新工科背景下工程電磁場教學(xué)改革探討

馬瑋城

摘要：本文分析了當(dāng)前工程電磁場教學(xué)中存在的問題，在新工科背景下從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核形式、和學(xué)生實踐能力培養(yǎng)等方面探討了課程的教學(xué)改革措施，以期為提高工程電磁場課程的教學(xué)質(zhì)量提供參考。

關(guān)鍵詞：新工科;工程電磁場;教學(xué);改革

1引言

新工科的建設(shè)發(fā)展要求地方高校根據(jù)地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，結(jié)合本地企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新要求、學(xué)校資源及社會優(yōu)勢，深化產(chǎn)學(xué)研合作，以強(qiáng)化學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和工程實踐能力，培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新精神和研發(fā)能力的高素質(zhì)應(yīng)用型新工科人才[1-2]。作為具有工程實踐背景要求的電氣工程專業(yè)，工程電磁場是其中一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，但由于教學(xué)內(nèi)容枯燥難懂、教學(xué)方法被動、考核形式單一、學(xué)生實踐能力培養(yǎng)不足等問題，其現(xiàn)有的常規(guī)教學(xué)效果與新工科人才培養(yǎng)的需求有較大差距。如何在新工科背景下提高學(xué)生的工程能力，并培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用電磁場基礎(chǔ)知識進(jìn)行創(chuàng)新、創(chuàng)造顯得尤為關(guān)鍵。

2工程電磁場教學(xué)中存在問題

（1）教學(xué)內(nèi)容枯燥難懂

工程電磁場以電氣工程專業(yè)的實際問題為學(xué)習(xí)背景，課程中包含許多抽象概念定理，講授常需要用到復(fù)雜公式的推導(dǎo)運(yùn)算。涉及到的公式多采用偏微分方程和積分方程，且需要在多種坐標(biāo)系下對不同形態(tài)電磁場求解，描述分析起來十分晦澀抽象。而且工程電磁場涉及的知識點(diǎn)很多，要求學(xué)生具備微高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路理論等扎實的基礎(chǔ)知識[3]。而地方性高校學(xué)生基礎(chǔ)本就薄弱，部分學(xué)生在接觸這門課之初見到梯度、散度、旋度以及通量、環(huán)量等概念中的算子積分符號就產(chǎn)生畏難心理，失去繼續(xù)學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

（2）教學(xué)方法被動

傳統(tǒng)的工程電磁場教學(xué)中往往停留在“填鴨式”教學(xué)，教師從頭講到尾，學(xué)生完全被動聽課。在枯燥的理論課堂教學(xué)中，能夠長時間保持精力集中的學(xué)生較少，極容易造成之前講授的概念或定理推導(dǎo)沒跟上，導(dǎo)致后面理論分析運(yùn)用聽不懂的現(xiàn)象。部分學(xué)生甚至直接放棄學(xué)習(xí)這門課程，結(jié)果導(dǎo)致“教”“學(xué)”過程嚴(yán)重分離，這樣極不利于學(xué)生對知識的掌握，更別談應(yīng)用。

（3）考核形式相對單一

工程電磁場目前的考核方式多以平時出勤和期末考試為主，只要出勤率較高，期末卷面成績達(dá)到及格，學(xué)生這門課的總成績就會通過。這樣易造成部分學(xué)生的投機(jī)取巧行為，平時不學(xué)而靠考前突擊，對概念、定理甚至公式推導(dǎo)死記硬背。因此僅從試卷和簡單的出勤率很難全面反映學(xué)生的實際知識掌握水平。學(xué)生往往無法掌握電磁場的應(yīng)用和分析方法，無法達(dá)到新工科要求的創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求。

（4）學(xué)生實踐能力培養(yǎng)不足

工程電磁場這門課不直觀、抽象難懂也是學(xué)生學(xué)習(xí)的一大困難。通過課下與學(xué)生的交流發(fā)現(xiàn)，大多學(xué)生對看不見摸不著的電磁場無法想象，也不知道電磁場理論學(xué)來有何用處。學(xué)生學(xué)過這門課后，并不能夠運(yùn)用電磁場理論輔助求解電氣工程領(lǐng)域復(fù)雜問題。而新工科要求學(xué)生能夠從工程應(yīng)用出發(fā)，運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論解決工程中的實際問題。當(dāng)前工程電磁場教學(xué)對實際應(yīng)用介紹較少，忽視了對學(xué)生的工程實踐能力的培養(yǎng)[4]。

