王 琛，譚 紅

（南京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院（人工智能學(xué)院） 江蘇 南京 211816）

2017 年綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)上， “新工科” 一詞被正式提出，并成為我國(guó)高等工程教育主動(dòng)應(yīng)對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)革命的戰(zhàn)略行動(dòng)[1]。

“電磁場(chǎng)與電磁波” 是電子信息與通信工程類(lèi)等專(zhuān)業(yè)本科生重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，同時(shí)也是一些交叉學(xué)科和新型邊緣科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代電子通信系統(tǒng)離不開(kāi)對(duì)電磁場(chǎng)的產(chǎn)生、傳播和接收等問(wèn)題的研究和應(yīng)用。因此，課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生深入理解各種電磁現(xiàn)象在特定條件下的不同特性、掌握基本的分析和計(jì)算方法，培養(yǎng)學(xué)生用場(chǎng)的觀點(diǎn)對(duì)電子通信工程中的電磁現(xiàn)象進(jìn)行定性及定量分析的能力。但由于課程內(nèi)容理論性強(qiáng)、概念抽象、對(duì)學(xué)生的空間想象力和抽象思維能力要求高[2]，且實(shí)際教學(xué)中理論課時(shí)有限，因此在課堂上不少學(xué)生不能有效地吸收消化課堂內(nèi)容。而在課外時(shí)間，由于缺少有針對(duì)性的參考，學(xué)生很難做到有效率地預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，繼而導(dǎo)致產(chǎn)生畏難情緒。因此，提高課程教學(xué)質(zhì)量和效果成為當(dāng)前課程教學(xué)建設(shè)與改革的重點(diǎn)，同時(shí)在新工科背景下的信息化時(shí)代，如何提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，充分體現(xiàn)學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的主動(dòng)性、積極性，也是值得深入研究和探討的課題。

本文根據(jù)南京工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng) “我?！?）近幾年 “電磁場(chǎng)與電磁波” 線(xiàn)上線(xiàn)下的教學(xué)實(shí)踐，結(jié)合過(guò)去若干年在實(shí)際教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，參考國(guó)內(nèi)外同行的優(yōu)秀教學(xué)案例，從多方面對(duì)混合式教學(xué)改革內(nèi)容進(jìn)行分析和探討。

1 課程教材內(nèi)容的選取和優(yōu)化

“電磁場(chǎng)與電磁波” 在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理和工程數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)。其中 “大學(xué)物理” 電磁學(xué)部分按傳統(tǒng)方法講述電磁學(xué)的基本理論，對(duì)麥克斯韋方程也進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹；從內(nèi)容角度來(lái)說(shuō)，與本課程有一些交叉。 “大學(xué)物理” 側(cè)重于靜態(tài)場(chǎng)的分析以及電磁物理特性，而本課程在深度和廣度上都進(jìn)行了拓展，以矢量分析和電磁場(chǎng)基本規(guī)律為基礎(chǔ)，不僅深入研究靜態(tài)場(chǎng)和時(shí)變場(chǎng)的一般規(guī)律和分析方法，還包括電磁波的傳播，應(yīng)用對(duì)象也大大擴(kuò)展。由于課程學(xué)時(shí)等因素限制，本課程無(wú)法在教學(xué)過(guò)程中進(jìn)行較為全面細(xì)致的覆蓋，所以必須結(jié)合專(zhuān)業(yè)課程體系和學(xué)生的實(shí)際情況，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。

課程內(nèi)容包括矢量分析、電磁場(chǎng)基本規(guī)律、靜態(tài)場(chǎng)及分析、時(shí)變場(chǎng)和平面電磁波的分析幾部分。矢量分析是研究電磁場(chǎng)理論的重要數(shù)學(xué)工具，它為復(fù)雜的物理規(guī)律提供了簡(jiǎn)潔而精確的數(shù)學(xué)描述，掌握矢量分析的方法對(duì)理解電磁場(chǎng)理論起到?jīng)Q定性作用[3]。通過(guò)實(shí)際教學(xué)中的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生由于對(duì)矢量分析缺乏深入的掌握和理解，導(dǎo)致在學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)具體問(wèn)題時(shí)，不能理解相關(guān)概念，也無(wú)法利用數(shù)學(xué)工具對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行建模和解決。因此在實(shí)際教學(xué)中，結(jié)合高等數(shù)學(xué)中已經(jīng)學(xué)習(xí)的內(nèi)容，弱化對(duì)于方向?qū)?shù)等參數(shù)的計(jì)算，將重點(diǎn)放在梯度、散度和旋度的理解和計(jì)算上。在后面的章節(jié)中，以矢量分析與場(chǎng)論為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，圍繞亥姆霍茲定理展開(kāi)矢量場(chǎng)分析的主線(xiàn)，將物理本質(zhì)與數(shù)學(xué)分析相結(jié)合。

