电磁类课程立体化教材建设的几点思考

基金项目：国家自然科学基金面上项目“毫米波平面电大尺寸阵列天线技术研究”（61871399）

第一作者简介：朱卫刚（1971-），男，汉族，河南荥阳人，硕士，副教授。研究方向为电磁场与微波技术。

DOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2024.06.021

摘  要：构建课程立体化教材是高校新工科专业建设“供给侧”的核心任务。该文围绕新工科专业的电磁类课程立体化教材建设，聚焦学生电磁工程应用能力培养，分析已有教材的现状，提出立体化教材的构建原则，探讨电磁类课程主干教材、教辅材料、实验教材及课程媒体资源等的构建思路、方法和途径，为新工科专业其他课程的立体化教材建设提供有益参考。

关键词：电磁类课程；电磁工程应用能力；立体化教材；新工科专业；教材建设

中图分类号：G640        文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2024）06-0090-04

Abstract： Constructing three-dimensional course teaching materials is the supply-side core task of establishing emerging engineering majors. This paper centers on the construction of three-dimensional teaching materials for electromagnetic courses of the communication engineering major of emerging engineering and focuses on the development of students' electromagnetic engineering application capabilities to analyze the status quo of the existing teaching materials， explore the thoughts and approaches on how to construct main teaching materials， supplementary teaching materials， experimental teaching materials， and media resources of electromagnetic courses， which provides some useful references for the construction of three-dimensional teaching materials for other courses of emerging engineering.

Keywords： electromagnetic course; electromagnetic engineering application capabilities; three-dimensional teaching materials; emerging engineering major; textbook construction

课程教材是体现教学内容、教学方法的知识载体，也是课堂教学的基本工具。新工科作为高等教育紧缺人才培养的重要抓手，是构建中国特色、世界水平的工程教育体系，加快推进中国从工程教育大国走向工程教育强国的重要举措[1]。高等院校新工科建设着眼现有学科专业体系进行调整升级，瞄准科技前沿和关键领域，推进新工科建设，加快培养紧缺人才。教材建设作为新工科建设的组成部分，需要在普适性的认识框架下， 结合新工科建设的具体情境，积极探索符合自身定位和发展特色的教材体系。提高人才培养质量是高校教育的主旋律，课程立体化教材在促进专业基础知识转化为工程应用能力方面，也具有独特的地位和作用，成为新工科专业建设的关键环节[2]。

一  课程教材现状分析

（一）  教材建设的基本情况

教材作为传播知识的载体，是高等院校学科建设的重点。陆军工程大学（简称“我校”）的电磁类课程建设时间长，师资力量雄厚，相关教材编著成果丰硕。自2000年以来先后出版教材四部，主要包括《电磁场与电磁波》（电子工业出版社）、《天线与电波传播》（机械工业出版社）、《电波与光波传输技术》（人民邮电出版社）及《现代微波工程测量》（电子工业出版社）等，系列教材一定程度体现了时代性，突出了系统性，强化了实用性，注重了通俗性，先后被列为高等院校通信与信息专业规划教材和普通高等教育“十一五”国家级规划教材，在人才培养方面发挥了重要作用，使学生系统理解了电磁场与电磁波、微波技术及天线技术相关理论，掌握了电磁场与微波技术在电磁工程中的典型应用，受到了业界的好评。

（二）  教材建设的内在要求

随着院校教育转型和新工科专业建设的需要，需要对现有学科专业体系进行调整升级，以瞄准科技前沿和关键领域，推进新工科建设，加快培养紧缺人才。我校的电子信息类专业建设时间长，底蕴深厚，一直是校内重点建设专业，教材建设成为电子信息类紧缺人才培养的重要抓手，对于构建有特色的工程教育体系，加快推进学科专业建设具有重要意义。在电子信息类专业中，电磁类课程包括电磁场与波、微波技术基础和天线与电波传播三门课程，是研究宏观电磁现象最重要的专业背景课，在培养学生电磁信息素养和工程应用能力方面具有重要作用。此外，随着信息化技术的发展，线上线下混合教学模式的推广，纸质教材向电子化教材转化日趋明显，多维度的立体化教材为培养学生电磁工程应用能力的关键环节和工具。

（三）  教材转型的迫切需要

我校现有的电磁类课程教材由于教学内容跨度时间长，课程衔接不紧，在培养学生电磁工程实践能力时，出现了理论与实践应用脱节现象。此外，课程教学内容涉及了大量抽象概念、复杂的公式推导，课程教学也出现了难教难学的困境。具体表现为：一是面对课程抽象内容和繁杂公式，实践教学方法单一，学生学习兴趣低，自发学习电磁理论的内在动力不足，导致理论学习与实践应用脱节；二是教学内容陈旧，缺乏电磁工程应用领域的最新研究成果；三是实践教学中个性化的实验项目偏少，学生动手锻炼的机会不足，而且项目实践的时间偏短，不利于创新能力培养；四是电磁工程应用背景需求定位不准，软件虚拟仿真支撑偏弱，对于培养学生解决复杂工程问题所需的综合能力形成了限制。基于上述困难和问题，急需对现有的教材内容体系进行改革和转型，也是提高人才培养质量的迫切需要。