綜上，工程電磁場是培養(yǎng)電氣工程專業(yè)新工科人才必不可少的一門重要課程，而其現(xiàn)有的常規(guī)教學(xué)與新工科人才培養(yǎng)的需求有較大差距。針對新工科對地方應(yīng)用型高校人才培養(yǎng)提出的新要求，對工程電磁場課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核方式、學(xué)生實踐能力培養(yǎng)等方面進(jìn)行教學(xué)改革勢在必行。

3新工科背景下工程電磁場教學(xué)改革的思考

筆者結(jié)合自身工程電磁場教學(xué)實踐，對當(dāng)前工程電磁場教學(xué)提出幾點(diǎn)思考：

（1）教學(xué)內(nèi)容改革

針對本課程的傳統(tǒng)教學(xué)中過多偏重理論，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，弱化理論講解，重視實際應(yīng)用。對理論的應(yīng)用條件進(jìn)行著重介紹，并對一些抽象的問題進(jìn)行相關(guān)案例教學(xué)，以增強(qiáng)其實用性。如在恒定電場中，接地體附近的跨步電壓就是恒定電流場邊值問題的典型運(yùn)用。先解釋恒定電場中電場強(qiáng)度、電流密度和電位的基本概念，再到電場強(qiáng)度滿足的環(huán)路定理及電流密度滿足的電流連續(xù)性定理，從而導(dǎo)出導(dǎo)電媒質(zhì)的分界面銜接條件，最后通過計算可以得到超過安全限值的跨步電壓的危險區(qū)域大小。

（2）教學(xué)方法改革

針對傳統(tǒng)“填鴨式”被動教學(xué)效果差的問題，在新的教學(xué)環(huán)節(jié)下，教師可以適當(dāng)轉(zhuǎn)變角色，在教學(xué)中起到引導(dǎo)者的作用，在教學(xué)過程中可采取直接講授法、互動教學(xué)法、視聽教學(xué)法等靈活多樣的教學(xué)方式。比如教學(xué)的過程中，適當(dāng)設(shè)置一些電氣相關(guān)的工程分析設(shè)計案例，組織學(xué)生分組討論集思廣益，充分運(yùn)用所學(xué)的電磁理論知識，找到解決問題的方法。改變以往教師獨(dú)自授課的情況，調(diào)動學(xué)生的積極性，給其足夠的自我發(fā)揮空間，讓學(xué)生參與到課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中。一方面可以提高教學(xué)效果，另一方面也能夠培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力及創(chuàng)新能力。

（3）考核形式改革

為了使工程電磁場這門課的考核方式更加科學(xué)合理，可以引入新的考核辦法，采用平時測驗、課堂討論和期末考試等幾部分的成績進(jìn)行綜合評定，使考核環(huán)節(jié)貫穿整個教學(xué)過程，從而客觀真實地反映學(xué)生的綜合素質(zhì)。另外也可以增設(shè)課程論文，例如主題為“時變電磁場在工程中的應(yīng)用實例”、“靜電屏蔽在電氣設(shè)備中的應(yīng)用”等，讓學(xué)生通過圖書、互聯(lián)網(wǎng)等工具檢索整合與電磁場相關(guān)的資料，并提出自己的見解。

（4）注重學(xué)生實踐能力培養(yǎng)

在工程電磁場的教學(xué)過程中，增設(shè)一些電磁實訓(xùn)課程，引入mathematic、ansoft maxwell等仿真實驗工具，直觀顯示電磁場的空間分布，模擬各種復(fù)雜的電磁問題及現(xiàn)象，以實現(xiàn)各種電磁理論的計算及分析，例如在三相交流電纜中，可以通過仿真工具畫出任意時刻電纜截面的等電位線和電位云圖，以進(jìn)行截面內(nèi)的電場分析。由此可以形象分析復(fù)雜電磁問題并用于工程實踐，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

4 總結(jié)

本文分析了工程電磁場課程教學(xué)中存在的問題，并針對性在新工科背景下提出了一些應(yīng)對策略和改革方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈雁飛，劉柏生，劉巖，鄒青宇，邢礫云.新工科背景下“電磁場理論”課程的教學(xué)與實踐[J].無線互聯(lián)科技，2018 （19）：58-59.

[2]梁快，胡順仁，鄭大青，李雙，劉偉.“新工科”背景下《電磁場與電磁波》教學(xué)新思考[J].電腦知識與技術(shù)，2018 （36）：128-129.

[3]陳帝伊，劉淑琴，許景輝，馬孝義.“電磁場理論”課程的教學(xué)改革探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009 （4）：116-117.

[4]龔文英，李畸勇.電磁場課程教學(xué)改革的探討[J].教育教學(xué)論壇，2017 （35）：102-104.

基金項目：新工科背景下工程電磁場課程教學(xué)改革（編號：JG2019010）。