【研究生精品课程】以项目为驱动,基础原理课也能“研”起来
发布于:2021年12月28日 14:19   |   作者:[研究生院] 教学管理办公室   |   浏览次数:458
编者按:为充分发挥精品课程的标杆示范作用,促进研究生课程质量进一步提升,研究生院自2018年启动了研究生精品课程建设工作,以公共基础课和各一级学科(类别)专业课为重点,充分结合国务院学位委员会学科评议组和全国专业学位研究生教育指导委员会编写的《研究生核心课程指南》,整体规划、分步实施,至2020年,经学院推荐、学校专家评审、研教指委审议通过,学校已立项了三批“精品课程”。新闻中心特开设【研究生精品课程】栏目,分享这些“精品课程”基于“价值塑造、能力培养、知识传授”三位一体的教育理念,从课程目标与定位、课程内容、教学和考核方式、课程特色和成效等方面总结梳理其经验心得,与师生读者共享。本期介绍物理学院杨宏春教授、张岩教授在“时域电磁系统原理与设计”课程上的探索。

     提不出问题?课程缺乏新意?感受不到学习的乐趣?学不能致用?……基础原理课就该是这样的宿命?

     把课堂延伸入实验室,在实验中感受时域电磁的魅力;将学生编入教师团队所在项目组,让抽象的时域电磁系统知识在实践中落地开花;开展小班课堂研讨、撰写团队研究报告、常态化科研实践……物理学院杨宏春、张岩两位教授用实力“say no”,以项目为驱动,引导学生独立完成项目,在项目实践中收获满满的成就感。

  “时域电磁技术及应用”是物理学院无线电物理学科的特色研究方向之一,杨宏春、张岩讲授的“时域电磁系统原理与设计”课程,正是    “时域电磁技术及应用”教改上的重要一环,在探索与创新中不断前行,以孜孜以求的躬耕付出,成功地诠释了“以学促研”和“以研促学”。

绘事后素:多元教学为夯实基础奠基

    《论语·八佾》记载子夏与孔子的对话,问曰:“巧笑倩兮,美目盼兮,素以为绚兮,何谓也?””子曰:“绘事后素”。

      重应用性的“时域电磁系统原理与设计”正是孔子所讲拥有“良好质地”先天条件的课程,经过杨宏春、张岩两位教授在课程上的建设与探索,引导学生掌握扎实的理论基础,搭建出清晰的学科框架,能将“高大上”的课堂知识,化为“接地气”的落地成果,达到“绘事后素”,即“锦上添花”的效果。

      作为项目驱动的创新人才培养教改实践的重要组成部分,杨宏春、张岩在课程中融入了案例分析与研讨教学等方法,将复杂抽象的时域电磁技术通过一个个生动的案例解读、研究与小组研讨的形式,有效地引导学生掌握时域信号源的知识,从而构建出相应的技术逻辑构架。

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      从基本的理论物理知识到简单的麦克斯韦方程组,再到时域信号源、时域天线和成像算法,杨宏春、张岩循循善诱、循序推进,在对课件的精准拿捏与奋笔疾书的板书间,同学们对于时域电磁理论知识、公式推导有了更加深刻的认识和了解。

      同时在各部分的教学过程中,尽可能将信号源融入实际功能系统,讲清楚功能系统设计对时域信号源关键技术指标的约束,让案例分析与研讨教学深入课堂。

     学生赵小云说,通过课件和板书、课本和热点、历史和前沿的结合,杨宏春老师用一个学期的细致引导,帮助同学们对这门课程的基本理论知识和公式推导有了更深刻的认识。

  “杨宏春老师的授课方式非常受大家喜爱,他不仅涉及到课本上的知识点,更多的时候会结合目前的研究热点来讲解知识本身。”课上杨宏春、张岩两位老师总会引导大家积极思考,让同学们了解到更多的前沿知识;课后让大家推导课件上的公式,查阅专业相关文献,这些对研究生提升研究能力有非常大的帮助。”在课程评教中,同学们如是表达对课程教学的认可。

  “只有经过这样的过程,才能让学生真正能够认识原理、驾驭套路,从概念、原理、机制的深究中,提升自己的原始创新能力,为科研应用找到捷径。”杨宏春说。

绝知躬行:将课堂知识“照进”科研实践

   为了将“高大上”的课堂知识化为“接地气”的落地成果,将所学化为所用,杨宏春、张岩结合课程教学内容,开展了一系列的项目驱动科研实践训练。

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     课堂上,他们强调一是要有满足“需求”的项目驱动和牵引。86万、130万、189万、500万;一年、两年、三年......结合一系列着眼现实需求的研究项目清单深入课堂,而任课教师将自身团队的学生编入团队相应的项目组,大胆“偷懒”让新生承担课程各项目训练的主要任务,要求学生通过查阅文献制定研究方案,以此带动课程的项目训练并进而形成项目案例。

    二是要及时给予学生实际能力的有效指导,引导学生自己完成项目任务,形成研究成果并获得成就感。针对阵列电磁干扰与攻击项目指标要求,以及时域信号源高峰值功率、低触发时间抖动、长工作寿命、波形函数控制、低电磁辐射及电磁匹配等难点技术,老师们还分别布置5个项目训练,通过导师参与的分组反复讨论,指导学生不断完善研究方案和技术指标论证,甚至实验测试。

