电磁场与微波技术课程群的国际化探索
发布时间：2019-12-14
【摘要】 在扩大对外开放，促进“一带一路”人类命运共同体建设的国际背景下，在建设有中国特色的“双一流”高校过程中，如何创新电磁场与微波技术课程群的国际化探索，激发学生创新创造的热情，使课程建设在焕发中国特色前提下展现国际化的风采，吸收国际化知识体系，努力瞄准国际先进教学水平，在更宽广的国际化舞台上讲好中国课堂，成为广大高校教师在进行课程改革过程中思考的核心问题。本文据此展开论述了多种探索和尝试，介绍了所收获的有益经验。
【关键词】电磁场与微波技术;高等教育;国际化
0 引言
2015年，国务院印发了《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，确立了“双一流”建设的最终目标：到21世纪中叶，我国一流大学和一流学科的数量和实力进入世界前列，基本建成高等教育强国。在此背景下，南京理工大学(以下简称“南理工”)也确立了“双一流” 建设的主要目标[1]：到2020年，把南理工建设成有特色的高水平研究型大学;到2053年建校100周年时，南理工步入国内一流、国际知名的高水平研究型大学行列。
一流大学领先于其他大学的一个重要特征是国际化的人才培养体系，其理想化的建设目标用通俗的语言表达就是：当父母把子女送到国际化特征明显的学科专业学习时，等同于把孩子送到西方发达国家一流大学出国留学[2,3]。国际化探索的主要目的，不是简单地把西方的课堂搬到中国的大学中，而是要充分挖掘国际化的教学资源，立足国际前沿技术培养创新型人才，打好坚实的基础讲好中国课堂。国际化的目标，是把具有鲜明中国特色、适应中国国情的一整套教学理念和教学方法建设成具有国际化水准的专业品牌，坚定相信在中国的土壤上可以培育出具有新时代创新意识的青年奋斗者群体，为校友、教师提供高价值的社会信用。
本文所涉及的进行国际化探索的具体内容，是在教材、教学方式方法、教学内容、师资及教学对象这5个方面进行国际化的探索和尝试。把发达国家的先进教材和课堂内容“汉化”不是国际化探索的目的，真正的目的是通过英语这一语言工具，汲取国际上先进的教学理念，并且改革成适应我国国情、南理工特色的教学成果，这才是笔者进行国际化探索的主要思路。
教师的主要作用不单单是讲课，更重要的是“赋能”，教师带领学生一起做“时间的朋友”，在长达近2年的专业课程学习过程中，帮助学生在专业上不断成熟，尽早地破除青年学生头脑中的各种思维桎梏，建立适应自身求学经历的多维知识结构，打通电磁场与微波专业各门课程之间的关节，并逐渐培养严肃的专业兴趣，发展为自己的职业方向，融入现代职业团体，树立起终身学习的意志和习惯。下面就对这些方面进行详细阐述。
1 教材建设国际化探索
教材是一门课程的核心，每门课程都是时间战场上的一场战役，一本合适的国际化教材，是打开教学改革大门的突破口，是必须占领的认知高地。
教材的选择一定要结合当前实际，不能盲目地把国外的教材拿来照本宣科，也不是简单选择一本有现成中文译本的英文教材。教材和学术专著不同，既要重视科学性、学术性，也要重视可读性，要能深入浅出，便于学生自学。因此，在选择教材时，主要考虑的一是适应现代教学改革的需要，二是针对目前一些教材内容较为陈旧的问题，有目的地选择一些先进的和经过实践检验取得较好效果的教材。同时，不需要刻意地把全英文教材作为选择的唯一标准，也不需要追求最新出版等。而是本着实事求是的态度，例如一本有中文译本教材，如果翻译质量上乘，就会入选，如果中文译本会产生歧义，就选择原版或者原文影印版。如果某门课在实际讲授的过程中使用经过多年检验的中文版优秀教材，也不会为了追求国际化的表象而放弃使用优秀中文教材，而应该提供额外的优秀英文教材作为补充。再例如一些条件较好、基础比较扎实的课程，根据教师自身的能力则可以开发成全英文课程或者双语课程，并且选择全英文进行教学。
