“电磁场理论与微波技术”课程教学与考核改革探索

张弘　闫丽萍　华伟　陈倩

摘要：本文针对“电磁场理论与微波技术”课程理论性强、公式多、内容庞杂、概念抽象、难教难学的特点，对教学内容、教学方法和考核方式进行了改革探讨。这些改革充分调动了学生的学习积极性，使学生加深了对理论知识的理解，提高了分析问题和解决问题的能力，取得了良好的教学效果。

关键词：教学改革；教学方法；考核改革；电磁场与微波技术

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）39-0097-02

“电磁场理论与微波技术”课程是电子信息工程、通信工程和电子科学与技术等专业的一门重要的专业基础课，在基础课与专业课之间起着承先启后的作用。该课程的内容在通信、雷达、广播、电视、遥控、遥测、射频电路、电磁兼容等相关领域有着广泛而深入的应用，同时也是边缘学科、交叉学科（生物、医学、材料、化学等）的共同生长点。因此，该课程对电子类和通信类专业学生的培养具有非常重要的作用。

“电磁场理论与微波技术”课程要求的数学和物理基础较高，涉及的数学公式较多，推导烦杂，且物理概念抽象、理论性强、内容庞杂。要求学生具有较强的空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能力，因此历来被公认为是一门难教和难学的课程[1]。如何利用有限的授课课时（如64课时），通过课堂生动形象的教学激发学生的学习兴趣、增强学习信心，使学生更好地掌握该课程的基本概念、理论和分析方法，为后续课程和未来相关专业领域新知识的持续学习奠定良好的基础，是新形势下课程改革面临的一大挑战。为此我们在教学内容、教学方法和考核方式上进行了一些探索，取得了良好的教学效果。

一、教学内容的改革

我们先在教学内容上进行了一系列的尝试，从电磁场中使用最频繁的矢量分析入手，到教学内容的系统化，以及现代工程应用与基本概念和理论的相结合等，使得枯燥课堂内容变得生动有趣，繁多的数学方程不再难以理解，大大提高了学生们的学习兴趣。

1.认清数学背后隐含的物理意义。“电磁场理论与微波技术”涉及数学的微积分、矢量分析、微分方程等内容，尽管这些内容大部分在大一、大二的数学课程中学习过，但由于没有结合具体物理概念或应用，学生们普遍对这些内容没有更多的体会，掌握不牢固，或者已经遗忘。因此，本课程先用一次课复习和补充相关的数学知识，帮助学生认清数学背后所隐含的物理意义。例如在认清场量的基础上，帮助学生加深理解矢量场散度和旋度的本质分别是产生场的标量源和矢量源，从而为本课程的学习打下良好的数学基础。

2.教学内容的系统化。本课程是在大学物理电磁学的基础上，进一步阐述电磁场与电磁波的基本概念、基本理论和基本的分析方法。因此教学中在认清矢量场散度和旋度本质的基础上，通过具体学习静态场和时变场，进一步理解电场和磁场各方程的物理意义，并最终把各类静态场和时变场的问题统一到麦克斯韦方程组的求解上，突出时变场和电磁波的概念。通常《电磁场与微波技术》课本中将微波技术的内容划分为传输线理论、微波传输线、微波网络和微波器件四部分。学生们学习时普遍感觉内容繁多杂乱。因此，在教学中可以打破章节的限制，将相关内容整合在一起进行教学。例如在讲授波导和同轴传输线时，结合场结构可以直接讲授由波导和同轴线构成的微波器件，包括波导内的电抗元件、微波谐振器、同轴波导转换器、模式变换器等。在讲授波导上的壁电流分布时可以同时进行缝隙的介绍。在讲授微波网络时，可以结合网络的散射参数介绍一些微波元件的参数，如定向耦合器、衰减器、隔离器、移相器等，利用散射参数分析这些器件的性能。通过这些系统整合，使得看似杂乱繁多的内容得以系统化，帮助学生建立理解该门课程知识间的相互联系。

3.理论与实际相结合，激发学生的学习兴趣。“电磁场理论与微波技术”尽管理论性强、物理概念抽象，但同时也有非常广泛的工程应用。在教学中可以结合电磁波与微波技术在各个领域的应用加以介绍和分析，使学生对电磁波和微波理论有更直观的认识，从而极大地激发学生的学习兴趣。如讲授电磁波在不同媒质分界面的传播特性时，可以结合隐身技术、天线罩和天线反射板的设计进行，引导学生们使用基础理论定性分析工程中的应用。讲授电磁波的极化特性时，可以结合收发天线的极化特性和极化匹配的问题加以讨论，在介绍谐振器的谐振模式时可以结合微波炉的工作模式进行分析。通过这些具体的实例，让学生们深刻体会到，即使是最新的工程应用技术，也是建立在最基础的理论知识上的，从而极大地激发了学生们的学习兴趣。

二、教学方法的改革

如果说教学内容是课程教学的根本，那么教学方法则是确保教学质量的有效手段[2]。设计教学方法时，应以教学内容为重心，依据教学内容采用相应的教学方法[3]，同时要借助于同学们喜闻乐见的现代多媒体和网络平台。

