工程教育背景下“电磁场与电磁波”教学改革_马晶.pdf

第 45 卷第 3 期2023 年 6 月电气电子教学学报Journal of Electrical and Electronic EducationVol 45No 3Jun 2023收稿日期:2022-06-02;修回日期:2022-10-19基金项目:兰州理工大学高教研究项目(GJ2019B 53);面向新工科的信号与信息系统系列课程改革(E DZYQ20201402)第一作者:马晶(1983)，女，硕士，讲师，主要从事“电磁场与电磁波”课程的教学和模式识别与智能系统的研究工作，E-mail:401215170 qq com工程教育背景下“电磁场与电磁波”教学改革马晶马永强黄玲王平(兰州理工大学 电气工程与信息工程学院，兰州 730050)摘要:在工程教育专业认证背景下，围绕“是什么、为什么和如何做”，探索“电磁场与电磁波”课程的教学改革。立足社会需求、学校定位及专业特色确定课程目标，明确“是什么”，清楚“为什么”;通过重构教学内容、优化教学设计、改革教学方法、提高教学手段、丰富教学资源、构建多元化评价体系探索“如何做”。着力培养学生解决复杂工程问题的能力。通过改革“电磁场与电磁波”课程已建成甘肃省一流本科课程。关键词:电磁场与电磁波;工程教育;专业认证;教学改革中图分类号:G642文献标识码:A文章编号:1008-0686(2023)03-0010-05Teaching eform of Electromagnetic Field and ElectromagneticWave Course under the Background of Engineering EducationMA JingMA YongqiangHUANG LingWANG Ping(College of Electrical and Information Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China)Abstract:Under the background of engineering education certification，this paper explored the teaching reform of ElectromagneticField and Electromagnetic Wave course centering on“what，why and how”“What”and“why”are analyzed clearly based onsocial needs，school orientation and specialty characteristics“How”is explored by reconstructing the teaching content，optimi-zing the teaching design，reforming the teaching method，improving the teaching means，enriching the teaching resources and es-tablishing multi-assessment system The reform focused on developing students ability to solve complex engineering problemsThrough the reform，the Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave course has become the first-class course in GansuProvinceKeywords:electromagnetic field and electromagnetic wave;engineering education;professional accreditation;teaching reform2016 年我国正式加入国际工程教育华盛顿协议 组织，实现了工程教育质量认证体系的国际实质等效1，工程教育专业认证成为高校工程类专业保障教育质量2、实现工程教育国际化的主要途径，是我国高校工程类专业建设的重要工作。电子信息产业是国民经济的战略性、基础性和先导性支柱产业，电子信息类实用型人才的培养储备已成为产业升级转型的关键。工程教育专业认证为电子信息类人才培养提供了新的培养模式，也为电子信息类专业建设与课程改革指明了新的方向。“电磁场与电磁波”是电子信息类专业本科生必修的核心专业基础课3，是学习“微波技术”“天线”“光纤通信”等后续课程的基础。电磁理论是交叉学科的生长点，也是新兴边缘学科以及前沿学科发展的理论基础，对培养工程教育背景下宽口径、创新、实用型人才起着重要的支撑作用。如何在工程教育专业认证背景下进一步深化“电磁场与电磁波”课程改革，提高教学质量，支撑电子信息类专业人才毕业要求和培养目标的达成，是本文要探讨的问题。1教学改革思路工程教育专业认证倡导“以学生为中心、产出导向、持续改进”的教育理念4，其中，产出是指学生的学习成果，包括学生的知识、技能与素养。在这三大教育理念下，强调以社会需要学生具备的学习成果产出为起点反向设计人才培养方案和培养过程，以专业应该使学生具备的学习成果产出为培养目标开展教学活动，以学生实际获得的学习成果产出为依据评价教育教学质量。在工程教育背景下，任课教师要搞明白“是什么、为什么和如何做”，即课程的学习能够让学生获得的学习成果是什么、为什么要让学生取得这样的学习成果，并思考如何帮助学生有效地取得这些学习成果、如何评价学生是否获得了这些学习成果以及如何保障学生能够取得这些学习成果。工程教育专业认证是以培养目标和毕业要求的达成为导向的人才培养模式5，是一个反向设计、正向实施、持续改进的过程。