“電磁場與電磁波”課程教學方法創新的研究

凌濱+鄧艷+馬梅

摘?要：從課程內容、教學手段、課程實踐等方面論述“電磁場與電磁波”課程改革創新的基本構想，通過對課程教學方法的改革創新，增強教學質量，以完成學科人才培養的目標，培養出滿足當今社會需求的學生。

關鍵詞：電磁場與電磁波;學科建設;改革創新;人才培養

中圖分類號：G642.41???文獻標志碼：A???文章編號：10017836（2015）10006402

引言

“電磁場與電磁波”是通信工程、電子信息工程、自動化和電氣自動化等電類專業的一門必修的專業基礎課程，課程理論是從事電類領域工作的科技工作者應必備的知識，只有牢固的基礎知識才能讓大電類學生在技術創新的潮流中站穩腳跟。為了滿足對寬口徑科技創新人才培養的要求，高校各專業開設課程數量增加，種類多樣，課程學時減少。面對理論深度變大、學時減少的教學現狀，迫切需要對課程原教學內容規劃、教學實踐計劃、教學培養重點、教材合理選用等方面做適當的調整，對課程教學方法進行改革創新，為課程教學高質量地完成提供肥沃的土壤。

1?課程現狀分析

當前，電磁場理論在超導研究、光纖通信、電磁兼容、電對抗、生物電磁學等前沿領域中有著舉足輕重的作用，有著廣泛和綜合的應用。“電磁場與電磁波”同時也是邊緣科學、交叉科學的孕育點，學生對知識的儲備能以不變應萬變。在有限的課堂時間內完成現有的教學內容，時間緊，任務重，工作量大。為了完成教學內容，必須滿堂灌輸，學生學習強度大，加上電磁場與電磁波的物理概念抽象，學生難于理解，學習吸收效果不明顯。大強度的課程理論學習灌輸，外加缺少實驗針對性的描述，讓同學們普遍感到教學進度太快，教學太難，不利于學科的建設和長遠發展[1—6]。

2?教學內容、方法的改革

2.1?教學內容的改革

電磁場中矢量分析主要講解三種坐標系、散度、旋度、梯度、高斯定理、斯托克斯定理和格林定理等場量的概念。由于學生們有一定的學習基礎，現將學時壓縮為4學時，其他內容在網絡答疑。

靜態場和時變場為電磁場所研究的兩大場量，各種場之間有著不同的性能，同時也有緊密的聯系。先分析靜電場，再分析恒定電場與恒定磁場，最后分析時變電磁場，這樣的順序是傳統教學模式，該過程需要較多的學時。麥克斯韋方程組是完整的理論體系核心，同時由于在大學物理基礎課程中有關于電磁學的基本知識，學生們有一定的知識積累，為了節省學時，增加學生們對知識的系統掌握，可以在麥克斯韋方程組核心內容中穿插連續講解靜電場、恒定電場與恒定磁場、邊值問題的解等相關問題，用以求解。

課程教學按照從電磁場的基本方程導出麥克斯韋方程組，得到系統的分析，再討論電磁場運動的基本規律，了解電磁場的主要內容。電磁場主要規律之間的關系見表1。這樣按課程內容的銜接來講，可節省12學時。

表1

電磁場主要規律之間的關系

環?境規?律麥克斯韋方程組靜電場恒定磁場電磁感應高斯定律磁通連續性原理安培環路定律電磁感應定律

由于學時的限制要求，以及后續微波與天線課程的開設，電磁波部分內容只講解均勻平面波的反射和透射，均勻平面波在理想介質和導電介質的傳播特性，均勻平面波對分界面的垂直入射。該部分的內容以電磁波傳播特性為核心，相比傳統教學學時不做大的變更。

2.2?教學方法的改革

為了教學質量的提升，在細化教學內容，強化教學實踐的基礎上，必須優化教學手段，為課程的發展注入核心的力量。以下主要從教材選用、教學方式選擇、考核資源建設三個方面進行仔細分析。

2.2.1?教材選用

教材是學生們學習的基本材料，是課程教學的基礎輔導資料，在提高教學質量中起著舉足輕重的作用。教材《電磁場與電磁波》，作者謝處方，高等教育出版社出版，其內容條理清晰，理論實踐結合，方便學生課后自學，符合課程改革創新的要求，因此選其作為教材。

2.2.2?教學方式選擇

在課程教學改革創新的計劃中，將摒棄傳統板書的教學方式，打造多媒體課件與黑板板書相結合“電磁場與電磁波”的教學方式，方便快捷地讓同學們高效地學習吸收知識。該課程理論復雜，貫穿整個教學內容，數學推導頻繁，公式較多，綜合考慮在大電類專業的基礎教學中屬于難點。考慮到這門課的特點，為了降低教學難度，傳統教學一直采用用語言、黑板板書的教學方式。在這門課中有許多像關于均勻平面電磁波的傳播、極化波等抽象且難以用簡單通俗的語言讓學生理解的概念，為解決同學們理解的困惑，結合現代科技手段，我們制作了多媒體課件，用以動態形象地演示抽象內容，讓學生們更加容易掌握利用相關的理論知識。很多學生對多媒體教學短時間、信息量大的教學模式不適應，考慮到此問題，該課程教學在重難點問題上保留傳統板書的教學方式，在教學的過程中加強師生之間的互動，促進學生的學習。傳統板書詳細講解難深理論，多媒體教學形象生動解釋抽象問題，二者的結合為課程改革創新夯實了堅定的基礎。

