基于CDIO理念的电磁场人才培养改革初探

唐红艳+骆无穷+包永芳

（电子科技大学，四川 成都 611731）

摘要：电磁场方向人才培养模式是电子科学与技术学科人才培养的重要的研究方向之一，CDIO教育理念是以学生为中心的工程应用能力培养的一种有效模式。本文将CDIO教育理念应用于电磁场与电磁波课程教学活动中，针对传统教学存在的不足，围绕教学方法、课程实验教学、项目驱动教学等方面进行了初步探讨，提出了一些经验总结。

关键词：电磁场方向；CDIO理念；人才培养

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）26-0143-02

一、引言

电磁场方向人才培养模式是电子科学与技术学科人才培养的重要的研究方向之一。电磁场与微波技术类课程是电子、通信以及物理电子等专业的专业基础课程或专业方向课程。以《电磁场与电磁波》这门课程为例，该课程实际应用很广，是一门理论性很强的专业基础课，起到承上启下的重要作用。因此如何提高该课程的教学质量和效果，是教学者在改革探索和实践过程中遇到的难题，也是值得进一步深入研究的课题。

CDIO教育理念是以学生为中心的工程应用能力培养的一种有效模式[1]。CDIO教育模式不仅重视培养学生的基础理论、专业技能，在工程领域的情境中展开教学活动，还重视培养学生的创新实践能力、团队合作意识以及沟通交流能力[2，3]。

为结合电子科技大学教学综合改革试点工作，对电磁场方向人才培养模式进行改革，拟开展对基于CDIO教育理念的电磁场方向人才培养模式的初步研究。具体以《电磁场与电磁波》课程为例，针对该课程教学的具体情况，为提高人才培养质量，提升学生的学习积极性和教学质量，运用CDIO教学理念，从教学方法、课程实验教学及项目驱动教学等方面进行了初步探索与实践。

二、CDIO理念与电磁场人才培养的融合

1.教学方法研究。CDIO教育理念重视培养基础理论和专业技能[4]，而良好的教学方法可以起到事半功倍的效果。因此有必要对不同的教学方法进行实践研究。

类比教学法是一种行之有效的方法。《电磁场与电磁波》整个课程体系中都存在对立统一的关系，通过对不同知识点的类比，学生可以体会到课程的精髓。类比包含两个方面的类比，一是课程之间的横向类比，另一个是课程自身知识点的纵向类比。横向类比如《电磁场与电磁波》与《大学物理》相关知识点的类比，虽然有部分知识有交集，但并不是简单的重复，因此，要明确它们之间的联系与区别。教学中借助类比的方法，可以消除学生的疑虑，同时增强相关知识的理解。纵向类比是课程自身知识点的类比，如在时变电磁场中，电和磁是紧密联系的两种现象，具有相似的宏观现象，因此可以运用类比的教学方法，讲解电介质的极化现象与磁介质的磁化现象、电场的位函数与磁场的位函数、并且利用电磁对偶关系，深入理解电磁现象，加深对其物理本质的理解。采用类比的教学策略可以形象、直观地教学，启发学生的创造性思维。

探究式教学的设计与实践也能很好地激发学生的学习积极性。在授课前，教师可以根据教学内容设置一个相关的应用情境，并布置课后需要查阅相关资料，之后尝试用电磁场与电磁波的知识进行解释，激发学生的探究欲望。在进行探究式教学的双向活动中，以学生为主体，教师为主导，师生良好互动，探究问题本质。教师及时引导学生自行讨论和思考，对学生思维中的模糊认识进行探讨，在互动交流中大胆质疑和解疑。教师引导学生进入正确的探究路径，并让学生感受到自我探索的乐趣。

2.课程实验教学。“纸上得来终觉浅”，在传统的理论课堂教学中，学生大多数只是被动接受知识，学习兴趣不浓。为了使学生直观生动地理解各种不同电磁场理论模型，可以将Matlab、HFSS等软件的应用引入到《电磁场与电磁波》课程的实验教学中。通过仿真各种电磁场模型结果，可以将抽象的理论模型及相关特性都生动直观的可视化，增强了学生理论与实践结合的能力，达到了改善教学效果的目的。