以学生需要具备的学习成果产出为起点反向设计人才培养方案和培养过程，任课教师要参与其中，清楚设计的初衷与过程。而毕业要求以及培养目标的达成则是正向实施的过程，需要学校、专业、任课教师及用人单位依据培养方案在具体的教学活动中落实、评价和反馈，并建立持续改进机制，形成闭环教学质量管理体系，保障人才培养质量的不断提升。在这一过程中，任课教师首先要在实施教学活动前深入分析“电磁场与电磁波”课程支撑的毕业要求指标点，明确该课程应该让学生获得的学习成果是什么，依此确定课程的教学目标，并清楚为什么要让学生取得这样的学习成果;在明确“是什么”和“为什么”后，以课程目标的达成为目标，围绕本课程应该使学生具备的学习成果如何获得、如何评价以及如何保障，深入开展全方位教学改革。2明确是什么，清楚为什么兰州理工大学电子信息科学与技术专业设立于 2001 年，至今已向社会输送电子信息类专业人才 2000 余人。本专业 2013 年入选甘肃省高等学校特色专业，2019 年入选甘肃省一流专业、国家级一流专业，2021 年通过工程教育专业认证。依据最新发布的邱均平版中国大学及学科专业评价报告(2021 2022)，本专业的专业等级为 5，专业排名在中国大学本科教育电子信息科学与技术专业排行榜中位居第 96。长期以来，专业紧跟社会经济和信息技术发展，面向国家经济、行业技术发展的中长期规划，聚焦我国芯片产业发展，特别是西部地区的战略需求，着力培养能够综合运用专业知识解决电子信息领域复杂工程问题的宽口径、创新、实用型电子信息类专门人才。作为西部地方高校，兰州理工大学电子信息科学与技术专业是西部地区电子信息类人才培养的重要基地。本专业紧密围绕芯片产业链以及现代电子信息系统领域对本专业技术人才知识、能力和素养方面的需求，并结合本专业在智能信息感知方向的专业特色制定人才培养目标，与我国西部地区最大的集成电路封装、测试基地 天水华天科技股份有限公司开展校企合作，培养能够服务地方经济、适应现代信息技术发展，从事集成电路、通讯、计算机应用等领域生产、设计、研发及管理等工作，具备良好人文素养、团队协作及沟通能力，具有远大理想、家国情怀、创新精神和国际视野的宽口径、实用型工程技术人才。围绕上述培养目标，基于工程教育专业认证标准(以下简称标准)中 的 12 项 基 本 要求7 8，结合上述社会需求、专业特色将其分解为便于在教学中落地且易于开展达成度评价的毕业要求指标点，制定了兰州理工大学电子信息科学与技术专业本科生的毕业要求，并依据毕业要求指标点制定本专业的人才培养方案，设置了本专业课程体系，确定了各教学环节对毕业要求指标点的关联矩阵。依据兰州理工大学电子信息科学与技术专业本科生培养方案，“电磁场与电磁波”课程主要支撑学生在工程知识、问题分析和研究三个方面的毕业要求达成，具体支撑的毕业要求指标点如表 1所示。表 1本课程支撑毕业要求指标点毕业要求毕业要求指标点1 工程知识毕业要求 1 2:具备电子信息领域相关工程基础知识，为解决电子信息复杂工程问题提供基本理论和方法。2 问题分析毕业要求 2 2:能够应用电子信息理论和技术方法，对复杂工程问题的关键环节进行正确表达。4 研究毕业要求 42:能够运用科学原理，结合工程实际，设计实验方案，构建实验系统，安全开展实验。毕业要求指标点反映社会对本专业人才知识、能力和素养的需求，是学生需要具备的学习成果。深入分析“电磁场与电磁波”课程支撑的毕业要求指标点，本课程的学习必须支撑学生对电子信息领域工程基础知识的获取，为解决电子信息复杂工程问题提供基本理论和方法，对复杂工程问题的关键环节进行正确表达，结合工程实际设计实验方案、构建实验系统并安全开展实验。作为电子信息类本科生的核心专业基础课，“电磁场与电磁波”是学生学习“微波技术”“天线”“光纤通信”等后续课程的基础，对本专业课程体系起着重要的支撑作用。在信息技术飞速发展的今天，电子信息类人才必须紧跟信息技术新发展，电磁理论是交叉学科的11第 3 期马晶，等:工程教育背景下“电磁场与电磁波”教学改革生长点，同时也是新兴边缘学科和前沿学科的理论基础，大量电子信息领域新技术及复杂工程问题中均涉及“电磁场与电磁波”课程基本理论方法。因此本课程的学习对培养宽口径、创新、实用型电子信息类专门人才有着重要的支撑作用。通过上述分析，明确了“电磁场与电磁波”课程应该让学生获得的学习成果是:掌握电磁场与电磁波的基本概念、规律及分析方法，了解其在电子信息领域的工程应用、学科前沿以及我国在该领域取得的成果、存在的技术瓶颈等;能够对电子信息领域复杂工程问题的关键环节中存在的电磁现象、电磁问题进行正确、合理的表达、分析及计算;能够结合工程实际，运用电磁场与电磁波的基本理论、方法科学合理地设计实验方案、构建实验系统，安全开展实验，分析实验数据及实验现象。着力培养学生解决复杂工程问题能力，帮助学生树立担当意识和创新意识，厚植爱国主义情怀。据此，本课程以毕业要求指标点的达成为目标，根据“电磁场与电磁波”的课程地位及知识特点，确定了课程教学目标，如表 2 所示。表 2本课程教学目标及其对毕业要求指标点的支撑课程目标内涵课程目标1:掌握电磁场与电磁波基本概念、基本性质、基本分析计算及实验方法，了解电磁场与电磁波工程应用及学科前沿。知识目标课程目标 2:能够运用基本理论方法揭示宏观电磁现象本质，对电子信息等相关领域复杂工程问题及学科前沿中关键环节的电磁现象、电磁原理进行正确、合理的表达、建模计算及实验设计分析。能力目标课程目标 3:能够运用电磁场与电磁波基本理论方法科学决策、团队协作，具有较强沟通、表达、创新能力。素质目标课程目标4:培养具有家国情怀，勇担电子信息专业人才使命担当，勇于创新的社会主义接班人。思政目标同时基于对本专业培养目标、毕业要求及其指标点制定过程的认识，深入理解到本课程教学目标的达成对本专业毕业要求指标点以及培养目标的支撑，清楚了为什么要让学生取得这样的学习成果。如何获得、评价及保障这些学习成果则要通过深化教学改革来落实。3深化教学改革，探索如何做