等進行說明。最后，通過課程設計，使用HFSS、CST、COMSOL等軟件進行微波器件或者微波技術相關應用進行仿真優(yōu)化，有條件的還可以進行加工測試，形成課程設計報告的形式，作為平時的一次大作業(yè)[7]。通過采取課堂講述與課后設計相結合的方式，突出本門課程的實用性，激發(fā)學生的學習興趣，提高其動手能力，符合新工科的建設目標和精神。

（三）增加翻轉課堂的次數(shù)

貴陽學院多次強調，需要學校與教師共同努力轉變教學方式和教學目標，應該從以“教師教”為中心轉變到以“學生學”為中心，筆者深以為然。在授課方式上，針對電磁場與微波技術課程中概念較多或者應用性較強的部分，部分課時可以采用翻轉課堂的授課方式。這樣可以避免教師在教學過程中只是單向輸出，避免灌輸式教學，提高學生的課堂參與度，激發(fā)學生主動學習的動力，真正做到以“學生學”為中心。首先讓學生在課下通過線上線下相結合的方式進行深度學習，以項目實踐為中心，自行查閱知網、web of science、圖書館等資源站上的材料，最后以小組報告的形式，在課堂上進行分組展示。授課教師主要關注學生學習的進度，共性知識點的缺漏，小組各個成員的參與度等方面，解答學生在資料搜集整理及PPT匯報等過程中產生的疑問。然而，翻轉課堂的課時數(shù)不能過多，具體情況還要根據(jù)教學內容以及學生的學習效果來制定[8]。電磁場與微波技術中理論性較強，需要較強數(shù)學及物理基礎的部分內容并不適合過多使用翻轉課堂來進行授課。除此之外，該門課程內容銜接性強且內容龐雜，如果過多使用翻轉課堂教學，會導致教學效率較低，甚至拖慢教學進度。

二、考核方式改革

以上教學方式改革增加了很多學生課間課后的參與度，因此有必要對課程的考核方式進行對應改革，以便納入學生在課間和課后表現(xiàn)的考察。

（一）量化平時成績，鼓勵課堂參與

平時成績的量化考核，體現(xiàn)了公平、公開、公正的原則，能夠消除平時成績打分的爭議，也使得學生在課間課后的努力有章可循，有助于提高學生在課程中的參與度，有助于實現(xiàn)以“學生學”為中心的轉變。譬如翻轉課堂、課程設計等，學生在課程中的參與能夠量化打分，避免部分同學在分組活動中出工出力但沒有得到公正的對待，避免部分同學渾水摸魚。同時，量化平時成績能夠極大地鼓勵同學們的課堂參與度，譬如積極回答問題等，活躍課堂氛圍[9]。該項改革措施更加適用于電磁場與微波技術這類理論推導較多且較為枯燥的課程。貴陽學院大多數(shù)課程的平時成績占綜合成績的40%，按照百分制，通常平時成績占40分。在進行平時成績考核時，貴陽學院電磁場與微波技術課程，一般按照作業(yè)占比為20分（包含課后作業(yè)以及課程設計報告等），翻轉課堂占比為10分，課堂回答問題占比10分（每正確回答一次問題得2分，每人可以回答5次問題，答滿為止）。實踐發(fā)現(xiàn)此項平時成績的量化辦法確實可以提高教學效果，尤其是可以極大程度地活躍課堂氛圍。

（二）增加主觀題，減少客觀題

過往的教學中發(fā)現(xiàn)貴陽學院的同學雖然學習態(tài)度比較端正，但是死記硬背的現(xiàn)象比較突出，對電磁場與微波技術課程中很多知識點都停留在公式記憶的層面上，缺乏對其背后的物理原理的深刻理解。這種學習方式也導致他們對很多概念和公式的用法依然還是似懂非懂，在做一些客觀題時，只會解答已經做過的與課后習題類似的題目，按部就班地按照課本上的重點公式來進行解答。因此，在試卷命題時可以增加簡答題等主觀題的比重，適量減少計算題、選擇題和填空題等客觀題。這樣可以使得考試內容變得靈活，側重考查學生對電磁場與微波技術課程中的物理機理、實際工程應用設計和器件技術指標等認知，更加貼合本門課程在科研和生產中的實際需要。除此之外，還可以考查學生在學習本門課程中的日常積累和對相關知識點的思考。這樣的命題方式讓學生考試沒有了復習重點，避免了考前突擊的現(xiàn)象，既能體現(xiàn)學生的真實水平，又符合新工科教育的現(xiàn)實需要。

