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關(guān)鍵詞:工程電磁場(chǎng)教學(xué);科研項(xiàng)目;教學(xué)效果
作者簡(jiǎn)介:朱希安(1962-),男,黑龍江訥河人,北京信息科技大學(xué)信息與通信工程學(xué)院,教授。(北京 100101)
基金項(xiàng)目:本文系北京信息科技大學(xué)2012年度教學(xué)改革立項(xiàng)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):2012JGYB17)的研究成果。
中圖分類(lèi)號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-0079(2014)02-0062-02
工程電磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)與電磁波課程分別是電子信息工程和通信工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)骨干課程。為了使學(xué)生能夠?qū)W好和掌握這門(mén)課程,該門(mén)課程的教師費(fèi)勁了心機(jī),想盡了辦法,總的看教學(xué)效果都不夠理想。究其原因,一方面是該類(lèi)課程的學(xué)習(xí)的確困難,數(shù)學(xué)公式繁多,對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高,同時(shí)電磁場(chǎng)與電磁波既看不見(jiàn)又摸不著,要求學(xué)生要有較好的空間想象力,加之教學(xué)方法主要以理論教學(xué)為主,沒(méi)有相應(yīng)的科研課題與之對(duì)應(yīng),學(xué)生得不到感性認(rèn)知,造成學(xué)習(xí)該門(mén)課程的目的不夠明確,學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性欠缺,影響了后續(xù)的微波技術(shù)、電磁兼容等課程的學(xué)習(xí),甚至影響了考研。為此急需將理論課程的學(xué)習(xí)與科研項(xiàng)目相結(jié)合,探索這類(lèi)課程教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合的方法、具體實(shí)施的步驟、理論課與實(shí)踐課的學(xué)時(shí)比例等問(wèn)題,為該類(lèi)課程的教學(xué)改革積累經(jīng)驗(yàn),提供第一手資料。
一、本科教學(xué)與科研項(xiàng)目結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)
1.有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自覺(jué)性
工程電磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)與電磁波課程的講授是諸多課程教學(xué)的難點(diǎn)之一。在教授該門(mén)課程的過(guò)程中,經(jīng)常有學(xué)生問(wèn)老師學(xué)習(xí)該門(mén)課程究竟有什么用?對(duì)以后找工作有什么幫助?每當(dāng)遇到這樣的問(wèn)題,即使老師講了許多應(yīng)用實(shí)例,學(xué)生仍很難得到感性認(rèn)知?;谏鲜鰧?shí)際情況,北京信息科技大學(xué)專(zhuān)門(mén)設(shè)立了研究課題。課題以國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)中的瞬變電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)二氧化碳專(zhuān)題研究作為基礎(chǔ),從2010級(jí)及2011級(jí)電子信號(hào)工程專(zhuān)業(yè)及通信工程專(zhuān)業(yè)的本科生中優(yōu)選5~10名左右的學(xué)生參與該項(xiàng)目的具體研究,以求使他們能夠提高對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波學(xué)習(xí)的興趣,增加該門(mén)課程的感性認(rèn)識(shí),深刻地理解和掌握本門(mén)課程學(xué)習(xí)的目的和意義,提高學(xué)習(xí)的自覺(jué)性。同時(shí),為探索本課程教學(xué)方法和實(shí)踐教學(xué)的改革積累經(jīng)驗(yàn)。
2.更好地鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力
科研項(xiàng)目所研究的內(nèi)容都是本學(xué)科、本專(zhuān)業(yè)急需解決的問(wèn)題,具有很強(qiáng)的綜合性,并在某種程度上需要?jiǎng)?chuàng)新。學(xué)生參與教師的科研項(xiàng)目,利用已學(xué)過(guò)的知識(shí),在教師的指導(dǎo)下獨(dú)立地解決問(wèn)題,可以培養(yǎng)、鍛煉獨(dú)立工作的能力。由于科研項(xiàng)目研究的都是本學(xué)科最前沿的問(wèn)題,學(xué)生難免會(huì)遇到?jīng)]有學(xué)過(guò)的理論或遇到?jīng)]有涉及的實(shí)際問(wèn)題,這會(huì)激發(fā)學(xué)生的自學(xué)熱情及挑戰(zhàn)困難的勇氣和創(chuàng)新精神??蒲许?xiàng)目涉及的內(nèi)容廣泛,需要項(xiàng)目組成員間的緊密協(xié)作和良好的溝通,在此過(guò)程中可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)、協(xié)作精神,提高處理問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和溝通能力。
3.有利于培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識(shí)
科研項(xiàng)目通常是分割成許多相互聯(lián)系和相互滲透的子課題。學(xué)生承擔(dān)的部分內(nèi)容是項(xiàng)目的有機(jī)組成部分,如果學(xué)生由于自身的原因完不成指導(dǎo)教師所布置的畢業(yè)設(shè)計(jì),某種程度上就會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目完成的進(jìn)度。學(xué)生迫于這方面的考慮就會(huì)增強(qiáng)責(zé)任意識(shí),起早貪黑,刻苦鉆研,克服困難,完成任務(wù)。
