提高“工程電磁場”課程教學效果的方法研究

摘要：“工程電磁場”是高校電氣工程專業一門重要的專業基礎課程。在學習其他高校教學理論的基礎上，結合“工程電磁場”課堂教學的實踐經驗和體會，針對“工程電磁場”課程的理論性強、抽象、數學推導較多等特點，研究傳統課堂教學的方法。以實際講例為導向進行分析講授，從而激發學生的學習興趣，提高課堂教學的教學效果，并且為了“工程電磁場”課程后期的進一步發展。

關鍵詞：工程電磁場；課程；特點；教學

作者簡介：熊煒（1980-），男，湖北宜昌人，三峽大學電氣與新能源學院，講師；粟世瑋（1979-），女，湖北宜昌人，三峽大學電氣與新能源學院，講師。（湖北 宜昌 443002）

中圖分類號：642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）26-0042-01

“工程電磁場”課程是高校電氣工程專業的一門基礎專業課程，很多高校都是作為必修課之一。這門課程對于學生來說，無論是其他后續專業課程的學習，如“電機學”、“電機控制”、“電力系統分析”、“電力系統繼電保護”、“直流調速控制系統”等，還是畢業后的深造和工作都十分重要，為他們將來從事工程設計、設備安裝及維修、系統調試等方面的工作打下堅實的基礎。因此，“工程電磁場”課程在電氣工程及其自動化專業教學中具有舉足輕重的作用。高校和講授這門課程的教師都十分重視這門課程的教學效果，許多教師都針對“工程電磁場”這門課程的改革和教學方法做了許多研究，通過教學方法的研究提高教學效果，[1]通過仿真工具建立實驗輔助學生理解，[2，3]還有從教學內容上入手探討課程的教學。[4]本文針對“工程電磁場”這門課程內容上的特點，結合實際應用探討在教學中如何提高學生的興趣，從而提高教學效果的方法。

一、“工程電磁場”課程緒論的作用

由于“工程電磁場”課程特點，學生上課的效果很不好，對知識點的理解不深，對課程內容缺乏興趣，進而導致課堂練習和課后練習抄襲現象嚴重，造成歷屆學生在這門課程的一次通過率并不高。每一屆學生在這門課程開始之前，就已經在往屆學生那里聽說這門課程有多么難，有多少人沒有通過等等，于是就有了畏難情緒。通過緒論的介紹，以輕松的聊天形式，讓學生了解這門課程的特點，知道如何學好這門課程，從而激起學生的學習興趣。

緒論課的重要作用是開拓學生相關知識的視野。與學生聊生活中的一些應用實例，如電磁波的傳播、通訊、電磁屏蔽等等，讓學生像聽故事一樣了解電磁場相關知識。講好緒論課要求教師既要熟悉掌握教學的內容，又要閱讀有關雜志、文獻，了解最新的發展動態，收集大量資料。此外教師要善于表達，發揮講授藝術充實學生內心世界，才能激發學生學習熱情，對工程電磁場的學習產生求知欲。

另外，教師以聊天的形式和學生交流往屆學生學這門課程的一些趣事，打消學生學習的顧慮，培養與學生之間的感情，讓學生對授課教師的習慣有一定了解，對于后面授課時的交流有很大幫助。

二、課程抽象性與多媒體、仿真工具的應用

學生學習“工程電磁場”難的一個主要原因就是抽象。工程學科的很多課程是有實物對照的，如電機、變壓器，學生在實習和實踐環節中都能夠有實物觀看。但是電磁場是看不見摸不著的，只能讓學生想象點電荷周圍的電場是怎么樣，通電直導線周圍磁場是怎么樣的。

在課堂上演示相關問題仿真結果成為了提高教學效果的一種重要方法。那么，一方面可以通過多媒體輔助教學的大量圖片和視頻，使抽象場形象化、可視化。在課堂以圖形展示的形式解釋“工程電磁場”課程中的一些基本概念，讓學生從視覺上感受場的存在。如圖1，為單根直導線周圍磁場情況，學生就能很清晰形象地了解導線周圍磁場的分布。另一方面，利用MATLAB、ANSYS等仿真軟件做出實際效果圖，讓學生自己動手，更為清晰地了解相關概念。可在期中布置一次大作業，實踐顯示大部分學生通過作業親自編程對概念有了較深入的理解。當然問題是如何增強輔導力度以提高學生仿真作業質量，避免抄襲現象，使學生真正掌握MATLAB和 ANASYS 兩種軟件，為將來的專業課學習和工程實踐奠定基礎。

