電磁兼容教學(xué)改革初探

章 偉

湖州師范學(xué)院 浙江湖州 313000

電磁兼容教學(xué)改革初探

章 偉

湖州師范學(xué)院 浙江湖州 313000

針對(duì)電磁兼容實(shí)際教學(xué)中存在的問題，在提升學(xué)生對(duì)課程的興趣，幫助學(xué)生理解基本概念和原理，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)方面提出了電磁兼容教學(xué)的一些改革措施；最終實(shí)際的教學(xué)效果證明以上措施具有較好的實(shí)效，并且提出了今后電磁兼容教學(xué)改革的發(fā)展思路。

電磁兼容；教學(xué)改革；實(shí)踐教學(xué)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)、IC技術(shù)等電子和電氣技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，并且業(yè)已滲透到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，電氣和電子設(shè)備的數(shù)量、種類不斷增加，電磁環(huán)境變得日益復(fù)雜。在這種日益復(fù)雜的電磁環(huán)境下，一方面，各種電子電器設(shè)備的電磁騷擾越來越嚴(yán)重；另一方面，先進(jìn)的電子設(shè)備的抗干擾能力越來越弱，如何使各種設(shè)備正常工作，這是一個(gè)期待解決的問題，同時(shí)惡劣的電磁環(huán)境還會(huì)對(duì)人類及生態(tài)產(chǎn)生不良影響，電磁兼容正是為解決這類問題而發(fā)展起來的新興學(xué)科[1]。國際國內(nèi)對(duì)于電磁兼容非常重視，發(fā)達(dá)國家在1996年已經(jīng)實(shí)施了強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，我國也在2003年已經(jīng)實(shí)施了強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。

電磁兼容性問題在電子與電氣產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中日漸重要，為了適應(yīng)這個(gè)社會(huì)需求，在大學(xué)里面有必要開設(shè)電磁兼容原理與技術(shù)課程，培養(yǎng)具有相關(guān)知識(shí)和技能的未來工程師來解決在電子電器產(chǎn)品開發(fā)中的電磁兼容問題，值得高興的是近幾年國內(nèi)外各大學(xué)的電氣與電子專業(yè)相繼開設(shè)了這一門課程。

1 電磁兼容課程的教學(xué)改革

近年我院對(duì)電子專業(yè)的本科生開展了電磁兼容課程的教學(xué)，教學(xué)中存在一些問題歸納起來主要有如下幾個(gè)方面。(1)傳統(tǒng)的電磁兼容教學(xué)內(nèi)容有關(guān)電磁場和微波理論的內(nèi)容過多，理論推導(dǎo)和公式多，這部分內(nèi)容本身抽象難懂，需要比較好數(shù)理基礎(chǔ)，大部分學(xué)生學(xué)習(xí)的困難很大。(2)電磁兼容的內(nèi)容涉及電磁及電磁兼容基礎(chǔ)理論和電磁兼容的測量、認(rèn)證、設(shè)計(jì)等實(shí)用技術(shù)，是一門交叉學(xué)科，其特點(diǎn)為理論性強(qiáng)枯燥難懂，傳統(tǒng)的以教師為主體的課堂教學(xué)模式很難取得理想的教學(xué)效果，教師在教學(xué)中一味灌輸、學(xué)生在學(xué)習(xí)中死記硬背，使學(xué)生感到枯燥、乏味，學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果得不到保證[2]。(3)電磁兼容涉及電子、電器、電力、通信等方方面面，是一門理論性、實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程,若完全直接從理論入手，講授起來難度較大，對(duì)于學(xué)生來講,會(huì)覺得比較空洞，理解起來也比較困難。(4)電磁兼容現(xiàn)有教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容全部是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)的過程中，只是按照實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書亦步亦趨檢驗(yàn)一下與書本內(nèi)容是否相同，學(xué)生僅僅是被動(dòng)地通過實(shí)驗(yàn)來幫助理解書本知識(shí)，最終大多數(shù)的學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣不高，根本沒有做實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，更談不上培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。