1.采用多媒体教学。充分利用各种多媒体教学手段可以使教学内容更加生动、丰满，并有效增强教学效果[4]。“电磁场理论与微波技术”课程涉及的公式多、公式的推导烦琐，很多内容比较抽象，采用传统的教学方法往往会占用大量的学时，学生感觉枯燥乏味，容易产生畏难情绪。并且一些物理概念很难表述清楚，学生不容易理解。采用多媒体教学方法可以避免烦琐的公式推导占用过多的时间，讲述中更多地突出分析问题的思路、求解问题的方法、得到的结论及其物理意义。对一些比较抽象的内容可以采用图像、动画演示的方式直观、生动、形象地演示出来。如电磁波的极化、反射和驻波形成的过程、波导中的场分布等，通过多媒体教学方式可以提高学生的学习兴趣，加深对相关内容的理解。此外，微波技术中一些具体的工程应用及前沿知识，可以通过实物图片清晰地展示给学生们，极大地激发了学生们对前沿知识的探索，增强了学生们创新思维的培养。

2.理论教学与实验相结合。理论教学只有与实践相结合，才能让学生对抽象的理论有更深刻的理解并真正掌握。因此伴随课堂教学同步开展配套实验，学生在实验室里通过搭建和调试微波测试系统，接触各种微波元器件，有助于帮助学生加深对这些元器件工作原理和功能的理解，掌握微波测试系统的构成。例如多个波导器件的连接让学生们深刻体会法兰盘的重要性，一个小小的金属封闭体帮助学生们认识到尺寸固定的金属腔可以谐振在不同的频点，散射参数可以方便地用来表征微波元器件的性能指标，阻抗匹配在微波频段是如此的重要。一个个看似简单的实验让学生们对枯燥的理论公式有了更感性的认识，促进了对基础知识的理解和掌握。

3.营造网络学习环境。“电磁场理论与微波技术”课程理论性强、内容多、学时短。教学中缺少与学生的交流机会，难以兼顾学生的个体差异，造成学生学习有一定的困难。由于学生的选课时间不统一，很难找到统一的辅导答疑时间。通过建立课程QQ群的方式，有效地建立教师和学生的沟通平台。学生们在自己熟悉的网络平台上的沟通也更开放、更轻松，提问更踊跃。对学生学习中的问题，带有普遍性的问题可以在群里一并讨论回答，有代表性的问题搬到课堂，个别性的问题则可以一对一解答。通过同学们熟悉的社交平台，有助于因材施教，帮助学生自主学习，使学生感到老师对自己的关注，从而提高了学习的积极性和主动性。

三、考核方式的改革

考核不仅是对学生学习情况的检查，也是促进学生学习的一种有效手段。恰当的考核方式既要公平地体现学生对知识掌握的真实状况，也要能体现学生之间的个体差异。因此，本课程采用了以下几种考核方式，促进学生学习的积极性和对学生考查的公平性。

1.改变半期考试方式，提高半期成绩的比例。过去半期考试为随堂开卷考试的方式，半期成绩占总成绩的比例不高，学生不够重视，对待考试比较随意。多数学生平时不注意总结复习，期末考试前突击过关，考试的结果不如人意，且本该掌握的知识常常是考完即忘。通过将半期考试方式改变成与期末考试方式一致（闭卷且独立座位），且占相同比重，避免了学生半期考试不认真复习、期末突击背公式、应付考试的学习方式，增强了学生们的学习效果。

2.增加对平时成绩的考核，有效地掌握学生的学习情况。增加对学生平时成绩的考核，在课堂教学中，可以不定期地进行随堂测验，既能够考核学生的出勤情况，又能够有效地检验学生的学习情况，为平时成绩的考核提供依据。提高平时成绩在总成绩中的比例，平时成绩占30%。这样可以避免学生平时上课不专注、课前不预习、课后不复习、期末搞突击复习应付考试的状况，加强了学生们的学习效果。

3.在试题中增加综合分析题，提高学生的分析能力和综合素质。半期和期末考试的试题中，增加了综合分析题的比例。在综合分析题中考核多个知识点及其之间的相互联系，避免学生死记硬背公式，而对公式的物理本质不甚清楚的状况，考察学生对相关知识的灵活掌握程度，成绩更能体现公平性。同时，综合分析题并不要求学生在现有的知识掌握度下给出完整的答案，只要能够分析完整答案的80%即可获得满分，从而有助于创新型人才的发掘和培养。

四、结束语

经过课程组教师几年的教学实践和探索，“电磁场理论与微波技术”课程的教学取得了很好的效果。通过教学内容、教学方法和考核方式上的改革，消除了学生对这门课程的畏惧心理，提高了学生的学习兴趣，营造了一个主动学习、持续不断学习的氛围，有效地提高了教学质量。

参考文献：

[1]田雨波，张贞凯，“电磁场理论”教学改革初探[J].电气电子教学学报初探，2008，30（1）：11-13.

[2]任宇辉，高宝建，电磁场与电磁波课程教学方法研究[J].陕西师范大学学报（自然科学版），2008，（36）：188-191.

[3]李政涛，从教学方法到教学方法论[J].教育理论与实践，2008，28（11）：32-36.

[4]李朋伟，张文栋，张雪英，史建芳，桑胜波，“电磁场与电磁波”课程教改与实践[J].电气电子教学学报，2014，36（4）：43-44.