提高“電磁場與電磁波”課堂教學效果的實踐研究

毛雷鳴

巢湖學院電子工程與電氣自動化學院，安徽 巢湖 238000

提高“電磁場與電磁波”課堂教學效果的實踐研究

毛雷鳴

巢湖學院電子工程與電氣自動化學院，安徽 巢湖 238000

“電磁場與電磁波”是本科學校電子信息類專業必修的專業基礎課，同時也是一門難學難教的課程。針對此課程的特點，該文從教學內容、教學效果、教學方法等方面對該課程教學經驗進行了一系列總結，取得了較好的教學效果。

電磁場與電磁波；教學內容；教學方法；教學效果

引言

本科院校的“電磁場與電磁波”課程是電子信息類專業的專業基礎課，在電子信息類專業中占有重要的地位。該課程是否學得好，基礎是否牢固，直接影響以后通信原理、微波技術、天線原理、移動通訊、電磁兼容、及其他高頻電子設備課程的學習。但是由于該課程知識面廣，概念抽象，公式多，推導復雜，計算難度大等特點，對應用型本科院校的本科生來說，往往由于學生理論基礎差，造成入門學習困難，難以將已經學好的數學知識和電磁場內容很好的結合，達到學以致用的目的；同時課本上繁多的公式也給很多學生的學習帶來很大的困難，學生不清楚公式包含哪些物理意義，哪些公式重要，哪些需要熟記；此外，電磁場的三維特性和電磁波的波動性等抽象內容，要求學生要有較強的空間想象能力、抽象思維能力和邏輯推理能力，但是受傳統教學手段僅僅使用公式描述參數之間關系，缺少圖形描述，使教師無法生動、形象地展示給學生，這些都使得許多學生無法深入理解從這些模型中建立起來的許多概念，失去學習的積極性，從而影響整個課程的學習，考試不及格率較高[1]。因此需要教師在課堂教學過程中，結合學生的實際情況，及時對課程的教學方法進行改革和優化，把握學生特點，提高學生對本課程的興趣，消除畏懼心理。

1 合理設置教學內容

巢湖學院《電磁場與電磁波》[2]教材選用的是成都電子科技大學謝處方教授新編教材的第四版，這是教育部推薦的100本優秀教材之一，至少需要80個學時。而我們每學期安排學時是64個，所以每個章節的內容不能面面俱到，要做一些必要的刪減。課程安排上，首先講解矢量分析，幫助學生鞏固數學基礎，明確矢量場和場源之間的數學關系；然后講解電磁場的基本規律，對大學物理中已經介紹過的一些基本理論進行詳細的復習和總結；以此為基礎導出各類電磁問題滿足的基本公式，即麥克斯韋方程組和時變電磁場邊界條件。為了幫助電子信息類專業的學生掌握電磁理論的工程應用，及后續課程的學習[3]，將均勻平面電磁波在無界空間、均勻波導和均勻傳輸線中的傳播加入教學中，使學生既能掌握基本理論，又能打下應用基礎。由于時間限制，在學時安排上，針對應用型本科院校電子信息類專業的人才需求，強化“電磁波”的內容，適當壓縮靜態場部分，擴充電磁波部分，使兩者授課時間達到2:5的比例；同時不過多重復“大學物理”課程中電磁學的相關內容，如安培定理是“大學物理”和“電磁場與電磁波”兩門課程中的一個最基本的知識點，“大學物理”強調的是定理的推導，而“電磁場與電磁波”強調的是其微分形式，所以講述時定理可依據“大學物理”直接給出，然后推導微分形式[4-5]。

2 將電磁理論的發展史融入教學之中

電磁場與電磁波是一門用數學工具來分析和解釋物理現象的課程。大多數物理現象都有被前人發現認知的過程，從這些物理現象認識過程的背景出發，去介紹電磁場的知識，往往可以增加課程的生動性，增加學習興趣。比如，介紹極化的時候，可以介紹安培提出分子電流的過程，結合歷史背景使學生了解分子電流假說的意義和局限性；介紹電磁感應時，就可以講述法拉第探索和發表電磁感應的經歷及科拉頓跑失良機的故事，讓學生了解到這一現象的產生過程，增加學生學習興趣。

增加電磁場與電磁波相關的前沿介紹對電磁場教學也至關重要，一方面可以增加學生的認知興趣；另一方面可以讓學生看到電磁場發展的前景。例如在講解平面電磁波的傳播時，可以舉出衛星通信、光線通信、藍牙技術等實例、也可以列舉最近出現的國際上非常熱門的負折射率介質研究、電磁波的隱身技術等，大大激發了學生的學習興趣[6]。