針對(duì)以上問題，結(jié)合學(xué)校的電磁兼容的實(shí)驗(yàn)設(shè)備情況，主要在教學(xué)內(nèi)容和方法方面對(duì)該課程進(jìn)行改革，具體來說就是理論教學(xué)試方面把重點(diǎn)是采用各種方法和手段激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的興趣，并且?guī)椭鷮W(xué)生理解原理和概念，盡量少的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)；實(shí)踐教學(xué)方面是優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，安排一些演示和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加深理解原理和概念，盡量多安排一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

2 理論教學(xué)改革

第一，通過電磁兼容應(yīng)用案例的講解積極引導(dǎo)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)教學(xué)計(jì)劃中的內(nèi)容精心安排一些相關(guān)的電磁兼容應(yīng)用案例，每個(gè)或者多個(gè)案例對(duì)應(yīng)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，上理論課的時(shí)候，先講案例或者播放一段相關(guān)視頻激發(fā)學(xué)生興趣，接著簡要地介紹相關(guān)的原理和知識(shí)點(diǎn)，并且隨后的電磁兼容的實(shí)驗(yàn)里面就有相關(guān)的演示實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和加深理解相關(guān)原理和概念。

例如，在講電磁輻射相關(guān)章節(jié)時(shí)，根據(jù)現(xiàn)在大學(xué)生的對(duì)時(shí)尚的電子產(chǎn)品如手機(jī)、計(jì)算機(jī)等的喜愛和興趣，由此入手講解移動(dòng)通信的發(fā)展及其相關(guān)知識(shí)包括各電信運(yùn)營商上行、下行頻率等內(nèi)容，適時(shí)介紹手機(jī)電磁輻射對(duì)人體的危害及相應(yīng)防護(hù)措施。接下來介紹計(jì)算機(jī)的電磁輻射及其危害與防護(hù)方面的知識(shí)，同時(shí)延伸到學(xué)生熟悉的家用電器如微波爐、電吹風(fēng)等電器的電磁輻射及其防護(hù)。在介紹完電磁輻射后引出防止電磁輻射的最主要的手段屏蔽，對(duì)屏蔽原理做一個(gè)簡單的介紹，舉例說明生活常見的中各種屏蔽現(xiàn)象。以上的理論課上講的手機(jī)、計(jì)算機(jī)等電器的電磁輻射及屏蔽在隨后的實(shí)驗(yàn)課里面得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并且在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候打開計(jì)算機(jī)機(jī)箱查看計(jì)算機(jī)機(jī)箱的屏蔽結(jié)構(gòu)，同時(shí)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算機(jī)機(jī)箱的屏蔽效果。

第二，采用多種手段幫助學(xué)生更好地理解電磁兼容的基本概念和原理。電磁兼容課程中有些原理和概念比較抽象、不好理解，利用現(xiàn)在網(wǎng)上各種相關(guān)視頻和動(dòng)畫資源或者仿真軟件的課堂上仿真形象化演示抽象的概念和原理，以幫助學(xué)生透徹理解。

例如，在講解電磁騷擾源對(duì)敏感設(shè)備干擾模式時(shí)，其中共模和差模干擾模式比較抽象不好理解，通過制作動(dòng)畫形象化地演示了什么是共模和差模干擾，幫助學(xué)生更好地理解共模和差模干擾這個(gè)概念及其抑制原理。另外在講解PCB電磁兼容設(shè)計(jì)中的時(shí)候，為幫助學(xué)生更好地理解控制差模電流的環(huán)路面積的方法可以減少PCB板差模輻射的原理，我們采用了仿真軟件進(jìn)行仿真，利用仿真演示了PCB板上不同大小的差模電流的環(huán)路面積產(chǎn)生不同的差模輻射。