教学团队在国内外重点高校调查研究的结果表明，经过多所知名高校使用，适用于某一门课的优秀教材，不可能全部浓缩在某一本教科书之中。所以在调研了加拿大知名电磁场与微波教育中心[4](如Ecole Polytechnique，University of Montreal)和美国知名电磁场与微波教育大学(如Massachusetts Institute of Technology)等所使用的比较经典的国外优秀教材之后，笔者为每门相关课程选择了1～3本书，形成一个完整的教学体系。具体细节如表1所示。
2 教学方式方法国际化探索
在教学方式方法上，笔者广泛采用了国际主流的案例法研讨式、启发型教学[5]，例如：采用微波工业界经常使用的介质材料RT/Duroid6002，设计一款可用于第5代移动通信接收机的Rat-race混合环;要求：功率分配比为1:2，相位相差分别为 180°和0°，功率不平衡度<1dB，如图1所示，其中Σ表示“和”端口，Δ表示“差”端口。
采用这种方法教学可以避免传统上以教师作为课堂唯一主体的限制，极大地调动了学生全过程参与的主动性与积极性。这种教学方式的创新引起的效果是良性循环互动的，一方面促进学生自己把书本知识运用到解决一个案例的真实过程中，“顺利有顺利的收获，坎坷有坎坷的借鉴”，从而达到活学活用的目的，培养学生持之以恒、坚持到底、锲而不舍的治学精神;另一方面促进教师深入挖掘科研成果的教学价值，通过合理的改造把科研成果转化为教学案例。例如：在第5代移动通信技术相控阵天线技术中的科学研究内容，可以直接转化为“微波毫米波系统” 课程中关于天线阵理论的教学案例。这种教学策略，可以破解教师科研工作的投入和教学工作的投入相互对立的难题，使科研和教学互相支撑、相互融合，使面向少数群体“高冷”的科研成果转化为面向众多学生“亲民”的优质教学资源，达到教学相长的效果。
通过讲解一个真实的、来源于教师自身科研经历的电磁场与微波设计案例(如上述通信接收机Rat-race混合环的案例，其来源即工业界要求采用180°Rat-race混合环设计一个具有高RF-LO 隔离度的单平衡混频器。教材讲述了180°耦合器的工作原理，但是没有教180°Rat-race混合环设计。而设计出符合要求的Rat-race混合环，即可以继续进行下一步混频器的设计，在此方向上继续深入探索)，来帮助学生在理解书本理论的同时，尽早了解并关心当前信息产业工业界的研发实际，在教师的指导下循序渐进，不断自我迭代，把书本上的原理图，变为能够实际指导生产的蓝图，如图2所示[6]。在运用知识解决真实工程问题的同时，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，体验到理论知识强大力量的同时，收获自我学习成功的巨大乐趣，获得创新创造新事物的强大信心，真正实现科研、教学、文化结合起来共同育人。
3 教学内容国际化探索
教学内容是学生掌握每门课程核心知识的落实之处，虽然笔者在教材建设方面进行了国际化探索，但是教学改革并没有止步于教材的框架，不仅教给学生已有的知识，还教会学生创造新的知识。具体包括如下内容。
(1)培养学生进行科技写作、创造新的科学知识的能力。通过充分利用科研训练和毕业设计两大学术锻炼平台，从本科阶段就开始进行专业写作，包括英文写作能力的培养和熏陶。通过在一些适合学生水平的科技平台发表论文(如“中国科技论文在线”[7,8]“IEEE Potentials Magazine” 等)，带领优秀学生完成科技论文写作、投稿、同行评议、校对直至发表、检索的全流程，锻炼学生通过发表科技论文和同行进行交流的能力。
同时通过科研项目转化的过程，带领学生一起和专利律师讨论，辅导学生进行专利的写作、申报、审查、授权、保护、转让的全过程[9,10]，让学生对科研成果的投入、产出和转化有较为完整的认识和体验，并通过鼓励学生支付一小部分专利维护费，体验到专利和学术论文两种截然不同的知识产权体制，培养学生在现代商业社会合理运用知识产权保护法律工具维护自己的科研成果的意识。