3 加強基本概念的理解

電磁場理論中一些概念、原理和結論都是通過繁雜的數學推導而得到的，如果詳細講解推導過程，不僅會浪費大量的時間，還會讓學生感覺這門課枯燥、難以理解，從而產生畏懼的心理。另外，學生學習時，如果把大量的精力放在復雜的數學推導和公式記憶上，會忽略對基本概念和定理的理解，使學習僅僅停留在簡單的死記硬背上，甚至一些簡單的概念和定理都不能真正理解。所以授課時，減少公式推導過程，著重從物理意義的角度講解，把公式的物理思想講深講透，重點對所得結論進行總結歸納，有意識地培養學生主動思維的能力。如果不注重基本物理概念的理解，即使掌握再多的數學技巧，遇到具體問題時，也會思路不清，無從下手。

4 加強教學中相似性的比較

電磁學中，某些電現象與磁現象本質上相異，但在現象上有很好的相似性，或在研究方法上十分相似。例如，矢量的散度和旋度的比較，真空中靜電場和恒定磁場的比較，電偶極子和磁偶極子產生的電場和磁場的比較等內容。對結構相似的定理、定義與公式進行歸納，列出表格，對比相似點與差異點。當遇到這類知識時，利用電磁對偶關系，就很容易理解磁現象，通過相似性比較，有助于知識融會貫通，也便于學生記憶。

5 加強理論知識和工程實例的結合

學習一門新課程時，學生往往不知道為什么要學習這門課，學習這門課有什么用。為了解決這一問題，課堂教學的時，可以將應用背景與理論學習結合起來，通過啟發學生思考，將課堂知識用于分析實際問題，不僅達到學以致用的目的，還能增強學生的學習積極性。例如，講到電磁感應定理時，可以與學生一起討論發電機和電磁爐的工作原理；在剛開始學習均勻平面波傳播時，讓學生自由列舉現實生活中遇到的電磁波傳播問題。再問學生:為什么海水中潛艇之間的通信困難？為什么在微波爐中不用金屬盤子加熱食物？手機放在微波爐中能接受到信號嗎？中波廣播天線架設為什么與地面垂直？電視衛星天線的尺寸不同收到的衛星信號相同嗎？當講授均勻平面波的反射與透射時，可以問學生:照相機鏡頭上為什么有一層敷層？怎樣才能使雷達天線免受惡劣天氣的影響？當學生帶著他們無法解決的問題學習時，就會想盡快知道解決問題的方法。通過對應理論知識的講授，學生對老師提出的問題有了較深的認識。經過不停地提出問題、解決問題的過程，學生對本課程學習的積極性會越來越高，興趣越來越濃厚[7-8]。

6 多媒體教學和板書教學相結合

電磁場作為一種特殊的物質，看不見、摸不著的，特別抽象，所以對相應的一些概念和原理的理解也特別困難。在教學中涉及大量的隨時間和空間變化的場分布圖，這些圖形不僅復雜，難于制作，而且還難于識別，難于理解；隨著計算機的快速發展和廣泛普及，作為老師，可以充分利用計算機強大的數值計算和圖形處理功能、視覺功能，使用多媒體教學幫助在學生頭腦中建立一些形象的三維空間模型，實現電磁場的可視化，將抽象、空洞的理論變得形象，讓抽象思維和形象思維得到很好的結合，進而加深學生對授課內容的理解。力爭做到生動、形象、更有效的理解和掌握基本概念、基本定律、基本公式和基本應用。例如，可以利用Maxwell仿真靜電場的分布；利用Matlab軟件仿真電磁場的極化和傳播特性；利用HFSS或CST等軟件仿真圓形波導中電磁波的傳播或天線的輻射，將學習的重點、難點形象生動地展示出來。使用多媒體與板書相的教學方式，既能從視覺上激發學生的學習積極性，又能使學生對某些推導過程和理論知識有個更深刻的認知。

7 結語

總之， 通過不斷總結教學經驗，逐步改進教學內容和教學方法，激發學生學習課程的熱情，課程的教學質量得到了較大的提高，提高學生的分析和解決實際問題的能力，培養學生的創新意識，使教學各環節更加完善，真正提高教學質量。

[1]杜章永,宋清華.電磁場與電磁波課程教學改革的探索與實踐[J].科技信息，2011，21:455

[2]謝處方,饒克謹.電磁場與電磁波[M].高等教育出版社,2006.

[3]劉蕾蕾,“電磁場與電磁波”課程的教學研究[J].科技信息,2011,31:56

[4]許碧惠.“電磁場與電磁波”課程的教學思考[J].電氣電子教學學報,2009,31(3) :108-109

[5]姚文俊,程衍富,戴同慶,黃文濤,曹振洲.電磁系列課程教學改革的研究與實踐[J].中國電力教育,2011,8:159-160

[6]左韜,電磁場與電磁波教學方法研究[J].科技信息,2010,10:140

[7]林相波,劉軍民,“電磁場與電磁波”課程教學中的幾點思考[J].電氣電子教學學報，2009,31(2):95-96

[8]饒黃云,“電磁場與電磁波”課程的教學研究[J].東華理工大學學報，2010，29(1):71-73

The practice study about improving teaching effect of electromagnet field and electromagnet wave

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10.3969/j.issn.1001-8972.2012.21.124

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毛雷鳴（1981-），男，碩士研究生，助理實驗師，主要從事納米薄膜的研究。