光電信息類“電磁場與電磁波”課程教學改革探討

徐恩明，關建飛，倪新建

摘要：本文結合教學實踐和目前光電信息類本科專業“電磁場與電磁波”課程教學現狀，從教學內容、教學方法和考核方式三方面提出了一些改革思路以提高“電磁場與電磁波”課程教學質量和培養新型人才。

關鍵詞：電磁場與電磁波；光電信息類專業；教學改革

中圖分類號：G642.3 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）06-0042-02

“電磁場與電磁波”作為光電信息類本科專業的專業基礎課。通過學習，使學生能夠運用場的觀點分析有關問題，完善知識結構，提高專業水平，為后續課程的學習奠定基礎[1]。然而“電磁場與電磁波”卻是公認的難學、難教的專業基礎課程之一[2]。而且，南京郵電大學許多專業開設了“光波導理論與技術”、“光纖通信原理與系統”以及“光纖傳輸技術”等與電磁場與電磁波密切相關的專業課程，對“電磁場與電磁波”的教學提出了更高的要求。

一、“電磁場與電磁波”教學現狀

1.內容多，課時少，缺乏更新。為了適應專業的發展和拓寬學生的知識面，相應地增加了與專業相關的課程，導致“電磁場與電磁波”課時減少。“電磁場與電磁波”的教材大都是面向電子信息類相關專業，且專業課不斷追蹤學科發展前沿，而作為基礎課的“電磁場與電磁波”教學內容得不到及時調整與擴充。

2.知識面寬，理論性強，概念抽象。課程中重要原理、定理和公式比較多，需要許多數學、物理知識。且課程中許多物理場的數學描述，大多需要嚴密的數學推導。另外，電磁場是一種抽象的物質存在形式，課程中的概念比較抽象。

3.純理論教學，缺乏實踐與應用。大多數開設“電磁場與電磁波”課程的院校由于受到實驗條件的限制，只進行純理論的教學，造成理論與實踐、應用脫節。

4.考核方式陳舊。目前的考核方式基本上還是以考試為主、平時成績為輔的考評機制。平時成績主要包括作業和出勤。但作業存在抄襲現象，出勤由于時間問題也只能抽檢。造成平時成績的考核會出現比較大的偏差。

二、提高教學質量的新方法

1.教學內容。①合理調整適合光電信息類專業的教學內容。光電信息類專業開設了“光波導理論與技術”、“光纖通信原理與系統”以及“光纖傳輸技術”等專業課程，與這些專業課程相關的“電磁場與電磁波”內容有時變電磁場與電磁波傳播、導行電磁波、電磁波傳播模式、色散等，應重點掌握這部分內容，因此在學時的分配上，應增加這部分知識的講授時間。而均勻平面電磁波的傳播是電磁波傳播部分的基礎，因而，也應詳細講解與闡述。為了使學生更好地學習有關專業課程，在講授導行電磁波這部分內容時，可以穿插一些與其緊密相關的光波導方面的內容。②緊密跟蹤學科發展前沿動態。為了保證教學內容與時俱進，“電磁場與電磁波”的教學內容應緊密跟蹤學科前沿的發展動態。只有這樣，教學內容才不至于陳舊，落后于當前學科的發展，才能不斷向前發展。近年來，隨著未來寬帶光網絡與無線網絡的發展和融合，高容量信息技術需求的高速發展，出現了微波光子技術。微波光子技術集中了微波技術和光子技術的優點，使微波與光子在概念、器件、電路和系統等方面有機結合。當前，微波光子技術非常重要，發展也很迅速。因而，有必要在“電磁場與電磁波”的教學過程中，適當補充一些與“電磁場與電磁波”教學內容相關的微波光子技術的研究內容與前沿動態，可提高學生的學習與研究興趣，同時，還能夠培養適應當前社會發展需要的新時代的學生。