2.2.3?考核資源建設

考核資源的建設，主要是指“電磁場與電磁波”試題庫的建設。這門課的理論知識比較難以理解，為了教學質量的提升以及學生透徹理解分析問題，老師和學生均需要大量的習題進行鞏固加強。如果僅憑課堂學習，老師對講輔導，這樣資源有限，為此我們用VB.net制作了 “電磁場與電磁波”

習題及試題庫。以下以東北林業大學的試題庫建立為案例分析。東北林業大學習題及試題庫管理系統主要分為基礎數據維護、相關性習題錄入、習題的矯正、習題預覽導入word以及操作記錄查詢幾個主要部分。習題庫中針對典型重點問題，結合多本教材的習題及解答，做大量參考題型整理。針對每一章節，改批完作業后，整理學生作業中較好的習題解法，將新鮮的解題思路、方法補充到習題庫中，最后通過校園網的平臺公開本章的作業及解答。這樣方便學生理解課程和明確解題思路;另一方面可以壓縮習題課的課時，讓學生高效率地掌握教學難點。本題庫不僅方便學生的學習，同時也方便老師的教學。老師可以通過這個平臺對習題進行綜合篩選，最后出一套高水平高質量的試卷用以反映學生學習的真實情況。老師利用此習題及試題庫的順序為：從試卷功能模塊進入，然后在題庫中瀏覽，移動按鈕選擇題目，點擊“確認”鍵用以確認，然后自動生成一張試卷，教師可在此卷的基礎上，結合實際條件作適當的調整修改。作為大電類的專業基礎課，在課程教學銜接中起著舉足輕重的作用。本庫的知識肯定能為其他課程公用，因此將該課程的習題及試題庫搭建成公共平臺，方便相關專業的學生學習的同時，也方便教學的銜接與交流。

3?實驗教學的改革

作為電類的基礎課程，為了讓學生更加深入地了解學習理論知識，必須將理論知識與實踐相結合。在理論與實踐相輔相成中，為拓展課程的學習提供有利條件。

“電磁場與電磁波”課程在各類高校中較少開展實驗，結合學科建設的需要，必須提高學生的創新能力。針對學生創新能力的提升，課程改革創新在教學任務中設計了一些基于 M atlab等軟件的設計實驗任務。電磁場與電磁波現象不僅具有復雜的空間分布， 而且還有不可見的特性， 通常情況下只能進行抽象的想象或是通過儀器進行測量和觀察，基本的條件下學生很難理解電磁問題及實驗現象。Matlab具有強大的工程計算能力以及多功能的圖形處理能力， 通過Matlab可以將理論公式或實驗數據在空間的分布和規律直觀地描繪出來， 并提供旋轉視角功能，

這樣能讓學生更加簡單、直觀地分析問題，理解問題。通過這樣的課題的實踐學習，學生的觀察學習能力、綜合分析能力、實踐編程能力將會大幅度提高，在老師的指導下能高效率地完成教學實踐任務，高質量地掌握教學理論知識。

表2

實驗教學內容和學時分配表（共4學時）

實驗順序實驗項目名稱學?時實驗類型第一次理想介質中均勻平面電磁波的傳播2學時驗證第二次電磁波的極化實驗2學時

驗證??結束語

本課程的教改是以東北林業大學校級重點課程建設為背景進行的。我們的目的是在教學內容上力求與前期及后續課程完整銜接，內容設置上充分考慮電子信息、通信專業和自動控制專業課程設置的系統完整性。對于課程教學方法的創新表現為用有限的教學時間，進行高效率高質量的教學，運用現有的先進教學手段結合傳統的教學方式聯合教學，讓“電磁場與電磁波”

課程的理論知識更加形象生動，實踐內容更加有意義。通過教學方式的改革創新，激發學生的學習興趣，提高教學質量，為學科建設注入新的活力。

參考文獻：

[1]謝處方，饒克謹.電磁場與電磁波[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]楊顯清.電磁場與電磁波[M].北京：國防工業出版社，2003.

[3]王家禮，朱滿座，路宏敏.電磁場與電磁波[M].西安：西安電子科技大學出版社，2000.

[4]牛中奇.電磁場理論基礎[M].北京：電子工業出版社，2001.

[5]馬冰然.電磁場與微波技術[M].廣州：華南理工大學出版社，1999.

[6]William Hayt，John Buck. Engineering Electromagnetics[M].Mc GrawHill Edu

cation，2011.

（責任編輯：侯秀梅） ?2015年10月第34卷第10期

黑龍江教育學院學報Journal of Heilongjiang College of Education