工程教育專業認證背景下電磁場與電磁波課程教學改革

周盛華++葉有祥++董艷燕++李海華++裘燕青

摘 要：分析了“電磁場與電磁波”課程的教學現狀。為了適應工程教育專業論證和國際化教育的要求，提高教學質量和教學效果，通過對教學內容、教學方法手段、考核方式等方面所做的努力和嘗試，強調在教學過程中根據學生的具體情況，加強基本概念的滲透和實際工程中的應用，注重創新精神和實踐能力的培養，切實提高教學質量。

關鍵詞：工程教育專業論證 電磁場與電磁波 教學改革

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（b）-0181-02

2016年中國正式成為《華盛頓協議》正式成員國[1]，工程教育專業論證是我國高等教育改革的重要舉措，也是實現工程教育國際化的重要標志[2]，通過專業論證的學生可以在相關的國家或地區按照職業工程師的要求，取得工程師職業資格。我國十三五規劃指出，世界各國在經濟、政治、軍事等方面的競爭力取決于其科技和人才，要推動一批高水平大學和學科進入世界一流行列或前列，提升高等教育綜合實力和國際競爭力，培養一流人才，產出一流成果[3]。而科技和人才歸根結底取決于其教育質量，尤其是大學的水平。因此，專業課程的國際化成為國際化教育的重要內容。

“電磁場與電磁波”這門課包含了電磁場和電磁波兩個部分的內容[4]，是電類專業的一門專業基礎課程，課程的內容對后續課程的學習至關重要，在學科建設中發揮著承上啟下的作用；而且在電磁場與電磁波課程中采用的獨特思維方法的訓練對學生今后處理實際問題具有非常重要的作用，因此提高該課程的教學質量顯得非常必要。

1 目前課程的現狀與存在的主要問題

“電磁場與電磁波”是工科電類專業的一門必修的專業基礎課程，課程的基本理論是從事電類專業領域工作的科技工作者應必備的知識。該課程概念抽象、公式多、理論性強，也是工科學生公認的本科最難學的課程之一。同時，該課程涉及的理論在光纖通信、生物電磁學、電磁兼容、導波光學、微波技術等前沿學科領域有著舉足輕重的作用，而且它還是其它邊緣學科、交叉學科的基礎；然而，這門課程卻總被反映是一門“老師難教、學生難學”的課程。究竟課程難在何處，通過分析總結我們認為有以下幾點原因：第一、“電磁場與電磁波”課程本身概念抽象，公式繁多，課程內容涉及到太多的數學和物理基礎理論，學生入門學習困難，難以進行深入的理解；第二，學校重視培養“應用型”人才，理論基礎課時一再的被壓縮，在有限的課時內要把課程的內容講解透徹，顯然不是一件容易的事情。而學生要在這么短的時間內完全理解教學的內容，也是很困難的事情了；第三，高校的擴招，生源的整體素質普遍下降，這是一個現實的問題，學生的數學、物理基礎本身比較薄弱，這就給該課程的學習帶來了很大的困難。針對上述情況，課程組對該課程的教學工作進行了大膽的嘗試和有益的探索，取得了良好的效果。

2 課程教學內容的改革

“電磁場與電磁波”教學大綱要求學生通過本課程的學習，掌握電磁場與電磁波兩個方面的基本概念與基本理論，為今后學習其它后續課程或在電磁場與電磁波方面進一步深入學習打下必要的基礎；在熟知一些基本物理概念和物理量的基礎上，全面掌握課程中的基本原理及數值分析計算手段：同時培養學生嚴密的理論推導和分析計算能力，為后續課程的學習打下良好的基礎。