二、具體的實(shí)施過(guò)程和方法
1.學(xué)生的優(yōu)選
在教師的指導(dǎo)下,優(yōu)選出的本科學(xué)生與研究生多次見(jiàn)面、溝通,探討課題的研究?jī)?nèi)容、研究難點(diǎn)和與電磁場(chǎng)與電磁波類(lèi)課程的關(guān)系,使學(xué)生真正了解所學(xué)課程的用武之地,激發(fā)他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和自覺(jué)性。例如:研究生的研究課題中有:重疊回線裝置的水平層狀介質(zhì)的一維正演解釋方法研究、中心回線裝置的水平層狀介質(zhì)的一維正演解釋方法研究、瞬變電磁信號(hào)消噪方法研究、中心回線裝置的水平層狀介質(zhì)的一維縱向電導(dǎo)解釋方法研究等。通過(guò)上述過(guò)程,從研究生的研究課題中,減少研究?jī)?nèi)容和研究難度,確定本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目。例如:瞬變電磁信號(hào)小波閾值消噪方法研究、瞬變電磁信號(hào)不同小波分解層次消噪對(duì)比分析、瞬變電磁信號(hào)獨(dú)立成分分析消噪方法研究、瞬變電磁重疊回線裝置均勻半空間視電阻率的研究、瞬變電磁中心回線裝置均勻半空間視電阻率的研究、基于小波閾值的瞬變電磁信號(hào)去噪方法研究、不同小波基的瞬變電磁信號(hào)消噪對(duì)比分析等都是從研究生課題中縮減內(nèi)容和減少難度確定的。
2.指導(dǎo)過(guò)程的有效性
學(xué)生選定后,對(duì)教師而言即開(kāi)始了教學(xué)與研究項(xiàng)目結(jié)合、提升教學(xué)效果的實(shí)踐工作。教師從授課計(jì)劃到教學(xué)方法的改進(jìn),乃至教學(xué)管理部門(mén)——教務(wù)處的管理模式都應(yīng)該有相應(yīng)的調(diào)整。整個(gè)過(guò)程的每個(gè)環(huán)節(jié)均直接影響該項(xiàng)目的實(shí)施質(zhì)量。教師應(yīng)做到嚴(yán)格要求、整體把握、指導(dǎo)具體、科學(xué)有效。
在學(xué)生參加課題研究和上課的同時(shí),教師應(yīng)指導(dǎo)研究生與本科學(xué)生做好確定方案,在研究生的指導(dǎo)下查找相關(guān)的文獻(xiàn),擬補(bǔ)參與課題研究所需知識(shí)的不足,以便學(xué)生盡早進(jìn)入工作狀態(tài)。文獻(xiàn)檢索與應(yīng)用是科學(xué)研究的必備能力之一。合理利用文獻(xiàn)資料是了解前人成果、避免低水平重復(fù)的必要手段。然而,考慮到學(xué)生的能力和精力有限,加之大三時(shí)學(xué)習(xí)任務(wù)也較繁重,進(jìn)行大規(guī)模的資料檢索工作不太現(xiàn)實(shí),筆者的做法是指定部分關(guān)鍵性的專(zhuān)著和論文,要求學(xué)生查找和閱讀,以便他們迅速進(jìn)入狀態(tài),少走彎路。
3.與考研方向相結(jié)合,促進(jìn)考研率的提高
出于就業(yè)形勢(shì)的壓力和繼續(xù)深造的要求,很大一部分學(xué)生要參加考研。由于考研復(fù)習(xí)外語(yǔ)和數(shù)學(xué)與參加課題研究的時(shí)間有一定的沖突,處理不好會(huì)影響學(xué)生對(duì)參加課題時(shí)間和精力的投入。如果能將課題研究與學(xué)生的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)和考研后的研究方向相結(jié)合則可最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與課題研究的積極性。而且,如果他們現(xiàn)在所學(xué)習(xí)和研究的內(nèi)容就是他們碩士階段的研究方向,這對(duì)于考研的專(zhuān)業(yè)課考試和復(fù)試階段的口試都有極大的幫助,因此學(xué)生會(huì)投入極大的熱情和盡最大的努力學(xué)好電磁場(chǎng)與電磁波這類(lèi)課程,高質(zhì)量地完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。例如,筆者2013年度所帶的兩個(gè)學(xué)生所作的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是《瞬變電磁信號(hào)獨(dú)立成分分析消噪方法研究》和《瞬變電磁重疊回線裝置均勻半空間視電阻率的研究》。由于這兩個(gè)學(xué)生所做的畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容既與本人的科研項(xiàng)目結(jié)合,也是他們考研后導(dǎo)師的研究方向,在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中兩個(gè)學(xué)生非常地努力,克服了種種困難,出色地完成了畢業(yè)設(shè)計(jì),畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯獲得了優(yōu)秀成績(jī)。同時(shí),考研的專(zhuān)業(yè)課成績(jī)和復(fù)試的成績(jī)?cè)诳忌忻星懊?,分別順利地被北京郵電大學(xué)和中科院錄取為碩士研究生,所撰寫(xiě)的科研論文經(jīng)筆者修改后也發(fā)表在核心期刊上。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)與考研研究方向結(jié)合,取得了較好的效果。
4.建立有效的溝通聯(lián)系制度
