1、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:2022-02-21;修回日期:2022-05-28基金项目:福建省本科高校教育教学改革研究项目(FBJG20200100);福建江夏学院教育教学改革项目(J2021B002，J2018B016);福建江夏学院校外实践教学基地重点建设项目(19jxjd08，19jxjd09)第一作者:李小燕(1982)，女，博士，教授，主要从事电磁学和光电材料与器件的教学和研究工作，E-mail:xyli fjjxu
2、 edu cn基于 PBL 的电磁场与电磁波课程教学改革探索李小燕余运龙(福建江夏学院 电子信息科学学院，福州 350108)摘要:“电磁场与电磁波”课程作为电子信息类专业的专业基础课，教学内容具有理论性强、公式繁杂、概念抽象等特点，难教亦难学。根据该课程教学内容的特点，对该课程的教学方法进行创新性的探索，提出 PBL 教学法并于课堂实践，致力于激发学生的学习热情，增强学生的学习自觉性和积极性，提升课堂的教学效果。关键词:PBL 教学法;电磁场与电磁波;教学改革中图分类号:G642 0文献标识码:A文章编号:1008-0686(2023)03-0039-04Discussion on Educ
3、ational eform on the Course of ElectromagneticField and Electromagnetic Wave Based on PBL ModeLI XiaoyanYU Yunlong(College of Electronics and Information Science，Fujian Jiangxia University，Fuzhou 350108，China)Abstract:Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave is a basic course for electronic in
4、formation majors The teaching con-tent is characterized by strong theory，complicated formula and abstract concept，which is difficult to teach and learn Accordingto the characteristics of the teaching content of Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave course，the PBL teaching methodis innovativ
5、ely explored，and practiced in class This innovative exploration of curriculum teaching methods can stimulatestudents consciousness and enthusiasm for learning and enhance the teaching effectKeywords:PBL teaching method;electromagnetic field and electromagnetic wave;teaching reform随着科学技术的迅速发展，电磁理论的应用
6、深入信息类学科，尤其在通信、遥感、电气控制、雷达和光电等领域。“电磁场与电磁波”课程是福建江夏学院电子信息工程和光电信息科学与工程专业学生的专业基础课程之一，主要有矢量分析、静态/时变电磁场、电磁波、电磁辐射等内容1 4。但是该课程理论性强，不管是教师的“教”，还是学生的“学”，都有较大的难度。经验总结，该课程在教学中存在以下问题:课程教学过程中教师大多直接向学生教授事实性知识，偏重理论，对实际应用介绍较少;教师一般采用板书与多媒体幻灯片(PPT)相结合的讲授式教学法，学生以听为主，被动接受课程知识，没有深入思考的过程，“教”与“学”分离;课程内容抽象难理解，公式多，难度大，学生自主学习热情不
7、高。这些问题一直制约该课程获得良好教学效果，学生学习兴趣难以调动5。因此，如何提高该课程的教学质量与教学效果，增强学生的学习自觉性和积极性6，是教师在电磁课程改革探索与实践过程中遇到的难题。1969 年美国的神经病学教授 Barrows 在加拿大的麦克马斯特大学首创以问题为导向的 PBL 教学方法(problem-based learning，PBL)7 8，目前已成为国际上较流行的教学方法。PBL 教学法主要倡导学生为解决问题自主查阅课外资料，不断思考并归纳整理所学的知识，克服“我讲你听，我做你看”传统教学方法的弊端，让零碎的知识片化作整体知识链，触类旁通。因此，若将“PBL 教学法”应用于
8、“电磁场与电磁波”课程的课堂教学，可打破学生自主学习热情不高的现状，提高学生的自主学习以及分析问题、解决问题的能力，培养其科学探索精神9。下面就如何在“电磁场与电磁波”课程教学中实施“PBL 教学法”谈几点具体做法。1PBL 教学法设计方案1 1PBL 教学法的课堂模式PBL 教学法的课堂组织模式一般是采用讨论小组制，即由若干个学生(如 6 10 个)组成一个研讨小组。学生在整个学习过程是主体，是问题情境的主人，他们主动思考，分析问题，讨论问题，直至解决问题9。教师是学习过程的推进者，掌控课程的教学进度，确保达到授课计划要求的教学目标，让所有学生有效地完成规定工作，最终使学生在一个循序渐进的氛
