新形势下高校工程电磁场课堂教学改革探索

李召红 夏继宏 肖绪洋

【摘要】本文以普通高校电气工程及其自动化专业课程“工程电磁场”的学习为研究对象，针对学生反应课程难学与教师授课体验的难教等问题，以学校推行的教学改革为背景，通过多年的教学体验，提

“工程电磁场”是很多高校电气工程及自动化专业的一门必修课程[1]，也是在“大学物理”、“高等数学”基础上开设的后续课程，所涉及的内容是电类专业学生应具备的基本知识。就目前来看，电磁场内容是“电机学”、“电力系统分析”、“电力电子技术”、“电力系统自动化”等交叉或边缘学科后续课程的基础，其内容也交叉到通信、光学等学科领域。电磁场的基础知识是学生进行深层次研究、成为当前社会新形势下电类研究型人才必需学习的一门课程，但本课程在学习过程中对数学知识较为依赖，处理电磁场问题不可避免地用到场论与矢量分析、微积分或微分方程求解等知识点。课程以内容理解难度大、对高等数学熟练程度要求高的特点使得同学们对这门课程的学习颇为头痛[2-3]。当前，在素质教育和应用型人才培养大背景下的普通本科院校里，传统的纯理论型课程面临深化改革，表现在学时上，笔者调研发现国内大部分高校将“工程电磁场”授课学时调整为32学时左右。课程主体内容包含矢量分析和场论基础、静电场、恒定电场、恒定磁场、时变电磁场、平面电磁波、导行波、传输线理论以及边值问题求解等9部分内容。较少的学时不仅对学生学习也对教师的讲授提出了新的挑战。因此，在新形势下对“工程电磁场”教学改革亟待进行，探讨利用合适的教学方法和采取必要的技术手段来以提高教学效率，增强学生学习信心与主动性是任课教师必须面对的新课题。

1.讲好第一堂课，树立兴趣导向

绪论作为课本的开篇点题内容，概括了本课程的主要内容，研学要点及方法。全面细致生动的讲解即能打消学生的学习顾虑，又能淡化基础差的学生心理阴影，从而树立克服学习困难的决心。通过绪论介绍前人研究成果，总结学科现状，展望未来发展，确立课程在专业中的重要地位。教学中与学生探讨日常生活中的常见的电磁现象：静电除尘、发电机、手机通讯、电动机、变压器、静电屏蔽，避雷针装置等等，通过互动探讨渐渐培养学习兴趣。但好的课程讲解要求教师做到以下三点：首先需熟练掌握“工程电磁场”的授课内容，还要查阅最新的科研、科普杂志和文献，掌握学科的前沿动态，方便将较新的科研成果及素材带到课堂，充实教学内容。其次教师还要提高课堂语言组织能力，高效利用课堂时间，提高上课水平。最后，适度引导学生学习，老师的导向性与榜样性在一定程度上可以影响学生的积极性，充分利用这有意的导向，可以达到事倍功半的效果。总之，教师就是要利用合理的方式达到调动学生自主学习积极性的目的，激发学生学习热情。

2.板书和多媒体两者结合，提高教学效果

现代教育技术的发展为教学提供了极大的便捷。表现在教具上，多数课程都可以使用多媒体教学，它简便快捷、信息量大。但从实际教学效果和课程偏重理论的特点来看，“工程电磁场的教学”并不能完全全依赖多媒体技术，因为部分理论采用板书的方式推导使过程更直观，也有助于学生手脑并用，保证印象深刻的同时还能便于理解知识点。在推导与提问互动中，活跃了课堂，提高了课堂的参与度。 因此，在理论教学过程中采用板书与多媒体配合的方式是相对合理的。例如在静电场中电轴问题的讲解中，接地导体球对点电荷的镜像问题，由于要在球体内部求出镜像点电荷的位置，相比于传统靠空间想象来叙述求解问题，用多媒体展示出图例和辅助线，则可以把抽象的理论简单化。

