《電磁場理論基礎》課程深層次改革的思考和對策

劉涵 李平輝 趙妍卉 趙淼

摘要：本文分析了《電磁場理論基礎》課程面對的主要困難和挑戰，有針對性的從課程內容的層次化組織、教學方法的綜合運用和教學過程全程化管理與評估三個方面，進行深入思考和具體實踐的嘗試，力求提高課堂效率，提升學生學習動力和取得更好的教學效果。

關鍵詞：電磁場理論；教學方法；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）48-0219-02

一、研究現狀

《電磁場理論基礎》課程是通信類電氣類專業的基礎核心課程。電磁場理論是一門具有濃厚高等數學與物理學色彩的課程，它理論性強、概念抽象、數學推導煩瑣，歷來被公認為是一門難教和難學的課程。學生理解和掌握起來有一定的難度，容易導致厭學、怕學的情緒，針對本門課程的特點，需要進行深層次的教學改革的探索與研究實踐[1，2]?！峨姶艌隼碚摶A》教學的挑戰[3]主要包括以下幾個方面。

1.公式多，對數理基礎要求高。按照教材[4]的一般要求，必需掌握的原理和定律以及核心公式數量很多。同時電磁現象規律的表達和描述對數理基礎知識有很大依賴，需要熟練掌握的數學運算能力包含微分（方程）、偏微分（方程）、線積分、面積分以及極限與級數展開、各種坐標系的變換等。

2.信息量大，物理概念多。盡管宏觀電磁現象可由麥克斯韋方程統一表達，但根據對時間、頻率的不同依賴關系，分別形成相對獨立的物理規律，包括靜電問題、時諧問題、電磁波傳輸問題、傳播問題及輻射問題等。此外，不同屬性的電磁問題與實際生活中大量存在的各類物理現象，涉及到很多物理概念，如：靜電感應與靜電平衡、電磁感應與渦流、場理論與電路理論、輻射與信息收發等。

針對本門課程的一系列挑戰，針對性的從課程內容的層次化組織，教學方法的綜合運用和教學過程全程化管理與評估三個方面，進行深入思考和具體實踐的嘗試。

二、教學內容的組織

針對課程信息量大，從教學內容的組織方面，研究教學內容的內在聯系，層次化、模塊化構建教學內容。從整門課程的知識體系安排，到不同章節內容的模塊化處理，再到每節課的知識點、教學內容的構建，一體化整合內容，以利于教學有效的實施。

1.針對課程的知識體系，由于課時量有限，圍繞麥克斯韋方程組主要采用演繹的研究思路，先學習麥克斯韋方程組的一般規律，再由一般到特殊，推廣到靜態場、電磁波的內容。這樣的教學脈絡清晰，理論演繹嚴謹，而且所需課時少。當然，在章、節內則靈活采用歸納、演繹、歸納演繹相結合等多種研究思路。

2.針對不同章節內容分類，將電磁場理論的知識模塊化，便于學生理解和分類。如何將課程內容模塊化以及各模塊內的知識點的提煉都是必須認真研究的。典型的教學內容安排包括：矢量分析、靜電問題、恒定問題、時變問題、時諧問題、電磁波傳輸問題、傳播問題及輻射問題等。在模塊化基礎上還要分析其內在的聯系、前后關系等。

3.在整體思路和模塊化的成果基礎上，對每節課的內容組織也力求邏輯性和結構化，內容多但結構清晰，便于學生掌握知識框架和重點內容。在眾多知識點中，區分難點和重點，有針對性地對各模塊中的相關內容進行細致的設計。

三、教學方法的綜合運用

課程內容公式多、概念抽象，對數理基礎要求高，學生學習起來容易產生畏難情緒，教學實施中需要有針對性的采用最有效的教學方法，并輔以多樣化的教學方法。

1.電磁場的公式多是其一大特點，但是公式作為電磁規律的數學描述是非常重要的，例如宏觀電磁學的基本規律就是麥克斯韋方程組。教學中需要注意：讓學生通過理解掌握公式。掌握公式絕不是要學生死級硬背幾個數學表達式，而是通過公式能清楚的描述它所表示的物理含義，反過來真正理解后才能形成牢固的記憶。把握知識點前后的關聯，枯燥的公式背后也有其內在的聯系，在基礎性的核心公式上多花時間，在拓展性的公式上引導、討論。

