《電磁場與電磁波》課程教學改革探索

肖志俊

一、《電磁場與電磁波》課程特點

電磁理論在廣播、電視、無線通信、雷達、導航、無線網絡及家用電器、自動控制、儀器儀表等領域得到了廣泛應用。《電磁場與電磁波》是電子信息工程專業重要的基礎課，其講述電磁場與電磁波的基本原理和分析計算方法，為在通信技術的研究和應用中解決實際的工程問題打下牢固的基礎。因此該門課程的基本概念和理論，是本專業人才培養所需知識結構的重要組成部分。

《電磁場與電磁波》課程主要涉及電磁場源與場的關系，電磁波在空間傳播的基本規律，電磁波的產生、輻射、傳播，電磁干擾，電磁兼容，以及電磁理論在各方面的應用，等等。

1.公式多，推導復雜。

如矩形波導中場矢量E和H的個分量的推導，是基于三維矢量偏微分方程組導出的，對于不同媒質和不同坐標系場量的描述方程也不相同，而且求解一個場量需要解一組方程。

2.概念多、抽象，難以掌握。

電磁場與電磁波是在大學物理電磁場基礎上拓展出來的一門基礎學科，包括很多新的概念、定律、公式，如靜電場的電容系數、自分布電容、互分布電容、矢量磁位、標量磁位、鏡像電荷、格林函數、有限差分法等，而且這些概念的出現還伴隨著復雜的計算公式，不管是理解、記憶、掌握，還是具體運用，都有一定的難度。

3.涉及的知識點多。

該門課程所需的前導課程有：大學物理、高等數學、矢量分析與場論、數理方程與特殊函數、信號與系統［１］，甚至還有部分研究生課程內容，如數值分析等，這些復雜的數學推導和計算通篇貫穿了整個教材。

少數學生由于前導課程，特別是數學基礎不牢固，造成學習困難，無法進行深入理解，課本上繁多的公式也給很多學生的學習帶來較大的困難，使得學生產生畏難情緒，有些干脆直接放棄了對該門課程的學習。其結果導致考試及格率偏低，成為專業課程學習的一個“攔路虎”。

二、《電磁場與電磁波》課程教學改革探索

基于以上特點，我根據自己多年講授該門課程積累的一些心得，對該門課程的教學作了一定的探索和改革，現闡述如下。

1.明確教學大綱，梳理教學內容主線，做到有的放矢。

《電磁場與電磁波》的教學大綱明確要求學生掌握宏觀電磁場與電磁波的基本性質和規律、工程應用的基本分析和計算方法，能對工程中的電磁場與電磁波問題進行初步分析，能對一些基本的、簡單的電磁場與電磁波物理問題建立數學模型進行計算，更深入地了解電磁信號傳輸的本質。根據教學大綱的要求，我將《電磁場與電磁波》課程劃分為三方面的內容：電磁場、電磁波和電磁工程，圍繞這三方面內容梳理了三條主線。

（1）電磁場

以麥克斯韋方程組為主線，將電場與磁場串并起來。如表1所示。

從上面的概要可見，麥克斯韋方程組高度地概況了電場、磁場的基本性質，以及電場和磁場之間相互激勵的普遍規律，是電磁場的核心和靈魂。

（2）電磁波

以波動方程為主線，這樣可承接前面的麥克斯韋方程組，通過麥克斯韋方程組變換出無源波動方程，求解波動方程在均勻平面波情況下的解，即可得到均勻平面波的場矢量表達式，進而建立起一系列關于電磁波的相關概念。

（3）電磁工程

以傳輸線為主線，用等效電路的分析方法可得出TEM波的傳輸線方程；用場的分析方法，將波導系統等效為傳輸線，可得出矩形波導的傳輸特性［2］。通過傳輸線這條主線，使場與路得到有效統一。

