“电磁场与电磁波”课程教学方法创新的研究

凌滨+邓艳+马梅

摘 要：从课程内容、教学手段、课程实践等方面论述“电磁场与电磁波”课程改革创新的基本构想，通过对课程教学方法的改革创新，增强教学质量，以完成学科人才培养的目标，培养出满足当今社会需求的学生。

关键词：电磁场与电磁波;学科建设;改革创新;人才培养

中图分类号：G642.41   文献标志码：A   文章编号：10017836（2015）10006402

引言

“电磁场与电磁波”是通信工程、电子信息工程、自动化和电气自动化等电类专业的一门必修的专业基础课程，课程理论是从事电类领域工作的科技工作者应必备的知识，只有牢固的基础知识才能让大电类学生在技术创新的潮流中站稳脚跟。为了满足对宽口径科技创新人才培养的要求，高校各专业开设课程数量增加，种类多样，课程学时减少。面对理论深度变大、学时减少的教学现状，迫切需要对课程原教学内容规划、教学实践计划、教学培养重点、教材合理选用等方面做适当的调整，对课程教学方法进行改革创新，为课程教学高质量地完成提供肥沃的土壤。

1 课程现状分析

当前，电磁场理论在超导研究、光纤通信、电磁兼容、电对抗、生物电磁学等前沿领域中有着举足轻重的作用，有着广泛和综合的应用。“电磁场与电磁波”同时也是边缘科学、交叉科学的孕育点，学生对知识的储备能以不变应万变。在有限的课堂时间内完成现有的教学内容，时间紧，任务重，工作量大。为了完成教学内容，必须满堂灌输，学生学习强度大，加上电磁场与电磁波的物理概念抽象，学生难于理解，学习吸收效果不明显。大强度的课程理论学习灌输，外加缺少实验针对性的描述，让同学们普遍感到教学进度太快，教学太难，不利于学科的建设和长远发展[1—6]。

2 教学内容、方法的改革

2.1 教学内容的改革

电磁场中矢量分析主要讲解三种坐标系、散度、旋度、梯度、高斯定理、斯托克斯定理和格林定理等场量的概念。由于学生们有一定的学习基础，现将学时压缩为4学时，其他内容在网络答疑。

静态场和时变场为电磁场所研究的两大场量，各种场之间有着不同的性能，同时也有紧密的联系。先分析静电场，再分析恒定电场与恒定磁场，最后分析时变电磁场，这样的顺序是传统教学模式，该过程需要较多的学时。麦克斯韦方程组是完整的理论体系核心，同时由于在大学物理基础课程中有关于电磁学的基本知识，学生们有一定的知识积累，为了节省学时，增加学生们对知识的系统掌握，可以在麦克斯韦方程组核心内容中穿插连续讲解静电场、恒定电场与恒定磁场、边值问题的解等相关问题，用以求解。

课程教学按照从电磁场的基本方程导出麦克斯韦方程组，得到系统的分析，再讨论电磁场运动的基本规律，了解电磁场的主要内容。电磁场主要规律之间的关系见表1。这样按课程内容的衔接来讲，可节省12学时。

表1

电磁场主要规律之间的关系

环 境规 律麦克斯韦方程组静电场恒定磁场电磁感应高斯定律磁通连续性原理安培环路定律电磁感应定律

由于学时的限制要求，以及后续微波与天线课程的开设，电磁波部分内容只讲解均匀平面波的反射和透射，均匀平面波在理想介质和导电介质的传播特性，均匀平面波对分界面的垂直入射。该部分的内容以电磁波传播特性为核心，相比传统教学学时不做大的变更。

2.2 教学方法的改革

为了教学质量的提升，在细化教学内容，强化教学实践的基础上，必须优化教学手段，为课程的发展注入核心的力量。以下主要从教材选用、教学方式选择、考核资源建设三个方面进行仔细分析。

2.2.1 教材选用

教材是学生们学习的基本材料，是课程教学的基础辅导资料，在提高教学质量中起着举足轻重的作用。教材《电磁场与电磁波》，作者谢处方，高等教育出版社出版，其内容条理清晰，理论实践结合，方便学生课后自学，符合课程改革创新的要求，因此选其作为教材。

2.2.2 教学方式选择

在课程教学改革创新的计划中，将摒弃传统板书的教学方式，打造多媒体课件与黑板板书相结合“电磁场与电磁波”的教学方式，方便快捷地让同学们高效地学习吸收知识。该课程理论复杂，贯穿整个教学内容，数学推导频繁，公式较多，综合考虑在大电类专业的基础教学中属于难点。考虑到这门课的特点，为了降低教学难度，传统教学一直采用用语言、黑板板书的教学方式。在这门课中有许多像关于均匀平面电磁波的传播、极化波等抽象且难以用简单通俗的语言让学生理解的概念，为解决同学们理解的困惑，结合现代科技手段，我们制作了多媒体课件，用以动态形象地演示抽象内容，让学生们更加容易掌握利用相关的理论知识。很多学生对多媒体教学短时间、信息量大的教学模式不适应，考虑到此问题，该课程教学在重难点问题上保留传统板书的教学方式，在教学的过程中加强师生之间的互动，促进学生的学习。传统板书详细讲解难深理论，多媒体教学形象生动解释抽象问题，二者的结合为课程改革创新夯实了坚定的基础。

