“電磁場與電磁波”課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化與教學(xué)方法分析

摘要：結(jié)合多年教學(xué)實(shí)踐，對電磁場理論教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行研究并就存在的主要問題進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了幾種改革性的教學(xué)方法，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容。以解決實(shí)際教學(xué)中教學(xué)方法的選擇與學(xué)生的學(xué)習(xí)主動意識和創(chuàng)新性的培養(yǎng)、理論教學(xué)與實(shí)踐訓(xùn)練相統(tǒng)一等問題。

關(guān)鍵詞：電磁場理論；教學(xué)方法；教學(xué)內(nèi)容；教學(xué)效果

作者簡介：張平娟（1981-），女，安徽懷遠(yuǎn)人，安徽科技學(xué)院機(jī)電與車輛工程學(xué)院，講師。（安徽 蚌埠 233100）

基金項(xiàng)目：本文系安徽科技學(xué)院教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：X201095）的研究成果。

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）30-0048-01

一切電現(xiàn)象都會產(chǎn)生電磁場，而電磁波的輻射與傳播規(guī)律更是一切無線電活動的基礎(chǔ)。電磁場與電磁波廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電子通信技術(shù)領(lǐng)域。“電磁場與電磁波”是多種學(xué)科的交叉點(diǎn)，它不僅是微波、天線、電磁兼容的理論基礎(chǔ)，而且各種現(xiàn)代通信方式，如光纖通信、移動通信、衛(wèi)星通信以及電視、雷達(dá)等各種專門學(xué)科都是以電磁波攜帶信息的方式來實(shí)現(xiàn)的。廣泛應(yīng)用的超小超薄的大規(guī)模集成電路更是充滿了電磁場的問題。由于“電磁場與電磁波”是眾多學(xué)科的理論基礎(chǔ)，從而成為相關(guān)專業(yè)課程建設(shè)非常重要的環(huán)節(jié)。

“電磁場與電磁波”課程理論性、系統(tǒng)性很強(qiáng)，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)習(xí)它不僅可以獲得場和波的理論，而且有助于培養(yǎng)正確的思維方法和分析問題的能力。

但是就是這樣一門課程歷來被公認(rèn)為是一門難教、難學(xué)的課，電磁場與電磁波課程教學(xué)現(xiàn)狀：電磁場與電磁波課程主要涉及電磁場的源與場的關(guān)系，電磁波在空間傳播的規(guī)律，電磁波的產(chǎn)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(yīng)用。主要有以下幾個特點(diǎn)：該課程理論性強(qiáng)，概念抽象，數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁多；教學(xué)計劃修訂后該課程的教學(xué)學(xué)時被壓縮，既要在教學(xué)計劃學(xué)時內(nèi)完成教學(xué)內(nèi)容，這就會使每節(jié)課的上課內(nèi)容增加；課程涉及的知識點(diǎn)多，包括時域、頻域、空域和極化，相應(yīng)的物理量需用復(fù)數(shù)來表示。這就要求學(xué)生有復(fù)變函數(shù)、矢量分析和場論的基本知識。

基于現(xiàn)狀，筆者結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，就教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改進(jìn)方面提出了一些見解，希望和同行進(jìn)行交流。

一、教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化

1.根據(jù)課程需要，合理進(jìn)行學(xué)時分配

電磁場與電磁波是在公共課程大學(xué)物理基礎(chǔ)上開設(shè)的，大學(xué)物理的下冊電磁學(xué)理論部分已經(jīng)包括了真空和介質(zhì)中的靜電場、恒定電流場和恒定磁場、電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并做了詳細(xì)的講解，對麥克斯韋方程組也進(jìn)行了簡單介紹。與“電磁場與電磁波”相比較發(fā)現(xiàn)兩門課程在內(nèi)容上有較多的重復(fù)，但是大學(xué)物理側(cè)重于靜態(tài)電磁場以及電磁場的物理性，應(yīng)用對象以物理為主，而“電磁場與電磁波”在內(nèi)容上有了較大的擴(kuò)展，不僅包括靜態(tài)場還有時變場以及電磁波的發(fā)射傳播、傳播和接收，更注重時變的場和波，應(yīng)用對象以通信、電視、雷達(dá)遙感等和電磁波的發(fā)射、傳輸和接收相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域。在課程的講解過程中還要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各章節(jié)的學(xué)時，靜電場部分在大學(xué)物理中詳細(xì)介紹，在這里可以適當(dāng)壓縮，由于時變場是本課程的重點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)增加學(xué)時，使學(xué)生能夠更加深入理解電磁波傳播的特性，掌握時變場的分析方法。無線傳輸?shù)脑诂F(xiàn)代自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，這就使得電磁波的發(fā)射和接收成為其中主要的部件之一。天線是完成電磁波發(fā)射和接收的功能元件，因此應(yīng)增加此部分內(nèi)容的講解力度，保證與后續(xù)的專業(yè)課程銜接。

2.注重矢量分析與場論知識的講解

在課程的開始，教材一般會安排矢量與場論部分的知識，因?yàn)檫@部分知識是用來研究電磁場的重要工具。學(xué)生雖然在“電磁場與電磁波”課程之前也有過矢量分析、場論以及電磁場理論分析中使用的一些特殊函數(shù)，但是學(xué)得不夠深，有的已差不多忘記，所以在介紹電磁場內(nèi)容之前要把這部分知識講透徹，這樣才能使學(xué)生后面的學(xué)習(xí)輕松些，而不是開始就一頭霧水，之后就完全跟不上。