該課程包含了“電磁場”和“電磁波”兩個部分的內容，其中場的部分在大學物理的“電磁學”部分已經詳細的講述，但是學生接觸到的一般是一維的即標量的問題。對這部分內容的講解，比較好的方法是通過簡單的回顧并把知識引申到二維三維的情形，再深入一點就是能合理地選擇坐標系來處理問題；對于磁場，利用電磁場的對偶性，許多問題都可以用電場相類似的方法來處理。再如邊界問題，只需要討論電場強度矢量和電位移矢量在分界面的行為就可以了，磁場強度和磁感應強度的處理方法和電場情況類似。這樣以電場的講解為重點，舉一反三，從而大大簡化教學的內容。電磁波是學習的重點和難點，我們也可以采取與機械波類比的方法來講解。對位函數的運算，只需要講解標量場的位函數，求解標量場位函數的泊松方程或者拉普拉斯方程。矢量場的方程形式和結果采用類比方式進行講解，這樣既節省了學生寶貴的學習時間，也可以使學生在完全弄清楚了一個知識點以后會激發自己強烈的學習欲望，從而愿意鉆研更深層次的內容。

3 課程教學方法的改革

“電磁場與電磁波”課程一般安排在大學二年級的第一個學期，學生剛剛學習了“大學物理”和“高等數學”，已經有了一定的數學和物理基礎，對該課程的內容有一定的認識。傳統的教學采用全部板書的形式不利于學生對物理圖像的深刻理解，而顯得教學內容的枯燥無味；完全的多媒體教學則容易忽視了基礎理論的推導過程。我們認為應當采取板書與多媒體結合的方式教學，對物理概念、理論的演算過程盡量使用板書，借助直觀的多媒體動畫展現物理圖像，便于學生理解抽象的物理概念。

對物理圖像的演變過程，課程組經過長期的經驗積累，認為應適當地讓學生自己對物理結果利用計算機軟件進行模擬仿真。仿真物理圖像需要學生至少掌握一門計算機軟件如C語言、MATLAB等，而這些大型的軟件學習起來也有一定的難度，許多學生不一定都能熟練運用，我們推薦利用大家熟知的Excel軟件來對物理圖像進行模擬。物理圖像很好地反應了物理過程，通過自己的模擬結果，形象地展示了物理圖像，激發了學生的學習興趣，提高了教學效果。

4 課程考核方式的改革

工程教育提出應注重學生創新精神和實踐能力的培養，因此，在教學中應鼓勵學生從教材中走出來，積極探索電磁場與電磁波在實際生活和工程中的應用，拓寬學生的知識面，提升學生的創新和動手能力；進一步認識電磁場與電磁波的物理本質和基本規律及其分析方法，培養學生分析和解決電磁問題的能力。

傳統的考核方式就是開卷考試或者閉卷考試。對于開卷考試，試卷題目難度肯定增加了，學生如果一個知識點沒有掌握好，可能整個題目就做不出來；如果是閉卷考試，很多東西靠記住。這都不能很好的反應學生的實際水平。我們采用一頁紙開卷的方式，這樣可以使學生全面地復習該課程，公式不需要死記硬背，試題可以更加靈活和綜合，能較好地反應學生的學習效果。另外，我們對考試的分值比重做了改革，鼓勵學生利用現有知識解決一些實際的工程問題，比如手機信號對鋼筋水泥結構的大樓、水、電梯等場景進行模擬，鼓勵學生撰寫學術論文，這些都可以作為考核的一部分。

5 結語

在工程教育專業論證和國際化教育的背景下，討論了電類專業“電磁場與電磁波”課程的教學現狀，從課程內容、教學方式、考核方式等方面對課堂教學進行了有益的改革，取得了良好的效果。改革的成果對推動高校工科電類專業的電磁場與電磁波課程的教學具有一定的理論和實踐指導意義。

參考文獻

[1] 中國工程教育認證協會.工程教育認證標準[R].2015.

[2] 方崢.中國工程教育認證國際化之路——成為《華盛頓協議》預備成員之后[J].高等工程教育研究，2013（6）：72-76.

[3] 習近平.關于《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十三個五年規劃的建議》的說明[J].實踐：思想理論版，2015（11）：17-22.

[4] 謝處方，饒克謹.電磁場與電磁波[M].4版.北京：高等教育出版社，2015.