三、課程理論性強、數學性強與教學重點的選擇

“工程電磁場”課程安排在“高等數學”和“電路”等基礎課程之后學習。課程對數學基礎要求比較高，理論性強，講解時比較抽象，沒有實物觀看，包含內容也比較廣泛。教材一般包含幾大部分內容：一部分是場的基本原理，包含靜電場、恒定電場、恒定磁場、時變場；一部分是一些分析計算方法，包含鏡像法等等；還有一部分是電磁波、工程方面等相關內容。其中數學性比較強的，基本上貫穿整門課程的都是梯度、散度、旋度，以及線積分、面積分、體積分，所以學生把教材粗略一翻，一般都會覺得很難。

那么在課程講解的時候，分清主次，分清重點。在“工程電磁場”中，這門課程主要是需要學生了解相關基本原理，并且著重于基本原理的應用，所以在授課中，可以不需要介紹太多的數學推導，讓學生知道能夠用，怎么用才是重點。

例如講解靜電場的基本原理時，重點當然是高斯通量定理，見公式（1）。高斯通量定理是在靜電場中計算電場強度的主要手段，公式左邊是電場強度的閉合曲面面積分，右邊是電荷與介電常數的比值。由于高斯通量定理的重要性，教材一般都花了大量篇幅對其進行了推導，但是通過幾屆學生的教學來看，效果并不好。那么這部分推導可以讓有興趣的學生自己看，不懂再問。教師可以重點講授如何用這個定理解決問題，一方面解釋清楚等式左邊原則上閉合面可以做任意曲面，但是為了讓電場強度的方向與面的方向一致，為了計算簡便，從經驗上看，一般做球面。另一方面等式右邊是閉合面包圍住的電荷量。從這兩個方面和學生詳細地解釋清楚，學生理解了，就能夠用定理去計算去解決問題了。還可以告訴學生，雖然定理表面上是計算曲面積分，但就目前學習基本原理的層次來說，只要面做得合適，很多情況無須計算積分，實際上演變成簡單的乘除計算了。這樣學生就會感覺，書本看起來難，學起來其實不難。

四、結合相關課程和實例分析提高教學效果

“工程電磁場”作為與“電路”同等地位的兩門專業基礎課之一，二者有相同之處，也有不同之處。電路趨向于集總電路，趨向于理想化，但是“工程電磁場”趨向于分布參數電路。對于三種基本電路元件、電阻、電容、電感也從電磁場方面做了計算，并且對于“電路”中的基爾霍夫電流定律從另一方面做出了解釋，即電流連續性定理，見公式（2）。由于電流密度散度為零，即電流連續，那么流入電流等于流出電流。

（2）

“工程電磁場”與“高電壓技術”在極化和接地電阻這部分內容交叉比較多。例如在分析靜電場中的電介質情況來說明極化電荷時，可以結合“高電壓技術”中的轉向極化這部分內容來給學生講授。在接地電阻的計算中，可以結合“高電壓技術”中接地電阻存在的意義和工程現場實際中的考慮向學生介紹，這樣可以開拓學生視野，提高學生學習的系統性。

五、結束語

“工程電磁場”課程一直是學生認為難學、難懂、難通過的一門電氣專業基礎課程。教師必須通過教學方法、教學手段的研究和改革來提高學生的學習興趣，讓學生更加容易理解。通過多媒體、仿真工具輔助教學，結合實際工程應用和相關課程的交叉激發學生的學習熱情，并且在教學中注意主次分明，重點突出，讓學生能夠更好地理解書本，便于以后能夠更好更快地應用于工作之中。

參考文獻：

[1]吳明贊.“工程電磁場”課程研究式教學的實踐[J].電氣電子教學學報，2008，30（4）：65-66.

[2]盧斌先.“工程電磁場”課程教學方法探討[J].電氣電子教學學報，2012，34（3）：96-98.

[3]黃輝，王毅.ANSYS在“工程電磁場”教學中的應用[J].電氣電子教學學報，2005，27（4）：88-91，

[4]倪有源，鮑曉華，張學.“工程電磁場”課程教學改革研究[J].中國電力教育，2011，（7）：73-74.

（責任編輯：王意琴）