《电磁场与电磁波》课程教学改革探索

肖志俊

一、《电磁场与电磁波》课程特点

电磁理论在广播、电视、无线通信、雷达、导航、无线网络及家用电器、自动控制、仪器仪表等领域得到了广泛应用。《电磁场与电磁波》是电子信息工程专业重要的基础课，其讲述电磁场与电磁波的基本原理和分析计算方法，为在通信技术的研究和应用中解决实际的工程问题打下牢固的基础。因此该门课程的基本概念和理论，是本专业人才培养所需知识结构的重要组成部分。

《电磁场与电磁波》课程主要涉及电磁场源与场的关系，电磁波在空间传播的基本规律，电磁波的产生、辐射、传播，电磁干扰，电磁兼容，以及电磁理论在各方面的应用，等等。

1.公式多，推导复杂。

如矩形波导中场矢量E和H的个分量的推导，是基于三维矢量偏微分方程组导出的，对于不同媒质和不同坐标系场量的描述方程也不相同，而且求解一个场量需要解一组方程。

2.概念多、抽象，难以掌握。

电磁场与电磁波是在大学物理电磁场基础上拓展出来的一门基础学科，包括很多新的概念、定律、公式，如静电场的电容系数、自分布电容、互分布电容、矢量磁位、标量磁位、镜像电荷、格林函数、有限差分法等，而且这些概念的出现还伴随着复杂的计算公式，不管是理解、记忆、掌握，还是具体运用，都有一定的难度。

3.涉及的知识点多。

该门课程所需的前导课程有：大学物理、高等数学、矢量分析与场论、数理方程与特殊函数、信号与系统［１］，甚至还有部分研究生课程内容，如数值分析等，这些复杂的数学推导和计算通篇贯穿了整个教材。

少数学生由于前导课程，特别是数学基础不牢固，造成学习困难，无法进行深入理解，课本上繁多的公式也给很多学生的学习带来较大的困难，使得学生产生畏难情绪，有些干脆直接放弃了对该门课程的学习。其结果导致考试及格率偏低，成为专业课程学习的一个“拦路虎”。

二、《电磁场与电磁波》课程教学改革探索

基于以上特点，我根据自己多年讲授该门课程积累的一些心得，对该门课程的教学作了一定的探索和改革，现阐述如下。

1.明确教学大纲，梳理教学内容主线，做到有的放矢。

《电磁场与电磁波》的教学大纲明确要求学生掌握宏观电磁场与电磁波的基本性质和规律、工程应用的基本分析和计算方法，能对工程中的电磁场与电磁波问题进行初步分析，能对一些基本的、简单的电磁场与电磁波物理问题建立数学模型进行计算，更深入地了解电磁信号传输的本质。根据教学大纲的要求，我将《电磁场与电磁波》课程划分为三方面的内容：电磁场、电磁波和电磁工程，围绕这三方面内容梳理了三条主线。

（1）电磁场

以麦克斯韦方程组为主线，将电场与磁场串并起来。如表1所示。

从上面的概要可见，麦克斯韦方程组高度地概况了电场、磁场的基本性质，以及电场和磁场之间相互激励的普遍规律，是电磁场的核心和灵魂。

（2）电磁波

以波动方程为主线，这样可承接前面的麦克斯韦方程组，通过麦克斯韦方程组变换出无源波动方程，求解波动方程在均匀平面波情况下的解，即可得到均匀平面波的场矢量表达式，进而建立起一系列关于电磁波的相关概念。

（3）电磁工程

以传输线为主线，用等效电路的分析方法可得出TEM波的传输线方程；用场的分析方法，将波导系统等效为传输线，可得出矩形波导的传输特性［2］。通过传输线这条主线，使场与路得到有效统一。

