“電磁場理論”課程教學(xué)方法的探討

[摘 要] 本文探討了適合“雷電防護科學(xué)與技術(shù)” 專業(yè)學(xué)生的“電磁場理論”教學(xué)方法，希望以此促進教學(xué)質(zhì)量的提高，培養(yǎng)學(xué)生用“場”的觀點對雷電防護領(lǐng)域中的電磁現(xiàn)象、過程及規(guī)律進行判斷和定量分析的初步能力。

[關(guān)鍵詞] 電磁場 教學(xué)方法 教學(xué)質(zhì)量

雷電災(zāi)害被國際十年減災(zāi)委員會認(rèn)定為十大自然災(zāi)害之一。為了減輕雷電災(zāi)害，促進和保障經(jīng)濟發(fā)展，急需一大批經(jīng)過系統(tǒng)培養(yǎng)的雷電防護專業(yè)人才。2005年，教育部正式批準(zhǔn)南京信息工程大學(xué)成立“雷電防護科學(xué)與技術(shù)” （以下簡稱“防雷”）專業(yè)，推動了雷電防護科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

“電磁場理論”課程是“防雷”專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是“天線”、“電波傳播”及“電磁兼容”等后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)[1]。電磁場理論闡述了宏觀電磁物理現(xiàn)象的基本性質(zhì)、基本規(guī)律、基本研究方法，又是一些交叉領(lǐng)域的學(xué)科生長點和新興邊緣學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)[2]。

“電磁場理論”課程的特點

1.系統(tǒng)性較強、概念抽象?！半姶艌隼碚摗币晕镔|(zhì)存在的一種特殊方式“場”為基礎(chǔ)講述了電磁場的基礎(chǔ)理論問題，對學(xué)生的空間想象能力、抽象思維和邏輯推理能力等要求較高。

2.數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣。“電磁場理論”是一門具有濃厚高等數(shù)學(xué)與物理學(xué)色彩的課程，用數(shù)學(xué)去研究電場、磁場，涉及較多的數(shù)學(xué)知識，需要堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。

3.涉及的知識點多，學(xué)時緊張?！半姶艌隼碚摗闭n程僅有51個學(xué)時，而須掌握的知識點眾多。電磁場不僅涉及時域和頻域，還涉及空域和極化等，且學(xué)生需掌握矢量分析和場論知識等。

教學(xué)方法的探討

基于以上特點，“電磁場理論”課程教學(xué)具有較高的挑戰(zhàn)性。本文就筆者的教學(xué)實踐經(jīng)驗，在提高教學(xué)質(zhì)量和效果方面談幾點體會，以期共同學(xué)習(xí)，探討較好的教學(xué)方法。

1.提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性。

培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是教好課程的前提和關(guān)鍵所在，因此筆者在緒論課上講授電磁場理論的發(fā)展過程，各個時期重要的科技成果及代表人物，并配以相應(yīng)的圖片。與此同時，在平時的課堂教學(xué)中不時穿插電磁場理論在各行各業(yè)尤其是在科技熱點和軍事熱點上的廣泛應(yīng)用（如磁懸浮列車、隱身飛機的原理等）。

2.靈活運用多種教學(xué)手段。

“電磁場理論”教學(xué)內(nèi)容繁雜，但課時卻非常有限，這就需要合理運用現(xiàn)代信息技術(shù)手段來提高課堂教學(xué)質(zhì)量，也可以實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺上進行課程教學(xué)與管理。多媒體教學(xué)不僅提高了課堂的信息量，也使得教學(xué)內(nèi)容更加形象化、生動化，讓學(xué)生通過視覺增強空間印象與理解，從而達到事半功倍的效果。例如，用動畫來給出多個鏡像點電荷的位置等。但由于公式繁多，推導(dǎo)繁瑣，教師必須進行適當(dāng)?shù)陌鍟?，以增強學(xué)生對問題的理解。如，教師可以先講要推導(dǎo)的公式來源、結(jié)論及其含義，再板書推導(dǎo)的過程，這樣可以使學(xué)生在課堂上一起思考從而促進學(xué)生思考的主動性，而且公式推導(dǎo)的過程本身就是檢驗學(xué)生對所學(xué)知識的應(yīng)用能力。

3.采用“啟發(fā)式”教學(xué)，提高學(xué)生的創(chuàng)造性。

解決一個問題也許僅僅需要數(shù)學(xué)和物理上的技能而已，而提出新的問題，卻需要有創(chuàng)造性的想象力。因此應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生主動去思考問題，如在講解Maxwell方程組時，對前面講授過的庫侖定律、畢奧-薩伐爾定律和法拉第電磁感應(yīng)定律進行總結(jié)，并指出其存在的矛盾，進而啟發(fā)式地引入位移電流的概念，從而得到著名的Maxwell方程組，且可以在此基礎(chǔ)上預(yù)言電磁波的存在。

4.結(jié)合專業(yè)特點，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

通過具體的實例講解及專業(yè)理論的推導(dǎo)，既能活躍課堂氣氛，使枯燥的物理、數(shù)學(xué)推導(dǎo)形象化，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探索的興趣。如在分析接地電阻時，可以結(jié)合目前國內(nèi)外大部分建筑都采用避雷針[3]這一現(xiàn)狀。在講解偶極子概念的時候，可以聯(lián)系到雷電回?fù)粑锢砟Ｐ?，用Quasi-Images公式算法和偶極子方法求解雷電電磁場的過程。在雷電防護中，一般需要知道比較精確的雷電電磁場分布，通過對雷電流周圍的電磁場的研究，為進一步對雷電流測量與雷電防護提供理論基礎(chǔ)，對防雷布線、器件參數(shù)的選擇等具有指導(dǎo)意義。

5.開展必要的實驗教學(xué)。

由于傳統(tǒng)的教學(xué)方法過于強調(diào)學(xué)生對概念和公式的記憶，致使學(xué)生的理論與實際脫節(jié)?？梢园哑綍r課堂講授的知識點設(shè)計成實驗等，以加深學(xué)生對理論課的理解和掌握。南京信息工程大學(xué)防雷系已經(jīng)初步建立了比較完善的電類基礎(chǔ)教學(xué)實驗室和雷電防護科學(xué)專業(yè)實驗室，擁有高壓雷電沖擊平臺等先進儀器。另外，在實驗教學(xué)中可以發(fā)揮計算機輔助教學(xué)的功效，節(jié)省了實驗設(shè)備的成本。

結(jié) 語

“電磁場理論”作為防雷專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，教師應(yīng)針對專業(yè)基礎(chǔ)課的特點，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)方向，注意和其他相關(guān)課程的銜接，以達到知識點覆蓋全、各專業(yè)課程之間內(nèi)容互補的要求，使學(xué)生能夠用“場”的觀點對雷電防護中的電磁現(xiàn)象和電磁過程進行初步分析。

參考文獻：

[1]田雨波，張貞凱.“電磁場理論”教學(xué)改革初探［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報，Vol.30 No.1 Feb，2008:11-13.

[2]葛文萍，賈振紅.“電磁場理論”教學(xué)的幾點思考［J］.高等理科教育，2008，4 :62-64.

[3]GB50057-1994，建筑物防雷設(shè)計規(guī)范(2000年版)[Z].

作者單位：吳 瑩 南京信息工程大學(xué)遙感學(xué)院 江蘇南京

楊國威 南京信息工程大學(xué)體育部 江蘇南京