電磁場(chǎng)與電磁波教學(xué)改革探索

孔祥倩

【摘要】電磁場(chǎng)與電磁波是電子信息科學(xué)與技術(shù)、通信工程專(zhuān)業(yè)必修課，該課程涉及多學(xué)科交叉領(lǐng)域的知識(shí)，理論要求高。面對(duì)一些專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)差的同學(xué)該如何進(jìn)行教學(xué)是本次研究重點(diǎn)。針對(duì)這些問(wèn)題，以及2020年新冠肺炎影響導(dǎo)致的大批量線(xiàn)上學(xué)習(xí)過(guò)程，為培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)的應(yīng)用型本科人才，論文在講授方法上結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)在線(xiàn)平臺(tái)技術(shù)，授課前講授部分基礎(chǔ)知識(shí)以及分享與應(yīng)用有緊密關(guān)系的技術(shù)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

【關(guān)鍵詞】電磁場(chǎng)與電磁波;教學(xué)內(nèi)容;在線(xiàn)教學(xué);教學(xué)改革

電磁場(chǎng)與電磁波課程的定位

自然界中，電磁現(xiàn)象十分常見(jiàn)，從很早以前就是被科學(xué)家關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象。電磁場(chǎng)理論應(yīng)用領(lǐng)域十分寬廣且研究?jī)?nèi)容極其豐富。它的誕生也標(biāo)志著一個(gè)嶄新的時(shí)代：信息時(shí)代的到來(lái)。無(wú)線(xiàn)電報(bào)、廣播、電視、雷達(dá)、衛(wèi)星通信導(dǎo)航定位等高科技產(chǎn)品就是以此為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)。該課程以高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理等課程為基礎(chǔ)理論，涉及到光、電、信號(hào)傳輸?shù)燃夹g(shù)。《電磁場(chǎng)與電磁波》具有非常重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程公共平臺(tái)作用和地位。

1電磁場(chǎng)與電磁波課程教學(xué)中的問(wèn)題

“電磁場(chǎng)與電磁波”是電子與信息技術(shù)類(lèi)專(zhuān)業(yè)的必修課程，是理工科專(zhuān)業(yè)課程的橋梁。其教學(xué)目的是掌握宏觀電磁場(chǎng)與電磁波的基本屬性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律和基本分析方法;了解宏觀電磁場(chǎng)與電磁波的主要應(yīng)用領(lǐng)域及其工作原理。目前，我校開(kāi)設(shè)的《電磁場(chǎng)與電磁波》課程總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)，全部為理論學(xué)時(shí)。所用教材為普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《電磁場(chǎng)與電磁波》（第四版）。

由于本文課程用到很多高等數(shù)學(xué)及大學(xué)物理等方面的知識(shí)，概念抽象、公式多且復(fù)雜，所以只靠教師講授使很難收到較好的效果，必須過(guò)行多方位、多層次的教學(xué)方式。另外，還存在這些問(wèn)題：1）由于我校學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱，教師在講課過(guò)程中需要一步一步做公式推導(dǎo)，耗費(fèi)大量時(shí)間;2）電磁場(chǎng)與電磁波屬于抽象物質(zhì)，學(xué)生對(duì)于一些抽象概念很難理解，易失去興趣。3）由于本身的學(xué)時(shí)有限導(dǎo)致本門(mén)課程未開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容理解少了最重要最關(guān)鍵的一個(gè)方面。

2課程教學(xué)改革探索

為了提高教學(xué)效果，從一下幾個(gè)方面改進(jìn)。

2.1提前準(zhǔn)備

電磁場(chǎng)與電磁波這門(mén)課程，本身就是概念抽象公式復(fù)雜不易理解，因此講授前應(yīng)該向?qū)W生講清本課程的特點(diǎn)及難點(diǎn)。如果發(fā)現(xiàn)學(xué)生基礎(chǔ)確實(shí)較差，那么第一章矢量分析作為工具也要重點(diǎn)講解。

2.2化抽象為具象，提高學(xué)習(xí)興趣

在第一堂課上課時(shí)，要將電磁場(chǎng)與電磁波聯(lián)系實(shí)際生活，手機(jī)、電腦、微波爐、廣播、電視、雷達(dá)圍繞在各位同學(xué)身邊的全部都是電磁場(chǎng)與電磁波的影子。以及微波爐到底對(duì)人體有沒(méi)有輻射，孕婦是不是不能用手機(jī)，是不是會(huì)受到輻射等問(wèn)題，另外可以讓學(xué)生查一下最新的領(lǐng)域技術(shù)動(dòng)態(tài)和前沿應(yīng)用，引發(fā)學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)電磁波的興趣及思考。

