電磁場(chǎng)與電磁波課程教學(xué)方法探索

魏純　劉雅嫻　李明

摘要 電磁場(chǎng)與電磁波是電子、信息類專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程。其概念抽象，理論性強(qiáng)，涉及的知識(shí)面較寬，一直以來是一門難學(xué)難教的課程。本文總結(jié)分析該課程的特點(diǎn)及在教學(xué)中存在的問題，并提出相應(yīng)的教學(xué)方法，以改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 電磁場(chǎng) 電磁波 教學(xué)方法

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

電磁場(chǎng)與電磁波是電子類、通信等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，以Maxwell方程組為基礎(chǔ)，利用矢量和場(chǎng)論的數(shù)學(xué)工具來研究電磁場(chǎng)與電磁波的運(yùn)動(dòng)、與物質(zhì)的相互作用規(guī)律及其應(yīng)用等。①②該課程是微波原理與技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、光纖通信、天線原理與設(shè)計(jì)等相關(guān)課程的基礎(chǔ)課程，可見其在電子類專業(yè)教育體系中的重要性。但是電磁場(chǎng)理論內(nèi)容多，概念抽象，學(xué)生普遍感覺難學(xué)難懂，部分學(xué)生容易產(chǎn)生畏懼心理，缺乏學(xué)習(xí)興趣，平時(shí)在課堂上表現(xiàn)很消極，課后沒有及時(shí)、積極學(xué)習(xí)，最終形成為應(yīng)付考試而學(xué)習(xí)的境況。如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合電磁場(chǎng)理論的特點(diǎn)，改進(jìn)教學(xué)方法顯得尤為重要。

1 電磁場(chǎng)與電磁波課程的特點(diǎn)及在教學(xué)中存在的問題

1.1 課程特點(diǎn)

電磁場(chǎng)與電磁波這門課，與大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、矢量分析、場(chǎng)論等都有關(guān)聯(lián)，內(nèi)容涉及很廣，要學(xué)好這門課，必須熟練掌握以上工具課程中相關(guān)的概念、理論、運(yùn)算和應(yīng)用。本課程理論性強(qiáng)，概念多且抽象，并常伴有復(fù)雜的計(jì)算公式，不管是記憶、理解、掌握，還是具體運(yùn)用，都有一定的難度。課程中涉及的公式，不僅復(fù)雜不易記憶，推導(dǎo)還很復(fù)雜，計(jì)算難度大，數(shù)學(xué)功底不好的學(xué)生，學(xué)起來很不容易。

此外，本課程中涉及到大量的隨時(shí)間和空間變化的場(chǎng)分布圖，包括電場(chǎng)、磁場(chǎng)、等位線、電流線、梯度等，這些圖形對(duì)應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式非常復(fù)雜，很多情況下在平面上畫出場(chǎng)的圖形非常困難，一般來說只有通過編程或?qū)ｉT的仿真軟件才能得到。③

1.2 教學(xué)中存在的問題

本課程理論性強(qiáng)、概念抽象、公式多、推導(dǎo)復(fù)雜，歷來被認(rèn)為是難教、難學(xué)的課程。在教學(xué)過程中，教師主要講解數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)和物理意義，而電磁場(chǎng)看不見摸不著，計(jì)算上常用的坐標(biāo)變換，微積分，邊界條件的應(yīng)用等，學(xué)生感到枯燥無味，④理不出頭緒，對(duì)學(xué)習(xí)沒有興趣，理論公式等難以理解、掌握。此外，電磁場(chǎng)和電磁波的某些特性的內(nèi)容很抽象，對(duì)學(xué)生在空間想象、抽象思維和邏輯推理等方面的能力有較高的要求，但在教學(xué)過程中由于傳統(tǒng)教學(xué)手段方式有限，使教師無法生動(dòng)、形象地展示給學(xué)生，這些都使得許多學(xué)生無法深入理解從這些模型中建立起來的許多概念，從而影響整個(gè)課程的學(xué)習(xí)。

