應(yīng)用型本科電磁場與電磁波課程教學(xué)改革研究

【摘要】電磁場與電磁波是電子信息工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，本文從嵌入式硬件開發(fā)、測控電子技術(shù)應(yīng)用方向工程技術(shù)型人才的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)出發(fā)，探討在教學(xué)內(nèi)容、例題和習(xí)題選取、教學(xué)方法和形式等方面遵循理論教學(xué)與工程應(yīng)用相結(jié)合的思路，從實(shí)際問題出發(fā)講述電磁場與電磁波的基本概念與規(guī)律，提高課堂教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】電磁場與電磁波 教學(xué)改革 課程建設(shè)

【基金項(xiàng)目】上海市教育委員會“優(yōu)青”項(xiàng)目（sdj10008）。

【中圖分類號】O441.4-4 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2015）35-0028-01

1.引言

電磁場與電磁波課程是我校電子信息工程專業(yè)電子技術(shù)應(yīng)用方向的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是集成電路應(yīng)用、信號檢測技術(shù)、電子綜合設(shè)計(jì)、光電子技術(shù)、無線通信與網(wǎng)絡(luò)等后續(xù)課程所依托的理論基礎(chǔ)。我校電子信息工程專業(yè)電子技術(shù)應(yīng)用方向遵循“技術(shù)立校，應(yīng)用為本”的辦學(xué)理念，專門培養(yǎng)嵌入式硬件開發(fā)、信號檢測、測控電子應(yīng)用等方向的工程技術(shù)型人才。面對授課課時減少、微波與天線技術(shù)等電磁類后續(xù)課程相繼取消的教學(xué)現(xiàn)實(shí)，為提高電磁場與電磁波課程的教學(xué)效果，應(yīng)從激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣出發(fā)，從完善教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段入手，著實(shí)改進(jìn)本課程的教學(xué)。

2.教學(xué)中存在的主要問題

本課程在教學(xué)實(shí)施過程中面臨諸多困難，教學(xué)難度頗大。一方面，本課程概念抽象、邏輯性強(qiáng)、需要掌握和綜合應(yīng)用大量數(shù)學(xué)知識，主要的研究對象屬于物理底層規(guī)律，很大一部分的學(xué)生把這門課當(dāng)作沉重的負(fù)擔(dān)，學(xué)習(xí)時容易感到枯燥、乏味，但學(xué)不好本課程，不僅影響其他后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)，并且不利于學(xué)生參加各類電子設(shè)計(jì)競賽、報(bào)考相關(guān)專業(yè)研究生和學(xué)生就業(yè)。另一方面，本課程課時數(shù)相對于上述所述的課程地位和難度來說非常少，因此前幾年的教學(xué)就采取縮減內(nèi)容的方法，重點(diǎn)講述靜態(tài)電磁場內(nèi)容，時變電磁場部分也只介紹到麥克斯韋方程組為止，與大學(xué)普通物理內(nèi)容大面積重合，而其他對具體應(yīng)用更為關(guān)鍵的部分均未涉及，既不符合電子信息工程專業(yè)電子技術(shù)應(yīng)用方向應(yīng)用型人才的培養(yǎng)要求，也不利于學(xué)生以后的成長。

3.解決措施

面對上述問題，必須在教學(xué)過程中積極探索，將抽象的理論教學(xué)與工程實(shí)際問題相結(jié)合，選取適當(dāng)?shù)墓こ虘?yīng)用實(shí)例，從實(shí)際問題出發(fā)講述電磁場與電磁波的基本概念與規(guī)律，以期取得較好的教學(xué)成效。

（1）在教學(xué)內(nèi)容的選取上，不再是大學(xué)普通物理電磁學(xué)內(nèi)容的簡單重復(fù)，而將課程重點(diǎn)從以前的靜態(tài)電磁場部分轉(zhuǎn)向重點(diǎn)講述電磁場源與場的關(guān)系，電磁波在空間傳播的基本規(guī)律，電磁波的產(chǎn)生、輻射、傳播等，對電磁工程應(yīng)用的基礎(chǔ)知識做了較深入的介紹。為符合我校應(yīng)用型本科的辦學(xué)定位，電磁場與電磁波課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)反映學(xué)生就業(yè)以后日常工作中實(shí)際會碰到的一些工程應(yīng)用問題，比如電路設(shè)計(jì)中的信號完整性分析概念、PCB開發(fā)時碰到的抗電磁干擾設(shè)計(jì)、WIFI或藍(lán)牙等無線通信應(yīng)用時涉及的射頻技術(shù)等。