（三）增加“線上”學習的考核

疫情過后，我國“線上”教育的資源得到了極大發(fā)展，類似B站、MOOC和超星等平臺上有大量的名師名家課程。線上為主、線下為輔的教學方式可以優(yōu)勢互補，既利用了網絡上的優(yōu)質教學資源，又能避免單純的網絡教學導致的學習效率低下，課堂效果無法保證等后果[10-11]。使用線上資源對教師課上內容進行補充，同時利用線上網絡進行異地答疑，布置作業(yè)等教學任務。這一部分內容，可以納入到量化的平時成績中進行考核，比如網絡答疑，可以視同課堂回答問題進行加分。這需要教師在選定教材時，就需要在網絡平臺上選擇一門使用相同或者相似教材的網絡公開課，然后把網絡課程的學習計劃納入教學大綱中?！熬€上”課程學習不僅有助于對教師的教學進行補充印證，方便學生在課后溫習功課，同時還能有助于翻轉課堂的實施。對于電磁場與微波技術這一類數(shù)學較為復雜的課程來說，如果學生只通過閱讀課本、查閱資料等方式進行自學是很難獲得良好的學習效果的。但是如果有“線上”課程的補充，各大教學名師通過公開課提前進行講授和引導，學生對于理論性較強、數(shù)學推導較為復雜的內容也可以獲得較為良好的學習效果。這使得翻轉課堂的次數(shù)可以得到一定程度地增多，翻轉課堂中涉及的教學內容也可不必只局限于概念性、工程性較強的部分。因此，通過實行“線上”“線下”相結合的方式進行教學，并增加“線上”學習的考核具有很重要的意義。

三、教改效果分析

受限于師資力量，貴陽學院電磁場與微波技術課程只在通信工程專業(yè)開課，該專業(yè)每年僅招收一個班。因此，無法在學校內部分班實行對照實驗，進而無法進行教改班與非教改班的對照量化分析。但是以上教改措施是從2018級開始實行，因此可以通過對比往屆未實行教改措施的學生（2017級）的平時成績與卷面成績的情況，分析教改措施的實施效果。圖2為2017級和2018級通信工程專業(yè)電磁場與微波技術課程期末卷面成績的統(tǒng)計分布情況。以上數(shù)據(jù)是在同一位教師授課并命題，考試題型和難度基本類似的情況下得到的。2018級通信工程專業(yè)總人數(shù)為58人，2017級為47人（1人缺考）。從圖2中可以看出卷面成績90分以上的同學人數(shù)占班級總人數(shù)的比例從2017級的8.5%提高到了2018級的13.8%。80分以上的同學人數(shù)占班級總人數(shù)的比例也從17%提高到了31%;卷面成績不及格人數(shù)占全班總人數(shù)的比例也從31.9%下降到了27.6%。這些數(shù)據(jù)說明了教改措施的有效性，同學們的學習效果也得到了極大地提升。

平時成績因為打分的標準不一致，因此無法進行對比。但是從學生的課堂表現(xiàn)來看，實施以上教改措施以后，2018級的同學在課堂上積極回答問題，全班同學上課期間的注意力也較大程度地得到了改善，學生在課堂上開小差及玩手機等行為有了較大的改觀。以上教改措施實行之后，對比2018級的每位同學的平時成績以及期末卷面成績發(fā)現(xiàn)，大部分同學的期末成績和平時成績基本呈正相關的關系。除此之外，電磁場與微波技術相關方向的畢業(yè)論文設計題目，也越來越受貴陽學院電子與通信工程學院的學生歡迎。因此，我們認為以上教改措施不僅可以激發(fā)學生的學習熱情，提高他們的學習效率，還可以幫助教師及時鑒別部分不努力的學生，并積極介入幫助他們學習，最后還能夠有助于提高平時成績考核的公平性。

四、結束語

貴陽學院電磁場與微波技術課程經過過去幾年的教學實踐，不斷地探索教學方式和考核方式的改革，使得該課程取得了較為良好的教學效果，學生學習的興趣和動力得到了較大程度地提升，學習成績也得到了提高。這種改革符合貴陽學院以“學生學”為中心的教學改革精神，契合貴陽學院申辦應用研究型大學的目標，符合貴陽學院培養(yǎng)高質量應用型人才的定位。

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