淺淡《電磁場與電磁波》的教學方法

黃文等

摘 要 《電磁場與電磁波》普遍存在難教難學的現象。本文分析了《電磁場與電磁波》這門課程教學中存在的問題，并提出幾種提高教學質量的方法，通過這些措施可以取得良好的教學效果。

關鍵詞 電磁場與電磁波 教學方法 教學質量

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2014）14-0001-02

《電磁場與電磁波》是高等學校電子信息類及電氣信息類專業本科生必修的一門專業基礎課，是在大學物理的電磁學部分的基礎上，應用高等數學作為工具，進一步研究宏觀電磁場的基本規律及分析計算方法，使學生熟悉重要電磁場問題的數學模型的分析計算方法，掌握“場”與“路”這兩種既相區別又相聯系的思想，具備對簡單電磁現象和電磁過程用“場”的觀點進行定性分析和判斷的能力。本課程的學習，為學生以后從事微波技術、天線、無線通信、電磁兼容等領域的研究打下了必要的基礎。

但是該課程是公認的難教難學的課程之一，其理由是：公式繁多、內容抽象。如何激發學生的學習熱情，提高學生的學習興趣，改進教學方法顯得尤為重要。

一、課程教學現狀及存在的問題

我校電子科學與技術、通信工程、自動化等專業開設了《電磁場與電磁波》這門專業基礎課，理論學時為56學時。而本課程理論性比較強，學時略顯緊張。

在教學中，存在著以下問題：（1）在教學過程中，教師對某些公式過多地推導，占用大量授課時間，提供給學生的信息量大為減少，引起教學效率低下。（2）本課程理論性強，概念高度抽象且繁多，公式推導多、計算過程復雜，使得教師難以生動形象地講解，課堂相對枯燥單調，學生難于深入理解課程內容，普遍缺乏學習興趣。（3）本課程對學生空間想象及數學知識等方面能力有較高的要求，坐標變換、微積分等數學知識的應用更是貫穿整門課程。數學功底不好的學生，尤其容易產生畏懼心理。（4）本課程理論及各種公式的記憶、理解、掌握和具體運用，都有一定的難度，影響了學生學習的積極性。

二、教學方法的探索

1.科學劃分教學內容

在課程安排上，從矢量分析入手，使學生掌握矢量代數和矢量微積分，運用矢量分析方法使得公式簡明確切，然后采用公理法逐步建立電磁模型，介紹靜電場、靜磁場，再由時變場得出麥克斯韋方程。在授課中，以大學物理相關理論為基礎引出本課程中的知識點。除了電磁場的基本性質和基本規律，授課內容還包括傳輸線理論及其應用、波導和諧振腔、天線和輻射系統，使學生能應用背景知識理解基本的電磁模型。另外，在課堂上適當地討論相關的技術應用，如噴墨打印機、極化濾波器、靜電屏蔽、多普勒雷達等內容，加深學生對電磁場理論的理解，培養學生解決實際問題的能力。

根據教學計劃中的教學內容，將教學知識點進行梳理劃分，對于重、難點部分，由教師課堂授課完成；對于拓展型知識點，如相關的技術應用，由教師在課堂上引出，與學生進行少量討論，主要由學生在課外查找相關資料自主學習完成。例如，靜電場中電位函數的邊值問題的求解，將知識點劃分成不同的層次，分離變量法、直角坐標系中邊值問題為講授型知識點，由教師課堂授課完成，而對于圓柱坐標系中邊值問題的求解、球坐標系中的邊值問題以及等電位線的描繪為拓展型知識點，由學生課后自主學習完成。

2.多媒體教學與板書相結合

對于這類難教難學的課程，單一的板書教學方法已不能適應教學需求。對于抽象、深奧的問題與概念，采用圖文并茂的多媒體課件代替板書，以形象、生動、直觀的方式展現，并且用字體、顏色的變化突出教學重、難點，使學生能很快抓住學習的重、難點，從而保證聽課效果。對于一些抽象圖形，比如行波和駐波的實時變化波形、平面電磁波的傳輸過程、波導中電磁波的場結構等，很難用語言來準確描述，但結合多媒體手段，如采用Flash動畫來進行演示，可以直觀而生動地表現出來，激發學生興趣，提高學習效率。且使用多媒體教學，減少了教師板書的時間，增加了教學信息量，保證了教學進度，提高了教學效率。另外利用多媒體課件可提供一定的課外材料供學生分析，讓學生了解理論知識以外的應用知識。

但是，僅僅運用多媒體課件進行全部教學也是不恰當的，多媒體教學加快了教學速度，留給學生消化理解的時間減少，導致學生不能很好地進行理解。且較多知識點涉及復雜數學推導及計算，如果只在課件上播放，學生很難跟上教師思路，影響教學效果。而板書教學使學生容易跟上教師思路，更好地參與課堂學習。所以，單純的板書或多媒體教學都不是理想的教學手段，只有適當的板書教學配合形象生動的多媒體展示，才能達到最佳的教學效果。