本課程的特點(diǎn)決定了在教與學(xué)的過程中，會(huì)有一定難度，而另一方面，隨著教學(xué)改革的不斷深入和發(fā)展，要求學(xué)習(xí)的課程門數(shù)不斷增加，同時(shí)還要提高實(shí)踐學(xué)時(shí)量，而總學(xué)時(shí)不變，必然導(dǎo)致每門課程的平均學(xué)時(shí)量減少，尤其是理論課學(xué)時(shí)。在這么少的學(xué)時(shí)里，在教學(xué)內(nèi)容不變的情況下，只有增加每堂課的教學(xué)內(nèi)容，精簡(jiǎn)習(xí)題課，同時(shí)只深入講解某些重點(diǎn)章節(jié)。如此這般，加重了學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，增加了教學(xué)難度。

2 教學(xué)方法的探討

在課程教學(xué)過程中，經(jīng)常會(huì)有學(xué)生提出一些問題：學(xué)習(xí)這門課有什么用；做作業(yè)的時(shí)候，明明習(xí)題聽明白了，怎么自己動(dòng)手又不會(huì)了；習(xí)題都是特定條件下的問題，實(shí)際的問題也是如此嗎，等等。這些問題產(chǎn)生的原因有一部分是課程本身的特點(diǎn)決定的，另一部分與學(xué)生的學(xué)習(xí)能力有關(guān)。因此，針對(duì)學(xué)生的情況，選擇合適的教材，因材施教顯得十分必要，在教學(xué)過程中更需要針對(duì)課程特點(diǎn)進(jìn)行施教，使教學(xué)更加形象化、通俗化、趣味化，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來更加輕松、有趣味。

2.1 挑選合適的教材，精選教材內(nèi)容

根據(jù)不同專業(yè)的課程要求，挑選合適的教材，有針對(duì)性地選擇，便于教師指導(dǎo)及學(xué)生學(xué)習(xí)。比如電子信息工程專業(yè)宜選擇理論較簡(jiǎn)單偏應(yīng)用的教材，而通信工程專業(yè)則宜選擇理論性較強(qiáng)的教材。由于課時(shí)少，應(yīng)結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)根據(jù)課程在課程體系中的地位、作用和任務(wù)來精選教材內(nèi)容，少講或是不講與本專業(yè)相關(guān)性不大的內(nèi)容。此外，要注意補(bǔ)充教材的不足，適時(shí)更新教學(xué)內(nèi)容，與時(shí)代緊密結(jié)合，增加本學(xué)科的最新進(jìn)展與應(yīng)用，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。⑤

2.2 板書與多媒體教學(xué)相結(jié)合

電磁場(chǎng)與電磁波的某些問題涉及大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和復(fù)雜的計(jì)算，如果只在幻燈片上播放，學(xué)生不容易跟上思路，師生之間沒有交流，但是通過板書教學(xué)，可以很好地實(shí)現(xiàn)師生間的思路同步，課堂互動(dòng)性好。雖然教學(xué)進(jìn)度慢一點(diǎn)，但是能讓學(xué)生更好地參與進(jìn)來，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，課堂氣氛活躍。

但是僅靠板書的語言教學(xué)是不夠的，因?yàn)闀猩婕暗皆S多的抽象圖形，這些圖形無法用語言來表達(dá)清楚它本身的含義，如果結(jié)合多媒體手段，可以很輕松地表現(xiàn)出來，使學(xué)生感興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。而且使用多媒體教學(xué)，可以增加每節(jié)課的信息量，很好地解決學(xué)時(shí)量減少的問題，同時(shí)可以提供大量的課外材料供學(xué)生分析，讓學(xué)生了解除理論知識(shí)以外的，實(shí)踐方面的應(yīng)用知識(shí)。

2.3 采用實(shí)例教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

電磁場(chǎng)與電磁波是一門基礎(chǔ)課程，理論性強(qiáng)，在應(yīng)用方面講解不多，學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，覺得課程不重要，沒有學(xué)習(xí)興趣。因此，教師在教學(xué)時(shí)，可以列舉一些實(shí)例，將電磁理論在工程實(shí)踐和日常生活等領(lǐng)域的應(yīng)用引入課堂的理論教學(xué)中，讓學(xué)生從中受到啟迪，能夠舉一反三，從煩瑣的記憶中擺脫出來，培養(yǎng)邏輯思維與創(chuàng)新思維能力。在課堂上，要適時(shí)適度地提出實(shí)例，不可一味地為增加趣味性而只講實(shí)例，列舉的實(shí)例要有一定的理論深度，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)又可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生對(duì)這些問題進(jìn)行自由討論。通過討論和教師適當(dāng)?shù)奶崾荆瑢W(xué)生理解了相關(guān)的知識(shí)，教師再進(jìn)一步總結(jié)歸納相關(guān)理論，可以達(dá)到較好的教學(xué)效果。⑥