二  立体化教材的构建原则

（一）  坚持教材内容与岗位需求相一致

为了破解电磁类课程难教难学的困境，强化学生工程实践能力培养，课程配套的教材建设应着眼于理论和实践的有机融合，突出教材内容的有效性、科学性和前沿性，构建成为多层次的立体化的教材体系。在教材的内容和组织上，要注重逻辑体系和学生的认知规律，遵循“面向需求，源于岗位”的设计思路，按照电磁波从发射、传播、接收的流程，将各章节的内容有序组织起来，将教材内容模块体系化，实现教材内容的形象化，打通不同知识点的壁垒，建立多重学习通道和立体的学习空间。

（二）  坚持数字资源与教学目标相一致

随着多媒体信息技术的发展，数字资源日趋多样化。如微课、慕课、多媒体动画及三维虚拟仿真等，逐渐渗透到课程的教学中。现在的数字教学资源呈现了“乱花渐欲迷人眼”的现象，如何将这些数字资源与教材内容相契合，服务课程的教学目标成为教材建设的关键环节。此外，课程教学方法和手段日渐丰富，教学模式呈现多元化趋势[3]，传统的课堂教学、线上教学、验证性试验、开放试验和综合性试验层出不穷，各层次教学环节中的项目教学法、案例式教学、探究式教学等教学方法交叉运用，使得教材体系建设必须反映教学体系的多维度变化，也应不断更新完善，与时俱进地适应教学改革，立体化教材的深度构建也迫在眉睫。

（三）  坚持新工科建设与创新相一致

为了适应新工科专业建设，立体化教材应坚持继承与创新相一致的原则。过去出版教材的内容应有选择地继承和吸收，并对新教材进行创新。教材建设可以在四个维度展开：一是主干教材建设。主干教材的课程知识的载体，是学生学习不可或缺的工具。二是实验教材建设。实验教材是学生提升实践能力的重要手段，学生通过实验教材有步骤、有计划地实现理论与实际联系，推动学生动手能力的提升。三是课后学习指导书建设。教学指导书是主干教材的补充，对于学生课后消化学习的内容具有重要作用，在答疑解惑中具有不可替代的作用。四是课程的资源库建设。要充分发挥线上教学灵活多变的特点，通过线上资源库建设和推送，促进学生线上与线下教学优势互补。

（四）  坚持表现形式与技术手段发展相一致

在线上和线下混合式教学模式的普及下，许多学生已经习惯电子阅读和信息技术环境，传统单一的纸质教材，已经不能适应现在教学模式的需要，新的教学理念、方法和手段已经发生了很大变化。编写纸质教材，制作多媒体课件，利用各种网络教学平台，通过手机终端、PAD平板，通过扫描书中的二维码、微课和慕课，为学生带来极大方便。学生可以进行碎片化、移动化的学习。此外随着元宇宙技术的发展，VR、AR等技术的落地，虚拟现实技术将教材内容展示出来，将为学生带来新的体验，也让复杂的电磁理论、概念形象化，从而为学生营造一个积极的学习环境和立体化资源库，也为传统的纸质教材带来生机和活力。

三  立体化教材构建的方法与途径

教材建设应是继承与创新的统一。过去20多年来，课程教材建设取得了一系列的建设成果，上世纪80年代编写的教材《电磁场理论》，成为国内最为经典的教材，教材内容详略得当，电磁场问题分析透彻，论证严密。上世纪末到本世纪初，为适应学生多层次培养需要，相继出版了一系列教材，主要立足学员“宽口径”的岗位需要。近些年，教学团队在继承传统教材优点的基础上，对传统的教材内容进行优化融合，重新编写了主干教材，并配套教辅材料，建设线上媒体教学资源库等，初步形成了体系化的教材框架体系，先后自编出版电磁类教材三部，在清华大学出版社出版《电磁波与天线》教材一部。随着新工科通信工程专业建设的新要求，教材需要面向电磁技术领域前沿热点问题，引入电磁工程案例，体现科学性和前沿性，增强电磁领域的针对性和实效性，推动学生将理论知识转化为解决复杂电磁工程问题的能力。现有的教材体系建设虽然取得一定成效，仍然不能满足现今新工科发展的要求，还需在主干教材、学习指导书、实验教材和媒体资源库等方面加强建设和优化。

（一）  优化主干教材内容体系

主干教材是教材建设的核心。教材内容的组织结构、知识点、技术热点、实用性和针对性是教材编写优先考虑的重点，教材内容体系力求具备系统性、科学性、基础性和前瞻性[4]。优化的主干教材内容包括四大模块：电磁场理论基础、工程应用基础、天线技术应用及前沿技术，教材面向电磁工程领域前沿热点问题，具有如下特点：一是教材内容体系按照“强化基础理论，突出应用特色，加大信息含量，注重实践环节”的思路，由浅入深地系统设计教材的教学内容，突出学生电磁工程能力的培养，确保教材的系统性、科学性和基础性；二是精简静态电磁场的内容，突出时变电磁波的传播规律，强化天线技术应用和电波传播新知识，聚焦理论与实际相结合案例，确保教材的实用性和针对性；三是优化电磁工程基础内容，强化教材技术新热点、新知识和前沿技术的引入，突出新型传输线与元件、天线新技术等内容的介绍，确保教材的前瞻性；四是淡化电磁理论抽象概念及公式的推导，强调其物理意义和实际应用，注重理论联系实际，确保教材的可读性和受众面。