電磁場(chǎng)基本規(guī)律部分，結(jié)合大學(xué)物理中已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)，應(yīng)用類(lèi)比的方法教授電荷與電流、電場(chǎng)與磁場(chǎng)的基本模型、概念、理論和分析方法，最終歸結(jié)于電磁場(chǎng)理論的核心——麥克斯韋方程。引導(dǎo)學(xué)生找到看似離散的知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生建立起知識(shí)脈絡(luò)，在這個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)邏輯思維分析能力，為復(fù)雜工程問(wèn)題的描述與分析奠定相關(guān)基礎(chǔ)。

靜態(tài)場(chǎng)及其邊值問(wèn)題的解分為靜態(tài)場(chǎng)的分析和邊值問(wèn)題的求解兩部分：靜態(tài)場(chǎng)的分析部分是在掌握基本概念和規(guī)律的基礎(chǔ)上，分別討論靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)以及恒定磁場(chǎng)的特點(diǎn)、分析計(jì)算方法；將電磁場(chǎng)問(wèn)題表述為微分方程和相應(yīng)的邊界條件，就是邊值問(wèn)題，由于課時(shí)有限，所以教學(xué)重點(diǎn)放在分離變量法和鏡像法上。

時(shí)變場(chǎng)和平面電磁波部分要求深刻理解波動(dòng)方程及坡印廷定理的含義和典型分析應(yīng)用，掌握電磁波的產(chǎn)生和傳播特性。平面電磁波作為交變電磁場(chǎng)存在的最基本形式，是理解電磁波理論的基石，理解好這一基本概念,可以使我們進(jìn)一步理解復(fù)雜電磁波的性質(zhì)。這部分重點(diǎn)理解和學(xué)習(xí)電磁波的極化、在不同媒質(zhì)中的傳播特性及其典型應(yīng)用。而現(xiàn)在大部分教材上都有的導(dǎo)行電磁波以及電磁輻射與接收部分，由于后繼課程里會(huì)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行學(xué)習(xí)，所以在本課程的教學(xué)中不再涉及。

除此以外，由于大專(zhuān)業(yè)分流等因素，每屆學(xué)生的基本學(xué)情也會(huì)有些差異，在課程實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)根據(jù)學(xué)生具體情況，對(duì)學(xué)習(xí)重點(diǎn)和難度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2 推進(jìn)線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)模式

混合式教學(xué)把傳統(tǒng)課堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)和網(wǎng)絡(luò)在線(xiàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，在信息化時(shí)代體現(xiàn)出越來(lái)越多的優(yōu)勢(shì)[4]。目前，各個(gè)高校都在利用各大在線(xiàn)信息資源平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)，網(wǎng)絡(luò)上有很多公開(kāi)的省級(jí)國(guó)家級(jí)精品課程資源可供師生進(jìn)行學(xué)習(xí)和參考。這些國(guó)家級(jí)精品課程由教學(xué)名師主講，多位教師組成教學(xué)團(tuán)隊(duì)，在課程建設(shè)、資料庫(kù)的豐富與完善方面做了大量工作，給一般高校師生提供了很多幫助與啟發(fā)。但實(shí)際中，國(guó)家級(jí)精品課程往往面對(duì)的是名校學(xué)生，后繼課程也各有不同，對(duì)于一般高校學(xué)生而言，依然存在學(xué)習(xí)上的困難。因此，在混合式教學(xué)的過(guò)程中需要結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和優(yōu)化，強(qiáng)化概念和基礎(chǔ)，突出重點(diǎn)難點(diǎn)，不能要求學(xué)生直接跟著慕課資源進(jìn)行學(xué)習(xí)，必須建立起適合本校本專(zhuān)業(yè)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，真正做到 “以學(xué)生為中心” 的教與學(xué)。

