基于工程案例的《电磁场与电磁波》教学实践

任仪 郝宏刚 尹波

《电磁场与电磁波》是现代信息学科的重要基础，是现代信息科学发展的重要支撑。它不仅是微波、天线、电磁兼容的理论与设计的基础，而且是各种现代通信方式的主要信息载体，如光纤通信、移动通信、卫星通信，以及电视、雷达等各种专门学科，都是以电磁波携带信息的方式来实现的。因此，对于该课程的学习，很大程度上有利于学生后续认识并解决实际工程中的复杂问题，加深理解电磁场与电磁波的本质。但该课程概念抽象、理论性强，对学生的空间想象力和数学基础要求很高，是公认的难教和难学的课程。在教学过程中，笔者尝试引入工程实例教学实践，从教学内容上增加电磁场与电磁波的应用实例，同时结合其他教学手段，使抽象的概念形象化，难懂的公式物理化，零散的知识系统化，理论基础与实际应用密切联系化，激发学生学习兴趣，引导学生探索性学习，启迪学生创新性思维，促进学生知识拓展应用能力的提高。

一、工程实例教学实践

《电磁场与电磁波》是电子信息类专业的主干基础课程，涉及大量的场论和矢量分析方面的数学知识，覆盖内容较广，且有一定的深度。相对于应用型课程，该课程的理论分析内容较多，课程理解需要学生花费较大的精力和时间，且需要能够静下心来思考电磁场问题，因此，对于工科学生来说普遍较难理解。然而，该课程讲授的知识、理论和方法，在实际工程中具有一定的普适性，更容易与工程实例结合。以静态场为例，静态场是不随时间变化的场，是时变场的特例，在静态场部分的教学中主要做电容和互感的测量实验，多导体的部分电容和互感是静态场中非常重要的两个概念。要求学生在掌握部分电容和互感的特性及测量原理的基础上，应用测试具体参数，对比测试结果与理论计算结果是否相吻合。再如麦克斯韦方程组，看似只是一组毫无新意、索然无味的方程，多数同学接触到它都有一定的畏难情绪。但如果将“电磁隐形衣”“左手电磁材料”“磁悬浮”“无线电力传输”等实际应用有机结合到课程教学中，课堂氛围异常活跃，学生的学习热情大大提高，对实际工程实例的思考更加深入彻底，甚至有学生在此基础上开始研究电磁理论新的应用。

二、课堂教学与课外科技活动结合

除课堂教学外，根据实际课堂教学内容，定期给学生布置与实际应用相关的作业，可以是科技小论文、工程实例中简单问题的解决方案、学生分组内部科技小竞赛等，复杂的形式可以是参加校外知名企业的有奖科技竞赛、区域性科技创新能力大赛等。此外，通过讲解电磁场在实际工程中运用的一些案例，以及让学生由浅入深地了解到电磁应用的广阔性，避免了学生学习的盲目性，避免在学生中形成学习电磁场无用论的观点。

近年来，随着教学水平及学生素质的普遍提高，各种各样的课外科技竞赛活动显著增多。这在很大程度上帮助学生更透彻的理解书本理论知识，同时鼓励学生根据所学知识，发挥自己的主观能动性，强化自我思考的能力，推动自身创新思维的形成。这些竞赛活动为广大学生参与解决工程实际问题提供了广阔的舞台。他们主动将所学理论与工程实践结合，形成有价值的工程解决方案，或发表较高水平的论文，或参加要求较高的科技项目。《电磁场与电磁波》这门纯理论学科被广泛应用于工程实例，学生学习起来没有了之前的畏难情绪，相反，他们更有学习的热情，丰富课余生活的同时还能够独立提出问题、分析问题、解决问题。该过程将有助于学生实现自身价值，了解并懂得学习的目的和意义。

电磁场与电磁波理论中存在许多基础性、探索性问题，是创新型教学改革的绝好典范。在此课程教学中加入工程实例帮助学生理解和掌握课程内容具有较大的实际意义。通过引入工程实例的教学实践，学生的整体水平显著提高，主动报名参与课外竞赛活动的人数增多，这从侧面说明此教学方法在提高教学质量和调动学生学习积极性上有明显成效。但课堂教学的不同方案一直是一个不断探索、不断进步、不断完善的过程，要实现电磁场与电磁波课程的全面深入改革，还需要进一步探索与努力。