(2)介绍学生加入专业性的国际学术团体。利用团队教师的国际学术社团资源，邀请学生加入IEEE专业技术协会，例如Microwave Theory and Technique Society(微波理论与技术协会)、Antenna and Propagation Society(天线与传播协会)等，与国际学术团体保持密切联系，通过积极参加IEEE杰出演讲人举办的科普讲座(Distinguished Lecture)，使学生的学习生涯和国际化的学术团体产生谐振和共鸣，融入国际学术社群，获得国际学术活动的体验。
(3)充分利用现有科研训练制度和毕业设计制度，对学生进行长线、跟踪、定点培养，尽早把本科生的课余时间纳入指导教师的科研活动，鼓励学生充分开发指导教师的学术资源进行自身学术发展，积极参加国际、国内各类科技竞赛，通过在比赛中和其他海内外不同高校的学生之间相互竞争，了解自己与其他对手的差异、优势和不足，在今后的学习过程中更加有的放矢，充实、优化、拓展自己的知识结构和库容。
(4)发扬新媒体优势，利用课程支撑网站(如 “兆龙微波”—weibo.com/u/5828599905等)、 QQ群等新媒体专业社交平台，把和学生的交流、互动延伸到学生身边。通过把学生介绍到国际化的现代大型电磁微波社群职业交流平台中，让学生与具有不同背景、不同职位、不同岗位的工程师、研究生、教师、科学家等不同人群接触，为培养学生尽早融入社会积累经验。一些优秀的展示平台如表2所示。
4 师资队伍建设国际化探索
师资队伍是教学改革的牛鼻子，若要探索教学国际化的目标，首先需要拥有一批具有国际化视野、受过国际化专业训练的教师团队。为此，在进行专业建设的时候，应有意识地挑选具有欧美发达国家留学经历的青年教师补充师资队伍。笔者所在的教学团队成员中具有海外发达国家留学经历的教师比例超过70%，具有博士学位的比例为100%。同时，在组建团队的时候非常注意每位教师的知识结构和专业背景的互补性，使教师在进行教学活动的时候，不仅能为学生赋能，还能为自己的同行、同事赋能。通过将青年老师和具有丰富教学经验的“老”教师配伍，一方面实现“老”教师对青年教师的传帮带，辅导青年教师顺利通过“教学关”，顺利站上讲台;另一方面，青年教师带来很多新的专业领域观点和专业研究方向，能够扩大团队的知识储备，拓展新的研究方向反哺教学，在每位教师逐渐成长为更好的知识服务者的同时，不断吸引优秀学生加入电磁场与微波技术的大家庭。
5 教学对象国际化探索
纵观人类社会历史发展的长河，一个国家越是发达、强盛，就越是倾向于对外开放、对内包容多元文化及多种价值观和评价体系。历史上，中国唐朝时期和20世纪的美国都展现出了这种开放。当今的中国，正在不断地重新迈向世界舞台的中央，在美国选择趋向于孤立和保守的政策时，中国作为新兴的世界第二大经济体，正在不断地承担更多的国际责任和历史担当。作为习近平主席领导下的新时代的中国人，拥有强烈的文化自信，近年来众多留学生到中国来学习中国的先进知识和经验。
南理工自2014年起面向国际学生招收电子与光信息专业英文留学生班，青年留学生的到来对国内在校生的学习和发展是一件非常有积极意义的事情，给校园文化带来了来自不同国家、不同民族、不同思维方式、不同语言的多元文化“马赛克”，各种不同的思想、观念、哲学在“包容并举，兼收并蓄”的文化大熔炉里相互碰撞、交流，摩擦出火花，极大地丰富了中国学生和国际学生的思想内涵，培养了学生“海纳百川，有容乃大”的胸襟和气魄。
随着“一带一路”倡议的推进，越来越多国家的青年学子来到中国。中国带给沿线国家的不仅有经济的投资，更有文化的输出。作为大国，不仅能输出具有“天下大同”普世思想的中国传统文化，更应该能输出代表现代科技的新兴自然科技文化。中国拥有两张具备雄厚工业实力的名片：高铁和核电，这正是中国有能力走向世界舞台中央的实力保证。而电磁场与微波技术是实现现代科技弯道超车的有力推动。电磁场与微波技术的不断发展不仅能吸引“一带一路”沿线国家学生来华求学，还将吸引到来自欧美等传统发达国家留学生来华留学。
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