參加教師的科研項(xiàng)目研究是鍛煉學(xué)生各方面能力的一次極好的機(jī)會(huì)。然而,由于本科生初次接觸這類(lèi)實(shí)踐性較強(qiáng)的教學(xué)過(guò)程,難免有些不適應(yīng),建立有效的溝通和聯(lián)系制度顯得十分必要。在上課的同時(shí),又要參加科研實(shí)踐,對(duì)學(xué)生的要求較高。筆者的做法是建立研究生與學(xué)生討論的例會(huì)制度,堅(jiān)持每周兩次研究生與本科學(xué)生會(huì)面,其中一次為指導(dǎo)教師答疑解惑時(shí)間,另一次為詳細(xì)討論、總結(jié)交流會(huì)。每位同學(xué)都要在會(huì)上對(duì)前一階段的電磁場(chǎng)與電磁波課程學(xué)習(xí)中所遇到的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié),并把課程中所學(xué)習(xí)的內(nèi)容與研究課題的內(nèi)容關(guān)聯(lián),找出課程中哪些是基礎(chǔ)知識(shí)、哪些是研究課題中遇到的問(wèn)題以及解決課題某些難題的需要自學(xué)和補(bǔ)充的知識(shí),提出來(lái)讓大家討論。在討論時(shí),指導(dǎo)教師傾聽(tīng)、引導(dǎo)和總結(jié),鼓勵(lì)學(xué)生間的自主交流。這樣既可實(shí)時(shí)掌握課程的教學(xué)效果和學(xué)生課題研究的參與程度及進(jìn)展情況,也可以使學(xué)生間了解彼此的體會(huì),相互促進(jìn),形成良好的學(xué)習(xí)、科研氛圍。筆者近幾年的實(shí)踐表明,例會(huì)制度是行之有效的,取得了一定的效果。
5.強(qiáng)調(diào)規(guī)范化管理和檢查制度
對(duì)研究生指導(dǎo)本科生參加研究項(xiàng)目、促進(jìn)電磁場(chǎng)與電磁波課程學(xué)習(xí)的過(guò)程要規(guī)范組織管理和操作程序,明確責(zé)任,理順關(guān)系,制定完善的規(guī)章制度,使管理科學(xué)化、規(guī)范化。在這個(gè)過(guò)程中,指導(dǎo)教師要督促和指導(dǎo)學(xué)生按照規(guī)范化的程序保質(zhì)、保量按時(shí)地完成各階段的任務(wù)。具體地講,每個(gè)參加課題研究的學(xué)生要寫(xiě)一個(gè)實(shí)踐報(bào)告,總結(jié)參加課題的收獲和電磁場(chǎng)與電磁波課程學(xué)習(xí)的體會(huì)與方法,供本屆和下一屆學(xué)生參考以及教師授課時(shí)講解。
三、收獲與體會(huì)
本次研究以提高工程電磁場(chǎng)導(dǎo)論和電磁場(chǎng)與電磁波的教學(xué)效果為出發(fā)點(diǎn),以國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)中的瞬變電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)二氧化碳專(zhuān)題研究作為依托,探索和研究本類(lèi)課程教學(xué)的理論與實(shí)踐方法,以求通過(guò)學(xué)生參加項(xiàng)目的實(shí)施和研究過(guò)程,提高對(duì)本門(mén)類(lèi)課程學(xué)習(xí)的積極性和認(rèn)清學(xué)習(xí)與掌握該類(lèi)課程的重要性以及與后續(xù)課程學(xué)習(xí)(例如,天線和微波課程的學(xué)習(xí))、考研、畢業(yè)后從事相關(guān)領(lǐng)域工作的相關(guān)性。通過(guò)優(yōu)選的5~10名2010級(jí)及2011級(jí)學(xué)生參加瞬變電磁場(chǎng)監(jiān)測(cè)二氧化碳專(zhuān)題研究項(xiàng)目,跟蹤和評(píng)價(jià)學(xué)生參加實(shí)際的研究項(xiàng)目對(duì)本類(lèi)課程學(xué)習(xí)和教學(xué)效果提高的促進(jìn)作用,使學(xué)生能夠?qū)W以致用,為改進(jìn)電磁場(chǎng)與電磁波課程的教學(xué)積累經(jīng)驗(yàn),奠定基礎(chǔ)。通過(guò)本次實(shí)踐研究得到了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí):
理論教學(xué)與科研項(xiàng)目相結(jié)合是科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)成果的途徑,是科研與教學(xué)相互作用、促進(jìn)教學(xué)水平提高和學(xué)生獲取課程內(nèi)容感性知識(shí)的有效手段,有助于提高該類(lèi)課程學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自覺(jué)性,提高教學(xué)效果。
在本項(xiàng)目的實(shí)踐過(guò)程中可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)、協(xié)作精神、責(zé)任意識(shí),挑戰(zhàn)困難的勇氣和創(chuàng)新精神,獨(dú)立地解決問(wèn)題的能力和溝通能力等。同時(shí),在項(xiàng)目的實(shí)施過(guò)程中,結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況,提前開(kāi)設(shè)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目,摸索行之有效的畢業(yè)設(shè)計(jì)科學(xué)和規(guī)范的管理方法、正確指導(dǎo)、有效溝通方法,促進(jìn)畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量提升。此外,在項(xiàng)目的研究過(guò)程中,有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生對(duì)本校的眷戀度,提高考研第一志愿報(bào)考本校本專(zhuān)業(yè)的比例,提高本專(zhuān)業(yè)的考研率。
通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施探索課程教學(xué)改革的有效途徑和方法,形成一套行之有效的管理辦法,為該類(lèi)課程的教學(xué)提供示范。
探索學(xué)科建設(shè)成果轉(zhuǎn)化為本科人才培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)的機(jī)制與途徑,在此成果的基礎(chǔ)上凝練新的學(xué)科方向,促進(jìn)學(xué)科建設(shè)。
