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關鍵詞：工程電磁場教學；科研項目；教學效果
作者簡介：朱希安（1962-），男，黑龍江訥河人，北京信息科技大學信息與通信工程學院，教授。（北京 100101）
基金項目：本文系北京信息科技大學2012年度教學改革立項項目（項目編號：2012JGYB17）的研究成果。
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）02-0062-02
工程電磁場和電磁場與電磁波課程分別是電子信息工程和通信工程專業的專業骨干課程。為了使學生能夠學好和掌握這門課程，該門課程的教師費勁了心機，想盡了辦法，總的看教學效果都不夠理想。究其原因，一方面是該類課程的學習的確困難，數學公式繁多，對學生的數學基礎要求高，同時電磁場與電磁波既看不見又摸不著，要求學生要有較好的空間想象力，加之教學方法主要以理論教學為主，沒有相應的科研課題與之對應，學生得不到感性認知，造成學習該門課程的目的不夠明確，學習的積極性和主動性欠缺，影響了后續的微波技術、電磁兼容等課程的學習，甚至影響了考研。為此急需將理論課程的學習與科研項目相結合，探索這類課程教學與實踐相結合的方法、具體實施的步驟、理論課與實踐課的學時比例等問題，為該類課程的教學改革積累經驗，提供第一手資料。
一、本科教學與科研項目結合的優點
1.有效提高學生學習的興趣和自覺性
工程電磁場和電磁場與電磁波課程的講授是諸多課程教學的難點之一。在教授該門課程的過程中，經常有學生問老師學習該門課程究竟有什么用？對以后找工作有什么幫助？每當遇到這樣的問題，即使老師講了許多應用實例，學生仍很難得到感性認知。基于上述實際情況，北京信息科技大學專門設立了研究課題。課題以國家科技重大專項中的瞬變電磁場監測二氧化碳專題研究作為基礎，從2010級及2011級電子信號工程專業及通信工程專業的本科生中優選5～10名左右的學生參與該項目的具體研究，以求使他們能夠提高對電磁場與電磁波學習的興趣，增加該門課程的感性認識，深刻地理解和掌握本門課程學習的目的和意義，提高學習的自覺性。同時，為探索本課程教學方法和實踐教學的改革積累經驗。
2.更好地鍛煉學生的實踐能力、創新能力
科研項目所研究的內容都是本學科、本專業急需解決的問題，具有很強的綜合性，并在某種程度上需要創新。學生參與教師的科研項目，利用已學過的知識，在教師的指導下獨立地解決問題，可以培養、鍛煉獨立工作的能力。由于科研項目研究的都是本學科最前沿的問題，學生難免會遇到沒有學過的理論或遇到沒有涉及的實際問題，這會激發學生的自學熱情及挑戰困難的勇氣和創新精神。科研項目涉及的內容廣泛，需要項目組成員間的緊密協作和良好的溝通，在此過程中可以培養學生的團結、協作精神，提高處理問題、解決問題的能力和溝通能力。
3.有利于培養學生的責任意識
科研項目通常是分割成許多相互聯系和相互滲透的子課題。學生承擔的部分內容是項目的有機組成部分，如果學生由于自身的原因完不成指導教師所布置的畢業設計，某種程度上就會影響整個項目完成的進度。學生迫于這方面的考慮就會增強責任意識，起早貪黑，刻苦鉆研，克服困難，完成任務。
二、具體的實施過程和方法
1.學生的優選
在教師的指導下，優選出的本科學生與研究生多次見面、溝通，探討課題的研究內容、研究難點和與電磁場與電磁波類課程的關系，使學生真正了解所學課程的用武之地，激發他們的學習主動性和自覺性。例如：研究生的研究課題中有：重疊回線裝置的水平層狀介質的一維正演解釋方法研究、中心回線裝置的水平層狀介質的一維正演解釋方法研究、瞬變電磁信號消噪方法研究、中心回線裝置的水平層狀介質的一維縱向電導解釋方法研究等。通過上述過程，從研究生的研究課題中，減少研究內容和研究難度，確定本科生畢業設計題目。例如：瞬變電磁信號小波閾值消噪方法研究、瞬變電磁信號不同小波分解層次消噪對比分析、瞬變電磁信號獨立成分分析消噪方法研究、瞬變電磁重疊回線裝置均勻半空間視電阻率的研究、瞬變電磁中心回線裝置均勻半空間視電阻率的研究、基于小波閾值的瞬變電磁信號去噪方法研究、不同小波基的瞬變電磁信號消噪對比分析等都是從研究生課題中縮減內容和減少難度確定的。
2.指導過程的有效性
學生選定后，對教師而言即開始了教學與研究項目結合、提升教學效果的實踐工作。教師從授課計劃到教學方法的改進，乃至教學管理部門——教務處的管理模式都應該有相應的調整。整個過程的每個環節均直接影響該項目的實施質量。教師應做到嚴格要求、整體把握、指導具體、科學有效。
在學生參加課題研究和上課的同時，教師應指導研究生與本科學生做好確定方案，在研究生的指導下查找相關的文獻，擬補參與課題研究所需知識的不足，以便學生盡早進入工作狀態。文獻檢索與應用是科學研究的必備能力之一。合理利用文獻資料是了解前人成果、避免低水平重復的必要手段。然而，考慮到學生的能力和精力有限，加之大三時學習任務也較繁重，進行大規模的資料檢索工作不太現實，筆者的做法是指定部分關鍵性的專著和論文，要求學生查找和閱讀，以便他們迅速進入狀態，少走彎路。
3.與考研方向相結合，促進考研率的提高
出于就業形勢的壓力和繼續深造的要求，很大一部分學生要參加考研。由于考研復習外語和數學與參加課題研究的時間有一定的沖突，處理不好會影響學生對參加課題時間和精力的投入。如果能將課題研究與學生的本科畢業設計和考研后的研究方向相結合則可最大限度地調動學生參與課題研究的積極性。而且，如果他們現在所學習和研究的內容就是他們碩士階段的研究方向，這對于考研的專業課考試和復試階段的口試都有極大的幫助，因此學生會投入極大的熱情和盡最大的努力學好電磁場與電磁波這類課程，高質量地完成畢業設計。例如，筆者2013年度所帶的兩個學生所作的畢業設計題目是《瞬變電磁信號獨立成分分析消噪方法研究》和《瞬變電磁重疊回線裝置均勻半空間視電阻率的研究》。由于這兩個學生所做的畢業設計的內容既與本人的科研項目結合，也是他們考研后導師的研究方向，在畢業設計過程中兩個學生非常地努力，克服了種種困難，出色地完成了畢業設計，畢業設計答辯獲得了優秀成績。同時，考研的專業課成績和復試的成績在考生中名列前茅，分別順利地被北京郵電大學和中科院錄取為碩士研究生，所撰寫的科研論文經筆者修改后也發表在核心期刊上。通過畢業設計與考研研究方向結合，取得了較好的效果。
4.建立有效的溝通聯系制度
