新工科背景下“电磁场理论”课程的教学与实践

贾雁飞，刘柏生，刘 岩，邹青宇，邢砾云

（北华大学 电气与信息工程学院，吉林 吉林 132012）

与传统的工科人才相比，未来新兴产业更需要实践和创新能力强的高素质复合型新工科人才[1]，“电磁场理论”与电子信息工程专业的许多核心课程均有紧密的相关性，是培养新工科人才必不可少的一门重要课程，通过该课程的学习，学生可以为毕业后从事相关工作打下一定的理论及实践基础[2-4]。但是该课程的学习讲究抽象思维和逻辑推理两者的结合，不仅概念抽象、公式复杂多变，而且需要一定的数学推理过程，学生往往不易理解掌握。因此，需要采取适当并有效的方法来提高该课程的教学质量和效果[5-6]。本研究从教学内容、教学方法、教学手段和考核方式4个方面阐述对该门课程进行教学改革和实践的具体措施。该课程的教学改革措施框架如图1所示。

图1 电磁场理论教学改革措施框架

1 教学内容

“电磁场理论”的主要内容包括：矢量分析、静电场、恒定磁场、恒定电场、时变电磁场、均匀平面波的传播、电磁辐射等。课程内容包括繁多抽象的概念、定理和定律，讲授过程中又不可避免地要向学生介绍涉及的公式推导和计算。传统的教学过程往往是直接向学生灌输事实性知识，教学过程过多偏重理论，对理论的实际应用介绍相对较少。针对以上问题，本专业对该门课程的教学内容进行了相应调整，弱化理论讲解，重视实际应用，确定实际教学的实施方案。对教学大纲和教学计划进行一定的调整和修订，注重案例教学，多讲解重点理论的相关案例，注重理论的实际应用。例如，在讲解高斯定理时，弱化该定理的推导过程，对于如何得到这一定理的相应内容进行简要介绍，不讲解详细的公式推导过程，重点讲解该定理的应用条件和应用场合，进行案例教学，多例举与该定理相关的应用实例。比如：导体球、电荷均匀分布的带电球体等周围空间电场的分布情况，只有这些电荷源呈对称分布的电场问题才可以应用高斯定理来进行分析和求解。在这个过程中让学生能够熟练运用高斯定理来求解相关的电场分布问题。还有在讲解安培环路定理时也是同样的道理，该定理的应用前提也是要求电流源满足对称分布，其他情况是不可以应用该定理来求解相应磁场问题的。教师将涉及该定理的各种情况多给学生进行介绍，包括什么情况适用，什么情况不适用，在场的求解过程中需要注意什么等。这样学生就能十分清楚老师所讲授的内容到底是什么、用在哪、怎样用。没有实际的案例做支撑，再经典的理论也只是纸上谈兵。所以，本课题在教学内容上增加了很多案例讲解，让学生在学中做，在做中学。

2 教学方法

以往大多数课程都是一门课程教师从头讲到尾，学生完全被动接受。有些学生在课堂上疲于记笔记和接受老师所讲的内容，没有一个人能系统地去理解思考。有些学生则直接放弃学习这门课程，结果导致教与学过程严重分离，非常不利于学生原创性思维的有效发展。为了解决这一问题，笔者建议适当设置一些思考题组织学生分组讨论问题、分析问题，最后解决问题。学生可以进行自由分组，分组后组内成员共同商议每个组员的分工，大家集思广益，一起找到解决问题的方法，给出问题的最终答案，改变以往教师独自讲授的实际情况，调动学生的积极性，让学生参与到课堂教学环节中，提高学生分析问题、解决问题、与人沟通、团队协作等能力。

3 教学手段

通过对几届该专业学生的问卷调查发现，学生在学习过程中，除了反映电磁场相关理论太抽象，无法想象出实际当中看不见摸不到的电磁场外，还反映课程内容多、理论性强、公式多等问题。对于上述问题，本专业充分发挥多媒体课件的优势，以多媒体形式解读微观抽象的电磁理论，将晦涩难懂的电磁现象直观生动地展现出来，同时，适当运用Matlab等仿真软件配合相关理论的讲解。例如，在讲解电磁波的辐射这一部分内容时，可以用几条简单的Matlab语句仿真出对称天线的三维辐射方向，如图2所示。学生看到仿真图会很容易理解教师所讲解的内容，从而拉近学生与电磁场这门课程的距离，让学生体会到这门课程没有想象中那么难。这样做的另一好处是，可以节省大量课堂讲授时间，用新知识、新技术充实课堂教学内容。

4 考核方式

课程原有的考核方式也存在弊端，学生的总成绩大多由出勤和期末考试两部分成绩决定。有些学生为了达到较高的出勤率，明明听不懂、学不会，还勉强坐在教室里当观众。可见这种考核方式缺乏全面性与科学性，没有反映出每个学生真实的学习水平。为了使该课程的考核方式更加科学合理，必须引入新的考核办法，采用平时测验、课堂讨论和期末考试等几部分的成绩进行综合评定，从而客观真实地反映学生的综合素质。

图2 半波对称天线辐射方向

5 结语

本研究对本校电子信息工程专业本科学生的电磁场理论课程进行教学改革，调整了教学内容，转变了教学方法，运用了多种教学手段，采用了比较全面的考核方式，在该门课程改革实践过程中取得了良好的教学效果，有效提高了电磁场理论课程的教学质量。