工程教育专业认证背景下电磁场与电磁波课程教学改革

周盛华++叶有祥++董艳燕++李海华++裘燕青

摘 要：分析了“电磁场与电磁波”课程的教学现状。为了适应工程教育专业论证和国际化教育的要求，提高教学质量和教学效果，通过对教学内容、教学方法手段、考核方式等方面所做的努力和尝试，强调在教学过程中根据学生的具体情况，加强基本概念的渗透和实际工程中的应用，注重创新精神和实践能力的培养，切实提高教学质量。

关键词：工程教育专业论证 电磁场与电磁波 教学改革

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）12（b）-0181-02

2016年中国正式成为《华盛顿协议》正式成员国[1]，工程教育专业论证是我国高等教育改革的重要举措，也是实现工程教育国际化的重要标志[2]，通过专业论证的学生可以在相关的国家或地区按照职业工程师的要求，取得工程师职业资格。我国十三五规划指出，世界各国在经济、政治、军事等方面的竞争力取决于其科技和人才，要推动一批高水平大学和学科进入世界一流行列或前列，提升高等教育综合实力和国际竞争力，培养一流人才，产出一流成果[3]。而科技和人才归根结底取决于其教育质量，尤其是大学的水平。因此，专业课程的国际化成为国际化教育的重要内容。

“电磁场与电磁波”这门课包含了电磁场和电磁波两个部分的内容[4]，是电类专业的一门专业基础课程，课程的内容对后续课程的学习至关重要，在学科建设中发挥着承上启下的作用；而且在电磁场与电磁波课程中采用的独特思维方法的训练对学生今后处理实际问题具有非常重要的作用，因此提高该课程的教学质量显得非常必要。

1 目前课程的现状与存在的主要问题

“电磁场与电磁波”是工科电类专业的一门必修的专业基础课程，课程的基本理论是从事电类专业领域工作的科技工作者应必备的知识。该课程概念抽象、公式多、理论性强，也是工科学生公认的本科最难学的课程之一。同时，该课程涉及的理论在光纤通信、生物电磁学、电磁兼容、导波光学、微波技術等前沿学科领域有着举足轻重的作用，而且它还是其它边缘学科、交叉学科的基础；然而，这门课程却总被反映是一门“老师难教、学生难学”的课程。究竟课程难在何处，通过分析总结我们认为有以下几点原因：第一、“电磁场与电磁波”课程本身概念抽象，公式繁多，课程内容涉及到太多的数学和物理基础理论，学生入门学习困难，难以进行深入的理解；第二，学校重视培养“应用型”人才，理论基础课时一再的被压缩，在有限的课时内要把课程的内容讲解透彻，显然不是一件容易的事情。而学生要在这么短的时间内完全理解教学的内容，也是很困难的事情了；第三，高校的扩招，生源的整体素质普遍下降，这是一个现实的问题，学生的数学、物理基础本身比较薄弱，这就给该课程的学习带来了很大的困难。针对上述情况，课程组对该课程的教学工作进行了大胆的尝试和有益的探索，取得了良好的效果。

2 课程教学内容的改革

“电磁场与电磁波”教学大纲要求学生通过本课程的学习，掌握电磁场与电磁波两个方面的基本概念与基本理论，为今后学习其它后续课程或在电磁场与电磁波方面进一步深入学习打下必要的基础；在熟知一些基本物理概念和物理量的基础上，全面掌握课程中的基本原理及数值分析计算手段：同时培养学生严密的理论推导和分析计算能力，为后续课程的学习打下良好的基础。

该课程包含了“电磁场”和“电磁波”两个部分的内容，其中场的部分在大学物理的“电磁学”部分已经详细的讲述，但是学生接触到的一般是一维的即标量的问题。对这部分内容的讲解，比较好的方法是通过简单的回顾并把知识引申到二维三维的情形，再深入一点就是能合理地选择坐标系来处理问题；对于磁场，利用电磁场的对偶性，许多问题都可以用电场相类似的方法来处理。再如边界问题，只需要讨论电场强度矢量和电位移矢量在分界面的行为就可以了，磁场强度和磁感应强度的处理方法和电场情况类似。这样以电场的讲解为重点，举一反三，从而大大简化教学的内容。电磁波是学习的重点和难点，我们也可以采取与机械波类比的方法来讲解。对位函数的运算，只需要讲解标量场的位函数，求解标量场位函数的泊松方程或者拉普拉斯方程。矢量场的方程形式和结果采用类比方式进行讲解，这样既节省了学生宝贵的学习时间，也可以使学生在完全弄清楚了一个知识点以后会激发自己强烈的学习欲望，从而愿意钻研更深层次的内容。

3 课程教学方法的改革

“电磁场与电磁波”课程一般安排在大学二年级的第一个学期，学生刚刚学习了“大学物理”和“高等数学”，已经有了一定的数学和物理基础，对该课程的内容有一定的认识。传统的教学采用全部板书的形式不利于学生对物理图像的深刻理解，而显得教学内容的枯燥无味；完全的多媒体教学则容易忽视了基础理论的推导过程。我们认为应当采取板书与多媒体结合的方式教学，对物理概念、理论的演算过程尽量使用板书，借助直观的多媒体动画展现物理图像，便于学生理解抽象的物理概念。

对物理图像的演变过程，课程组经过长期的经验积累，认为应适当地让学生自己对物理结果利用计算机软件进行模拟仿真。仿真物理图像需要学生至少掌握一门计算机软件如C语言、MATLAB等，而这些大型的软件学习起来也有一定的难度，许多学生不一定都能熟练运用，我们推荐利用大家熟知的Excel软件来对物理图像进行模拟。物理图像很好地反应了物理过程，通过自己的模拟结果，形象地展示了物理图像，激发了学生的学习兴趣，提高了教学效果。

4 课程考核方式的改革

工程教育提出应注重学生创新精神和实践能力的培养，因此，在教学中应鼓励学生从教材中走出来，积极探索电磁场与电磁波在实际生活和工程中的应用，拓宽学生的知识面，提升学生的创新和动手能力；进一步认识电磁场与电磁波的物理本质和基本规律及其分析方法，培养学生分析和解决电磁问题的能力。

传统的考核方式就是开卷考试或者闭卷考试。对于开卷考试，试卷题目难度肯定增加了，学生如果一个知识点没有掌握好，可能整个题目就做不出来；如果是闭卷考试，很多东西靠记住。这都不能很好的反应学生的实际水平。我们采用一页纸开卷的方式，这样可以使学生全面地复习该课程，公式不需要死记硬背，试题可以更加灵活和综合，能较好地反应学生的学习效果。另外，我们对考试的分值比重做了改革，鼓励学生利用现有知识解决一些实际的工程问题，比如手机信号对钢筋水泥结构的大楼、水、电梯等场景进行模拟，鼓励学生撰写学术论文，这些都可以作为考核的一部分。

5 结语

在工程教育专业论证和国际化教育的背景下，讨论了电类专业“电磁场与电磁波”课程的教学现状，从课程内容、教学方式、考核方式等方面对课堂教学进行了有益的改革，取得了良好的效果。改革的成果对推动高校工科电类专业的电磁场与电磁波课程的教学具有一定的理论和实践指导意义。

参考文献

[1] 中国工程教育认证协会.工程教育认证标准[R].2015.

[2] 方峥.中国工程教育认证国际化之路——成为《华盛顿协议》预备成员之后[J].高等工程教育研究，2013（6）：72-76.

[3] 习近平.关于《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》的说明[J].实践：思想理论版，2015（11）：17-22.

[4] 谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].4版.北京：高等教育出版社，2015.