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??1999年開(kāi)始,我國(guó)研究生招生規(guī)模維持在4%左右的穩(wěn)步增幅。根據(jù)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020)》提出的目標(biāo),到2020年,我國(guó)研究生在校生規(guī)模將達(dá)到200萬(wàn)。屆時(shí),基本相當(dāng)于我國(guó)2003年本科畢業(yè)生的總量。由于碩士研究生規(guī)模上的變化,最初在教育上一個(gè)導(dǎo)師帶一二個(gè)碩士研究生,而目前一個(gè)導(dǎo)師帶幾個(gè)甚至十多個(gè)學(xué)生,導(dǎo)師沒(méi)有足夠的精力去手把手教所有的學(xué)生,只能延續(xù)采用大學(xué)的教育方法“灌輸式”教育,出此下策導(dǎo)師們也是不得已而為之。
研究生培養(yǎng)目標(biāo)最典型的目標(biāo)是創(chuàng)新精神,因?yàn)檠芯可邆淞溯^系統(tǒng)的知識(shí)結(jié)構(gòu),并且具有一定的自學(xué)能力,因此在教育上就要與本科生教育就要有一定的區(qū)別。目前,研究生課堂教學(xué)最常見(jiàn)的是“灌輸式”和“放羊式”教學(xué),顯然不適合實(shí)現(xiàn)研究生培養(yǎng)目標(biāo)。鑒于研究生的特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo),研究生的課程教學(xué)應(yīng)該采取“啟發(fā)式”教學(xué)方式。
啟發(fā)式教育指教師在教學(xué)過(guò)程中根據(jù)教學(xué)任務(wù)和學(xué)習(xí)的客觀規(guī)律,從學(xué)生的實(shí)際出發(fā),采用多種方式,以啟發(fā)學(xué)生的思維為核心,調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性,促使他們生動(dòng)活潑地學(xué)習(xí)的一種教學(xué)指導(dǎo)思想。本文針對(duì)《隨機(jī)介質(zhì)中波的傳播與散射》課程具體闡述了該“啟發(fā)式”教學(xué)方法。
二、“啟發(fā)式”教學(xué)實(shí)施
1、大綱設(shè)計(jì)與進(jìn)度安排
研究生培養(yǎng)目標(biāo)的核心是創(chuàng)新精神,因此大綱的制定和進(jìn)度的安排都要考慮這個(gè)目標(biāo)。《隨機(jī)介質(zhì)中波的傳播與散射》這門(mén)研究生課程主要講授電磁波在隨機(jī)介質(zhì)中的傳播和散射,該課程要求的數(shù)學(xué)知識(shí)較多,涉及的公式較復(fù)雜,并且需要學(xué)生具有非常扎實(shí)的電磁場(chǎng)理論知識(shí)。為了能夠讓學(xué)生順利地學(xué)習(xí),第一章用了6學(xué)時(shí),主要講授該課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)。第三章內(nèi)容較多用6學(xué)時(shí),第二、四和五章用4學(xué)時(shí),2學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐,隨后用6學(xué)時(shí)進(jìn)行討論(第六章涉及最前沿的研究成果,適合創(chuàng)新性討論)。
2、團(tuán)隊(duì)劃分與課堂討論
“啟發(fā)式”強(qiáng)調(diào)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體,教師要調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,實(shí)現(xiàn)教師主導(dǎo)作用和學(xué)習(xí)積極性相結(jié)合;教學(xué)方法關(guān)鍵是因材施教,結(jié)合學(xué)生本身的特點(diǎn)啟發(fā)學(xué)生的獨(dú)立思考,發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力,盡量讓學(xué)生提出創(chuàng)新思路。因此,在課堂討論分組及劃分團(tuán)隊(duì)時(shí)要充分考慮同組人員的性格及組員之間的關(guān)系,每個(gè)小組里最好有一名性格外向的學(xué)生(不至于整個(gè)小組沉默),同一個(gè)小組內(nèi)的成員避免一個(gè)宿舍(很容易閑談、嘮嗑)。組間討論不但會(huì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,而且會(huì)學(xué)到“真知識(shí)”(討論出真知)。
授課教師要經(jīng)常組織同學(xué)討論(使討論成為一種習(xí)慣),每次討論前要給出一個(gè)特定的問(wèn)題,對(duì)于認(rèn)真思考、積極討論(哪怕只是態(tài)度積極)的學(xué)生要給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)性成績(jī)(透明度越高越好),建議這個(gè)成績(jī)占最終成績(jī)的10%。到本課程第六章時(shí),要以學(xué)生自學(xué)為主講授為輔,若有條件最好讓每個(gè)學(xué)生都登上課堂試講授。這種方法不但能檢驗(yàn)學(xué)生的自學(xué)成果,并且還能鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力,是一種非常好的方法。
3、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
由于該課程理論性非常強(qiáng),單靠教學(xué)講授遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。因此,我們采用最新研究成果和經(jīng)典理論相結(jié)合,教師課堂教授與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合,學(xué)生討論與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的三結(jié)合方法,以達(dá)到熟練掌握理論知識(shí),培養(yǎng)創(chuàng)新精神的教學(xué)目的。其中,最關(guān)鍵的是理論與實(shí)踐聯(lián)系,書(shū)本與實(shí)驗(yàn)聯(lián)系?!峨S機(jī)介質(zhì)中波的傳播與散射》這門(mén)研究生課程理論性很強(qiáng),但理論對(duì)否最終還要用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證,因此我們準(zhǔn)備依托學(xué)科科研力量,建設(shè)研究生教學(xué)實(shí)驗(yàn),并用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證最新科研成果。