參加教師的科研項目研究是鍛煉學生各方面能力的一次極好的機會。然而，由于本科生初次接觸這類實踐性較強的教學過程，難免有些不適應，建立有效的溝通和聯系制度顯得十分必要。在上課的同時，又要參加科研實踐，對學生的要求較高。筆者的做法是建立研究生與學生討論的例會制度，堅持每周兩次研究生與本科學生會面，其中一次為指導教師答疑解惑時間，另一次為詳細討論、總結交流會。每位同學都要在會上對前一階段的電磁場與電磁波課程學習中所遇到的問題進行總結，并把課程中所學習的內容與研究課題的內容關聯，找出課程中哪些是基礎知識、哪些是研究課題中遇到的問題以及解決課題某些難題的需要自學和補充的知識，提出來讓大家討論。在討論時，指導教師傾聽、引導和總結，鼓勵學生間的自主交流。這樣既可實時掌握課程的教學效果和學生課題研究的參與程度及進展情況，也可以使學生間了解彼此的體會，相互促進，形成良好的學習、科研氛圍。筆者近幾年的實踐表明，例會制度是行之有效的，取得了一定的效果。
5.強調規范化管理和檢查制度
對研究生指導本科生參加研究項目、促進電磁場與電磁波課程學習的過程要規范組織管理和操作程序，明確責任，理順關系，制定完善的規章制度，使管理科學化、規范化。在這個過程中，指導教師要督促和指導學生按照規范化的程序保質、保量按時地完成各階段的任務。具體地講，每個參加課題研究的學生要寫一個實踐報告，總結參加課題的收獲和電磁場與電磁波課程學習的體會與方法，供本屆和下一屆學生參考以及教師授課時講解。
三、收獲與體會
本次研究以提高工程電磁場導論和電磁場與電磁波的教學效果為出發點，以國家科技重大專項中的瞬變電磁場監測二氧化碳專題研究作為依托，探索和研究本類課程教學的理論與實踐方法，以求通過學生參加項目的實施和研究過程，提高對本門類課程學習的積極性和認清學習與掌握該類課程的重要性以及與后續課程學習（例如，天線和微波課程的學習）、考研、畢業后從事相關領域工作的相關性。通過優選的5～10名2010級及2011級學生參加瞬變電磁場監測二氧化碳專題研究項目，跟蹤和評價學生參加實際的研究項目對本類課程學習和教學效果提高的促進作用，使學生能夠學以致用，為改進電磁場與電磁波課程的教學積累經驗，奠定基礎。通過本次實踐研究得到了以下幾點認識：
理論教學與科研項目相結合是科研成果轉化為教學成果的途徑，是科研與教學相互作用、促進教學水平提高和學生獲取課程內容感性知識的有效手段，有助于提高該類課程學生學習的興趣和自覺性，提高教學效果。
在本項目的實踐過程中可以培養學生的團結、協作精神、責任意識，挑戰困難的勇氣和創新精神，獨立地解決問題的能力和溝通能力等。同時，在項目的實施過程中，結合學生的實際情況，提前開設畢業設計題目，摸索行之有效的畢業設計科學和規范的管理方法、正確指導、有效溝通方法，促進畢業設計的質量提升。此外，在項目的研究過程中，有意識地培養學生對本校的眷戀度，提高考研第一志愿報考本校本專業的比例，提高本專業的考研率。
通過本項目的實施探索課程教學改革的有效途徑和方法，形成一套行之有效的管理辦法，為該類課程的教學提供示范。
探索學科建設成果轉化為本科人才培養優勢的機制與途徑，在此成果的基礎上凝練新的學科方向，促進學科建設。
參考文獻：
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關鍵字：Mathematica，電動力學，課堂教學
中圖分類號：G423.07 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00
引言
大學高等教育通常致力于培養專業基礎扎實、有較強實踐能力和拓展潛力、富有創新精神的本科人才。其中理工科專業要求學生系統掌握專業基礎理論、基本實驗方法和實驗技能，并具有較強的數理基礎。近些年，大學普遍擴招，生源質量下降，學生數學基礎不夠扎實，冷門專業情況更是嚴重，不少學生往往因專業知識在數學計算上的復雜及相關定理、概念和過程的抽象等問題而失去學習興趣，導致專業課的教學學習效果不夠理想[1]。
基于此種情況，已有不少人把多種現代教育技術如Matlab，Java，Mathematica等軟件應用到課堂教學中[2， 3]，使現代教學技術在提高學生學習積極性、優化課堂、提高課堂效率等方面取得了較好的效果。Mathematica是一款科學計算軟件，其很好地結合了數值和符號計算引擎、圖形系統、編程語言、文本系統以及與其他應用程序的高級連接。很多功能在相應領域內處于世界領先地位，截至2014年，它也是世界上使用最廣泛的數學軟件之一。普遍認為Mathematica的標志著現代科技計算的開始，它是世界上通用計算系統中最強大的系統。自從1988以來，它已經對科技和其它領域中計算機的運用方式產生了深刻的影響，并且在國外教學工作中獲得了廣泛的應用[4， 5]。從google學術搜索中搜尋Mathematica以及Education相關條目，有近十萬條結果。從高中到研究生數以百計的課程都使用它，并有多本關于Mathematica教學的圖書出版，涵蓋多門專業教學。Karim等人[5]甚至還基于Mathematica軟件開展了遠程教學。而在我國，雖然教師們對于現代化手段在教學中的應用很早就開展了研究，但是一直以來不夠重視，特別是Mathematica軟件在教學中的應用和國際相比還處于初級階段，還沒有得到廣大教師的足夠重視和普遍使用。這從google學術檢索中就可以發現，Mathematica與教育教學等詞條相關的論文搜索結果還不到三千條。相關教學論文數量不夠充分，內容也還很不深入，相關中文教材也處于缺乏狀態，并且這些研究主要分布于大學物理以及數學分析這兩門課程[2， 3， 6]。對于Mathematica在數學、物理等數學要求較高的大學各專業核心課程教學中的應用工作還未深入展開，而物理、電子等系核心專業課之一――電動力學的數學要求遠比普通理工科專業高，因此本文欲在前人研究基礎上，以電動力學部分難點的教學工作為例，展開深入分析，力圖引入Mathematica軟件輔助教學，消除學生對復雜公式的畏懼感，直觀準確地展示各種物理圖像，使學生對課程的學習有良好的進步。
1 應用
本文研究目的旨在借助于Mathematica軟件將學生從復雜的微分偏微分方程求解過程中解放出來，并用圖形和動畫直觀展示各重點難點，從而降低專業課的學習難度，達到提高學生學習積極性的目的，并使學生初步掌握Mathematica軟件的使用方法，提高他們學習新事物的能力。
電動力學是很多大學專業的主干課程之一，如電子、信息、通信、物理等學科。其主要內容就是麥克斯韋方程組的來由及其在各種條件下的具體應用。此處我們以電磁波的傳播為例，在瞬變條件下，變化的電場和磁場相互激發，形成在空間傳播的電磁波。單從字面描述以及電磁波方程來看，較為抽象。學生一般很難理解。通過使用Mathematica軟件，我們可以將平面電磁波的傳播用圖1展示。從圖1中可以清晰看出平面電磁波的幾個特性：1，平面電磁波是橫波；2，電場、磁場以及傳播方向三者是相互垂直的； 3，電場和磁場是同位相。
