基于工程案例的《電磁場與電磁波》教學實踐

任儀 郝宏剛 尹波

《電磁場與電磁波》是現代信息學科的重要基礎，是現代信息科學發展的重要支撐。它不僅是微波、天線、電磁兼容的理論與設計的基礎，而且是各種現代通信方式的主要信息載體，如光纖通信、移動通信、衛星通信，以及電視、雷達等各種專門學科，都是以電磁波攜帶信息的方式來實現的。因此，對于該課程的學習，很大程度上有利于學生后續認識并解決實際工程中的復雜問題，加深理解電磁場與電磁波的本質。但該課程概念抽象、理論性強，對學生的空間想象力和數學基礎要求很高，是公認的難教和難學的課程。在教學過程中，筆者嘗試引入工程實例教學實踐，從教學內容上增加電磁場與電磁波的應用實例，同時結合其他教學手段，使抽象的概念形象化，難懂的公式物理化，零散的知識系統化，理論基礎與實際應用密切聯系化，激發學生學習興趣，引導學生探索性學習，啟迪學生創新性思維，促進學生知識拓展應用能力的提高。

一、工程實例教學實踐

《電磁場與電磁波》是電子信息類專業的主干基礎課程，涉及大量的場論和矢量分析方面的數學知識，覆蓋內容較廣，且有一定的深度。相對于應用型課程，該課程的理論分析內容較多，課程理解需要學生花費較大的精力和時間，且需要能夠靜下心來思考電磁場問題，因此，對于工科學生來說普遍較難理解。然而，該課程講授的知識、理論和方法，在實際工程中具有一定的普適性，更容易與工程實例結合。以靜態場為例，靜態場是不隨時間變化的場，是時變場的特例，在靜態場部分的教學中主要做電容和互感的測量實驗，多導體的部分電容和互感是靜態場中非常重要的兩個概念。要求學生在掌握部分電容和互感的特性及測量原理的基礎上，應用測試具體參數，對比測試結果與理論計算結果是否相吻合。再如麥克斯韋方程組，看似只是一組毫無新意、索然無味的方程，多數同學接觸到它都有一定的畏難情緒。但如果將“電磁隱形衣”“左手電磁材料”“磁懸浮”“無線電力傳輸”等實際應用有機結合到課程教學中，課堂氛圍異常活躍，學生的學習熱情大大提高，對實際工程實例的思考更加深入徹底，甚至有學生在此基礎上開始研究電磁理論新的應用。

二、課堂教學與課外科技活動結合

除課堂教學外，根據實際課堂教學內容，定期給學生布置與實際應用相關的作業，可以是科技小論文、工程實例中簡單問題的解決方案、學生分組內部科技小競賽等，復雜的形式可以是參加校外知名企業的有獎科技競賽、區域性科技創新能力大賽等。此外，通過講解電磁場在實際工程中運用的一些案例，以及讓學生由淺入深地了解到電磁應用的廣闊性，避免了學生學習的盲目性，避免在學生中形成學習電磁場無用論的觀點。

近年來，隨著教學水平及學生素質的普遍提高，各種各樣的課外科技競賽活動顯著增多。這在很大程度上幫助學生更透徹的理解書本理論知識，同時鼓勵學生根據所學知識，發揮自己的主觀能動性，強化自我思考的能力，推動自身創新思維的形成。這些競賽活動為廣大學生參與解決工程實際問題提供了廣闊的舞臺。他們主動將所學理論與工程實踐結合，形成有價值的工程解決方案，或發表較高水平的論文，或參加要求較高的科技項目。《電磁場與電磁波》這門純理論學科被廣泛應用于工程實例，學生學習起來沒有了之前的畏難情緒，相反，他們更有學習的熱情，豐富課余生活的同時還能夠獨立提出問題、分析問題、解決問題。該過程將有助于學生實現自身價值，了解并懂得學習的目的和意義。

電磁場與電磁波理論中存在許多基礎性、探索性問題，是創新型教學改革的絕好典范。在此課程教學中加入工程實例幫助學生理解和掌握課程內容具有較大的實際意義。通過引入工程實例的教學實踐，學生的整體水平顯著提高，主動報名參與課外競賽活動的人數增多，這從側面說明此教學方法在提高教學質量和調動學生學習積極性上有明顯成效。但課堂教學的不同方案一直是一個不斷探索、不斷進步、不斷完善的過程，要實現電磁場與電磁波課程的全面深入改革，還需要進一步探索與努力。