（2）在課堂上多采用案例教學(xué)法，從分析實(shí)際的工程應(yīng)用問題出發(fā)，引入電磁場與電磁波的基本概念與規(guī)律，最后再反過來應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題。日常生活、工程應(yīng)用和后續(xù)課程中的實(shí)例有很多，比如微波爐或電磁爐加熱原理、電磁污染、移動通信、天線、光纖技術(shù)、無線射頻識別技術(shù)等，尤其是針對電子信息工程專業(yè)的特點(diǎn)，重點(diǎn)加強(qiáng)對電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中遇到的電磁抗干擾等問題的分析講解。

（3）教學(xué)形式上采用以系統(tǒng)講授為主，要點(diǎn)提示學(xué)生自學(xué)為輔的方法。系統(tǒng)講授為主的目的在于讓全部學(xué)生對電磁理論的基本體系及解決問題的方法有較好的了解、掌握；要點(diǎn)提示學(xué)生自學(xué)為輔的目的在于對少數(shù)較為簡單的課程內(nèi)容進(jìn)行自學(xué)，以使大部分同學(xué)有機(jī)會得到自己分析問題和解決問題的鍛煉。在一學(xué)期的教學(xué)進(jìn)程中，額外安排學(xué)生課后分組進(jìn)行專題調(diào)研，并在課堂上花15-30分鐘面向全班展示成果，教師現(xiàn)場點(diǎn)評，這一環(huán)節(jié)不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和表達(dá)能力，也調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

（4）應(yīng)對課時較少的現(xiàn)實(shí)，探索“立體化”教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容和形式豐富多彩。一方面，充分利用多媒體技術(shù)手段，盡可能設(shè)計(jì)形象生動的動畫，對于抽象的物理過程采用虛擬演示，來展示場的特性和波的傳播規(guī)律。另一方面，根據(jù)本課程的數(shù)理特點(diǎn)，保持一定量的版書，在課堂教學(xué)中，充分發(fā)揮黑板、粉筆的傳統(tǒng)優(yōu)勢，對于描述各知識點(diǎn)的重要公式要現(xiàn)場推導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生緊跟老師的講課思路，有利于學(xué)生掌握常用的解題方法，加深對知識要點(diǎn)的理解。

（5）合理選擇例題和習(xí)題。教學(xué)中多選用有實(shí)際應(yīng)用背景的問題，比如在板級PCB電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中電容、電壓的計(jì)算，磁懸浮列車的原理，手機(jī)天線輻射能量等，一方面可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，另一方面可以加強(qiáng)學(xué)生分析和解決實(shí)際工程問題的能力。另外，對于沒有辦法在課堂之上解決學(xué)生遇到的問題，為了能及時幫助學(xué)生，不讓問題累積，充分利用作業(yè)本這個橋梁，告訴他們有什么問題可以寫在作業(yè)本上，這樣在批改作業(yè)的同時就可以及時解答學(xué)生遇到的問題，同時也第一手掌握了學(xué)生對這門課程的學(xué)習(xí)情況。

4.結(jié)束語

通過以上教學(xué)改革實(shí)踐，大部分學(xué)生不再有明顯抵觸畏懼的情緒，上課注意力比較集中，能配合教師及時完成作業(yè)，教學(xué)質(zhì)量有顯著提高。部分尖子學(xué)生對該課程產(chǎn)生極大的興趣和熱情，經(jīng)常課后主動提問并積極參與到教師科研項(xiàng)目中，培養(yǎng)和增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。

參考文獻(xiàn)：

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[2]Bhag Singh Guru 等著.周克定等譯.電磁場與電磁波[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3]任宇輝，高寶建.電磁場與電磁波課程教學(xué)方法研究[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，（36）：188-191.

作者簡介：

鐘旭（1982.1-），男，漢族，上海金山人，博士，講師，從事納米電子與光子器件、微弱信號檢測電子技術(shù)的研究和教學(xué)工作。