2.3采用多種教學(xué)方式

在黑板與板書(shū)的教學(xué)方式下，現(xiàn)代教學(xué)加入多媒體、幻燈片的方式，幻燈片展示課程內(nèi)容是當(dāng)前主要的教學(xué)手段。在講完重點(diǎn)公式后盡量跟上相關(guān)習(xí)題，掌握公式的運(yùn)用。新課程講授前，需要向同學(xué)回顧上節(jié)課重點(diǎn)內(nèi)容，非常重要的公式，例如麥克斯韋方程組等等可以讓學(xué)生默寫(xiě)加深記憶。還用一些圖片或者動(dòng)畫(huà)輔助，比如矢量場(chǎng)的通量與散度、環(huán)流與旋度等用圖讓學(xué)生理解抽象概念，利用動(dòng)畫(huà)向大家展示出電磁波的傳播方式及特點(diǎn)。在2020年，由于新冠肺炎疫情影響，響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，各大高校開(kāi)展線(xiàn)上教學(xué)，也對(duì)教學(xué)方式有了一定的改進(jìn)。如何進(jìn)行線(xiàn)上教學(xué)，尤其是電磁場(chǎng)電磁波這樣概念性強(qiáng)的課程。首先，要選擇適當(dāng)?shù)氖谡n平臺(tái)，因?yàn)橄耠姶艌?chǎng)電磁波這樣的課程讓學(xué)生網(wǎng)上自主學(xué)習(xí)基本上是效果不佳的，因此需要選擇一些延遲少，能連麥，無(wú)滯后，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需審核實(shí)現(xiàn)快速上課的平臺(tái)。還需要一些輔助工具，課前預(yù)習(xí)資料下達(dá)、上課簽到、隨堂小測(cè)試（選擇/簡(jiǎn)答/填空）、隨機(jī)點(diǎn)名、等等達(dá)到把控學(xué)生進(jìn)度，保證每一步學(xué)生都是緊跟教師思路，每個(gè)公式推導(dǎo)都是理解的。

2.4軟件輔助

在教學(xué)過(guò)程中，利用一些基本的學(xué)科軟件作輔助，及仿真平臺(tái)。例如matlab，通過(guò)matlab軟件繪制電磁場(chǎng)三維方向軌跡，繪制電磁波傳播形式，了解波的傳播方向及出傳播特點(diǎn)。

2.5實(shí)驗(yàn)改革

目前，因?yàn)閷W(xué)時(shí)有限，但是教學(xué)理論內(nèi)容較多，我校暫時(shí)沒(méi)有開(kāi)設(shè)電磁場(chǎng)電磁波實(shí)驗(yàn)。但是正是因?yàn)槔碚撎^(guò)抽象復(fù)雜才需要實(shí)驗(yàn)加以輔助理解。實(shí)驗(yàn)部分可以做以下實(shí)驗(yàn)：電磁波反射實(shí)驗(yàn)來(lái)了解電磁波反射原理及現(xiàn)象，自由空間中電磁波參量的測(cè)量，了解干涉原理。像單縫衍射實(shí)驗(yàn)這些在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中都做過(guò)的可以讓大家重做以加深理解。在完成基礎(chǔ)性及綜合性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生還可申請(qǐng)開(kāi)展科學(xué)研究性比較強(qiáng)，難度比較大的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

3結(jié)論

電磁場(chǎng)與電磁波是一門(mén)理論概念抽象，推導(dǎo)過(guò)程復(fù)雜的學(xué)科，但是作為電子信息與科學(xué)技術(shù)、通信工程等專(zhuān)業(yè)的必修課，同學(xué)們必須學(xué)會(huì)這門(mén)課程。在本次研究中，結(jié)合學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備情況，化抽象為具象，改革教學(xué)手段，輔助教學(xué)軟件及實(shí)驗(yàn)使同學(xué)們對(duì)這門(mén)課程達(dá)到更好理解與掌握。隨著創(chuàng)新時(shí)代的到來(lái)，在教學(xué)方面，以及學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)應(yīng)用方面有了更高的要求，電磁場(chǎng)與電磁波這門(mén)課程改革將繼續(xù)不斷深入下去。

參考文獻(xiàn)：

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本文由內(nèi)蒙古大學(xué)創(chuàng)業(yè)學(xué)院科研基金資助。