混合式教學(xué)由線(xiàn)上課堂、線(xiàn)下課堂和課外互動(dòng)幾部分構(gòu)成，其基本過(guò)程如圖1（p116）所示。本課程既強(qiáng)調(diào)概念的理解和規(guī)律的掌握，也需要通過(guò)一定練習(xí)來(lái)學(xué)習(xí)和掌握一般分析方法，在有限課時(shí)內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)全方位的覆蓋。因此，在制作線(xiàn)上課堂教學(xué)視頻時(shí)，需要將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，將課堂內(nèi)容進(jìn)行精煉化。課前，要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)偏重記憶、一般理解等認(rèn)知目標(biāo)的知識(shí)點(diǎn)。為激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，教師選取一些熱點(diǎn)或經(jīng)典案例，預(yù)先提出具體問(wèn)題或者鼓勵(lì)學(xué)生提出與教學(xué)主題相關(guān)的問(wèn)題，并讓其通過(guò)各種手段搜集資料自行進(jìn)行分析，為接下來(lái)課堂討論的重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行鋪墊。課堂教學(xué)中，在對(duì)概念和基本規(guī)律進(jìn)行強(qiáng)化說(shuō)明的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論分析方法與具體應(yīng)用。圍繞課前提出的問(wèn)題展開(kāi)討論，推動(dòng)同學(xué)深入思考課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容，同時(shí)還可以提高其表達(dá)能力和質(zhì)疑能力等，通過(guò)對(duì)討論過(guò)程的回顧和總結(jié)，可進(jìn)一步梳理和提升對(duì)課程內(nèi)容的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)課程知識(shí)的內(nèi)化。課后作業(yè)、課程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)加深學(xué)生的理解掌握，教師在此過(guò)程中可了解學(xué)習(xí)效果并據(jù)此改進(jìn)教學(xué)。

圖1 “電磁場(chǎng)與電磁波” 混合式教學(xué)模式

3 考核方式的改進(jìn)

過(guò)去，本課程最終總評(píng)成績(jī)主要由平時(shí)成績(jī)和期末卷面成績(jī)構(gòu)成，造成不少學(xué)生過(guò)于注重作業(yè)和最后的考試，對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)的過(guò)程不夠重視，且這樣的評(píng)價(jià)方式不能真實(shí)反映出學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。混合式教學(xué)模式下，教學(xué)過(guò)程由 “老師為中心” 變成 “以學(xué)生為中心” ，教學(xué)主體由老師、學(xué)生和教學(xué)平臺(tái)共同構(gòu)建，因而考核方式也應(yīng)進(jìn)行改革。應(yīng)新工科背景下人才培養(yǎng)的需求，課程考核有必要過(guò)渡到強(qiáng)調(diào)過(guò)程性學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的激勵(lì)模式，從而促進(jìn)學(xué)生的有效學(xué)習(xí)、提升教學(xué)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高素質(zhì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)[5]。

目前絕大多數(shù)云平臺(tái)可記錄學(xué)生參與線(xiàn)上教學(xué)的學(xué)習(xí)軌跡，可由此對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)做出相應(yīng)的評(píng)價(jià)。線(xiàn)上可設(shè)置在線(xiàn)小測(cè)試，特別是客觀題可即時(shí)給出分?jǐn)?shù)，學(xué)生可及時(shí)了解實(shí)際掌握情況，并由此進(jìn)行有針對(duì)性的深入學(xué)習(xí)。教師也可根據(jù)學(xué)情對(duì)課堂內(nèi)容進(jìn)行靈活調(diào)整。

4 總結(jié)與反思

經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行與調(diào)整，特別是近兩年線(xiàn)上課程及線(xiàn)上線(xiàn)下混合式教學(xué)的實(shí)踐，本課程改革取得了較好的效果。但在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，也需要注意：①對(duì)于不同的教學(xué)內(nèi)容需要采用不同的教學(xué)方式，比如一些較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)分析和推導(dǎo)過(guò)程更適合采用課題講授的方式，利用板書(shū)展示其邏輯分析思路，同時(shí)結(jié)合多媒體進(jìn)行相對(duì)直觀感性的演示，加深學(xué)生的認(rèn)識(shí)；②在教學(xué)中需要幫助學(xué)生加強(qiáng)對(duì)于課程知識(shí)體系的認(rèn)識(shí)和建構(gòu)，采用合適的學(xué)習(xí)方式可以起到事半功倍的效果；③課程改革應(yīng)以學(xué)生為中心，需要結(jié)合每屆學(xué)生的實(shí)際情況來(lái)開(kāi)展和調(diào)整。