2.針對抽象的物理概念，課堂授課綜合運用多元復合式教學法，以導學啟發、形象類比法[5]和計算的應用[6]等方法結合，幫助學生掌握和理解。同時將理論知識與實際應用廣泛聯系，讓學生嘗試分析和解決與電磁場知識密切相關的最新的應用問題，增強學生的感性認識和運用知識的能力。

四、教學過程全程化管理與評估

針對課程特點，將以上的層次化教學組織和教學方法的運用，深入貫穿整個教學過程，對教學的各個階段進行全程管理[7]和實施效果的評估。

1.準備階段。教學目標和教學大綱的編寫，充分體現教學內容層次化、模塊化的組織結構，同時以學生為本，了解學生的準備情況，包括知識基礎（對本門課程來說就是高數和電磁學知識的水平）、學習風格（學生上課的模式，課外作業和自習情況）以及學生對本門課程的目標和預期等。在充分研究和了解教學對象的基礎上擬定相應的進度、深度并實施教學。

2.實施階段。教學實踐最重要的陣地是每堂課的具體實現。第一，針對每堂課的具體內容和知識點，綜合運用多種教學法，利用啟發式、形象類比法等，重公式背后的物理含義的剖析與討論，重解決問題思想的分析，培養分析問題的能力及想象力。第二，作業評分和測試環節。為了督促學生，可以對作業進行打分，但同時也不要過于重視分數，應該鼓勵學生把不會的作業帶來一起討論完成，才能防止抄襲。課程中間的測評也是為了反饋教與學的階段效果，對個別落后的學生更應該多加鼓勵，而不是因為低分而自暴自棄。第三，課堂之外的互動，可以利用學校提供的教學網絡平臺、spoc平臺等，引導學生自主學習，拓展課本以外的知識和輔助學習手段（科學計算軟件和計算機仿真軟件）。此外，真正關心學生和學生建立良好的溝通交流，也能從側面提升學生的學習熱情和動力。

3.教學評價階段。對學習過程和效果進行全程跟蹤分析、評估，為此擬改進考核方式，分階段考核和期終考試相結合。試卷需要考察學生在課程學習中對知識的領悟理解和掌握程度，希望學生考核效果達標，因此分階段考核和期終考試的內容與形式也是值得研究的內容。

4.課程設計的系統性分析。作為一門專業基礎課，還可以對學生后續專業課的學習乃至后期的工作進行跟蹤和分析，并積極反饋調整，形成學與用的良性互動。通過考試成績、學生評教、后續的跟蹤反饋等完整周期的結論，對整體的教學效果進行全面的分析和評估。

五、結語

在本門課程教學實踐中，對課程內容進行層次化、模塊化組織，將教學方法結合具體的知識點綜合靈活的運用，在完整的教學周期內進行教學過程全程化管理與評估，實踐和反饋教學改革的效果。這些教學理念一點一滴地滲透到教學實踐中，落實到具體教學的每個環節，每一堂課上，和學生的學習過程緊密結合，并形成積極的反饋和調整，促進學習和教學效果的共同進步，也有利于教學研究的持續和深入進行。

參考文獻：

[1]周希朗，何廣強，王君艷，李旭光.淺談“電磁場”平臺課的教學改革與實踐[J].電氣電子教學學報，2012，（03）.

[2]胡江.美國MIT“電與磁”公開課的啟示[J].電氣電子教學學報，2012，（06）.

[3]潘錦.電磁場教學中的挑戰與新實驗建設[J].電氣電子教學學報，2008，（05）.

[4]王增和，丁衛平，李平輝.電磁場與波[M].機械工業出版社，2007.

[5]劉涵，李平輝，倪為民，朱衛剛.類比教學法在電磁場理論課程中的應用[J].教育教學論壇，2015，（11）.

[6]薛紅，李平輝，劉涵.Matlab在天線方向性教學中的應用[J].中國教育技術裝備，2015，（08）.

[7]彼得 法林 教學的樂趣[M].上海：華東師范大學出版社，2009.