4、學(xué)習(xí)報(bào)告及考核
結(jié)合本課程的特點(diǎn),建議學(xué)生考核方式如下:
總成績(jī)=討論(10%)+程序(30%)+學(xué)術(shù)報(bào)告(60%)
討論不但能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,而且還能鍛煉學(xué)生的口才(這往往是我國(guó)學(xué)生所缺少的)。本課程是研究電磁波在隨機(jī)介質(zhì)中的傳播與散射,雖然是理論研究為主,但是程序計(jì)算仿真時(shí)不可或缺的,因此建議學(xué)生選擇自己熟悉的程序語(yǔ)言對(duì)理論問(wèn)題進(jìn)行編程計(jì)算(這也是為學(xué)生以后做科研打基礎(chǔ))。論文撰寫(xiě)需要按照期刊論文的標(biāo)準(zhǔn)格式(如常見(jiàn)的《XXXX學(xué)報(bào)》為模板),論文內(nèi)容要思路清晰,條理清晰,層次分明并且有創(chuàng)新性。最后,以此學(xué)習(xí)報(bào)告為依據(jù)給定成績(jī),并返回給學(xué)生讓其知道自己的不足。
關(guān)鍵詞:應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè) 波譜分析法 課程建設(shè) 教學(xué)改革 工科
中圖分類(lèi)號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-9795(2014)01(a)-0150-02
近年來(lái),我國(guó)教育正在發(fā)生在翻天覆地的變化,其中高等教育逐年擴(kuò)大招生,教育規(guī)模也隨之迅速擴(kuò)大,并且正在從精英式教育轉(zhuǎn)向大眾化教育[1]。在這個(gè)階段,社會(huì)對(duì)人才的需求也有了變化,呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì),他們更青睞于既有扎實(shí)理論基礎(chǔ)又有較強(qiáng)實(shí)踐能力的人才。全國(guó)高校中工科院校占多數(shù),是國(guó)家培養(yǎng)工程技術(shù)性人才的主要陣地。沈陽(yáng)化工大學(xué)是一所以工科為主、多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的應(yīng)用型本科院校,工科占有較大比重。按1999年教育部備案的專(zhuān)業(yè)目錄,國(guó)內(nèi)多數(shù)高校將原來(lái)的精細(xì)化工專(zhuān)業(yè)(工科)改辦為應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)(理科),無(wú)疑這是工科背景下的理科專(zhuān)業(yè),我們學(xué)校也是如此。工科院校的理科專(zhuān)業(yè)有別于理科院校理科專(zhuān)業(yè),在保證理科專(zhuān)業(yè)的課程設(shè)置的前提下,應(yīng)適當(dāng)體現(xiàn)工科特色,加強(qiáng)理工結(jié)合,培養(yǎng)復(fù)合型人才,以適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的需要。按照教育部“工科院校應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)按理科建設(shè)”的要求,沈陽(yáng)化工大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)定位為:培養(yǎng)具有化學(xué)基本理論、基本知識(shí)和較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)技能,具備應(yīng)用化學(xué)和應(yīng)用分析方面知識(shí),在功能性精細(xì)化學(xué)品、涂料、農(nóng)藥、催化劑等的研究開(kāi)發(fā),化工產(chǎn)品分析檢測(cè)技術(shù),計(jì)算機(jī)應(yīng)用等相關(guān)工程技能等方面,受到全面的培養(yǎng)和鍛煉,在化學(xué)或相關(guān)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域理工結(jié)合型的高素質(zhì)應(yīng)用型人才[2]。我校的應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)是立足于精細(xì)化工行業(yè)的應(yīng)用研究型專(zhuān)業(yè),本專(zhuān)業(yè)堅(jiān)持理工結(jié)合,協(xié)調(diào)發(fā)展,立足遼寧,面向全國(guó),服務(wù)于振興遼寧老工業(yè)基地的人才需要,服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)。
波譜分析課程是我校應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生的專(zhuān)業(yè)必修課程。本課程的教學(xué)任務(wù)主要講述紫外(UV)、紅外(IR)、核磁共振(NMR)和質(zhì)譜(MS)的基本理論與一般解析方法及四大光譜的綜合解析方法。通過(guò)對(duì)本課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能掌握有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)波譜分析的基本概念、基本原理和基本方法,并能應(yīng)用光譜法對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)剖析,進(jìn)一步提高學(xué)生識(shí)圖、解圖的能力,最終達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,為后續(xù)課程、畢業(yè)論文和今后的工作及深造奠定良好的基礎(chǔ)。1986年我校成立精細(xì)化工新專(zhuān)業(yè),波譜分析課程為選修課。1999年國(guó)家專(zhuān)業(yè)目錄調(diào)整,精細(xì)化工專(zhuān)業(yè)改名為應(yīng)用化學(xué)專(zhuān)業(yè),在新制訂的教學(xué)計(jì)劃中波譜分析課調(diào)整為專(zhuān)業(yè)必修課,理論學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)。在本學(xué)科的發(fā)展過(guò)程中,先后有10余位教師主講了波譜分析課,波譜分析課程的建設(shè)也得到逐漸發(fā)展和完善。作者從事波譜分析教學(xué)及相關(guān)科研工作已經(jīng)十幾年,積累了一定的教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)。下面介紹作者在波譜分析課程的教學(xué)改革方面所作的一些有益嘗試和探索。