圖1是靜態圖，實際上，通過圖2所示代碼，我們還可以用動畫演示電磁波的傳播。圖2所示代碼形式簡潔，接近于自然語言，這樣就讓學生無須較高的編程水平即可自行編寫代碼，容易激發學生的學習興趣。圖2所示代碼會生成一個簡潔易懂，易于操作的界面，可以通過設置循環播放，良好地演示電磁波的傳播。通過“waves”按鈕可以分別演示不同個數的完整波形，時間軸可以快速或慢速地動態演示電磁波的傳播過程，讓學生輕松理解電磁波傳播過程。
除了平面電磁波在無界空間的自由傳播之外，平面電磁波在兩塊平行板之間的傳播，也能形象清晰地展示。如圖3所示，此圖可以大大加深學生對電磁波傳播的理解，便于學生學習。誠然此圖所需代碼較為復雜，不僅需要相關的電動力學知識，還必須熟悉偏微分方程求解理論，此外對Mathematica軟件的使用熟悉程度也有要求，學生難以短時間內獨立完成，需要進一步的訓練之后才可能完成。類似的內容可以讓學生課后完成，作為考核內容，這樣可避免學生過于依賴該軟件而忽視數學學習的重要性。
總而言之，Mathematica應用到電動力學課堂教學中，能讓教學過程更生動，促進學生學習理解。
2 結束語
當前我國大學專業課教學中，數學分析軟件的使用還處于初級階段。學生薄弱的數學基礎與專業課較高的數學分析要求是專業課學習過程中的主要矛盾之一。本文著力于解決由學生薄弱的數學基礎和抽象的專業概念所引起的在專業課學習上的困難，讓學生開闊視野，并培養學生利用工具軟件的能力。從而可以將專業課學習過程中的復雜數學問題交給專業數學分析軟件Mathematica來進行，學生只需掌握基本的數學原理，了解相關知識，配合Mathematica豐富的互動界面和圖形顯示功能，就能達到更充分更深層次理解內容本質的目的。本文重點有機銜接了電動力學與Mathematica軟件，通過Mathematica在電動力學課堂教學上的使用，達到加強基本理論教學，擴展學生視野，引導學生關注科學前沿的發展動態，并訓練學生的創新精神，而且避免了學生過于依賴該軟件而置數學于不顧的情況。對于電動力學課程中的主要內容，可以建立一系列相應的數值程序，進而開發一個系統性的課件，輔助課堂教學，這將會對教學效果產生很大的促進作用。
參考文獻
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關鍵詞：電磁場；理論教學；課程評價
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）07-0222-02
一、教學現狀
“電磁場原理”作為電氣類專業開設的一門專業選修課，旨在將電路、信號與系統、通信原理等課程的內在聯系用數學物理方程的形式進行理論整合。并通過教學活動，培養學生的科學思維能力和理論推導能力[1]。
學生和教師在教學交互過程中最集中的矛盾點在于，學生認為課程抽象難懂、高度依賴課堂的講授過程、沒有課后的相應預習與反饋，導致課堂教學活動以后，學生對電磁理論知識的理解處于一種似懂非懂的狀態，不能靈活運用現有知識解釋實踐中遇到的電磁現象。一般認為，合適的教學方法，以及適當的教學手段是激發學生學習興趣的最有效方法[2]。為了解決這一矛盾，提高教學的趣味性、直觀性，提升學生對教學活動的關注度，在課堂上引入了多媒體教學手段[3-4]，并使用各種工程軟件[4]將試驗結論圖表化。事實上，這在很大程度上降低了理論教學的要求，側重于簡單、應用、結論性的內容，而對理論推導過程中的技巧性和邏輯演繹部分卻是一帶而過，而這些往往是這門課程的精華所在，體現的是前人對已有知識的創造性應用，而這些正是當代大學生所缺乏的。因此，通常采用多媒體技術與板書教學相結合[5]的授課形式。
所以，在激發學生學習興趣的同時，如何讓學生對電磁場理論體系理解得更深刻、掌握得更充分，并能催生出學生的自主學習能力就是一個值得研究的課題。當代大學生對課程分數異常敏感，因此，通過對課程學習評價方式進行改革，在理論教學活動中適度給予學生“自主學習”的靈活度，讓學生在課程實施框架內進行理論、實踐的自由發揮，不僅可以激發學生的學習熱情，同時可以培養學生掌握知識、應用知識的能力，從而達到加深學生對課程內容理解的目的。
二、“自主學習”的評價原則
課程評價方式的改變不僅要適應學校的教學現狀，充分考慮到生源質量（學生的基礎知識、分析問題的能力[6]，特別是微積分和矢量幾何知識）等因素，同時也要考慮電磁場原理這門課程在校內的發展沿革，適應電氣類專業的當前需求，在學校的要求、專業的需求、教學的成果三者之間取得平衡。通過教學內容的整合、教學方法的改變[7]，達到提高學生理論素養和實踐能力的教學目的。武漢輕工大學《關于課程學習評價方式改革的指導性意見》明確提出，要改變課程學習評價方式單一、重結果輕過程的現象，采用多次、不同形式的評價方式，綜合評定學生成績及學習效果。
“自主學習”的目的在于促進學生的課外閱讀和工程實踐；評價的原則是以過程考核和能力考核作為學生知識掌握的評價依據，因此在教學評價的時效性和針對性上與以往的評價方式有很大不同。電磁設備和無線通訊技術的大范圍普及，也為“自主學習”評價方式的建立提供了良好的支撐，在學習了位移電流和坡印亭方程的數學模型后，學生可以在課堂的小組討論和課后的小論文作業中舉出相關的應用實例，解釋移動設備無線充電、手機工作時會發熱的原理，使抽象理論和具體應用無縫對接，培養學生理論聯系實際的思考能力，同時也考查學生對某一知識點的掌握情況。通過教學過程中的“自主學習”評價，做到對重要知識點的全覆蓋。
“自主學習”評價方式是以培養能力為導向的評價機制，弱化了期末考試的評分比重，加大了對每個知識點的考查力度，強化了對學生的課后閱讀及思考、工程實踐能力的成績評價。
三、“自主學習”的評價內容
“自主學習”評價的目的是為了提高學生對知識點理解的深度以及應用理論知識到實際工程問題中的能力。因此，在教學開始的第一堂課，就要清楚地向學生闡明“自主學習”的評價內容，并在發放給學生的“課程教學實施方案”中進行文字說明。在教學過程中，針對知識要點進行的測評前，須告知學生采用的評價方式和時段，需要閱讀的參考文獻資料和需要準備的其他輔助器材。在評價完成后，及時向學生反饋評價分數和評語，讓學生了解自己的知識掌握情況。評價內容一般包括以下6個方面。
評價內容（1）：課后作業（占平時成績30%）。①每一章節課堂學習完成后，要求學生能夠自主推導這一章節中具有結論意義的數學物理方程，并解釋這一（組）方程的適用條件和物理意義，加強學生對知識點的記憶，作為課后作業的第一部分；②任課教師出一道典型應用題，要求學生能夠根據已知條件模擬計算實際工作中可能遇到的問題，并給出具體的數值結果，考查學生應用知識解決實際問題的能力。
評價內容（2）：分組討論（占平時成績30%）。①對于電磁場（包括靜電場、穩恒電場、恒定磁場、時諧場等），要求學生以5―6人為一個小組，在學習完課程內容后，任選其中一項作為題目，以多媒體報告的形式用課堂知識解釋一種觀測到的物理現象或者提出一種新型應用技術的可能性；②每個報告的r間不超過5分鐘，總的耗時不超過兩節課。