2.教學方法。①理論知識與實際應用相互交叉教學。學生往往對知識的應用比較感興趣，因而，在理論教學中應緊密聯系實際應用。一開始就要在緒論中介紹電磁波在電力工業、移動通信、射頻識別、衛星通信、雷達探測、隱身技術等領域的應用，提高學生對這門課的興趣。除此之外，還應在理論教學過程中，緊密地穿插一些具體的應用，特別是一些比較新的科技前沿的應用。這樣可調動學生的學習興趣，也可豐富學生的科技知識，從而提高學習與教學效果。②適當借鑒研究性教學。雖然教學手段在技術上不斷更新，卻仍然無法擺脫單純由教師講授的教學模式。而研究性教學是一種新的教學模式，它要求引導學生主動探究、培養學生實踐能力和創新精神[3]。適當在“電磁場與電磁波”中應用研究性教學方法，設置與教學內容相關的研究型課題，引導學生在課堂上進行思考和討論。也可以讓學生以分組的形式，課后利用網絡資源，尤其是圖書館的電子數據庫資源對研究性課題進行研究。一方面可激發學生的學習熱情，加強對所學知識的理解和進行綜合運用的能力，提高學習效果；另一方面，可讓學生獲得研究的經歷，為學生以后的工作和進一步深造奠定基礎。③適當安排實驗教學。“電磁場與電磁波”課程在大部分院校中主要進行理論教學，使學生感覺枯燥無味。為激發學生學習熱情和興趣，可適當安排實驗教學。在沒有實驗設備的情況下，也可以利用Matlab等軟件進行仿真實驗。Matlab擁有大量的二維、三維圖形函數以及豐富的圖形表現功能。利用Matlab可繪制電偶極子和同軸電纜線電場線、等勢線等。也可以進行均勻平面電磁波、球面電磁波在自由空間傳播過程仿真，矩形波導的場量分布仿真等。通過仿真實驗，能夠幫助學生理解抽象的物理內容，激發學生對本課程的興趣，同時也能夠加深學生對基礎知識的理解，鍛煉學生觀察和分析問題的能力，從而培養他們的初步科研能力。④現代教學方法和傳統教學方法相結合。在“電磁場與電磁波”課程的教學中需要綜合利用多媒體和傳統的板書教學手段。充分利用多媒體的強大圖形、動畫功能，可把抽象的內含的物理過程充分演示出來，有效地幫助學生透徹理解物理本質并有效掌握所學內容。另外，由于“電磁場與電磁波”課程具有較多的公式與定理，不僅要知道公式與定理本身的內容，更應知道公式的來龍去脈。而且，在公式的反復推導過程中，可達到復習的效果，牢固掌握以前所學的知識。公式的推導過程如果還利用多媒體，很容易使學生感覺枯燥無味、產生疲勞，而板書則可使推導過程達到最佳效果。

3.考核方式。適當增加筆試以外的成績。可以課堂設置一些基本問題，讓學生課后思考與復習，然后通過抽查的方式以督促學生學習。也可以針對不同的學生設置不同的問題。對學生不定時進行隨堂小測試，以消除因作業存在抄襲帶來成績評定的偏差。另外還可以適當布置Matlab仿真小實驗，現場考察學生的Matlab仿真。通過增加筆試以外的成績評定，這樣可較真實地考察出學生對基礎知識、基本理論的掌握情況以及解決實際問題的能力，也可提高學生的積極性，杜絕個別學生想通過抄襲蒙混過關的現象。

為提高光電信息類專業的“電磁場與電磁波”課程的教學質量，不僅要求教師在教學中不斷探索新的教學方法以激發和培養學生的學習興趣，而且要求教師本身還要不斷地提高自己的業務水平，特別是科研水平。只有這樣，才能不斷提高教學質量，培養適合社會需要的新型人才。

參考文獻：

[1]關建飛，倪新建，徐寧.光電信息類本科專業《電磁場理論》教學改革研究[J].中國科技信息，2010，（14）：206-207.

[2]張平娟，丁西明.“電磁場與電磁波”課程教學內容優化與教學方法分析[J].中國電力教育，2012，（30）：48.

致謝：高等學校博士學科點專項科研基金（No.20123223120005），南京郵電大學項目（No.NY212045）。

作者簡介：徐恩明（1980-），男，安徽碭山人，南京郵電大學光電工程學院講師，博士，主要從事微波光子學方面的教學與科研工作。