電磁場教學改革探究

文/郭華華

引言

電磁場理論是電氣工程與電子工程學科基礎課程。電磁場理論課程又是“電機學”、“微波技術”等后續專業平臺課程的先修課程。它偏重理論分析、研究對象抽象、數學推導繁瑣。學生學習電磁場理論需要空間想象力、抽象思維能力、邏輯思維能力以及扎實的數學功底。電磁場課程一直都處于“難教”、“難學”的狀況，很多學生對電磁場課程的學習望而生畏，如何克服“難”是電磁學教師一直不斷探究的問題。

1.課程特點

(1)研究概念抽象，時空感強:電磁場課程研究的對象是隨時間沿空間變化傳播的電磁波。不管是對其特性進行描述還是性質分析都非常抽象。

(2)需要的先行知識點多:電磁場涉及到時域、頻域以極化。要求學生要掌握高等數學、復變函數、數學物理方法，同時還必須掌握場論和矢量分析的知識。

(3)課程實驗少:電磁場是偏重理論分析的課程，該課程設計的實驗比較少，基本集中在靜態場部分，實驗主要以模擬仿真為主，大部分電磁場課程沒有開設實驗課程，使學生對電磁場的認識不夠深刻。

(4)學時較少:電磁場學時數由開始的180學時直降為48學時，使教師授課學時非常緊張，分秒必爭，容易忽視學生思考的時間，從而削弱學生學習的積極性。

2.教學手段和方法改革

(1)重視緒論課。緒論課對學生學習電磁場極其重要的，這是學生第一次和電磁場課程接觸，學生對電磁場課程的第一印象對今后課程的學習有至關重要的。在緒論課上，介紹課程的在專業課程體系中的地位能讓學生對課程結構有清晰的認識，同時也對電磁場課程在該專業的地位和作用有深入具體的了解。除此以外，還可以介紹電磁學在本專業相關聯工業領域的應用，以電氣工程為例，可以介紹直流換流站、輸電線路以及變壓器等內容，激發學生對學習的興趣。同時，對該課程學習方法的介紹也很重要。本課程對先行課程的要求比較高，不僅利用先行課程的知識，還有借助先行課程的思想方法，反過來，電磁場課程的學習又是對先行課程的應用與延展，有利于更加深入理解先行課程。所以，在授課之初，教師先把該課程的一些學習方法涉及到的先行課程及先行知識告訴學生，有利于提高后面課程學習的效率。

(2)強調重要公式推導和充分理解物理概念的內涵。在電磁場課程中，重要的公式推導目的是教授學生分析和解決問題的思路與方法。例如在靜電場中推導邊界條件，重點講授思想與方法。在以后恒定電場、靜態磁場等一系列邊界條件就不詳細講解，讓學生參照靜電場邊界條件的推導自行獨立推導。這樣既可以讓調動學生的主動性，又可以讓學生將所學的思想與方法在不同條件下的加以應用，更好將學習的知識進行內化。

此外，在教學中，教師要引導學生總結物理意義、適用條件、公式含義。例如引入極化強度的目的，極化強度與極化電荷之間的關系，極化強度引入以后對介質里面高斯定理推導的作用等內容，讓學生時刻明白所學知識之間的各種關系，增加電磁場知識結構的關聯性，避免讓學生孤立的對待待電磁場中的某一個問題。不管是公式的推導還是物理概念的理解都要緊密的與電磁場研究內容緊密相連，并且將電磁場研究問題的角度和方法與普通物理電磁學內容進行比較，避免學生混淆兩者的區別而失去學習興趣。

(3)多種教學方法相結合。傳統的電磁場課程教學主要采用課堂教授為主要授課方式。在實際教學中，可以采用多種教學方法相結合的手段進行教學。可以采用實例教學，激勵學生對專業的學習興趣，例如計算跨步電壓、分析變壓器原理與參數等，能讓學生了解電磁場課程與其他專業知識是密切相連的。課程中一些重要內容，應該強調啟發式教學或情景教學，例如設置用靜態場的安培環路定律分析電容充電問題出現矛盾的情景，用矛盾激發學生的興趣，引導學生思考解決矛盾的方法，從而引出位移電流的概念，得到麥克斯韋方程組的過程。在講授通量與散度時，采用啟發式教學，循序漸進地按照“面——點——體”的思路進行教學。

(4)利用現代教育技術，提升教學效果。學習電磁場最主要的問題在于電磁場非常抽象。現代教育技術正好可以彌補這一問題，充分利用教學軟件和多媒體教學課件，讓場形象化，通過場圖直觀地描述場的分布規律。例如利用Matlab描述理想介質中的均勻平面波斜入射到理想導體表面，垂直極化波情況平行和極化波情況，圖形清晰直觀，學生對這個問題也一目了然。此外，由于電磁場課程學時數縮短，課程難度大，如果能利用現代微課，慕課等新型授課方式，進行翻轉課堂，將一些原來需要教師在課堂上花費大量時間講授的部分內容交給在線課堂，而把課堂的時間用作對課前知識學習的檢查、鞏固以及深入討論，這樣一方面能培養學生主動學習的能力，另一方面更有效利用課堂學習時間。

3.結束語

總之，教師需要認真研究電磁場理論課程所固有的特點，實施教學內容、教學方法及教學手段的改革，因材施教，才能實現培養創新人才的艱巨任務。

［1］田雨波，張珍凱.“電磁場理論”教學改革初探 ［J］.電氣電子教學學報.2008，(2):11－12.

［2］陳兆權，胡業林，楊岸，等.淺談電氣工程專業課學習的電磁場知識準備 ［J］.中國科技信息 ，2011，(11):193－195.

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