評價內容（3）：小論文（占平時成績30%）。①每個討論小組根據分組討論的結果，結合多媒體報告的內容，在參考近五年外文相關文獻的基礎上形成小論文；②小論文應該有明確的結論性陳述，對涉及到的電磁理論模型有詳細說明，要求字數不少于2000字，內容理論結合實際，引用的外文文獻和多媒體報告內容相關。
評價內容（4）：加分環節（占總成績的10%）。如果學生能夠根據電磁理論，設計并自主動手制作一種已有（如電刷）或者某種新型傳感器，則予以加分鼓勵。
評價內容（5）：處罰。對于在作業、分組討論、小論文環節明顯應付或者抄襲、舞弊的記零分，不予成績。
u價內容（6）：平時成績的構成。課后作業30%、分組討論30%、小論文30%、考勤10%；平時成績占總成績的50%；加分環節的10分為總成績的10%。
“自主學習”的評價內容可以針對某一個知識點、也可以針對一個章節來進行，總體上覆蓋課程體系中的所有知識點，鼓勵學生在教學大綱的所列部分進行自由發揮，也支持學生依據興趣，針對諸如高壓輸電線電磁輻射、室內WIFI電磁輻射屏蔽等現象進行科學分析、構想解決方案，培養學生獨立思考和探索的能力。通過這種評價方式，教師掌握學生每一階段的知識掌握情況，學生則通過評價的反饋分數，了解自己的當前學習狀況。評價內容既體現了學生個體的學習成果，也反映了學生團隊的分工協作能力。
四、“自主學習”的評價效果
在電氣專業的電磁場原理教學中，嘗試進行“自主學習”的課程評價，并通過平行班的對比發現，進行“自主學習”的班級不及格學生非常少，高分學生增加；學生總評成績的分布也更加科學合理，趨于正態分布；而平行班的成績分布則趨于梯形；學生在教務系統中對教師的評價也較平行班的要高，學生對這種教學方式持積極肯定的態度，認為通過課程學習，掌握了電磁理論的基礎性、原理性的知識，并能夠對實際問題進行分析和解釋。總體而言，“自主學習”評價體系的教學效果是積極的。
五、結語
通過實施“自主學習”評價的方案，緩解了學生對理論教學的畏懼情緒，在不降低理論教學要求的前提下，讓學生積極參與到教學互動中，引導學生進行知識的搜集、整理、分析和邏輯推演，將抽象的電磁理論和具體的工業產品、物理現象、實驗結論緊密的聯系起來，在激發學生自主學習熱情的同時，培養學生分析問題的能力，提升學生的創新意識，實現學生綜合素質的提高。
六、致謝
本文的研究內容得到了武漢輕工大學“課程評價方式改革試點”項目的資助，編號為2016088。
參考文獻
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??1999年開始，我國研究生招生規模維持在4%左右的穩步增幅。根據《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）》提出的目標，到2020年，我國研究生在校生規模將達到200萬。屆時，基本相當于我國2003年本科畢業生的總量。由于碩士研究生規模上的變化，最初在教育上一個導師帶一二個碩士研究生，而目前一個導師帶幾個甚至十多個學生，導師沒有足夠的精力去手把手教所有的學生，只能延續采用大學的教育方法“灌輸式”教育，出此下策導師們也是不得已而為之。
研究生培養目標最典型的目標是創新精神，因為研究生具備了較系統的知識結構，并且具有一定的自學能力，因此在教育上就要與本科生教育就要有一定的區別。目前，研究生課堂教學最常見的是“灌輸式”和“放羊式”教學，顯然不適合實現研究生培養目標。鑒于研究生的特點和培養目標，研究生的課程教學應該采取“啟發式”教學方式。
啟發式教育指教師在教學過程中根據教學任務和學習的客觀規律，從學生的實際出發，采用多種方式，以啟發學生的思維為核心，調動學生的學習主動性和積極性，促使他們生動活潑地學習的一種教學指導思想。本文針對《隨機介質中波的傳播與散射》課程具體闡述了該“啟發式”教學方法。
二、“啟發式”教學實施
1、大綱設計與進度安排
研究生培養目標的核心是創新精神，因此大綱的制定和進度的安排都要考慮這個目標。《隨機介質中波的傳播與散射》這門研究生課程主要講授電磁波在隨機介質中的傳播和散射，該課程要求的數學知識較多，涉及的公式較復雜，并且需要學生具有非常扎實的電磁場理論知識。為了能夠讓學生順利地學習，第一章用了6學時，主要講授該課程的知識結構。第三章內容較多用6學時，第二、四和五章用4學時，2學時的實驗實踐，隨后用6學時進行討論（第六章涉及最前沿的研究成果，適合創新性討論）。
2、團隊劃分與課堂討論
“啟發式”強調學生是學習的主體，教師要調動學生的學習積極性，實現教師主導作用和學習積極性相結合；教學方法關鍵是因材施教，結合學生本身的特點啟發學生的獨立思考，發展學生的邏輯思維能力，盡量讓學生提出創新思路。因此，在課堂討論分組及劃分團隊時要充分考慮同組人員的性格及組員之間的關系，每個小組里最好有一名性格外向的學生（不至于整個小組沉默），同一個小組內的成員避免一個宿舍（很容易閑談、嘮嗑）。組間討論不但會提高學生的學習積極性，而且會學到“真知識”（討論出真知）。
授課教師要經常組織同學討論（使討論成為一種習慣），每次討論前要給出一個特定的問題，對于認真思考、積極討論（哪怕只是態度積極）的學生要給予一定的獎勵性成績（透明度越高越好），建議這個成績占最終成績的10%。到本課程第六章時，要以學生自學為主講授為輔，若有條件最好讓每個學生都登上課堂試講授。這種方法不但能檢驗學生的自學成果，并且還能鍛煉學生的表達能力，是一種非常好的方法。
3、實驗驗證
由于該課程理論性非常強，單靠教學講授遠遠不夠。因此，我們采用最新研究成果和經典理論相結合，教師課堂教授與學生自學相結合，學生討論與實驗驗證相結合的三結合方法，以達到熟練掌握理論知識，培養創新精神的教學目的。其中，最關鍵的是理論與實踐聯系，書本與實驗聯系。《隨機介質中波的傳播與散射》這門研究生課程理論性很強，但理論對否最終還要用實驗來驗證，因此我們準備依托學科科研力量，建設研究生教學實驗，并用實驗來驗證最新科研成果。
4、學習報告及考核
結合本課程的特點，建議學生考核方式如下：
總成績=討論（10%）+程序（30%）+學術報告（60%）
討論不但能調動學生的學習積極性，而且還能鍛煉學生的口才（這往往是我國學生所缺少的）。本課程是研究電磁波在隨機介質中的傳播與散射，雖然是理論研究為主，但是程序計算仿真時不可或缺的，因此建議學生選擇自己熟悉的程序語言對理論問題進行編程計算（這也是為學生以后做科研打基礎）。論文撰寫需要按照期刊論文的標準格式（如常見的《XXXX學報》為模板），論文內容要思路清晰，條理清晰，層次分明并且有創新性。最后，以此學習報告為依據給定成績，并返回給學生讓其知道自己的不足。
論文關鍵詞：建構主義學習理論；建構主義學習理論；電動力學
1．引言