9、围中理解知识，并实现学习的不断延续。以福建江夏学院 2016 级光电信息科学与工程专业(1)班学生为例，该班级总共 34 位同学。教师发布完教学任务后，学生以自愿原则组成5 个学习小组(6 7 人为一组)，每组安排一位学生担任组长。组长负责与教师沟通交流，分配好小组各个成员具体的工作任务，确保全员参与。1 2PBL 在课堂教学中的具体实施PBL 教学过程主要包括问题的设计和问题的实施。首先根据教学内容创设一个真实的问题情境，然后教师和学生在分析问题情境的基础上确定所要研究的问题，并赋予学生问题解决者的角色。接着各学习小组对问题进行分析，提出解决该问题的各种可能方案，小组成员分工合作收集相关信息
10、并对信息进行分析、整理、评价，把整理后的新信息和已知的信息进行整合，最后得出一个可行性的问题解决方案。学生在问题解决后，还要进行总结和反思，从而学习问题背后的科学知识，拓展思维，培养创新意识和合作精神，具体流程图如图 1 所示。图 1PBL 教学基本流程1 3PBL 问题的设置和提出在整个教学实施的过程中，选择什么样的问题十分关键。应当认识到，PBL 中的问题是复杂的，而不是简单的一问一答，所选的相关问题既要能调动学生学习的兴趣与积极性，又要保证其教学目标的实现及相关能力的培养，难易要适当。这就要求教师对问题进行精心设计，一般需注意以下几个方面:(1)PBL 中的问题需贴近实际生活。“电磁场与
11、电磁波”课程教学内容抽象，纯粹进行理论教学，学生学习起来往往感觉非常枯燥，学习兴趣不高，效果也不好。若把教学内容与实际生活联系起来，比如手机电磁辐射、电磁炉加热食物的原理等问题，把待解决问题建立在学生生活体验上，不仅能激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性，也能让学生学会自主寻求解决问题的方法，有助于打破学科知识的壁垒，让知识“活”起来。(2)PBL 中的问题可联系专业实践。很多学生对一门课程的学习都有存在“这门课我学来做什么?我不知道它们有什么用”这样类似的问题，导致学生对该门课程的学习兴趣度不够高。因为他们学习目的性普遍较强，对于一个新学的内容，总是先看它是否对将来就业或专业实践有用，为
12、此问题若结合专业实践的内容设置，则容易调动学生的学习热情。例如:针对福建江夏学院光电专业的特点，把“电磁场与电磁波”与电子技术课程设计相结合，从软件仿真、实物制作和实践活动三个方面对课程实践环节进行建设与研究，培养学生机械制图、PCB 板制作、电磁仿真等方面的能力等，为今后就业及其专业领域内深造打下基础。(3)PBL 中的问题应具关联性与发展性。问题设计过程中要考虑到学科知识的关联性与完整性，可将一个单元或者一个专题联系起来，复杂问题情境需要学生自己去查询、收集、询问和思考与问题相关的信息与资料，发现问题的症结，对整个问题进行综合的分析和思考，然后得出可行的解决方案。另外问题又应具有发展性，可
13、有助于学生知识面的拓展。例如:麦克斯韦方程组知识点的学习，学生需要建立电场与磁场统一物理场景，从其诞生的背景、形式、推导、理解等情况进行分析并且拓展其应用，如电磁科技前沿 电磁隐身衣的基本原理(麦克斯韦方程组的空间协变性)。2“电磁”课程 PBL 教学法应用2 1课题实践在 PBL 教学法中，为了给学生指明学习的方向，提高其学习的兴趣，要求教师在备课时根据课程的具体内容，找到最佳节点来设置相关问题9，引导学生主动思考并解决问题，以加深学生对知识的理解。知识来源于生活，应用于生活，学生才能有真实的体检。以福建江夏学院 2016 级光电信息科学与工程专业一班学生学习电磁场与电磁波中第五章中第二节“
14、电磁波的极化”课程内容为例，教师采用 PBL 教学法流程示意图如图 2 所示。教师结合教学内容的教学目标，抛出天线极化特性的工程实例，提出相关实际问题“同学们对了解手持式广播的天线了解吗?随着广播天线的指向变化，为什么输出声音的清晰度产生明显变化?”针对该04电气电子教学学报第 45 卷问题，班级34 位学生分成 5 个学习小组，分别收集资料信息，然后再在课堂上讨论得出结论。在这个学习的过程中学生既拓展了知识，认识了“天线”(天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没有天线也就没有无线电通信)，又对电磁波的极化有感性的认识(极化可解释为电场矢量振动的方向，一般手持式广播的天线为鞭天线 线
15、极化天线，而我国调幅广播信号为线极化波，当把广播天线指向调整与来波极化方向一致时，广播的输出声音最为清晰10)。在探讨的过程中，教师适当抛出“什么是波的极化?为什么要研究波的极化?怎样描述波的极化?怎么样辨别波的极化方式?”这四个关键的问题，让学生充分掌握这节课的教学目标。另外，延展探讨电视发射天线应该怎么放置(电视采用平行极化方式，发射天线应与大地平行)、为什么采用平行极化方式(工业电磁干扰多为采用垂直极化，采用平行极化有利于抗干扰等)等问题，进一步拓展学生知识面。为了增强学生对电磁理论知识的感性认识，结合电子技术课程设计，利用电磁仿真(图3)和制作三维立方 LED矩阵演示电磁波的极化以及天
16、线等，使抽象概念变得可视而具体，让整个教学过程变得新颖、活泼、生动，富有趣味，有利于提高学生的综合素质能力。图 2电磁波极化 PBL 教学法示意图图 3Matlab 仿真演示左旋圆极化波2 2教学反思PBL 教学法在“电磁场与电磁波”课程中实施的优点是学生除了理解和掌握课本知识，还可拓展和运用知识;平时不太认真听课或基础差的学生也能参与讨论，提高学习积极性。但是该教学法也有明显的不足之处:课堂长时讨论容易使教学内容进展较慢;PBL 法需学生自主高度配合，对学生要求较高;要求教师储备足够“知识量”，适时引导学生，才能保证课堂教学质量。针对这些不足，可采取下列策略:提前制定有针对性的讨论提纲，即可以提前告知学生需讨论的电磁问题，预留给学生查找信息资料的时间;教师认真观察学生的表现，要善于调动学生的积极性，控制课堂节奏，及时与学生沟通交流，督促全员学生参与讨论;教师需要精心备课，大量查阅与课题相关的文献资料，不断提高专业水平。3PBL 教学综合评价在 PBL 教学中，传统以期末考试成绩单一的评价方式已不适用评价教学效果。为了真实全面评价学生的课程学习效果，通常采用多角度评价方式相结合的课程综