1 教學(xué)內(nèi)容力求實(shí)用和新穎
波譜分析課程涉及的每種儀器方法都有各自的理論基礎(chǔ)、應(yīng)用范圍和研究?jī)?nèi)容,在教學(xué)時(shí)容易使課程顯得內(nèi)容龐雜、結(jié)構(gòu)松散,導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)容易產(chǎn)生零散、枯燥的感覺(jué)。我們?cè)诮虒W(xué)中首先明確“波譜”與電磁波的聯(lián)系。UV、IR、NMR譜學(xué)方法都是電磁波與樣品分子作用的結(jié)果,不同的電磁波作用在分子上,呈現(xiàn)出不同的波譜特征,從譜圖產(chǎn)生的原理上理解三大譜學(xué)之間的聯(lián)系。每章的學(xué)習(xí)首先介紹該波譜方法的原理、儀器類(lèi)型、介紹其制樣方法,然后闡述各類(lèi)化合物的波譜特征,最后介紹該種譜學(xué)方法的實(shí)際應(yīng)用。這樣能使學(xué)生清晰地把握波譜分析課程的框架,掌握課程內(nèi)容的重點(diǎn)。同時(shí)我們?cè)诓ㄗV的應(yīng)用中引入科研實(shí)例,根據(jù)我校的應(yīng)用化學(xué)是立足于精細(xì)化工行業(yè)的應(yīng)用研究型專(zhuān)業(yè),在解析實(shí)例中引入功能性精細(xì)化學(xué)品結(jié)構(gòu)解析,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,注重理論與實(shí)際的有效結(jié)合。這門(mén)課的最終目的是提高學(xué)生解析譜圖的技能,我們?cè)趯W(xué)生掌握了各類(lèi)譜圖的基本規(guī)律之后,通過(guò)大量的科研實(shí)例使學(xué)生增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí),掌握解析各類(lèi)化合物譜圖的基本特征,使學(xué)生所學(xué)知識(shí)得以鞏固。
2 教學(xué)手段多樣化
(1)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)改變了傳統(tǒng)的、枯燥的教學(xué)方式,他用生動(dòng)的聲音、圖像展現(xiàn)動(dòng)態(tài)的視頻,讓學(xué)生身臨其境,耳目一新。他的運(yùn)用能夠達(dá)到傳統(tǒng)教學(xué)方式無(wú)法達(dá)到的效果[3]?,F(xiàn)代多媒體計(jì)算機(jī)輔助教學(xué),已成為最具潛力的教學(xué)模式。在教學(xué)中合理的運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)系統(tǒng)的過(guò)程中,不僅可以利用討論式、啟發(fā)式等教學(xué)手段,還可以制作電子課件、教學(xué)大綱、電子教案,并且可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行答疑,及時(shí)了解教學(xué)反饋,和學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)等為一體的局域網(wǎng)教學(xué)平臺(tái),這樣可以做到無(wú)限的延伸我們的課堂教學(xué),變學(xué)生的被動(dòng)接受為主動(dòng)參與,真正成為課堂的主人,滿足不同學(xué)生的不同需求。
(2)堅(jiān)持以優(yōu)秀教材為主,多種其它教材相結(jié)合的方法,并不斷的更新現(xiàn)有的教材,使得課堂所要教授的內(nèi)容更加豐富,并能夠?yàn)閷W(xué)生傳授本學(xué)科最新的知識(shí),并借鑒其它學(xué)科好的教學(xué)方式方法,使得抽象的知識(shí)更容易被學(xué)生理解和接受。根據(jù)學(xué)科發(fā)展,先后更新了多套課程教材,最初使用重慶大學(xué)出版社的《波譜分析法》,其優(yōu)點(diǎn)是由淺入深,體系較完整。缺點(diǎn)是教材中部分內(nèi)容過(guò)于陳舊;后來(lái)使用華東理工大學(xué)出版社的《波譜分析法》,其優(yōu)點(diǎn)是具有先進(jìn)性和前瞻性,缺點(diǎn)是教材起點(diǎn)高,難度大,書(shū)后練習(xí)題難度偏大。目前選用面向21世紀(jì)教材,鄧芹英主編的《波譜分析教程》,該教材較適合我校擴(kuò)招后學(xué)生的實(shí)際情況。
關(guān)鍵詞:微波技術(shù);教學(xué)改革;措施
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,微波技術(shù)的應(yīng)用已滲透到了科學(xué)領(lǐng)域的許多方面,如無(wú)線通信、全球定位系統(tǒng)、雷達(dá)以及電子和計(jì)算機(jī)工程學(xué)科中。因此對(duì)于電子與信息工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō),微波技術(shù)課程的開(kāi)設(shè)是必不可少的。
一、微波技術(shù)課程特點(diǎn)