3.理论联系实际，开阔学习视野

从课程性质上讲，“工程电磁场”是一些交叉学科领域的科学生长点和新兴边缘学科发展的基础。学好电磁场将增强学生的适应能力和创造力。作为基础学科，其理论性强，研究的问题抽象。在教学过程中须做到理论准确，思路严谨，同时为开阔视野也需要将新技术带到课堂。课程内容如电磁技术在社会生活中有广泛应用，如在讲述恒定磁场时，贴近生活的例子如质谱仪、磁流体发电机、霍尔效应等等，霍尔效应是载流导体在匀强磁场与电流方向正交的方向上产生电势差的现象。为增加学生学习兴趣，如果教师们关注了较新的研究成果也可以适当提及除经典的霍尔效应，还可以适当科普量子霍尔效应，自旋量子霍尔效应，以及近几年的研究热点拓扑绝缘体等。这种教学模式一方面让学生感觉到确实学习的东西有用，另一方面也能使学生感到我们所学习的课程是当前国际国内研究重心的基础，内心感触到学习这门课很有意义。

4.综合创新型实验教学模式，培养学以致用

与理论学习同样重要的是学生的动手能力。全面发展实用新型创新人才的培养离不开实验操作能力的练习。实验操作是对理论知识学习的巩固与补充，合理安排课程实验是教师引导学生理解课程内容，培养动手能力的必要的教学手段。根据我校实验设备储备和学生本身的基础能力，提出了两类实验操作：一类是基础验证性实验；二类是功能设计类实验。基础验证性实验操作性简单，比如有分度转台、喇叭天线、3cm固态信号发生器、晶体检波器和可变衰减器等仪器构成的电磁波反射和折射定律验证。这种传统的常规实验已有成熟的实验手册，详实的实验步骤，学生较容易做出结果，主要锻炼动手能力。第二类功能设计类实验，主要是培养创新、独立的设计能力。譬如开设让学生设计小型霍尔效应传感器器件（在我院创新实验室可申请基本实验器件），利用学习的电工学、模拟电子技术等知识，将霍尔元件、线性放大器、射极跟随器组装起来。设计类实验促使学生自己提出问题并解决问题，这其中调研、查资料和求教等步骤蕴含了较大的工作强度。验证性实验结合设计类实验是一种实践和实验结合的创新性实验教学模式。突出以学生动手为主题的教学模式一方面强化了学生的电磁场理论知识，另一方面锻炼了学生独立思考、动手能力，还进一步巩固了其他课程知识。笔者认为这种模式对电磁学起到很好的促进作用。也为其他课程的学习提供部分借鉴。

5.完善考核制度，注重能力培养

在培养积极性和创新能力培养上的过程中，考核模式是教学改革的重要组成部分。教师授课有教学大纲指导，同样大部分学生学习以达到考核标准要求自己。课程必须体现实验的权重，与传统的理论成绩评定成绩不同，建议将实验能力占课程最终成绩的30%，即总成绩为理论成绩的60%+实验成绩的30%+平时成绩的10%。作为一门技术基础课，工程电磁场担负着为后续课程服务功能。在教学中要注重场的基本规律研究。在工程电磁场数值计算能力训练上，仿真软件选择性较广，常见的MATLAB、MATHMATICA可以仿真场量数值的同时也可以展示各种典型场分布，若再结合基本原理从中总结规律，更便于学生理解和掌握。

“工程电磁场”课程有系统的理论基础，广泛的应用背景，从简单的自然现象到复杂的电磁工程问题都能给出科学的解释。在讲授过程中教师要做到精讲基本概念、基本规律和基本问题的分析问题方法，合理引导督促学生独立学习，培养学生独立创新能力。教学改革过程中，即要合理设置教学内容又要选用合适的教学方法。工程电磁场课程在电子信息和电气工程类专业占据重要的学术地位，怎样有效提高教学质量是高等学校广大教师值得不断探索的实际问题。本文结合我校理论课堂教学与实践，归纳总结部分教学方法与教学改革内容，希望对“工程电磁场”的教学提供些许参考。

参考文献：

[1]杨宪章.工程电磁场（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2011

[2]熊炜，粟世玮.提高“工程电磁场”课程教学效果的方法研究[J].中国电力教育，2013，（26）：42，48

[3]李海，于文莉，王平建，魏书田.“工程电磁场理论”课堂教学实践探索[J].科教导刊，2015.9.131-132