  “通过案例分析与研讨教学,有利于学生们勾勒出时域信号源的知识与技术逻辑构架,掌握类比、等效、极端条件等典型创新思维方法,锻炼自身敏锐发现科学或工程技术的关键问题。”杨宏春说。

     正是在这些“实战”的训练中,学生在实际项目研究过程中体会解决关键技术的思路、方法与过程,针对具体科研项目,融通已有知识与技能,科学制定研究方案和技术路线的项目研究能力培养,在学中做、做中学,实现“以学促研”和“以研促学”。

     在项目《时域测井成像雷达关键技术》中,参与“信号源”板块的学生张雅茹、陈袭,完成了设计及实物,实现了小体积、低辐射、波形控制信号源;参与“天线”板块的学生丁宇昊、赵晓云,设计了具有高辐射效率、小型化、方向图控制、电磁匹配的适合钻孔探井雷达天线;参与《任意波形产生器》项目的学生楚华,实现了雷达回波模拟器要求……研究生们着实“研”起来了!

 多元化考核:培养模式和创新能力的共赢

     为了充分调动学生积极性、促进学生深度参与互动,杨宏春、张岩在教学中不断用心钻研、探索研究生人才培养模式和创新能力达成的评价标准,课程的考评体系达到了“别出心裁”的效果。

     该课程的考评体系以认知构架体系的“形成能力”、项目的“践行能力”及基于应用基础课程、项目实践课程基础之上的“引领力”三方面为内容组成。

     千里之行,始于足下。认知构架体系“形成能力”的形成,就是从课程本身的知识内容作为出发点,要求对课程主题动态、目标、研究方案、研究模式、主要领域的掌握,对课程主题核心概念、基本原理、理论要点及应用的掌握能力与对文献资料的获取、分析、整理、利用能力,对学科知识、技术要有构架性的整体认知,要形成学科驾驭能力。

实践是检验认识真理性的唯一标准。“践行能力”则从另一个角度考验着同学们对给定的科研项目研究方案的提出、论证能力,对工程技术的实现能力,以及文献资料的分析、利用能力。

    “要有对基本概念、新原理、新机制的深究与提出、拓展、发展能力、提出显现需求功能的新技术、新方法”创新引领能力作为重要考核标准,则对学生带来了更大的挑战。

醇熟地掌握基础知识并投入实践操作之后,便是老师对同学们的殷切期待——站在巨人的肩膀上后的“革故鼎新”,要开辟出一条创新的路,这便是“引领力”的独到之处,锻炼学子敏锐发现科学或工程技术的关键问题,提升自我的原始创新能力。项目《脉冲大功率发射技术》中,丁宇浩、赵晓云作为参与“天线”项目的学生,就不仅设计了电、磁混合天线,还进一步对工程化进行了探索。

   “从概念、原理、机制的逻辑分析中获得创新思路,让‘创新’有迹可寻,可望且可及;通过案例分析,让学生掌握类比、等效、极端条件等典型创新思维方法;拓展学科视野,在学科交叉、融合中获得创新方法。”杨宏春表示。

课程思政:科学使命感与责任感的凝聚

   “学生是否意识到人们发现了一种新的‘波’?是否意识到这种波可以用于信息传输?又是否认识到光速为常数带来的科学问题?进而思考该如何研究光常数?”

     连珠炮式的发问,暗含了杨宏春介绍“电磁波波动方程”时设计的课程思政相关内容。

     在介绍麦克斯韦波动方程中空间二次导数前的系数物理意义时,杨宏春导出两个重要新问题:人们发现了自然界中一种新的波——电磁波,且这种波的传输速度是常数!借由该部分内容,他巧妙引出了上述课程思政元素的教学。

     随时带有思辨的课堂一定生动,不仅帮助学生学习了“电磁波波动方程”板块的知识要点,更将经典波动方程的建立、传输信息波的约束条件、经典力学的学科界限、概念深究及学科发展的辩证关系等教授给学生,助力学子建立科学观和学科素养。

     讲授电子信息发展简史时,他又提出如何构建电子信息学科、包括哪些研究领域、电子信息“宽带—窄带—宽带—时域”的发展史及我国电子信息技术发展概貌与发展趋势怎样等问题,潜移默化地将从技术机制上理解技术局限、若干技术机制局限与技术创新、基础及工程技术学科与哲学认识论等融入课堂,培养学生的科学发展观、科学素养及方法论,增强科学的使命感与责任感。

     杨宏春说,课程中的思政教育,应围绕正确的自然观、科学发展观、科研素养和方法、科学使命与科学态度等内容展开,“我们提倡辩证看待“思政课程”和“课程思政”在立德树人中的地位和作用。”

   “学生们能明白了自身学习中的不足,意识到科学的使命感与责任感是多么重要,这就是对导师价值感的最好激励,也是对立德树人工作的最好反馈。基础工程学科的学习,是一场为了人民利益的‘战斗’,在解决‘卡脖子’技术难题的艰辛跋涉中,我们必将脚踏实地、步履不停。”杨宏春表示。