《電動力學》課程是物理本科專業的一門重要專業課，也是理論物理的第一門基礎課。它是在學生學習了高等數學、數學物理方法和電磁學等基礎課程之后開設的。分析整個電動力學教材的內容體系，我們不難看出，矢量分析和數學物理方法好比電動力學的雙腿，電磁學的實驗、定義、公式、方法和應用則是它的軀干，而物理概念、物理思想、物理圖像和物理思維方式是它的靈魂。
由此可見，學生的數學基礎特別是對矢量、張量分析的掌握是學好整個課程的關鍵，沒有這個基礎，學生就無法領會電動力學的定義、公式和方法。電動力學本身是一門較難也比較枯燥的理論課程，如果此時教師不注意對學生進行學習方法和學習自主性的引導，就很容易滋生厭學清晰，從而影響教學質量。本文利用建構主義理論針對電動力學中如何處理一些知識的教學做了一些探討，希望達到拋磚引玉的目的。
2．建構主義理論
建構主義是當代教育心理學的一場革命，代表人物是著名心理學家皮亞杰(．Piaget)。建構主義理論的核心內容可以用一句話來概括：以學生為中心，強調學生對知識的主動探索、主動發現對知識意義的主動建構]。建構主義理論內容豐富、流派紛呈，本文只對建構主義理論中對學習及教學的認識加以淺析。
2．1建構主義理論對學習的認識
建構主義理論認為學習是學生在原有經驗基礎上主動進行意義建構的過程，這種過程要在實踐中或者在學生與環境的相互作用中通過新舊知識間的反復相互作用而建構而成。在此過程中學生依靠同化和順應來組建自己的知識結構。同化是指把外來的信息納入已有的知識結構中，以豐富和加強原有的思維取向和行為模式；順應是通過學生原有的知識結構與新的信息產生沖突，調整原有認識結構，從而建立新的認知結構。通過不斷地同化——順應——同化——順應……循環往復，相互交替，將新知識轉化、組織和重新組織，并納入到自己的知識體系中。這就是學習的過程。
2．2建構主義理論對教學的認識
建構主義認為教學是學生在教師設置的情景中通過交流和協作對知識進行主動加工的過程。它不是知識的傳遞，而是對知識的處理和轉換。學生對知識的處理和轉換，只能由學生自己來建構完成，所以在教學中不能把教師對知識的理解傳遞給學生，而要從學生原有的知識經驗出發，引導學生從原有的知識經驗中“生長”出新的知識經驗。即教學的關鍵其實是向學生展示這些結論是如何得到的，而不是去熟記這些結論。
3．建構主義理論對指導電動力學教學的啟示
3．1學生基礎現狀分析
學生經過對經典物理學力學、熱學、光學和電磁學的學習，已經有了一定的物理基礎知識和分析、解決物理問題的能力，并且已經形成自己的學習．方法和習慣。但目前的基本現狀是：數學基礎知識特別是矢量計算基礎較差、先行課程電磁學的知識有很多已經生疏或遺忘、學生習慣接受教師“咀嚼”好的知識和方法，不愿意也不會自己去思考和總結，在學習的主動性和積極性方面還存在很多不足。
上述問題在班上是普遍存在的，它為電動力學的正常教學提出了了刻不容緩的難題，如果不運用適當的手段搞清楚學生的知識狀況，并能及時調整知識的講授方式以便能適當與先行課程做好銜接，就勢必給學生學習電動力學造成很大的困難，對教師的教學也是一個很大的障礙。
3．2建構主義對教學的指導——兩個案例的分析
(1)“位移電流”的教學
‘位移電流假說是麥克斯韋為了將穩恒情況下電磁場所滿足的麥克斯韋方程 (積分形式為推廣到普遍情況(包括穩恒和非穩恒)而引入的一個定義。這是一個很重要的新概念，也是一個比較抽象的概念。學生的思維里可能比較熟悉的是傳導電流的性質。
穩恒情況下，磁場的安培環路定理的積分那么在非穩恒情況下，磁場的環流這個地方，書上的闡述是由麥克斯韋方程與電荷守恒定律之間的矛盾來引入這個概念的口。這是用理論來講授理論，當然推理嚴密，講解簡單。但在教學中，我覺得可以從大家熟悉的含有平行板電容器的充、放電電路(圖1)來講述，學生會更領會“位移電流”的本質。
現考慮以L為邊界作曲面S1和S2，其中曲面S1通過導線的橫截面，有自由電子穿過S1;而曲面S2通過電容器的兩極板之間，沒有自由電子穿過S2. 這說明，盡管兩個曲面的邊界L是相同的，但穿過曲面的傳導電流并不一樣，也就是說這個方程不能推廣到非穩恒電流的情況。
為了解決這個矛盾，麥克斯韋提出了“位移電流”的假設，將方程稍做修改為就代表“位移電流”的貢獻。下面再來計算的表示式。利用 ×)所以直接比較得出：由此式我們就很容易看出：位移電流的本質是變化的電場，它和傳導電流一樣都能激發磁場。引入位移電流以后，上述電路的全電流可表示為：這個全電流在整個電路中是連續的。對上式取散度(并用到 這樣一來，平板電容器充、放電電路中出現的矛盾就得到解決：在電容器兩極之間隨時間變化的電場形成了位移電流它把電容器極板中間斷的電流．廠連接起來，使全電流．Jr具有閉合的性質。
(2)“諧振腔”的教學
第四章四、五節討論的是有界空間的電磁波的傳播問題，以矩形波導和諧振腔為例，研究了高頻電磁波的傳播的駐留行為。從知識的角度來看，本章屬于運用理論解決實際問題的類型，在前面，先給學生回顧和講解分離變量法求解亥姆霍茲方程中的定解問題，同時讓學生學會分析理想導體的邊界條件。有了這兩個基礎以后，后面介紹的具體例子——諧振腔和波導問題的求解就應該不是重點，學生只需要針對具體情況分析好邊界條件就沒有困難。
我們知道諧振腔是儲存某一特定頻率的電磁能量的器件，常用于選擇并發射某一頻率的電磁波。我覺得作為一種光學的應用器件，講授它的功能、用途以及為何具備這樣的功用是很有必要的。在教學中可以從復習學生比較熟悉的LC振蕩回路的知識來過渡到對諧振腔的講解。我們知道，低頻電磁波是利用
如圖(2)所示的LC振蕩回路激發的，首先用外電源給電容器充電至U，合上開關k以后，儲存在電容器內的電場能與電感中的磁場能在不停地相互轉換，形成電磁振蕩。LC回路振蕩頻率為
關鍵詞： 麥克斯韋方程組 電磁場 散度 旋度 電磁波
麥克斯韋方程組是電磁學中的基本物理公式，是整個電磁學大廈的基石。這在電磁學、電動力學等大學物理基礎課程里都有深入的講解，但還有不少同學對麥克斯韋方程組的理解不夠深刻，不能熟練利用其解決電磁學問題。筆者結合多年教學經驗和科研工作的體會，從教學內容，教學方法及應用等方面給出了麥克斯韋方程組研究性教學的體會。
一、了解麥克斯韋方程組誕生的背景
麥克斯韋方程組是英國物理學家麥克斯韋總結電磁場基本規律的一組方程，是19世紀物理學領域最矚目的科學成果之一，雖然歷史賦予麥克斯韋完成這一科學歷史使命，但從整個科學界的發展環境來看，麥克斯韋方程組的誕生也具有歷史發展的必然性。庫侖定律、畢奧―薩伐爾定律、安培定律、歐姆定律及法拉第電磁感應定律的相繼建立，并表明電磁學各個局部的規律已經發現，同時意味著建立普遍的電磁理論，對各種電磁現象提供統一解釋的條件已經成熟。此外，在關于電磁作用的機制和本質解釋上，超距說和近距說有過激烈的斗爭和交鋒，但最終以麥克斯韋和法拉第為代表的近距說，能更好地解釋實驗事實，并最終導致了近距作用的電磁理論――麥克斯韋電磁場理論的誕生，而麥克斯韋方程組就是麥克斯韋理論中的重要部分。1864年12月8日，麥克斯韋在英國皇家學會宣讀了關于電磁場理論的總結性論文《電磁學動力學理論》，并于1865年在英國《皇家學會學報》上發表。在該論文的第三部分“電磁場的普遍方程組”中，第一次提出了麥克斯韋方程組，這是該論文的核心和主要成果。