在全课程中通过这样几条主线的穿针引线，学生对这门课的学习具有了系统性和连贯性，而不是断断续续、似懂非懂的零散印象。

2.不断完善教学方法和手段，重视学生能力培养。

（1）植入职业教育“行动导向”教学法，加强师生互动，激励学生自主学习。

所谓“行动导向”的教学，其基本意义在于［3］：学生是学习过程的中心，教师是学习过程的组织者与协调人，遵循“咨询、计划、决策、实施、检查、评估”这一完整的“行动”过程序列，教师可根据实际教学情况，采用“行动导向”教学中的多种教学法，在教学中与学生积极互动，教学不再是教师一个人的独角戏。比如，围绕电磁波在不同媒质中的传播特性，给每组学生一个任务或专题，让学生通过“独立地获取信息、独立地制订计划、独立地实施计划、独立地评估计划”，在自己“动手”的实践中，深刻领会和掌握电磁波在不同媒质中的传播特性。教师只在旁边观测或答疑，并不主动参与，这样既能使学生积极开动脑筋，用已学的知识向纵向和横向进行探索，不断地对知识点进行综合归纳、联想类比、实现知识点和分析方法的触类旁通［4］，同时，教师又可以通过这样的互动，及时地与学生沟通、交流，并不断鼓励、赞扬学生，使学生获得尊重和理解，具有成就感，进而逐渐形成良好的互动，激发学生自主学习的动力。

（2）充分利用媒体技术，强化教学手段。

鉴于该课程的抽象性，如果没有运用类似Matlab这样的仿真软件来辅助教学，效果可能会有折扣。如波导中TE模、TM模的场结构和电流分布图等［5］，这些图形无法用语言来表达清楚它本身的含义，那么必须借助多媒体教学，通过诸如Matlab之类的仿真软件的演示，能获得直观的效果，那么一定会激发学生的学习兴趣，增强学生对这些概念的理解能力，加深学生对知识的印象，提高学生的学习效率。可设计一些基于Matlab或HFSS9．2的实验任务，如某一时刻天线右旋圆极化的场强在空间分布图等，针对基础较好的同学，让他们自己参与进来设计，不仅使学生对右极化波理解加深，而且将进一步提高学生的编程能力，提高学生学习的兴趣。

（3）采用板书辅助教学。

《电磁场与电磁波》课程有大量的公式推导，采用板书教学，可抓住学生的注意力，逐步深入理解，循序渐进，实现学生思路和教师思路同步，增强教学效果。

（4）开设网上答疑，加强课后辅导。

该课程的习题难度较大，如不及时进行课后辅导，学生有什么问题不能得到及时解决，无疑会降低学生的学习热情，丧失学好该门课程的信心，同时，也会养成消极、懈怠的学习习惯。可以QQ群的形式在群里答疑，将每章典型的难题和学生共同的问题在群里讲解，或以电子邮件的方式，对部分学生侧重辅导，针对个别程度较差的学生，课后及时询问，掌握其学习动态，及时弥补其薄弱环节。

3.结语

总之，在《电磁场与电磁波》课程教学中，教师一定要明确该课程的教学大纲，根据该课程的特点，紧抓住教学主线来组织教学，注重各部分的内在联系、区别、因果及内涵；注重教学方法及手段的完善，用心了解学生和课程，充分地利用现有的媒体技术条件，精心安排和组织，注重联系实际和创新，这些是提高《电磁场与电磁波》课程的教学质量，激励学生学好该门课程的有效手段。

参考文献：

［1］刘学观，郭辉萍.电磁场与电磁波课程体系规划研究［J］.电气电子教学学报，2006，（6）.

［2］郭辉萍，刘学观.电磁场与电磁波［M］.西安电子科技大学出版社，2003.

［3］姜大源.职业教育学新论［M］.教育科学出版社，2007.

［4］李文翔，熊庆国.“电磁场与电磁波”课程教学方法改革研究［J］.中国冶金教育，2007，（6）.

［5］武刚，张小平.基于电磁场与电磁波的教学研究［J］.攀枝花学院学报，2007，（6）.

课题来源：贵州大学2011年度本科职业教育和中职硕士培养方案改革研究项目。