《微波技術(shù)》作為通信工程、電子工程、電子信息以及微波等專(zhuān)業(yè)的重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課,是在學(xué)習(xí)了《電路基礎(chǔ)》和《電磁場(chǎng)與電磁波》等課程基礎(chǔ)上深入研究微波領(lǐng)域的重要科目,其內(nèi)容豐富、概念抽象、理論性強(qiáng)、對(duì)數(shù)學(xué)方法的依賴(lài)性強(qiáng),教與學(xué)都有難度。微波技術(shù)課程主要包括傳輸線理論和圓圖的應(yīng)用;微波網(wǎng)絡(luò)基本理論、S矩陣及其特性等方面。在講解波導(dǎo)理論時(shí)以簡(jiǎn)正波理論為線索介紹矩形波導(dǎo)的物理構(gòu)成及其工作原理,其場(chǎng)結(jié)構(gòu)在三維空間分布,因而要求學(xué)生有一定的空間想象能力和抽象思維能力。而課程涉及到的多由理論均以麥克斯韋方程組為理論依據(jù),其中重要的結(jié)論推導(dǎo)都離不開(kāi)高等數(shù)學(xué)和復(fù)變函數(shù)的知識(shí)。由此可見(jiàn),微波技術(shù)課程教學(xué)難點(diǎn)主要表現(xiàn)為課程理論性更強(qiáng)、內(nèi)容復(fù)雜而抽象、分析方法多樣、對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)要求較高[1-3]。
二、微波技術(shù)教學(xué)中存在的問(wèn)題
通過(guò)對(duì)以往教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的情況,結(jié)合本專(zhuān)業(yè)特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)《微波技術(shù)》課程的講授過(guò)程中存在以下幾個(gè)問(wèn)題:
(一)在現(xiàn)有的教學(xué)過(guò)程中,往往過(guò)于偏重理論教學(xué),而實(shí)踐教學(xué)所占比重較?。粌H是按照課本簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)教學(xué)計(jì)劃,將基本的、重要的概念、原理、方法在有限的課時(shí)教學(xué)中教授給學(xué)生,而缺少介紹微波技術(shù)的發(fā)展前沿,因而學(xué)生課程學(xué)習(xí)意義不明確。
(二)由于該課程需要大量的先進(jìn)儀器設(shè)備,而有限的學(xué)科建設(shè)及科研經(jīng)費(fèi)造成實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)儀器設(shè)備相對(duì)匱乏,導(dǎo)致學(xué)生缺少開(kāi)放式教學(xué)環(huán)境。
(三)教學(xué)方法相對(duì)于其它課程比較傳統(tǒng),網(wǎng)上教學(xué)輔導(dǎo)與課堂教學(xué)難以有效結(jié)合;對(duì)學(xué)生的考核僅限于分?jǐn)?shù)的高低;在課程建設(shè)過(guò)程上未能引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的教學(xué)理念、教學(xué)方法及教材,未能及時(shí)更新配套的實(shí)驗(yàn)教材,使學(xué)生不能在多層次、開(kāi)放式的教學(xué)環(huán)境下學(xué)習(xí)。
三、微波技術(shù)教學(xué)改革的實(shí)踐探索
針對(duì)以上教學(xué)中存在的問(wèn)題,認(rèn)為從以下幾個(gè)方面對(duì)《微波技術(shù)》教學(xué)改革進(jìn)行探索:
(一)注重合理利用教材,配套實(shí)驗(yàn)教材。以教材更好地適應(yīng)當(dāng)前教學(xué)的需要為目的,對(duì)教材在保留原有經(jīng)典基礎(chǔ)理論的同時(shí),增加新的理論和實(shí)用技術(shù);結(jié)合當(dāng)前微波技術(shù)的發(fā)展,增加的新型微波元器件的原理和使用方法介紹。
(二)不斷更新課程內(nèi)容,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。微波技術(shù)課程內(nèi)容比較抽象,學(xué)生在學(xué)習(xí)中不易建立概念,也會(huì)因懷疑課程的實(shí)用性從而減少學(xué)習(xí)的動(dòng)力。因此,應(yīng)多注重對(duì)于課程內(nèi)容實(shí)際應(yīng)用背景的介紹,比如介紹未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)中的射頻技術(shù)等,以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
(三)將實(shí)踐性教學(xué)與啟發(fā)式教學(xué)相結(jié)合。本課程緊密結(jié)合實(shí)際,教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。為節(jié)省設(shè)備經(jīng)費(fèi),采取硬件平臺(tái)與軟件輔助相結(jié)合,學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作與演示相結(jié)合的方法,開(kāi)發(fā)基于仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,從測(cè)量微波的基本參量入手,將“電磁場(chǎng)與電磁波”實(shí)驗(yàn)與“微波技術(shù)”實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合,使學(xué)生加深對(duì)書(shū)本知識(shí)的理解。
(四)積極改革教學(xué)內(nèi)容組織方式?;A(chǔ)理論教學(xué)方面,教學(xué)內(nèi)容以講授基本原理、基本方法為主,使學(xué)生了解基本理論知識(shí),掌握重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題,在講授該課程時(shí),把重點(diǎn)放在基本概念和基本原理的解釋上;實(shí)踐課程教學(xué)方面,結(jié)合理論課程教學(xué)內(nèi)容,精心設(shè)計(jì)典型的實(shí)驗(yàn)范例,利用實(shí)驗(yàn)室擁有的微波儀器設(shè)備,進(jìn)行微波系統(tǒng)基本參數(shù)的測(cè)量;實(shí)踐環(huán)節(jié)教學(xué)方面,主要包括課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì),讓學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能。