二、掌握麥克斯韋方程組在不同情況下的形式
麥克斯韋方程組是指下列的一組方程組：
（1）真空情況下
上面第一組方程反映了電荷電流激發電磁場及電磁場內部的運動規律，上面第二組方程表示的是，不存在自由電荷和電流，電磁場的相互激發，通常稱作無源麥氏方程組。
（2）介質中的麥克斯韋方程組
很明顯可以證明，真空中麥克斯韋方程只是介質中麥克斯韋方程的特殊形式。
（3）麥克斯韋方程的積分形式
以介質中麥克斯韋方程為例：
（4）介質表面的麥克斯韋方程――邊值關系：
三、關于麥克斯韋方程組的最初推演過程
麥克斯韋在《電磁學動力學理論》中建立的電磁場普遍方程組，是用直角坐標分量形式給出的，共20個標量方程，其中包括20個變量（標量），它與教科書中的麥克斯韋方程很接近，只是它是以標量形式表示的，并且給出了8組方程，但這個方程顯得很繁雜，寫成矢量形式更簡潔，即下面8個方程：
可以指出，（2）式是磁場高斯定理，（1）和（3）是安培環路定理，（4）是電磁感應定律，（7）式是電場中的高斯定理，（5）、（6）=μ分別描述介質極化、導電、磁化性質，（8）是電荷守恒規律。經過公式的綜合和推理，進一步簡化即可得麥克斯韋方程現在的形式。
此外，根據能量原理和近距原理，根據庫侖定律和洛倫茲變換、根據變分原理也可以從不同角度建立麥克斯韋方程式，大家可以參閱相關參考書。
三、關于麥克斯韋方程組的理解
麥克斯韋方程由四個方程組成，每個方程的物理意義都很明確，其不包括電流連續性方程，是因為該方程可以由方程中的另外兩個方程導出。根據亥姆霍茲定理，矢量場的旋度和散度都表示矢量場的源，所以麥克斯韋方程表明了電磁場和它們的源之間的全部關系，即除了真實電流外，變化的電場（位移電流）也是磁場的源;除電荷外，變化的磁場也是電場的源。麥克斯韋方程組是宏觀電磁現象的總規律，靜電場和恒定磁場的基本方程都是麥克斯韋方程的特例。電磁理論的研究對象通常包括兩個物質場，即電磁場和帶電電流場，兩者之間存在相互作用，麥克斯韋方程組就是電磁場的演化（運動）方程組，通過求解麥克斯韋方程組的微分方程，可以得到許多解都表示以光速傳播的波動方程，稱為電磁波，這也表明光是一種電磁波，進而把光學和電磁學統一起來，正是麥克斯韋最早最敏銳地發現了這一點。麥克斯韋方程組不僅揭示了電磁場的運動規律，更揭示了電磁場可以獨立于電荷之外而存在，這樣就加深了我們對電磁場物質性的認識。
四、麥克斯韋方程組教學過程中要注意的一些問題
在麥克斯韋方程和介質方程的教學中，還有一些值得注意的問題，容易引起困惑和誤解，需要進一步地分析、說明和解釋。
1.建立麥克斯韋方程組，提供了一個很好機會，系統回顧比較靜電場、渦旋電場、恒定磁場，變化電場產生的磁場的性質和特質，認清異同，有助于理解方程中各量的含義與適用范圍。更重要的是，由于電磁場的內在聯系，使各方程整合成麥克斯韋方程組，不僅描繪了電磁場的性質，更成了電磁場運動變化所遵循的規律，實現了質的飛躍。
2.介質方程的建立，提供了全面考察電磁場與實物相互作用的機會，可以詳盡討論電荷的劃分、電流的劃分，準確闡述感應、極化、磁化及線性介質的含義，使學生得到比較全面的認識。
3.電位移與磁場強度的理解，知道它們的引入是為了消除麥克斯韋方程中未知或無法測量的極化電荷、磁化電流或極化電流。如果自由電荷和傳導電流中也包括未知的部分，就涉及場源的分解方式是否唯一，以及不同分解方式下怎樣重建麥克斯韋方程的問題。
五、麥克斯韋方程的建立過程帶給我們的啟迪
以麥克斯韋方程為標志的電磁場理論，形式簡潔，內容廣泛，影響深遠，物理思想極其深刻。作為重要的教學內容，適當地進行物理思想和研究方法的教育是必要的。從麥克斯韋方程的建立過程，我們可以得到以下啟示：
1.尋求聯系，發現規律，揭示本質，建立統一理論。無論牛頓對天與地的統一，麥克斯韋理論對電、磁、光的統一，以及以后的愛因斯坦狹義相對論將電磁學與力學實現統一，都標志物理學發展的歷史，就是在不斷地尋求共性，尋求統一的過程。
2.善用類比方法。麥克斯韋通過電磁場與流速場的類比研究，并引入了電力線的概念，引入了流體力學里的通量與環流，從而打開了局面，澄清了思想，取得了有效進展。
3.淵博的學識、深刻的洞察力和嚴謹精確的表達。淵博的學識、深刻的洞察力和嚴謹精確的表達是一位優秀偉大的物理學家所要具備的素質，而麥克斯韋正是這些優秀素質的綜合體現者。能夠發現電磁學局部理論之間的聯系，需要知識和洞察力，而麥克斯韋方程式的嚴謹和精確是物理學趨于成熟的重要標志，也是麥克斯韋對物理規律的深刻理解和數學能力的重要體現。
4.和諧意境。自然界是一個相互關聯、相互制約的和諧整體，描述自然界基本規律的物理理論，也應該是和諧的。麥克斯韋方程就體現處一種對稱美、和諧美、簡潔美，也是自然界和諧意境的重要體現。
六、麥克斯韋電磁場理論的歷史意義
麥克斯韋電磁場理論是一個完整的理論體系，不僅對電磁學領域已有的研究成果作了很好的總結，而且為進一步的研究提供了理論基礎，從而迎來了電磁學全面蓬勃發展的新時期。麥克斯韋電磁場理論的建立開辟了許多新的研究課題和方向，如通訊、廣播、電視事業的發展，材料電磁性質的研究等，對技術進步和文化生活繁榮起了重要作用。
光的電磁理論是麥克斯韋電磁場理論的重大成果，實現了光學與電磁學的統一。麥克斯韋電磁場理論的歷史意義還在于引起了物理實在觀念的深刻變革，電磁場是一種不同于實物粒子的客觀存在，對人類的世界觀和物質觀加深了認識，同時印證了電磁作用的近距觀點，電磁作用變化遵循麥克斯韋方程，非接觸的電磁物體之間，以電磁場傳遞電磁作用，傳遞是需要時間的，即是近距的。
當然，麥克斯韋的電磁場觀念還不夠徹底，它沒有擺脫以太觀點的影響，在一定程度上還有機械論的色彩，同時，麥克斯韋方程、伽利略變換、相對性原理三者不能共存，直接導致了狹義相對論的誕生。
總之，麥克斯韋方程組的教學是大學物理、電磁學、電動力學等學科教學中的重要部分，本文對麥克斯韋方程組的誕生、形式、教學注意事項、理解、物理意義及歷史意義分別進行了探討，希望能給教育一線的同行有所啟示。
參考文獻：
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關鍵詞：應用化學專業 波譜分析法 課程建設 教學改革 工科
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2014）01（a）-0150-02