二、教學(xué)方法探討

教學(xué)過程是課程教學(xué)效果的關(guān)鍵。長期以來，對于“電磁場與電磁波”這樣理論性較強(qiáng)的課程教學(xué)都是老師在臺上講、學(xué)生在下面聽，為了在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)完成教學(xué)計劃的全部內(nèi)容，教師基本上是滿堂灌，但是實(shí)際效果往往不是很理想，就個人教學(xué)的實(shí)際得到一些教學(xué)方法上的體會。

1.教學(xué)手段更新

“電磁場與電磁波”之所以讓教師感覺難教、學(xué)生感覺難學(xué)，是因?yàn)楸菊n程基本上用數(shù)學(xué)語言來描述物理現(xiàn)象，講解過程中用到拉普拉斯方程、泊松方程、散度、梯度、旋度等大量的數(shù)學(xué)知識。在傳統(tǒng)的板書教學(xué)中，公式推導(dǎo)就會占用大量的時間，降低課堂講授效率，也使得學(xué)生感到枯燥、乏味，而且板書教學(xué)不能把抽象的物理概念、模型很好地顯示出來，現(xiàn)代多媒體技術(shù)能夠彌補(bǔ)板書教學(xué)的缺陷。首先，可以把重要的理論推導(dǎo)事先通過公式編輯器編輯好，在上課時重點(diǎn)講解難點(diǎn)，這樣就可以節(jié)省了課堂時間，提高了效率。另外，還可以借助一些軟件，比如MATLAB、FLASH來畫點(diǎn)位分布、時變場分布圖等，還可以進(jìn)行一些仿真。把抽象的概念變得直觀，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。在教學(xué)上采用板書和多媒體的有機(jī)結(jié)合，使課堂教學(xué)快慢有序，更好地提高教學(xué)效果。

2.增加應(yīng)用背景介紹

隨著科技的發(fā)展，電磁場理論在工程實(shí)踐、科學(xué)研究和家庭生活中應(yīng)用越來越廣泛，在教學(xué)的過程中若能有意識地利用好這些教學(xué)實(shí)例，在課堂上提出一些問題：飛機(jī)為什么可以隱身？微波爐為什么不能用金屬器皿？短波收音機(jī)為什么在晚上收到更多的臺、電磁爐的工作原理等，就可以讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)，充分認(rèn)識課程的重要性，提高學(xué)習(xí)的主動性，讓他們在理解基本點(diǎn)的同時激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。另外，在教學(xué)過程中也可以讓同學(xué)們通過一些實(shí)際應(yīng)用課題及時了解學(xué)術(shù)動態(tài)，提高自學(xué)能力和學(xué)習(xí)效果。

3.簡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)，及時歸納總結(jié)

當(dāng)學(xué)生拿到教材看到盡是數(shù)學(xué)推導(dǎo)時就會產(chǎn)生厭惡感，另外，有的同學(xué)會從高年級同學(xué)那里得知這門課程很“難”，便會在心理上排斥。針對這種情況，筆者采用的是簡化數(shù)學(xué)推導(dǎo)、重思路分析和結(jié)果的方法。這樣就不會有繁瑣的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)。在教學(xué)內(nèi)容上對一些知識點(diǎn)，比如恒定電磁場部分的靜電場和恒定磁場以及恒定電流場、靜態(tài)場中的極化和磁化、時變場的中的時變電場與時變磁場之間有些對偶知識點(diǎn)要及時總結(jié)歸納，并與相對應(yīng)的一些知識點(diǎn)比較，這樣可以增加記憶效果。

4.增加習(xí)題訓(xùn)練，提高分析能力

在教學(xué)過程中，經(jīng)常會聽學(xué)生說“老師上課講的都懂，可是不會做題”，這是歷屆學(xué)生中普遍存在的現(xiàn)象。因?yàn)殡姶艌霾皇菃渭兊臄?shù)學(xué)問題。在教學(xué)中老師要及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并調(diào)整教學(xué)進(jìn)度。講解知識點(diǎn)的時候要及時進(jìn)行總結(jié)，講解例題并歸納解題方法，多做課后習(xí)題，及時輔導(dǎo)。電磁場這門課程還存在教學(xué)內(nèi)容多而教學(xué)學(xué)時少的矛盾，可以借助網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行交流。

5.提高教師的自身素質(zhì)和教學(xué)水平

在教學(xué)中提倡互動，但教師仍然是占主體地位的。只有教師的自身素質(zhì)提高了才能有效地改善教學(xué)效果。首先，教師要熱愛所從事的教育事業(yè)，把全部精力投入到教學(xué)工作中。教師要經(jīng)常通過進(jìn)修的方式提高自己的知識水平，通過和學(xué)生互動以及教師間的交流發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足并能夠及時改正。教師還應(yīng)在教學(xué)中加強(qiáng)教學(xué)管理，不斷地完善教學(xué)資料，建立習(xí)題和試題庫，注重教學(xué)研究和與兄弟院校間的交流，不斷地提高教學(xué)水平。

三、結(jié)束語

電磁場是電類專業(yè)的一門核心課程，教學(xué)過程特點(diǎn)鮮明，如何組織教學(xué)非常重要。教學(xué)改革就是要重點(diǎn)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在內(nèi)容上使復(fù)雜的問題簡單化，方便學(xué)生理解，互動地組織教學(xué)，有效提高學(xué)生應(yīng)用所學(xué)電磁場理論知識解決問題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝處方.電磁場與電磁波[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2]任宇輝，等.電磁場與電磁波課程教學(xué)方法研究[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報，2008，（6）：188-190.

[3]邱關(guān)源，等.新編《電路》和《電磁場》教材的一些設(shè)想[J].電工教學(xué)，1997，19（2）：28-30.

（責(zé)任編輯：王祝萍）