在全課程中通過這樣幾條主線的穿針引線，學生對這門課的學習具有了系統性和連貫性，而不是斷斷續續、似懂非懂的零散印象。

2.不斷完善教學方法和手段，重視學生能力培養。

（1）植入職業教育“行動導向”教學法，加強師生互動，激勵學生自主學習。

所謂“行動導向”的教學，其基本意義在于［3］：學生是學習過程的中心，教師是學習過程的組織者與協調人，遵循“咨詢、計劃、決策、實施、檢查、評估”這一完整的“行動”過程序列，教師可根據實際教學情況，采用“行動導向”教學中的多種教學法，在教學中與學生積極互動，教學不再是教師一個人的獨角戲。比如，圍繞電磁波在不同媒質中的傳播特性，給每組學生一個任務或專題，讓學生通過“獨立地獲取信息、獨立地制訂計劃、獨立地實施計劃、獨立地評估計劃”，在自己“動手”的實踐中，深刻領會和掌握電磁波在不同媒質中的傳播特性。教師只在旁邊觀測或答疑，并不主動參與，這樣既能使學生積極開動腦筋，用已學的知識向縱向和橫向進行探索，不斷地對知識點進行綜合歸納、聯想類比、實現知識點和分析方法的觸類旁通［4］，同時，教師又可以通過這樣的互動，及時地與學生溝通、交流，并不斷鼓勵、贊揚學生，使學生獲得尊重和理解，具有成就感，進而逐漸形成良好的互動，激發學生自主學習的動力。

（2）充分利用媒體技術，強化教學手段。

鑒于該課程的抽象性，如果沒有運用類似Matlab這樣的仿真軟件來輔助教學，效果可能會有折扣。如波導中TE模、TM模的場結構和電流分布圖等［5］，這些圖形無法用語言來表達清楚它本身的含義，那么必須借助多媒體教學，通過諸如Matlab之類的仿真軟件的演示，能獲得直觀的效果，那么一定會激發學生的學習興趣，增強學生對這些概念的理解能力，加深學生對知識的印象，提高學生的學習效率。可設計一些基于Matlab或HFSS9．2的實驗任務，如某一時刻天線右旋圓極化的場強在空間分布圖等，針對基礎較好的同學，讓他們自己參與進來設計，不僅使學生對右極化波理解加深，而且將進一步提高學生的編程能力，提高學生學習的興趣。

（3）采用板書輔助教學。

《電磁場與電磁波》課程有大量的公式推導，采用板書教學，可抓住學生的注意力，逐步深入理解，循序漸進，實現學生思路和教師思路同步，增強教學效果。

（4）開設網上答疑，加強課后輔導。

該課程的習題難度較大，如不及時進行課后輔導，學生有什么問題不能得到及時解決，無疑會降低學生的學習熱情，喪失學好該門課程的信心，同時，也會養成消極、懈怠的學習習慣。可以QQ群的形式在群里答疑，將每章典型的難題和學生共同的問題在群里講解，或以電子郵件的方式，對部分學生側重輔導，針對個別程度較差的學生，課后及時詢問，掌握其學習動態，及時彌補其薄弱環節。

3.結語

總之，在《電磁場與電磁波》課程教學中，教師一定要明確該課程的教學大綱，根據該課程的特點，緊抓住教學主線來組織教學，注重各部分的內在聯系、區別、因果及內涵；注重教學方法及手段的完善，用心了解學生和課程，充分地利用現有的媒體技術條件，精心安排和組織，注重聯系實際和創新，這些是提高《電磁場與電磁波》課程的教學質量，激勵學生學好該門課程的有效手段。

參考文獻：

［1］劉學觀，郭輝萍.電磁場與電磁波課程體系規劃研究［J］.電氣電子教學學報，2006，（6）.

［2］郭輝萍，劉學觀.電磁場與電磁波［M］.西安電子科技大學出版社，2003.

［3］姜大源.職業教育學新論［M］.教育科學出版社，2007.

［4］李文翔，熊慶國.“電磁場與電磁波”課程教學方法改革研究［J］.中國冶金教育，2007，（6）.

［5］武剛，張小平.基于電磁場與電磁波的教學研究［J］.攀枝花學院學報，2007，（6）.

課題來源：貴州大學2011年度本科職業教育和中職碩士培養方案改革研究項目。