3.理論與應用實例相結合

《電磁場與電磁波》是一門專業基礎課程，內容抽象、理論性強。學生在學習過程中，會覺得理論與應用脫節，沒有學習興趣。事實上電磁場理論有廣泛的應用背景，尤其是通信、軍事等領域。因此，在課堂授課中教師可以增加與理論密切相關的應用背景知識，列舉一些工程實踐和日常生活中電磁理論應用的實例，激發學生的學習興趣，培養邏輯思維與創新思維。如磁懸浮列車為什么會懸浮，微波爐中為什么不能用金屬碗，隱形飛機為什么會隱身，以及靜電復印工作原理、醫學中的微波治療、磁共振成像技術等，使學生充分認識到本課程的重要性，提高學習的主動性。但課堂上教師提出的實例，要與課堂所學理論內容有所關聯，且應用實例的討論不可過多，以免壓縮正常授課內容。通過學生自由討論之后，教師適時進行點撥，再進一步結合課堂教學知識點進行歸納講解，強化所學內容，使學生更好地理解和記憶所學內容。

4.采用多種教學方式

教師應該采用多種教學方式吸引學生注意力，如使用啟發式教學，適時地向學生提出一些問題，引起學生的思考。在設計問題時，應該設計能夠使學生思考的問題，而不是簡單的是非判斷題。例如，在提到舊知識點時，可以向學生提出問題，使學生回憶學習過的內容，查漏補缺。教學時可以設置探究式問題，引導學生分析和解決問題，培養學生的自主思考及創新能力。提及拓展型的應用實例時，教師先啟發學生進行思考，激發學生的求知欲，讓學生自由討論，然后加以提示進一步啟發。同時，教師提問的過程，也是師生交流互動的過程，通過觀察學生的回答，把握學生的學習掌握情況，及時調整教學進度，從而提高教學質量。endprint

傳統的教學為填鴨式教學，偏重教師講授，課堂氣氛單調。我們可以嘗試開展互動式教學，以教師講授為主，穿插學生講課及自由討論等形式，更多的讓學生參與到教學中。課堂上鼓勵學生勇于提問，對課本上的例題可采用學生先進行討論，再讓學生講解，最后教師進行點評的方法?；蛘邔τ谛〔糠终n程內容，由部分學生主講，再由教師點評及總結歸納。每一章學習結束后，可讓學生分組討論，總結歸納所學重難點，寫出自己的學習筆記。這些措施充分地培養了學生的獨立思考能力以及分析、解決問題的能力，激發了學生學習熱情。

在課堂教學中，我們還要注意講授的形象生動以及類比法的應用。例如講解方向導數和梯度的概念時，教材中定義梯度幅度為標量的空間最大變化率，方向為標量增加率最大的方向。如果直接按照書上講解，學生會覺得概念抽象。但如果換種方式，將生活中常見現象聯系起來，學生就比較容易理解，如可以使用山這個例子來講梯度的概念，最陡的方向就類似于梯度。教學時，抓住新舊知識的連接點，巧妙運用類比，使學生更好地理解所學知識，避免概念上的混淆。比如靜電場與恒定電場、靜電場與恒定磁場、麥克斯韋方程組中的時變電場和時變磁場，都存在可類比的地方。而對于小的知識點，比如矢量的點積和叉積，散度和旋度，也都有類比的地方。通過類比，可加強學生對課程內容的掌握。

5.運用網絡做好課后輔導工作

在高校教堂教學以外，教師很難見到學生，難以確切掌握學生的學習狀態。為了讓學生更好地掌握所學知識，除了固定時間地點面對面答疑，還可利用網絡進行即時的課后輔導工作，將網絡教育與課堂教育有機地融合起來。當學生在學習中有疑問時，可采用電子郵件或QQ等交流方式，即時與教師進行溝通，尋求幫助。教師還可以建立QQ群，與學生進行課后的互動交流，學生也可將問題在QQ群中提出來大家一起討論。教師可以建立與課程相關的網站或博客，將授課的課件、動畫演示、拓展資料等掛在網上，激發學生的學習熱情，方便學生課前預習和課后復習。同時積極引導學生利用網絡資源了解學科發展的最新動態以及熱點問題，進行自主的探究式學習。借助于網絡，將師生之間、學生之間的互動從課堂上拓展到課堂下。

6.建立多元評價機制

在學生的成績考核中，可以將平時成績按一定比例納入總的成績計算中。在平時成績中，除了學生的考勤分、課后作業分以外，還要將課堂成績作為額外的分數進行考核。比如在課堂上積極回答問題，講解例題的同學可以適當加分作為獎勵，這樣可以提高學生學習的積極性。

參考文獻：

[1]周希朗，何廣強，王君艷，李旭光.淺談“電磁場”平臺課的教學改革與實踐[J].電氣電子教學學報，2012，（3）.

[2]呂芳.啟發式教學在電磁場與微波技術中的應用[J].長春理工大學學報（高教版），2009，（1）.

[3]呂文俊，徐立勤.“電磁場數學方法”課程中的類比教學法[J].電氣電子教學學報，2010，（5）.

[4]代秋芳，劉洪山，代芬，謝家興，羅霞，趙懿琨.情感教育在《電磁場與電磁波》課程教學中的應用[J].武漢大學學報（理學版），2012，（10）.

（責任編輯 李 翔）endprint