3 實(shí)踐教學(xué)改革

第一，優(yōu)選一些演示和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加深理解原理和概念。演示實(shí)驗(yàn)包括計(jì)算機(jī)機(jī)箱屏蔽效果演示實(shí)驗(yàn)，手機(jī)、微波爐等電器電磁輻射演示實(shí)驗(yàn)、數(shù)字時(shí)鐘電路的傳導(dǎo)發(fā)射測和輻射發(fā)射演示實(shí)驗(yàn)等。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)包括兩大類：一類是電磁騷擾測試(EMI)實(shí)驗(yàn)，包括開關(guān)電源的傳導(dǎo)發(fā)射測試實(shí)驗(yàn)和手機(jī)輻射發(fā)射測試實(shí)驗(yàn)；另一類是電磁抗擾度測試(EMS)實(shí)驗(yàn)，包括家用電器的靜電放電抗擾度測試實(shí)驗(yàn)(ESD)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT)實(shí)驗(yàn)和自動(dòng)化儀表的浪涌抗擾度測試(Surge)實(shí)驗(yàn)。

第二，通過一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。如某實(shí)驗(yàn)是一個(gè)自制通信系統(tǒng)的電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT)測試與整改，具體來說實(shí)驗(yàn)以小組為單位設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡單的CAN總線一發(fā)一收通信系統(tǒng)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT)測試，同時(shí)在硬件電路和編程方面進(jìn)行整改，以提高電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT)測試等級(jí)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中有一個(gè)明確的目標(biāo)，根據(jù)課堂上所學(xué)的電磁兼容方面知識(shí)和課程以外的知識(shí)，改進(jìn)硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力，并在電磁兼容實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)際的測試，這樣既豐富了電磁兼容的實(shí)踐內(nèi)容又為以后的課程設(shè)計(jì)引入新的元素，學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中內(nèi)化了所學(xué)的知識(shí)，真刀真槍地面對(duì)實(shí)際電子電氣設(shè)計(jì)當(dāng)中的各種問題，并且自己能夠動(dòng)手解決了這些問題，真真切切地提高了運(yùn)用知識(shí)分析問題和解決問題的能力。

4 教學(xué)效果

理論教學(xué)方面通過案例的講解激發(fā)學(xué)生對(duì)課程的興趣，另外通過演示式教學(xué)中的動(dòng)畫、視頻、仿真等演示，使看不見的抽象的概念和原理生動(dòng)的演示出來，使學(xué)生變被動(dòng)接受為主動(dòng)感知與理解，取得了非常好的教學(xué)效果。實(shí)踐教學(xué)方面通過演示和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、加深理解原理和概念，通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)調(diào)動(dòng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，并積極應(yīng)用知識(shí)分析和解決問題，有些學(xué)生為了使自己設(shè)計(jì)的電路板通過電磁抗擾度測試而廢寢忘食，有些則對(duì)設(shè)計(jì)一個(gè)PCB板級(jí)的EMC設(shè)計(jì)發(fā)生強(qiáng)烈的興趣，可見在培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力方面實(shí)實(shí)在在取得了實(shí)效。

5 今后發(fā)展的思路

有關(guān)電磁兼容教學(xué)的一些教學(xué)改革措施僅僅是一個(gè)開始，今后我們?cè)诮虒W(xué)內(nèi)容改革方面還會(huì)有進(jìn)一步措施，具體的思路是：根據(jù)學(xué)校的現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件和社會(huì)需求，選擇和設(shè)計(jì)一些更加深入的電磁兼容實(shí)踐教學(xué)項(xiàng)目引入到電磁兼容教學(xué)中，并且與后續(xù)課程如課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容緊密結(jié)合起來，形成一個(gè)有機(jī)的、系統(tǒng)的教學(xué)體系。

[1] 何金良.電磁兼容概論[M].北京:科學(xué)出版社,2010.

[2] 楊進(jìn),李平.電磁兼容設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革初探[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào),2009,31(S1):32-34.

Exploration of the Reformation of Electromagnetic Compatibility Teaching

Zhang Wei
Huzhou University, Huzhou, 313000, China

Aiming at the problems existing in the the practical teaching of electromagnetic compatibility, this paper puts forward some reform measures to improve students' interests, help students understand the basic concepts and principles, cultivate students' practical ability and innovation consciousness. The teaching practice of the teaching method is proved to have good effects, and the future development of electromagnetic compatibility teaching reform is put forward.

electromagnetic compatibility; teaching reform; practical teaching

2016-05-05

章偉，碩士，講師。

湖州師范學(xué)院高等教育研究項(xiàng)目(編號(hào)：GJC12 029)。