近年來，我國教育正在發生在翻天覆地的變化，其中高等教育逐年擴大招生，教育規模也隨之迅速擴大，并且正在從精英式教育轉向大眾化教育[1]。在這個階段，社會對人才的需求也有了變化，呈現出多樣化的趨勢，他們更青睞于既有扎實理論基礎又有較強實踐能力的人才。全國高校中工科院校占多數，是國家培養工程技術性人才的主要陣地。沈陽化工大學是一所以工科為主、多學科協調發展的應用型本科院校，工科占有較大比重。按1999年教育部備案的專業目錄，國內多數高校將原來的精細化工專業（工科）改辦為應用化學專業（理科），無疑這是工科背景下的理科專業，我們學校也是如此。工科院校的理科專業有別于理科院校理科專業，在保證理科專業的課程設置的前提下，應適當體現工科特色，加強理工結合，培養復合型人才，以適應當今社會的需要。按照教育部“工科院校應用化學專業按理科建設”的要求，沈陽化工大學應用化學專業定位為：培養具有化學基本理論、基本知識和較強的實驗技能，具備應用化學和應用分析方面知識，在功能性精細化學品、涂料、農藥、催化劑等的研究開發，化工產品分析檢測技術，計算機應用等相關工程技能等方面，受到全面的培養和鍛煉，在化學或相關科學技術領域理工結合型的高素質應用型人才[2]。我校的應用化學專業是立足于精細化工行業的應用研究型專業，本專業堅持理工結合，協調發展，立足遼寧，面向全國，服務于振興遼寧老工業基地的人才需要，服務于地方經濟社會發展和國家現代化建設。
波譜分析課程是我校應用化學專業本科生的專業必修課程。本課程的教學任務主要講述紫外（UV）、紅外（IR）、核磁共振（NMR）和質譜（MS）的基本理論與一般解析方法及四大光譜的綜合解析方法。通過對本課程的學習，學生能掌握有機化合物結構波譜分析的基本概念、基本原理和基本方法，并能應用光譜法對有機化合物進行結構剖析，進一步提高學生識圖、解圖的能力，最終達到培養學生分析問題和解決問題的能力，為后續課程、畢業論文和今后的工作及深造奠定良好的基礎。1986年我校成立精細化工新專業，波譜分析課程為選修課。1999年國家專業目錄調整，精細化工專業改名為應用化學專業，在新制訂的教學計劃中波譜分析課調整為專業必修課，理論學時為48學時。在本學科的發展過程中，先后有10余位教師主講了波譜分析課，波譜分析課程的建設也得到逐漸發展和完善。作者從事波譜分析教學及相關科研工作已經十幾年，積累了一定的教學和科研經驗。下面介紹作者在波譜分析課程的教學改革方面所作的一些有益嘗試和探索。
1 教學內容力求實用和新穎
波譜分析課程涉及的每種儀器方法都有各自的理論基礎、應用范圍和研究內容，在教學時容易使課程顯得內容龐雜、結構松散，導致學生在學習時容易產生零散、枯燥的感覺。我們在教學中首先明確“波譜”與電磁波的聯系。UV、IR、NMR譜學方法都是電磁波與樣品分子作用的結果，不同的電磁波作用在分子上，呈現出不同的波譜特征，從譜圖產生的原理上理解三大譜學之間的聯系。每章的學習首先介紹該波譜方法的原理、儀器類型、介紹其制樣方法，然后闡述各類化合物的波譜特征，最后介紹該種譜學方法的實際應用。這樣能使學生清晰地把握波譜分析課程的框架，掌握課程內容的重點。同時我們在波譜的應用中引入科研實例，根據我校的應用化學是立足于精細化工行業的應用研究型專業，在解析實例中引入功能性精細化學品結構解析，激發學生學習興趣，注重理論與實際的有效結合。這門課的最終目的是提高學生解析譜圖的技能，我們在學生掌握了各類譜圖的基本規律之后，通過大量的科研實例使學生增強感性認識，掌握解析各類化合物譜圖的基本特征，使學生所學知識得以鞏固。
2 教學手段多樣化
（1）計算機輔助教學改變了傳統的、枯燥的教學方式，他用生動的聲音、圖像展現動態的視頻，讓學生身臨其境，耳目一新。他的運用能夠達到傳統教學方式無法達到的效果[3]。現代多媒體計算機輔助教學，已成為最具潛力的教學模式。在教學中合理的運用計算機輔助教學系統的過程中，不僅可以利用討論式、啟發式等教學手段，還可以制作電子課件、教學大綱、電子教案，并且可以通過網絡進行答疑，及時了解教學反饋，和學生進行互動等為一體的局域網教學平臺，這樣可以做到無限的延伸我們的課堂教學，變學生的被動接受為主動參與，真正成為課堂的主人，滿足不同學生的不同需求。
（2）堅持以優秀教材為主，多種其它教材相結合的方法，并不斷的更新現有的教材，使得課堂所要教授的內容更加豐富，并能夠為學生傳授本學科最新的知識，并借鑒其它學科好的教學方式方法，使得抽象的知識更容易被學生理解和接受。根據學科發展，先后更新了多套課程教材，最初使用重慶大學出版社的《波譜分析法》，其優點是由淺入深，體系較完整。缺點是教材中部分內容過于陳舊；后來使用華東理工大學出版社的《波譜分析法》，其優點是具有先進性和前瞻性，缺點是教材起點高，難度大，書后練習題難度偏大。目前選用面向21世紀教材，鄧芹英主編的《波譜分析教程》，該教材較適合我校擴招后學生的實際情況。
關鍵詞：電磁場與微波技術；工程實際；考核制度
作者簡介：張具琴（1980-），女，河南信陽人，黃河科技學院電子信息工程學院，講師；賈潔（1982-），女，河南安陽人，黃河科技學院電子信息工程學院，助教。（河南鄭州450063）
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）17-0054-02
隨著信息時代的發展，作為信息主要載體發展方向的高頻電磁波—微波，不僅在衛星通信、計算機通信、移動通信、雷達等高科技領域得到了廣泛的應用，而且已經深入到了各行各業中，在人們的日常生活也扮演著重要角色。因此對于電子信息專業的學生來說，電磁場、微波技術與天線類課程在目前及今后都是不可缺少的主干專業課程。[1，2]但由于該課程的自身特點及對于該課程教學的一些傳統認識，使得學生對該課程的知識和技能的學習和掌握不能滿足國內對電磁場與微波技術及其相關專業人才的需求。為提高該課程教學質量和人才培養質量，尤其是針對三本院校的應用型人才培養目標，筆者認真分析了該課程教學中的問題，結合課程特點和“三本院校”學生的實際情況，對該課程進行了一系列的改革和實踐探索，并取得了一定的成果。
一、“教”“學”中的主要問題
該課程傳統的教學方法是以事實性知識傳授為教學目標，即課程內容是介紹“是什么”“為什么”，而缺乏“怎么做”“怎么用”，過分強調理論，而缺乏對知識的實際應用。
目前該類課程所用教材多為一本學校編著，這些教材整體突出課程內容的完整性和理論分析的嚴密性。對于理論基礎一般也較為薄弱、更注重實際應用能力的三本學生來說算是“天書一部”，學習起來也“味同嚼蠟”，教師授課也是事倍功半，教學效果很不理想，很多三本學校對該課程的開設是“形同虛設”。
該類課程的教學模式仍是以理論教學為主的，教學方法和內容很少涉及該課程的實際知識應用和人才就業的方向指導，結果學生學完后除了知道有很多公式推導外，對該課程其他方面相關內容知之甚少，所以缺乏學習動力，教學效果不佳。
