電磁場與波課程體系教學的探索與實踐

杜永興　秦嶺　谷宇　侯海鵬

摘 要：電磁場與波課程是自然科學和技術科學的重要基礎，也是通信工程與電子信息工程專業的重要專業基礎課程之一。由于該課程數學基礎要求高，要求學生掌握微積分、向量分析、場論等相關數學知識的基礎，物理基礎要求高，概念性強、內容抽象，難學、難記、難理解，我們提出從五個方面改進教學方法和教學手段，并建設電磁場電磁波實訓系統，通過一系列的實驗和實訓課程，實現形象化教學，把抽象的電磁現象，用實驗呈現在學生面前，讓學生真實感受到電磁場電磁波的存在，從而產生學習研究的興趣，提高教學效果。

關鍵詞： 電磁場與波 通信工程 電子信息工程 教學方法 教學手段

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0188-02

《電磁場與波》是通信工程專業，電子信息工程專業的重要專業基礎課程之一。它所涵蓋的內容是通信工程專業和電子信息工程專業學生應具備的專業基礎知識，同時又是許多交叉領域研究突破點和一些邊緣學科發展的基礎[1-3]。電磁場與波是在《大學物理》課程的基礎上深入研究電、磁和電磁相互作用現象及其規律和應用的學科。目前，國內外幾乎所有大學的電氣與電子類、通信和電子科學與技術等專業的本科生都開設電磁場與波課程[4-6]。而且是相關專業本科生的主要專業必修課。電磁場與波已經成為自然科學和技術科學的重要基礎，在廣播、雷達、通信、導航、遙感、測控、電子對抗、電子儀器、環境監測、天氣與災害預報等領域電磁場與電磁波理論得到廣泛的應用和發展。該課程是后續課程諸如微波技術基礎、天線、光纖通信、電磁測量、電磁兼容、電機學、高電壓技術、電力系統分析、電氣設備等課程的理論基礎，也為本科生畢業后從事科學研究和技術創新提供理論支撐。

1 本課程的培養目標

我校培養符合國家需要的，具有“上手快、留得住、后勁足” 特點的高層次工程技術人才。通過該課程教學，使學生初步掌握電磁場與電磁波的基本概念、基本規律和基本分析計算方法，重視工程問題的電磁場數學模型的建立和分析，培養學生提出問題與解決問題的能力，增強學生的適應能力和創新能力，滿足高等教育改革對注重綜合素質培養、能力培養、加強基礎、拓寬專業的需要。

然而電子信息類課程難度較大，電磁場與波是電子信息類課程中難度最大的課程之一[7]。為了解決電磁場難教、難學、難記、難理解的問題，我們需要在多年的教學積累中，不斷優化課程理論體系和實踐教學體系，抓住課程內容主線，深入淺出的教學，使得學生掌握電磁場相關知識的能力有很大程度的提高。

2 課程體系改革的手段

電磁場與波課程數學基礎要求高，要求學生掌握微積分、向量分析、場論等相關數學知識的基礎，物理基礎要求高，概念性強、內容抽象，要求具有較強的事物抽象理解能力：因此，需要教師在進行授課時，根據學生對前修課程知識的掌握和理解情況進行有針對性的、適當的復習。教學中由淺入深，按部就班，學會利用電磁場的基礎理論和方法去解決電磁場的實際工程問題，這樣有助于調動學生的興趣，也有助于學生的理解。

積極探索該課程新的教學方法和教學手段；充實教材內容、改進教學方法，豐富教學手段，提高教學質量，培養教師梯隊，實現網上教學，理論聯系實踐。具體內容如下：

（1）持續建設素質優良的教學團隊，注重教師隊伍的梯隊化和素質的提高：培養年齡、學歷和知識結構合理的教學梯隊。

（2）抓好教學內容與課程體系教學改革，根據信息技術的發展對人才的培養要求充實修訂教學大綱，保持大綱和教學內容的先進性。

（3）加快網絡教學綜合平臺建設，完善功能，豐富資源。

（4）探索該課程新的教學方法、教學手段和考核方法。

（5）優化電子課件，補充新的內容。

3 建設電磁場電磁波實訓系統

電磁場電磁波看不見摸不到，《電磁場理論》相關課程的教學一直以來都是采用理論分析和數學推導的方式在課堂上進行講授，學生往住感覺概念抽象、枯燥無味、難懂難記，教學效果不佳。然而隨著科學技術的發展和社會信息化程度的提高，人們越來越離不開電磁場，聽廣播、看電視、手機通信、無線上網、汽車導航定位等等電磁場的身影無處不在，現代人的生產、工作、學習、生活處處置身于各式各樣的電磁場之中。實現形象化教學，提高教學效果一直是許多從事電磁場課程教學的老師和求知學子們的期盼。建設電磁場電磁波實訓系統能把抽象的電磁現象，用實驗呈現在學生面前，讓學生真實感受到電磁場電磁波的存在，從而產生學習研究的興趣，提高教學效果。

實訓系統它由電磁場電磁波實訓系統、檢波器、發送天線、接收天線、反射板、帶刻度滑軌、滑塊、天線支架、反射板支架、射頻電纜和各式接頭等組成。電磁場電磁波實訓系統機箱內裝有電磁場電磁波信號發生器、PN調制器、頻率計、電磁強度計及小型顯示器等。

電磁場電磁波實訓系統可開出電磁場電磁波信號發生器測試實驗、電磁場分布模擬測量實驗、位移電流測量及電磁場與電磁波的存在實驗、電磁波場強空間的分布實驗、電磁波屏蔽、穿透和繞射實驗、電磁波反射實驗、邁克爾遜干涉實驗、電磁波波長測試實驗、電磁波的極化實驗、空間電磁波天線的設計與制作、天線方向圖測量實驗、各種天線增益測量實驗、電磁波的PIN調制與檢波特性實驗、電磁場電磁波在同軸中傳播實驗。可以涵蓋大部分晦澀難懂的理論，讓學生在動手實驗中理解關鍵性的理論知識。

4 結語

該研究探索了電磁場與波課程的教學方法和教學手段。并建設電磁場電磁波實訓系統，通過圍繞該系統設計一系列的實驗和實訓課程，實現形象化教學，把抽象的電磁現象，用實驗呈現在學生面前，讓學生真實感受到電磁場電磁波的存在，從而產生學習研究的興趣，提高教學效果，也為后續微波技術、天線技術等課程進行實驗與實訓奠定了基礎。

參考文獻

[1] 王仲根，聶文艷.通信工程專業“電磁場與電磁波”課程教學方法研究[J].科技視界，2014（26）：177，209.

[2] 姜宇，劉魯濤，楊曉冬，等.電磁場與電磁波精品課程教學模式的構建與實現[J].高等理科教育，2009（1）：34-36.

[3] 安愛民，張愛華，黃玲，等.可視化數字模擬創新教學在《電磁場與電磁波》中的探索與實踐[J].電工技術學報，2013（S2）：204-208.

[4] 杜永興.電磁場與波課程的教學改革實踐[J].科技資訊，2010（29）：204.

[5] 丁蘭，陸建隆.電子信息專業《電磁場與電磁波》教學內容體系結構改革的探索[J].菏澤學院學報，2010（5）：116-119.

[6] 管愛紅.《電磁場與電磁波》課程教學思考[J].教育教學論壇，2015（14）：227-228.

[7] 黃麟舒，柳超.疑難課程“電磁場與電磁波”中類比教學方法的探索[J].中國電力教育，2013（23）：68-69，77.