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“专题研究”在《电磁场与微波技术》

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 334次

 

课堂教学中的应用

周雪芳, 魏一振, 卢旸

(杭州电子科技大学通信工程学院 浙江杭州 310018

 

摘要:针对《电磁场与微波技术》课程理论性强、公式繁多和概念抽象难懂等特点,探讨将 “专题研究”的教学模式用于本课程的部分课堂教学中,旨在培养通信工程专业学生的初级科研能力,紧紧抓住“专题研究”这个“牛鼻子”,让大学生到“电磁场与电磁波”的“大观园”中逛一逛,从而提高学生学习电磁场与电磁波的学习兴趣和学习效果。

关键词专题研究;课堂教学;教学改革;电磁场与微波技术

中图分类号G642,421     文献标识码B            文章编号

 

一、引言

国务院办公厅201554日颁布的[2015]36号文件中强调“各高校要广泛开展自发式、讨论式、参与式教学,扩大小班化教学覆盖面,推动教师把国际前沿学术发展、最新研究成果和实践经验融入课堂教学。”浙江大学的电子电路分析基础课程、清华大学的基础力学课程、同济大学的工科物理课程等都开展了研究性教学模式的教学实践[1]。构建新型教学模式,提高课堂教学水平、教学质量和教学效果迫在眉睫,具有重要的现实意义。

“专题研究”[2]是围绕某一学术主题展开深入研究。参与的学生可根据各自的兴趣爱好和能力与在校的同学、学校老师或家长等组成一个研究小组然后选定一个主题,从而开启一系列与专题相关的有意义的研究活动。“专题研究”过程包括收集相关资料、整理材料、分析材料、综合想法、独立思考等,最后得出专题相关的结论或推导出新的知识。在进行专题研究的过程中,学生可以单独进行或与其他同学合作探究。“专题研究”这种教学方法在美国高等学校课程教学中应用很普遍,但国内应用较少。主要原因是,国内教学班大,指导工作量大[3]

《电磁场与微波技术》是我校通信工程、通信工程卓越班、信息工程和信息对抗技术专业的专业基础课,其培养目标是为从事光纤通信、移动通信、雷达测试、天线设计和卫星通信等领域打好电磁波方面的理论基础。在我校通信工程卓越班20位学生的小班化教学中,围绕“学生为中心,教师作引导”的教学理念进行“专题研究”式的课堂教学探索与实践。

二、“专题研究”的特点及要求

“专题研究”的特点是在以“研究”为前提和重点,突出以“各个专题的形式”切入到课程的部分课堂教学中[5]。任课教师采用“专题研究”这种教学模式,以“主动培养学生的创新研究意识、拓展学生的创业研究能力和提高学生的创新创业能力”为主,在课堂教学中通过专题教学过程,引导学生去查阅资料、做好课前研究性学习准备,做到课堂上主动讨论专题的汇报能力,从而使学生主动去掌握课程大纲要求的知识点,是一种变被动学习为主动学习的教学活动。

“专题研究”较传统的课堂组织形式而言,课堂在教师的精心设计和指导下,通过不同难度的专题来充分调动每个学生的学习主观能动性、学习积极性和养成一个良好的学习习惯,对本课程的理论知识点进行有条理的构架,最终目标是使学生能独立自主地对本学科的知识进行大胆地探索和有效地学习。但这种教学模式对老师和学生也有了如下新的高要求。

专题问题的探究性。教师针对课程所设计的专题要特别强调“专题问题对知识点的针对性和探究性”。问题以专题形式呈现,在同一个主题下设有不同层次的小问题,每个小问题紧紧相扣形成问题链。

学生参与的能动性。在教学过程中要充分发挥学生的积极性参与到专题的讨论中来,这也要求教师在设计专题时难易程度要适当,且与学科当前的发展趋势紧密相连。

三、具体实施方法举例

以“动态场”为例,详细说明“专题研究”的具体实施过程。“动态场”这章节的主要内容有电磁感应定律、位移电流、麦克斯韦方程组、时变电磁场的边界条件、坡印廷定理和坡印廷矢量。这一章内容公式很多,按照以前的讲解方法比较枯燥,且学生不太容易理解和掌握。

(一)专题的设计与实施

首先来整理一下这章内容,很容易发现本章节的内容是围绕“电场和磁场之间的相互作用和关系”展开的,电磁感应定律是科学家法拉第发现的,位移电流和麦克斯韦方程组是麦克斯韦提出的,坡印廷矢量和坡印廷定理是科学家坡印廷建立,与本章知识点有关的科学家有:法拉第、麦克斯韦和坡印廷。

教师方面:

1)在专题研究课堂教学实施前,教师借助网络教学平台上传本章节知识点的脉络和详细的讲课视频,本章知识点的结构体系如图1所示。

2)对学生进行分组,把20个学生分成5组,每组4位同学。分别为法拉第小组、麦克斯韦小组、坡印廷小组、赫兹小组和马可尼小组,每个专题的研究内容如图2所示。

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变化的磁场产生电

麦克斯韦

变化的电场产生磁场

电现象

磁现象

法拉第

时变电磁场

时变电磁场基本方程

波动方程与位函数

场的唯一性定理

时变场的能量及功率

麦克斯韦

坡印廷

                     1 “动态场”知识点结构图

学生方面:

1)课前登录网络教学平台,抓住章节的知识脉络和视频教学过程中的重点及难点学习教学视频。

2)组内分工查阅文献,熟悉专题。

3)组长在组内组织学生开展讨论和汇总,以备课堂讨论和学习。

课堂组织:

1)老师先把这章知识点的主线串起来:变化的磁场产生电场------变化的电场也产生磁场------时变电磁场------时变电磁场基本方程(Maxwell方程组)------时变电磁场能量的传输------时变电磁场不同媒质间的传输------时变电磁场的波动方程。

2)每个知识点对应的专题展开讨论与学习,如第1-2学时中安排法拉第组和Maxwell小组派代表上台讲解,时间分别控制35分钟左右,剩余10分钟全体学生参与讨论。 第3-4学时中坡印廷小组和赫兹小组派代表上台汇报,时间分别控制在40分钟左右。第5学时马可尼组派代表上台介绍,时间控制在35分钟左右。第6学时老师总结学生的讨论,并答疑和详细讲解学生迷惑的知识点。

课后学生再针对性地做点课后习题,巩固和加深对知识点的理解,也可以在条件允许的情况下进行实验测试和课题设计。

 

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Maxwell专题小组


法拉第专题小组


专题1:我所了解的法拉第


专题2:法拉第偶遇电磁学


专题3:我所了解的电磁感应定律


专题4:电磁感应定律的应用案例


专题1:“电磁学之父”Maxwell


专题2Maxwell与位移电流


专题3:趣谈Maxwell方程组


专题4Maxwell如何建起电磁学大厦


坡印廷专题小组


专题1:坡印廷生平趣事


专题2:趣谈坡印廷定理及坡印廷矢量


专题3:坡印廷定理应用介绍


赫兹专题小组


专题1:我所了解的科学家赫兹


专题2:赫兹与电磁波


专题3:赫兹与光电效应


马可尼小组


专题1:“无线电之父”马可尼


专题1:探索“电报”发明之路

专题3:电磁波传播规律

2 “动态场”章节分组及专题设计

(二)考核方式

基于“专题研究”的教学模式,要求学生利用大量的课外时间来查阅资料、学习教学视频和研究文献,在考核方式上也进行了很大的改变,改变以前那种“重考试轻能力”的弊端,结合本课程的教学实际情况,该课程的考核方式是“60%平时成绩+40%期末成绩”,60%平时成绩主要是课堂上的表现、组内的执行情况、网络平台的学习时间统计和平时的报告。40%的期末成绩来自闭卷的期末考试,考试题型偏主观实际分析。

四、结语

“专题教学”这种教学模式较传统的教学,取得了较明显的效果:首先是提高了学生查阅文献获取知识的能力;其次是将枯燥的知识点贯穿于每位科学家的研究背景中,学生能达到学以致用的目的,为学生开展创新创业教育提供思路;最重要的是调动了学生学习的积极性,变被动学习为主动学习,是值得推广的一种实用的教学模式。

 

参考文献

[1] 刘鑫,张文祥,边莉。电磁场与电磁波研究性教学模式的探索与实践[J]。高师理科学刊,2015351):87-89.

[2] 迈克尔·普洛瑟,基思·特里格维尔著,潘红,陈铿明译。如何提高学生学习质量[M]。北京:北京大学出版社,2013.7.

[3]  陆国栋,何钦铭,张聪.强化过程、深化互动的教学方法改革[M]。浙江:浙江大学出版社,2013.5.

[4] 冯恩信.电磁场与电磁波(第3版)[M]。陕西:西安交通大学出版社,2013.7.

[5] 全华凌,刘国英.大学文学课专题研究型教学模式的构建[J]。长沙:当代教育论坛,2010,(6):74-76.

 

The application of “Special Topic”in the Classroom Teaching on Electromagnetic field and Microwave Technique


Zhou Xuefang, Wei Yizhen, Yang Guowei, Bi Meihua,Lu Yang, Hu Miao

College of Communication engineering,HangZhou Dianzi University,Hangzhou Zhejiang 310027,China

Abstract: According to the characteristics of the course, “Electromagnetic Field and Microwave Technique”, is very theoretical and various formulas and concept abstract, this paper provides some special topic modes for this course teaching activates to develop students’ primary research ability. Meanwhile, we also need to tightly catch the most important point of 'special topics', which can make the undergraduates take a walk at the grand view garden of 'Electromagnetic field and electromagnetic wave', hence improving the  interest and  effect of student for learning the course of electromagnetic field and electromagnetic wave.

Key words: Special topic;Classroom Teaching;teaching reform;electromagnetic field and microwave technique

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