(五)開(kāi)展互動(dòng)式教學(xué)與研究式教學(xué)。開(kāi)展互動(dòng)式教學(xué),在授課過(guò)程中,鼓勵(lì)學(xué)生提問(wèn),每一章結(jié)束后都進(jìn)行分組討論,培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。開(kāi)放式、研究式的討論,使學(xué)生總結(jié)歸納所學(xué)內(nèi)容,用一條龍“串”起來(lái),寫(xiě)出“小論文”形式的學(xué)習(xí)筆記。這些措施促進(jìn)了學(xué)生的積極性和自信心的提高,幫助學(xué)生克服了畏難情緒,增強(qiáng)了對(duì)自己將來(lái)從事微波科研工作的興趣和信心。
(六)堅(jiān)持推進(jìn)優(yōu)師建設(shè),加強(qiáng)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與資源的總結(jié)、研究與推廣,實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)的融合,不斷優(yōu)化教師隊(duì)伍結(jié)構(gòu),全面提高任課教師水平。
(七)積極進(jìn)行網(wǎng)上教學(xué)改革試驗(yàn)。充分利用利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)來(lái)補(bǔ)充課堂教育,將網(wǎng)絡(luò)教育與課堂教育有機(jī)地融合起來(lái)。
(八)設(shè)計(jì)教學(xué)信息調(diào)查表和聽(tīng)課記錄表。調(diào)查表在課程結(jié)束時(shí)使用,聽(tīng)課記錄表由課程教學(xué)負(fù)責(zé)人教學(xué)過(guò)程中隨機(jī)聽(tīng)課時(shí)填寫(xiě)。對(duì)負(fù)責(zé)人每學(xué)期聽(tīng)課次數(shù)定量化,并要求分別對(duì)相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)學(xué)生填寫(xiě)的調(diào)查表和負(fù)責(zé)人填寫(xiě)的聽(tīng)課記錄,分析教學(xué)過(guò)程中所存在的問(wèn)題以及教學(xué)改革與創(chuàng)新的效果,為教學(xué)研討和教改指明方向。
一、利用工具軟件構(gòu)成探究學(xué)習(xí)的輔助研究工具
(一)利用多媒體培養(yǎng)學(xué)生非智力因素
多媒體課件課堂容量大,能極大地提高課堂教學(xué)效率,可以將聲音、圖像、文字、動(dòng)畫(huà)同時(shí)并舉,刺激各種感官。鮮艷生動(dòng)的圖像如臨其境;卡通人物、動(dòng)物的喜聞樂(lè)見(jiàn);動(dòng)靜圖像的分解、移動(dòng)、定格、結(jié)合;物理過(guò)程的動(dòng)態(tài)表現(xiàn);物理情景的模擬仿真;再加上點(diǎn)、線、面、體的閃爍提示,思維過(guò)程的可視性和鼓勵(lì)性語(yǔ)言等,使知識(shí)變得生動(dòng)、有趣、思維過(guò)程清晰可見(jiàn)。我們還可以課件中很方便地插入體現(xiàn)代科技的圖片或視頻錄像,如在“失重和超重”中加一段“神六”宇航員在飛船員中做空翻的視頻,在“平拋運(yùn)動(dòng)”過(guò)程中加一段飛機(jī)投彈的視頻,這大大地激發(fā)了學(xué)生的濃厚興趣,喚起學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲。
(二)制作動(dòng)畫(huà)來(lái)展現(xiàn)動(dòng)態(tài)的、抽象的物理過(guò)程
課堂上一些無(wú)法用實(shí)驗(yàn)演示的宏觀的、微觀的極快的極慢的物理過(guò)程,如天體運(yùn)動(dòng)過(guò)程及規(guī)律、分子的熱運(yùn)動(dòng)、波的傳播與疊加、干涉與衍射、愛(ài)因斯坦的相對(duì)論時(shí)空、氫原子的發(fā)光機(jī)理等,由于條件有限難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)向?qū)W生直觀展示,學(xué)生感性認(rèn)識(shí)不足,理解不深。但我們可以利用動(dòng)畫(huà)進(jìn)行逼真模擬,靈活地放大或縮小場(chǎng)景,將這些物理過(guò)程生動(dòng)形象地展現(xiàn)給學(xué)生,使學(xué)生認(rèn)識(shí)加強(qiáng),理解透徹。
對(duì)一些可以用實(shí)驗(yàn)演示但無(wú)法揭示其本質(zhì)規(guī)律的物理過(guò)程的剖析,如帶電粒子在電場(chǎng)磁場(chǎng)中的加速、偏轉(zhuǎn)、回旋時(shí)所受力的動(dòng)態(tài)分析,電感應(yīng)中磁通量的變化,電磁波的產(chǎn)生、光電效應(yīng)中光子與光電子的運(yùn)動(dòng)等等,這些物理過(guò)程包含了大量人眼看不到的變化因素,講解較為困難,運(yùn)用動(dòng)畫(huà)可以將這些不可見(jiàn)的因素通過(guò)形象化的仿真和模擬來(lái)展現(xiàn),起到化無(wú)形為有形、化抽象為形象、降低思維難度。像螺旋測(cè)微器、游標(biāo)卡尺、分光儀、萬(wàn)用表、示波器等儀器在講解結(jié)構(gòu)或應(yīng)用時(shí),有的刻度示數(shù)過(guò)小,有的拆裝不便,不方便課堂教學(xué),用動(dòng)畫(huà)可以把小的變大,不能拆的一點(diǎn)點(diǎn)分開(kāi),能讓學(xué)生清楚了解儀器的結(jié)構(gòu)及使用。
(三)利用工具軟件能直接輔助學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)
探究活動(dòng)總有較多的數(shù)據(jù)需要處理,常用的處理方法有計(jì)算列表法、圖像法,當(dāng)數(shù)據(jù)間的關(guān)系比較復(fù)雜時(shí)常采圖像法,如高一課程中的s―t圖像、v―t圖像 、自由落體中的s―t2圖像、研究牛頓第二定律的a―F圖像,a―m圖像等等,利用 電子表格(Excel)和幾何畫(huà)板(GSP)能快速準(zhǔn)確地畫(huà)出各種圖像,在幾何畫(huà)板上畫(huà)圖還可以直接得到直線的斜率、面積、截距等,便于學(xué)生從大量的數(shù)據(jù)中現(xiàn)問(wèn)題、研究問(wèn)題并得出結(jié)論,使探究活動(dòng)更有效率。