2.2.3 考核资源建设

考核资源的建设，主要是指“电磁场与电磁波”试题库的建设。这门课的理论知识比较难以理解，为了教学质量的提升以及学生透彻理解分析问题，老师和学生均需要大量的习题进行巩固加强。如果仅凭课堂学习，老师对讲辅导，这样资源有限，为此我们用VB.net制作了 “电磁场与电磁波”

习题及试题库。以下以东北林业大学的试题库建立为案例分析。东北林业大学习题及试题库管理系统主要分为基础数据维护、相关性习题录入、习题的矫正、习题预览导入word以及操作记录查询几个主要部分。习题库中针对典型重点问题，结合多本教材的习题及解答，做大量参考题型整理。针对每一章节，改批完作业后，整理学生作业中较好的习题解法，将新鲜的解题思路、方法补充到习题库中，最后通过校园网的平台公开本章的作业及解答。这样方便学生理解课程和明确解题思路;另一方面可以压缩习题课的课时，让学生高效率地掌握教学难点。本题库不仅方便学生的学习，同时也方便老师的教学。老师可以通过这个平台对习题进行综合筛选，最后出一套高水平高质量的试卷用以反映学生学习的真实情况。老师利用此习题及试题库的顺序为：从试卷功能模块进入，然后在题库中浏览，移动按钮选择题目，点击“确认”键用以确认，然后自动生成一张试卷，教师可在此卷的基础上，结合实际条件作适当的调整修改。作为大电类的专业基础课，在课程教学衔接中起着举足轻重的作用。本库的知识肯定能为其他课程公用，因此将该课程的习题及试题库搭建成公共平台，方便相关专业的学生学习的同时，也方便教学的衔接与交流。

3 实验教学的改革

作为电类的基础课程，为了让学生更加深入地了解学习理论知识，必须将理论知识与实践相结合。在理论与实践相辅相成中，为拓展课程的学习提供有利条件。

“电磁场与电磁波”课程在各类高校中较少开展实验，结合学科建设的需要，必须提高学生的创新能力。针对学生创新能力的提升，课程改革创新在教学任务中设计了一些基于 M atlab等软件的设计实验任务。电磁场与电磁波现象不仅具有复杂的空间分布， 而且还有不可见的特性， 通常情况下只能进行抽象的想象或是通过仪器进行测量和观察，基本的条件下学生很难理解电磁问题及实验现象。Matlab具有强大的工程计算能力以及多功能的图形处理能力， 通过Matlab可以将理论公式或实验数据在空间的分布和规律直观地描绘出来， 并提供旋转视角功能，

这样能让学生更加简单、直观地分析问题，理解问题。通过这样的课题的实践学习，学生的观察学习能力、综合分析能力、实践编程能力将会大幅度提高，在老师的指导下能高效率地完成教学实践任务，高质量地掌握教学理论知识。

表2

实验教学内容和学时分配表（共4学时）

实验顺序实验项目名称学 时实验类型第一次理想介质中均匀平面电磁波的传播2学时验证第二次电磁波的极化实验2学时

验证  结束语

本课程的教改是以东北林业大学校级重点课程建设为背景进行的。我们的目的是在教学内容上力求与前期及后续课程完整衔接，内容设置上充分考虑电子信息、通信专业和自动控制专业课程设置的系统完整性。对于课程教学方法的创新表现为用有限的教学时间，进行高效率高质量的教学，运用现有的先进教学手段结合传统的教学方式联合教学，让“电磁场与电磁波”

课程的理论知识更加形象生动，实践内容更加有意义。通过教学方式的改革创新，激发学生的学习兴趣，提高教学质量，为学科建设注入新的活力。

参考文献：

[1]谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]杨显清.电磁场与电磁波[M].北京：国防工业出版社，2003.

[3]王家礼，朱满座，路宏敏.电磁场与电磁波[M].西安：西安电子科技大学出版社，2000.

[4]牛中奇.电磁场理论基础[M].北京：电子工业出版社，2001.

[5]马冰然.电磁场与微波技术[M].广州：华南理工大学出版社，1999.

[6]William Hayt，John Buck. Engineering Electromagnetics[M].Mc GrawHill Edu

cation，2011.

（责任编辑：侯秀梅）  2015年10月第34卷第10期

黑龙江教育学院学报Journal of Heilongjiang College of Education