2.4 采用啟發(fā)式教學(xué)，增加交流互動(dòng)

電磁場(chǎng)看不見摸不著，概念抽象，在教學(xué)的過程中，可以盡可能多地向?qū)W生提出問題，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，分析問題，加深對(duì)知識(shí)的理解，發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性，使課堂生動(dòng)活潑。教師在運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)時(shí)，要針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教學(xué)的具體內(nèi)容，提前進(jìn)行合理的教學(xué)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)問題時(shí)，要多設(shè)計(jì)一些讓學(xué)生能思考的問題，而不是簡(jiǎn)單的是非判斷。另外，講解某些與實(shí)際聯(lián)系比較緊密的問題時(shí)，可以提出一些實(shí)例，引起學(xué)生的求知欲，通過對(duì)相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，明白了原理，也提高了學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，在教師提問的過程中，與學(xué)生之間的互動(dòng)更頻繁了，更容易把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從而改善教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.5 提高教師素養(yǎng)，提升教師魅力

同一門課程，同樣的教學(xué)內(nèi)容，教師不同，學(xué)生的喜好程度也有明顯的區(qū)別。無論是初中，高中還是大學(xué)，學(xué)生都會(huì)因?yàn)橄矚g一個(gè)老師而喜歡一門課程，因此，教師應(yīng)該對(duì)癥下藥，從知識(shí)素養(yǎng)等各方面提高自己，授課過程切忌千篇一律，背書式教學(xué)更是糟糕。在枯燥的課程中，加入一些幽默的話語，或是幽默的音調(diào)，也可以改善課堂氣氛。教師要在教學(xué)中不斷提高自己的業(yè)務(wù)能力，可以通過教學(xué)與科研結(jié)合的方式，提升自己的認(rèn)識(shí)水平和綜合素質(zhì)，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

2.6 靈活運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)，做好課后輔導(dǎo)工作

為了讓學(xué)生更好地吸收新的知識(shí)，鞏固學(xué)習(xí)內(nèi)容，可以在傳統(tǒng)的固定時(shí)間地點(diǎn)面授習(xí)題、面對(duì)面答疑的輔導(dǎo)方式上，利用網(wǎng)絡(luò)采用QQ群、微博和郵件等多種交流方式，來為學(xué)生提供即時(shí)的輔導(dǎo)。學(xué)生可以將問題上傳至群共享中讓同學(xué)或者老師幫助解決，或者發(fā)郵件與老師進(jìn)行溝通。另外，借助微博，可以將師生之間、學(xué)生之間的交互空間從課上拓展到課下，有效地整合現(xiàn)實(shí)的交互空間與虛擬的交互空間，實(shí)現(xiàn)師生之間的實(shí)時(shí)性交互。實(shí)踐證明學(xué)生利用QQ群交流的頻率高，作業(yè)質(zhì)量也有顯著提高。

3 結(jié)束語

總之，在電磁場(chǎng)與電磁波課程的教學(xué)中，一定要根據(jù)課程本身的特點(diǎn)及學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，緊扣大綱，把握主線，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握課程內(nèi)容，要盡可能地把理論和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。一年的教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高，課堂表現(xiàn)活躍，考試成績(jī)也有所提高。

注釋

① 謝處方，饒克謹(jǐn).電磁場(chǎng)與電磁波.第四版[M].北京：高等教育出版社，2008.

② 王家禮，朱滿座，路洪敏編著.電磁場(chǎng)與電磁波[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

③ 伍剛，張小平.基于電磁場(chǎng)與電磁波的教學(xué)研究[J].攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.24（6）：117—121.

④ 劉建霞.改進(jìn)教學(xué)方法 提高教學(xué)質(zhì)量——《電磁場(chǎng)與電磁波》課堂教學(xué)體會(huì)[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2003.12（21）：90—91.

⑤ 楊紅軍，運(yùn)高謙.“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)改革的探索[J].中國電力教育，2010（16）：72—73.

⑥ 劉國慶.“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)研究[J].中國電力教育，2008（12）：74—75.