對于該課程的考核制度多為“一刀切”模式，即“考試分數定高低”，未能考慮學生的個體差異，忽視學生學習能力、學習過程、學習方式差別，不能很好調動學生的積極性和主動性。
二、改革方法和措施
1.改革傳統的事實性知識傳授的教學目標，更注重對實際應用能力的培養
在教學內容中，增加具體理論的應用實例分析，[3]使學生對電磁場和微波的實用性有較好的認識；增加微波技術在新科技和社會生產生活中的實際應用的一些例子，使學生有更強的學習興趣和學習動力；課程中很多知識點的引入，都以思考題和小的科研課題的形式提出，使學生應用所學的理論知識分析解決實際問題的能力與創新、研究能力得到相應的鍛煉。
增開相應的微波實驗項目，使學生的實際動手能力得到很好提高，考慮到實驗室建設的成本的問題，可以通過先引入微波的仿真實驗項目或者引入與現有的大學物理實驗、通信原理實驗等成熟實驗項目相結合的實驗項目。[4]
2.突破傳統的一本院校所編教材的限制，使學生在有限的時間內掌握具有生命力的知識基礎和必要技能，以滿足高素質應用人才知識結構和素質結構的需求
在實際授課過程中注重將“電磁場與電磁波”、“微波技術”和“天線理論”有機結合，采用電磁場與微波技術結合的自編的簡本教材為授課教材，把天線及應用作為擴展補充教材，將三者精要貫穿于教學中。這大大節約了理論教學時間，使學生有更多的時間參與到實踐中去，有利于培養學生應具有的實踐能力。
具體教學內容方面：加強了該課程中的最基本的電磁場的概念、定理的講解，力求夯實該門課程的基礎；增加了微波在新科技中的應用和微波的發展前景的介紹和大量的網絡理論應用實例分析等，有利于學生學習目標、學習興趣的建立和實際應用能力的提高；針對該門課程涉及知識面廣、理論性較強的特點，對于只是涉及而非重點內容大膽刪減或者采用增加附錄的形式直接給出，這樣有利于學生有針對性地學習；對于課程中的概念采用“量綱分析法”，使學生對概念的物理意義有更深地理解，應用起來能夠更加嫻熟；對于其他新知識的引入采用“概念—方程—新概念”教學模式，順著學生的理解思路，水到渠成；更加注重了理論與實踐的結合，每個具體的理論講完后，立即有相應的實例分析，既有利于提高學生的實際分析問題的能力又有利于提高其學習興趣。
3.改革傳統的理論教學為主的教學方法，開展“以應用為基本出發點”的理論教學方法研究
（1）以應用為本，確定理論教學的研究方法。在教學大綱和簡本教材中，弱化理論講解，重視實際解決問題能力的提高，主要采用“用什么理論，講什么理論”和選學、自學內容相結合的模式，即讓大多數學生學到了本課程的主要內容，又讓學有富余的學生得到更深層次的提高。
（2）注重對學生進行思維能力與應用能力的訓練。改變傳統的純理論講解、缺少實際應用實例的情況，在教學過程中注重理論講解、實例分析、習題課相結合；以思考題和小的科研課題的形式，對學生進行有效的思維能力與應用能力訓練。
（3）具體教學方法中，采用多種方法相結合，尤其是板書和多媒體相結合教學。對于主要理論、公式的推導，以板書教學為主，有利于學生的理解和接受；而對于一些介紹性知識、實例講解和仿真實驗方面，可輔以多媒體教學和動畫演示，豐富學生的感性認識和知識量。
（4）注重案例教學。例如，以往年學生的畢業設計為案例，闡明微波是如何用來解決實際問題的；提出目前理論應用于實際的方向和技術瓶頸，鼓勵同學們探索和研究，力爭做到理論與實踐相互聯系，相互穿插，相輔相成，使學生真正從這門課程中學到“實惠”，即掌握了具體知識的應用，也為其以后的就業指明了方向。
（5）開設“第二課堂”教學法。針對學生層次的差異，可以采用課堂教學與網絡教學相結合的方式、給出小型科研調研題目等方式，[5，6]使每個學生的潛能都能得到最大的發揮。充分利用黃河科技學院（以下簡稱“我校”）的校企業合作平臺，讓學生利用半年左右的時間充分參與到微波天線企業一線的科研和生產中，在理解整機工作原理的基礎上，研究實際的產品部件；通過在學生與學生之間、學生與老師之間、工程技術人員之間對出現問題的討論，使學生更全面地思考和理解問題，另一方面也能使學生掌握和了解最新的知識，適應科技高速發展的需要，實現與時俱進。
4.改革傳統的考核制度“一刀切”模式，開辟“多樣化的柔性”考核制度
結合“因材施教”的指導方針，認真考慮學生的個體差異，增強“第二課堂”的作用，開設“老生研討課”，加重過程考核，提出開卷考試制度等方案，極大地調動了學生的積極性和主動性，提高了教學效果。傳統的終結性考核以理論知識、標準答案、閉卷形式為主。改革后的考核方式更加注重過程考核，加入調研報告成績，課程小結成績實，實踐環節成績；考試試卷上增設選做題目、課程設想等，給學生充足的學習空間，有利于激發學生的學習自主性，提高學習的自覺性和自學能力；考試采用開卷形式，重視知識的應用而弱化死記硬背，加強學生的應用能力的考核。
另外，本課程的教學中也廣泛利用網上電子教案、習題庫等教學資源，為學生的自學和課后復習提供了一定的空間，隨著課程網絡資源的建設，教學中可利用校園網實現網絡教學、在線測試、在線答疑。
三、改革實踐的效果
課程教學目標和教學內容的調整，理順并抓住了根本，節省了時間，避免了枯燥繁冗的數學推導過程，使學生接觸更多的工程實踐，適應了三本學校的應用型人才目標；教學方法、教學手段的改革，加強了理論與實際的聯系，避免了學生對該課程中一些難而無用的知識糾結，側重工程實際應用，使他們的實踐能力大大提高；考核方式的改革，使學生的學習積極性得到了全面地調動，學生能夠主動參與到學習過程中，學習方式靈活、學習興趣也有了很大的提高。
改革后學生能夠積極主動地參與到“電磁場與微波技術”的學習中，通過親身體驗和相關內容的學習，積累和豐富直接經驗，促進學生掌握了該課程的基本知識和基本技能，培養了學生的創新精神、實踐能力和終身學習的能力。具體表現在以下幾個方面：本課程的合格率達到了95％以上，優秀率將近40％；有近50％的學生投入到該課程的研討式學習和科研課題研究中，6名同學在科技期刊上發表了科研論文；三屆畢業設計有13名學生做了該方向的課題，[7]其中3名同學取得了優秀畢業設計的成績；在兩屆全國大學生電子設計大賽中，2名同學選擇了該方向的創新設計并取得了優異成績；該方向的就業率和考研率都有很大提高，2005級以來三屆近400名畢業生中就有15名學生從事該方向工作，實現了我校該方向就業的零的突破，有近30名畢業生選擇該方向為研究生報考方向。
四、結束語
該課程的教學改革和實踐在教學質量和人才培養方面取得了一定的成績，但教學改革任重道遠，要培養出既具有理論知識基礎又具有較強實踐能力的適應時代的高素質應用人才，必須與時俱進地調整和充實教學的各個環節，協調和配合好教學體制和機制的多方面才能達到最佳效果。
參考文獻：
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