《电磁场理论》教研结合的“三化”探索

肖运昌+++梅琼++朱昌勇++杨如曙

摘 要：《电磁场理论》是工科电子类专业的基础核心课程，教与学方面均存在改革优化的必然趋势。本文通过课程中复杂数学概念的“立体图像具体化”、众多物理定理定律的“纵横推广普及化”以及热门前沿知识点的“深入研究精细化”这三点来优化其教研内容，以积极应对本科院校应用转型的迫切改革需求。

关键词：电磁场理论 教研结合 “三化”课程改革

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11（a）-0000-00

作者简介：肖运昌（1980-），男，汉，湖北黄石人，博士，，现任职于湖南文理学院，讲师，研究方向：物理电子的教学及科研研究。

基金项目：本文系湖南文理学院教学改革项目（编号：119005011）：《电磁场理论》课程的“三化”教学教研改革。

引言

《电磁场理论》课程是高等院校电子、通信类专业的基础平台及核心课程 。作为工科电子类专业的重要基础课程，它也是“微波技术”“天线”“电波传播”及“电磁兼容”等课程的理论基础。该门课程主要介绍电磁场与电磁波两个方面的基本概念，具有理论性强、概念抽象和数学推导繁琐等特点，需要学生具有较强的空间想象、抽象思维和逻辑推理能力，一直被公认是难教难学的课程之一。近年来，许多高校对该课程的教学教研进行了多方面的改革与探讨[1-3]。

一、课程特点

对于《电磁场理论》这门课程，教学内容方面，其改革项目主要包括教材选择、知识点安排、实验内容的引入等[1.2]：比如教材内容上，对教学大纲进行修订或教学内容的精简，对章节进行适当的取舍；同时充实工程实用案例，增强现代化气息，扩大知识面，激发学生学习兴趣[3]；教学手段方面，该课程改革体现在两点：引入MATLAB软件模拟工具[4]和恰当地运用多媒体教学手段，主要探索如何在教学中将多媒体教学和传统教学模式有机结合；教研结合方面，主要让学生在学习和理解一般电磁理论的同时，引入类似知识应用处理方法，以利学生对知识点的掌握应用。总之，通过课程改革，使学生勇于实践，善于应用，勤于应用。

我们根据教学实践和《电磁场理论》课程的特点，就近年于该门课程教学教研所积累的方法和经验，试图通过教研结合“三化”《电磁场理论》课程的知识点和内容，积极应对本科院校的应用转型。

二、“三化”课程改革

整体而言，“三化”可解释为加强学生对《电磁场理论》中复杂数学物理概念的“立体图像具体化”，众多物理定理定律认识的“纵横推广普及化”，以及热门前沿知识点的“深入研究精细化”。通过“三化”学习研究该课程，使学生体会到理论联系实际、学以致用的乐趣，掌握知识的同时提高学生的综合素质，为应用型人才培养打好基础。“三化”学习在《电磁场理论》课程教学中优化的核心内容概括体现如下。

（1） 教学内容图像具体化

经过相关知识与专业课程的认真调研，拟对所讲授知识进行适当调整与分类。首先，对于矢量分析部分，我们结合软件编程，利用立体图形全面动态展示标量的梯度，矢量的散度、环流与旋度等重要概念，通过图形与数学公式相结合的方式，来加深学生对于这系列基础数学概念的认识理解；同时，多侧面联系具体物理实例，展示斯托克斯定理、格林定理及亥姆霍兹定理在相关物理模型中的应用和意义，让学生通过理论公式和模型的结合来认识该门课程中重要数学概念在具体实在的三维立体表现及物理表达。

（2）理论知识纵横普及化

在理论教學中引入MATLAB仿真软件，简单模拟实现诸多物理定理和过程的算法功能演示，在加深知识理解、培养学生计算机应用能力、物理模型与数学分析能力以及处理问题创新能力等方面进行启发。本项目实践中，初步拟定对几个简单的电磁波基本定律及传播过程的图形演示。因此，在该课程的教学过程中，虽没有基本实验项目与之相对应，但可对照该理论课程的一些特点，引入相关实验内容，如边界条件的建立，电流密度在不同空间的表达形式动态分布，电磁介质的极化和磁化，电磁波传播过程的MATLAB实现等，建立完整而扎实的计算机模拟、理论研究和实践应用发展“三位一体”的教研方式。

于物理定理定律的认识理解方面，我们不仅纵向深入探讨该类结论所引起的本质起源，还对其作横向推广，介绍这些结论在其它领域的转变应用和发展完善。以电磁波在不同介质传播所遵守的边界条件为例，可由该约束条件深入探讨其理论本质来源于粒子数守恒这一基本自然定律；也可横向联系其它粒子传播于不同空间或介质中所遵循的粒子流守恒定律，如不同区域液体的流动、不同物质之间粒子的透射以及半导体中的电子输运等，由此得到各种传输形态下边界条件的不同表达形式的本质，增加学生对自然科学探索的趣味性，启发学生对不同物理现象认识的关联性。

（3）教研结合深入精细化

电磁场理论学习中，其具体的探索课题丰富多彩。如电磁场传播过程边界条件所涉及流连续的认识和理解，在教学中是重点也为理解的难点，该过程可延伸至物理学乃至整个自然科学中的粒子流守恒情况，普遍符合希尔伯特空间中的概率流守恒；或对一些特殊物理知识点的理解和归纳，如电磁介质的极化和磁化，电流密度在不同空间的定义等；另外，对于电磁波在不同介质的传播过程，可归结为电子波函数在不同介质传播的特例，其传播规律不仅与介质有关，还与传播的层数有关，在材料科学发展日新月异的今天，可拓展至电磁波在许多新兴材料中的传播，这既有利于学生对所学知识的巩固和积累，也有利于将理论与实践相结合，更有利于学生把握科学前沿问题，树立起一个合适而独立的科学研究新起点。

例如，对于热门知识点，可在具体章节充实工程应用实例，增强现代化气息，扩大知识面，同时引进前沿研究进展，激发学生学习兴趣。对电磁传播过程边界条件流连续的认识和理解，教学中是重点也是理解的难点，该过程可延伸至粒子普遍遵守的粒子数守恒定律，从而将课本中简单的理论结果推广至一个普遍规律。另外在讲解电磁波的传播特性时，通过介绍热门研究课题如电磁波在超材料、不同形状的空间、损耗媒质等环境中的传播规律等，增强认识电磁波在现代科技生活中的应用与研究。

基于以上三点，在课堂教学中，我们坚持采用多媒体模式和传统教学相结合的方式。对概念多、理解难、图形图表复杂的章节，采用多媒体教学；对需要推理和与学生互动要求较多的章节，则采用传统教学方式，获得了较好的教学效果。在本项目实践中，我们坚持对图形辅助分析教学模式的开发，努力以“三化”教研教改的核心思想进行全面教研探索，将其灵活应用于课堂教学中。

三 结语

《电磁场理论》课程在电子电气类专业中占有重要学科地位，是具有鲜明特点的核心理论课程， 如何组织好该课程的教学非常重要。本文主要从教学内容中数学概念认识、物理定律理解和热门知识点了解这三个方面，联系合理的教学理念、合适的教学方法进行了改革创新的初步探索，教学实践表明该课程的教学改革有效可行。

参考文献

[1] 王士彬，张莲等。“电磁场”课程教学内容改革的实践[J]. 南京：电子电气教学学报，2006， 28（5）：8-11

[2] 李朋伟，张文栋等. “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

[3] 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，2008，30（1）： 11-13

[4] 刘芫键.《电磁场理论》课程教学改革研究[J]，科技信息，2011（8）： 12