新形勢下高校工程電磁場課堂教學改革探索

李召紅 夏繼宏 肖緒洋

【摘要】本文以普通高校電氣工程及其自動化專業課程“工程電磁場”的學習為研究對象，針對學生反應課程難學與教師授課體驗的難教等問題，以學校推行的教學改革為背景，通過多年的教學體驗，提

“工程電磁場”是很多高校電氣工程及自動化專業的一門必修課程[1]，也是在“大學物理”、“高等數學”基礎上開設的后續課程，所涉及的內容是電類專業學生應具備的基本知識。就目前來看，電磁場內容是“電機學”、“電力系統分析”、“電力電子技術”、“電力系統自動化”等交叉或邊緣學科后續課程的基礎，其內容也交叉到通信、光學等學科領域。電磁場的基礎知識是學生進行深層次研究、成為當前社會新形勢下電類研究型人才必需學習的一門課程，但本課程在學習過程中對數學知識較為依賴，處理電磁場問題不可避免地用到場論與矢量分析、微積分或微分方程求解等知識點。課程以內容理解難度大、對高等數學熟練程度要求高的特點使得同學們對這門課程的學習頗為頭痛[2-3]。當前，在素質教育和應用型人才培養大背景下的普通本科院校里，傳統的純理論型課程面臨深化改革，表現在學時上，筆者調研發現國內大部分高校將“工程電磁場”授課學時調整為32學時左右。課程主體內容包含矢量分析和場論基礎、靜電場、恒定電場、恒定磁場、時變電磁場、平面電磁波、導行波、傳輸線理論以及邊值問題求解等9部分內容。較少的學時不僅對學生學習也對教師的講授提出了新的挑戰。因此，在新形勢下對“工程電磁場”教學改革亟待進行，探討利用合適的教學方法和采取必要的技術手段來以提高教學效率，增強學生學習信心與主動性是任課教師必須面對的新課題。

1.講好第一堂課，樹立興趣導向

緒論作為課本的開篇點題內容，概括了本課程的主要內容，研學要點及方法。全面細致生動的講解即能打消學生的學習顧慮，又能淡化基礎差的學生心理陰影，從而樹立克服學習困難的決心。通過緒論介紹前人研究成果，總結學科現狀，展望未來發展，確立課程在專業中的重要地位。教學中與學生探討日常生活中的常見的電磁現象：靜電除塵、發電機、手機通訊、電動機、變壓器、靜電屏蔽，避雷針裝置等等，通過互動探討漸漸培養學習興趣。但好的課程講解要求教師做到以下三點：首先需熟練掌握“工程電磁場”的授課內容，還要查閱最新的科研、科普雜志和文獻，掌握學科的前沿動態，方便將較新的科研成果及素材帶到課堂，充實教學內容。其次教師還要提高課堂語言組織能力，高效利用課堂時間，提高上課水平。最后，適度引導學生學習，老師的導向性與榜樣性在一定程度上可以影響學生的積極性，充分利用這有意的導向，可以達到事倍功半的效果?？傊?，教師就是要利用合理的方式達到調動學生自主學習積極性的目的，激發學生學習熱情。

2.板書和多媒體兩者結合，提高教學效果

現代教育技術的發展為教學提供了極大的便捷。表現在教具上，多數課程都可以使用多媒體教學，它簡便快捷、信息量大。但從實際教學效果和課程偏重理論的特點來看，“工程電磁場的教學”并不能完全全依賴多媒體技術，因為部分理論采用板書的方式推導使過程更直觀，也有助于學生手腦并用，保證印象深刻的同時還能便于理解知識點。在推導與提問互動中，活躍了課堂，提高了課堂的參與度。 因此，在理論教學過程中采用板書與多媒體配合的方式是相對合理的。例如在靜電場中電軸問題的講解中，接地導體球對點電荷的鏡像問題，由于要在球體內部求出鏡像點電荷的位置，相比于傳統靠空間想象來敘述求解問題，用多媒體展示出圖例和輔助線，則可以把抽象的理論簡單化。

