“电磁波与天线”课程“三位一体”实践教学改革探讨.docx

“电磁波与天线”课程“三位一体”实践教学改革探讨

朱卫刚薛红曹文权

［摘要］高等教育教学改革的本质目的是提高人才培养质量。实践教学作为高校工程教育的主阵地，是确保高校工程教育质量和提升学生解决复杂工程问题能力的关键环节。“电磁波与天线”课程理论性强、公式繁杂、概念抽象，实践教学对于形象展示抽象理论知识和激发学生学习兴趣方面具有独特作用和优势。聚焦学生电磁工程实践创新能力培养，分析了课程实践教学现状和问题，探讨了基于基础理论验证、模型虚拟仿真、实物效能评测“三位一体”的电磁工程实践教学改革与创新，给出了实践教学改革的典型案例，对于其他电磁类课程实践教学改革也具有借鉴意义。教学实践表明，基于“三位一体”的电磁工程实践教学有力推动学生在全国和校内创新竞赛中取得优异成绩。

［关键词］电磁波与天线课程；实践教学；三位一体

［中图分类号］G642.0［文献标识码］A［文章编号］1674-9324（2023）13-0000-04［收稿日期］2022-07-08

高等教育教学改革的本质目的是提高人才培养质量。新工科作为高等教育“紧缺人才培养”的重要抓手，是构建中国特色、世界水平的工程教育体系，加快推进中国从工程教育大国走向工程教育强国的重要举措。实践教学作为高校工程教育的主阵地，深化实践教学改革是确保高校工程教育质量和提升学生解决复杂工程问题能力的关键环节［1-2］。

一、课程的基本情况

“电磁波与天线”课程作为笔者所在院校新工科专业的重点建设课程，是分析和研究现代电子技术领域中各类电磁问题的理论基础。随着先进教育信息技术的发展，课程近几年的教学模式发生了很大变化，MOOC、在线课程、微课、SPOC教学、智慧教学等方式逐渐走进课堂教学，教学内容和教学方法也随之改革，新工科专业建设所面临的新形势和新要求，推动了实践教学改革向纵深发展。

（一）课程历史沿革

在2014年之前，笔者所在院校的电磁类核心课程包括“电磁场与波”“天线与电波传播”“微波技术基础”等三门课程，要在两个学期完成教学，课程教学内容多，时间跨度长。随着院校教育和人才培养模式的转变，电磁类课程体系也随之发生变化，理论教学内容进行了融合和优化，对实践教学条件进行了重新配置，并在国内首次设置了电磁类的唯一专业核心课“电磁波与天线”。

（二）课程实践教学内容体系

“电磁波与天线”课程以“高等数学”“大学物理”和“电路分析”等作为先导课程，为“通信原理”“微波通信”“卫星通信系统”等专业课程提供专业基础理论，成为笔者所在院校现阶段最为重要课程之一，在新工科电子与科学技术、通信工程专业课中起到承上启下的作用。课程实践教学内容体系包括电磁场理论实验、传输线与微波路实验、天线与电波传播实验三个部分，贯通电磁波从发射、传播、接收的全过程，全面培养学生电磁信息素养和工程实践能力。

（三）课程实践教学面临的问题

由于课程内容知识模块多且公式繁杂，概念抽象不易理解，原有课程实践教学与电磁理论的联系存在脱节现象，学生动手实验的参与度和积极性不高，对于典型的电磁工程问题探究缺乏兴趣，实践教学的效果得不到体现，具体问题表现为以下五个方面：一是面对课程抽象内容和繁杂公式，实践教学方法单一，学生学习兴趣低，自發学习电磁理论的内在动力不足，导致理论学习与实践应用脱节；二是实践教学内容陈旧，教学目标与岗位任职关联的不够紧密，缺乏电磁工程应用领域的针对性内容设置；三是实践教学考核缺乏形成性考核评价，最终考核以提交实验报告为主，影响了电磁工程实践能力生成的定量判定；四是实践教学中个性化的实验项目偏少，学生动手锻炼的机会不足，而且项目实践的时间偏短，不利于创新能力培养；五是电磁工程应用背景需求定位不准，软件虚拟仿真支撑偏弱，对于培养学生解决复杂工程问题所需的综合能力形成了限制。

二、课程实践教学的改革与创新

针对实践教学的这些问题，聚焦了新工科建设和发展的需求，按照“打牢基础实验，突出虚拟仿真，强化应用拓展”的思路实施教学，构建了“三位一体”电磁工程实践教学平台，着力实现“基础理论验证”“模型虚拟仿真”“实物效能评测”三步走的目标，形成了学员思维活跃、师生沟通顺畅、创新能力目标明确的实践教学氛围［3-4］。

（一）优化实践教学内容体系

新工科专业建设提出了工程教育要培养学生解决复杂工程问题的能力。课程将实践教学内容按照基础理论验证实验、虚拟仿真实验、实物制作及效能评测实验三个难度等级划分，包括电磁场、传输线及微波电路和天线实验三大类模块，贯通电磁波从发射、传播到接收的全过程，学生通过闯关升级式实验项目的检验，电磁工程实践创新能力也逐级提升。

（二）探索“虚实”结合教学方法

实验室是实践教学的主阵地，电磁虚拟仿真技术进步为实践教学采用“虚实”结合的教学方法提供了有力条件［5-7］。实践教学要以理论基础为