例如在学习矢量场时，可以利用Matlab绘制不同三维矢量场的静态和动态分布图；在学习均匀平面波时，可以绘制均匀平面波在无耗和有耗媒质中传播时的电场和磁场分布图；在学习矩形波导时，可以利用HFSS绘制矩形波导的主模和高次模的电磁场分布图；在学习电磁辐射时，可以利用HFSS绘制电流元的电场和磁场分布图以及半波振子的方向图分布。通过实验教学，可以大大提高同学们的空间想象力和对这部分知识的理解。

电磁仿真实验平台可以有效地把理论教学和仿真实验教学结合起来，不仅可以使学生更好地理解课程的基本原理，掌握分析方法，还可以通过直观的三维结构，提高学生的学习效率，提高他们的学习积极性，让被动的接收变成主动的思考与总结，发挥学生的主体地位，为以后的工程实践打下基础。

3.项目驱动教学。CDIO教育模式更加强调在工程领域的情境中展开教学活动，重视培养学生的创新实践能力、团队合作意识以及沟通交流能力[5，6]。

在已实施的教学实践中，首先将课程分解为多个可应用的知识单元，每个知识单元对应一个或几个训练项目，然后根据实践提炼出需要用所学的理论分析和设计的训练项目，每个训练项目对应具体的知识和能力训练目标。在讲授相关内容之前，把对应训练项目发布给学生，提出要解决的关键问题。待相关内容讲授完毕后，把学生分成若干小组，以小组为单位，完成训练项目。在项目实施过程中，学生需要搜集资料、查找文献，分析讨论，归纳总结，撰写小论文，制作PPT并上台讲解和演示，最后由教師评分并计入平时成绩。相关训练项目包括矢量场环境下的特性分析、同轴线单位长度电容和电感的计算、矩形波导的场分布分析、半波振子天线的设计与分析等。

这种方法能有效地激发学生学习热情和学习动力，小组合作学习培养了学生团队精神，口头表达有针对性地培养了学生的沟通交流能力，大多数学生对此有很高的积极性。

通过项目设计将所学课程系统有机地结合起来，可以有效地把《电磁场与电磁波》的理论知识应用到工程实际中来，帮助学生获得一些基本的解决实际工程问题的经验，对工程设计建立一个直观、整体的认知，理解理论和工程实践之间的关系。

三、结束语

CDIO教育理念是以学生为中心的工程应用能力培养的一种有效模式。将CDIO理念融入电磁场方向人才培养，可以加快理论知识的消化理解速度，缩短理论与实践的距离，培养学生从实际问题中抽象出理论问题的能力。本文围绕教学方法、课程实验教学、项目驱动教学等方面进行了初步探讨，为培养学生专业技术应用能力、自主创新能力提供了有益探索。

参考文献：

[1][美]克劳雷，等，著.重新认识工程教育：国际CDIO培养模式与方法[M].顾佩华，等，译.北京：高等教育出版社，2009.

[2]顾佩华，包能胜，等.CDIO在中国（上）[J].高等工程教育研究，2012，（3）：24-25.

[3]王天宝，程卫东.基于CDIO的创新型工程人才培养模式研究与实践[J].高等工程教育研究，2010，（1）：25-31.

[4]查建中，徐文胜，顾学雍，等.从能力大纲到集成化课程体系设计的CDIO模式——北京交通大学创新教育实验区系列报告之一[J].高等工程教育研究，2013，（2）：10-23.

[5]徐武雄，钟东.基于CDIO的电子信息工程人才培养模式研究[J].中国教育技术装备，2013，（18）：84-86.

[6]张克声，李纯，郭晟男，蒋学勤.CDIO工程教育模式下电子信息类专业教学改革的研究[J].信息通信，2014，（12）：259-260.