3.理論聯系實際，開闊學習視野

從課程性質上講，“工程電磁場”是一些交叉學科領域的科學生長點和新興邊緣學科發展的基礎。學好電磁場將增強學生的適應能力和創造力。作為基礎學科，其理論性強，研究的問題抽象。在教學過程中須做到理論準確，思路嚴謹，同時為開闊視野也需要將新技術帶到課堂。課程內容如電磁技術在社會生活中有廣泛應用，如在講述恒定磁場時，貼近生活的例子如質譜儀、磁流體發電機、霍爾效應等等，霍爾效應是載流導體在勻強磁場與電流方向正交的方向上產生電勢差的現象。為增加學生學習興趣，如果教師們關注了較新的研究成果也可以適當提及除經典的霍爾效應，還可以適當科普量子霍爾效應，自旋量子霍爾效應，以及近幾年的研究熱點拓撲絕緣體等。這種教學模式一方面讓學生感覺到確實學習的東西有用，另一方面也能使學生感到我們所學習的課程是當前國際國內研究重心的基礎，內心感觸到學習這門課很有意義。

4.綜合創新型實驗教學模式，培養學以致用

與理論學習同樣重要的是學生的動手能力。全面發展實用新型創新人才的培養離不開實驗操作能力的練習。實驗操作是對理論知識學習的鞏固與補充，合理安排課程實驗是教師引導學生理解課程內容，培養動手能力的必要的教學手段。根據我校實驗設備儲備和學生本身的基礎能力，提出了兩類實驗操作：一類是基礎驗證性實驗；二類是功能設計類實驗?；A驗證性實驗操作性簡單，比如有分度轉臺、喇叭天線、3cm固態信號發生器、晶體檢波器和可變衰減器等儀器構成的電磁波反射和折射定律驗證。這種傳統的常規實驗已有成熟的實驗手冊，詳實的實驗步驟，學生較容易做出結果，主要鍛煉動手能力。第二類功能設計類實驗，主要是培養創新、獨立的設計能力。譬如開設讓學生設計小型霍爾效應傳感器器件（在我院創新實驗室可申請基本實驗器件），利用學習的電工學、模擬電子技術等知識，將霍爾元件、線性放大器、射極跟隨器組裝起來。設計類實驗促使學生自己提出問題并解決問題，這其中調研、查資料和求教等步驟蘊含了較大的工作強度。驗證性實驗結合設計類實驗是一種實踐和實驗結合的創新性實驗教學模式。突出以學生動手為主題的教學模式一方面強化了學生的電磁場理論知識，另一方面鍛煉了學生獨立思考、動手能力，還進一步鞏固了其他課程知識。筆者認為這種模式對電磁學起到很好的促進作用。也為其他課程的學習提供部分借鑒。

5.完善考核制度，注重能力培養

在培養積極性和創新能力培養上的過程中，考核模式是教學改革的重要組成部分。教師授課有教學大綱指導，同樣大部分學生學習以達到考核標準要求自己。課程必須體現實驗的權重，與傳統的理論成績評定成績不同，建議將實驗能力占課程最終成績的30%，即總成績為理論成績的60%+實驗成績的30%+平時成績的10%。作為一門技術基礎課，工程電磁場擔負著為后續課程服務功能。在教學中要注重場的基本規律研究。在工程電磁場數值計算能力訓練上，仿真軟件選擇性較廣，常見的MATLAB、MATHMATICA可以仿真場量數值的同時也可以展示各種典型場分布，若再結合基本原理從中總結規律，更便于學生理解和掌握。

“工程電磁場”課程有系統的理論基礎，廣泛的應用背景，從簡單的自然現象到復雜的電磁工程問題都能給出科學的解釋。在講授過程中教師要做到精講基本概念、基本規律和基本問題的分析問題方法，合理引導督促學生獨立學習，培養學生獨立創新能力。教學改革過程中，即要合理設置教學內容又要選用合適的教學方法。工程電磁場課程在電子信息和電氣工程類專業占據重要的學術地位，怎樣有效提高教學質量是高等學校廣大教師值得不斷探索的實際問題。本文結合我校理論課堂教學與實踐，歸納總結部分教學方法與教學改革內容，希望對“工程電磁場”的教學提供些許參考。

參考文獻：

[1]楊憲章.工程電磁場（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2011

[2]熊煒，粟世瑋.提高“工程電磁場”課程教學效果的方法研究[J].中國電力教育，2013，（26）：42，48

[3]李海，于文莉，王平建，魏書田.“工程電磁場理論”課堂教學實踐探索[J].科教導刊，2015.9.131-132