《電磁場與電磁波》課程教法初探

摘 要： 《電磁場與電磁波》是高校電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，根據(jù)該課程內(nèi)容特點(diǎn)和本校學(xué)生的具體情況，實(shí)行教學(xué)模式的改革，加強(qiáng)創(chuàng)新思維，改革教學(xué)方法和手段，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。我們將激勵(lì)式教學(xué)、計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等多種手段和方式相結(jié)合，進(jìn)行《電磁場與電磁波》整體教學(xué)方案的教學(xué)探索，以期取得良好提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 《電磁場與電磁波》 教學(xué)方案 教學(xué)改革

目前我國高校電子信息類專業(yè)的大部分都開設(shè)了《電磁場與電磁波》［１］課程，它是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，通過該課程的學(xué)習(xí)，可以為學(xué)生以后從事射頻與微波技術(shù)技術(shù)、無線通信、天線理論與設(shè)計(jì)、電磁散射與逆散射、光通訊，以及微波通信、生物醫(yī)學(xué)微波成像、微波遙感及電波傳播等方面的相關(guān)工程研究打下基礎(chǔ)。然而該課程復(fù)雜、物理概念抽象、理論性強(qiáng)，學(xué)生往往因缺乏感性認(rèn)識，不易理解，感到難學(xué)，所以只靠課堂講授很難收到預(yù)期的教學(xué)效果。

“深化教育教學(xué)改革，全面加強(qiáng)大學(xué)生素質(zhì)和能力培養(yǎng)”［２］是21世紀(jì)人才培養(yǎng)的要求，也是教育系統(tǒng)適應(yīng)我國現(xiàn)階段的形勢必須采用的方針戰(zhàn)略。筆者根據(jù)目前江蘇大學(xué)通信工程專業(yè)本科生教授介紹了《電磁場與電磁波》的研究對象及基本內(nèi)容，通過實(shí)施電磁波理論的多方位、多層次的教學(xué)改革，將課堂激勵(lì)式教學(xué)、計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室教學(xué)等多種手段和方式相結(jié)合，進(jìn)行了《電磁場與電磁波》整體教學(xué)方案的多方位教學(xué)改革的嘗試。

一、《電磁場與電磁波》課程教學(xué)現(xiàn)狀及目前存在的基本問題

《電磁場與電磁波》課程是我校通信工程及其它電子信息類專業(yè)開設(shè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，原來課時(shí)設(shè)置60學(xué)時(shí)，后來根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況增加到75學(xué)時(shí)。但目前的課程內(nèi)容沒有大的改動。課程內(nèi)容為：矢量分析，靜態(tài)場，恒定電流場，恒定磁場，時(shí)變電磁場和平面電磁波。電磁場的物理概念抽象，難于理解。前期“電路”方面的課程基本上講的是時(shí)間的一維函數(shù)，而電磁場中的場量都是時(shí)間、空間上的矢量函數(shù)，需要建立矢量場的概念。此外，微積分、矢量分析、數(shù)理方程等數(shù)學(xué)理論是研究電磁場的語言和工具，扎實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是學(xué)習(xí)電磁場的必備條件。

筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)目前存在以下方面的基本問題。1.在學(xué)習(xí)《電磁場與電磁波》課程過程中，學(xué)生常常難以將已經(jīng)學(xué)好的數(shù)學(xué)知識和電磁場內(nèi)容很好地結(jié)合。在學(xué)習(xí)《電磁場與電磁波》之前，學(xué)生一般都具備矢量場論的基本知識，但是在學(xué)習(xí)《電磁場與電磁波》的過程中卻難以將所學(xué)知識與電磁場理論融會貫通、學(xué)以致用。還有許多學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，學(xué)習(xí)起來倍感吃力。2.在電磁場教學(xué)過程中，學(xué)生常常反映電磁場課程內(nèi)容多、公式多、理論性強(qiáng)，很難理出頭緒，或者課堂上聽不明白，而且課后怕做習(xí)題，對課程學(xué)習(xí)沒有興趣。3.電磁場彌漫于空間，看不見摸不著，在理論教學(xué)過程中，學(xué)生常感到電磁場太抽象，沒有實(shí)感，從心理上對這門課產(chǎn)生畏懼。4.在學(xué)習(xí)《電磁場與電磁波》課程中，學(xué)生時(shí)常會遇到一些似是而非的東西，產(chǎn)生大量的疑難問題。

二、課程教學(xué)改革嘗試

為了提高教學(xué)效果，我們做了如下幾方面的探索。

1.理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

我們要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，講述該課程的重要性。在目前以信息科學(xué)為代表的新技術(shù)革命席卷全球，電磁場與微波作為信息載體，無疑處于這場革命的漩渦中心。例如，微波頻段的移動通信的大力發(fā)展極大地改變了現(xiàn)代人類的生活，使手機(jī)成為人類生活的一部分。還有微波能的普及，極大地方便了人類的物質(zhì)生活。另外，現(xiàn)代技術(shù)戰(zhàn)爭，已經(jīng)是“陸、海、空、天、電磁”5位一體的聯(lián)合作用?！爸齐姶艡?quán)”成為繼“制海權(quán)”、“制空權(quán)”之后戰(zhàn)爭雙方極力爭奪的新的制高點(diǎn)。通過這方面的介紹和學(xué)習(xí)，學(xué)生認(rèn)識到這門課的重要性，并且認(rèn)識到自身的歷史使命感，從而增加了學(xué)習(xí)這門課的動力。

2.教學(xué)與科研結(jié)合，拓寬學(xué)生的知識視野，提高教學(xué)效果。

教學(xué)過程中，讓學(xué)生了解最新前沿研究課題，了解最近科研動態(tài)，使學(xué)生明確當(dāng)前及今后一段時(shí)間電子信息的研究熱點(diǎn)與方向。如講解“分層介質(zhì)中的電磁波的反射及透射”時(shí)，可以結(jié)合當(dāng)前電磁隱身與反隱身的科學(xué)研究進(jìn)行課程的講授，使學(xué)生領(lǐng)會得更加透徹。另外，我們還可以結(jié)合科研工作的一些積累，講解電磁波的極化特性，使學(xué)生深刻領(lǐng)悟極化的物理概念。改變傳統(tǒng)的教學(xué)思想，具體而言就是要改變“大而全”和“滿堂灌”的教學(xué)思想，在掌握好基本知識的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變。我們適時(shí)地向?qū)W生提出一些綜合性和靈活性的問題，使課堂生動活潑，吸引學(xué)生的注意力。有意義的啟發(fā)性的問題可使學(xué)生聚攏目光，積極思考，達(dá)到新的層次。

3.采用形式多樣的教學(xué)手段，實(shí)現(xiàn)教學(xué)方法的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。

我們利用計(jì)算機(jī)多媒體輔助教學(xué)，增加直觀的課堂演示。通過直觀演示，很容易引發(fā)學(xué)生的興趣，目的在于使學(xué)生對所學(xué)知識加深理解和鞏固，并能得以運(yùn)用和發(fā)展，使知識、技能轉(zhuǎn)化為能力，同時(shí)也可得到信息反饋，發(fā)現(xiàn)不足及時(shí)補(bǔ)救。比如“平面電磁波”等章節(jié)內(nèi)容，是本課程的重點(diǎn)及難點(diǎn)，通過制作一維電磁波的動畫效果進(jìn)行課堂演示，使學(xué)生可以清晰地看到平面電磁波在一維空間中的傳播情況，以及當(dāng)遇到理想導(dǎo)體情形時(shí)的電磁波的反射情形，從而深刻理解駐波、半波損失等基本的物理理論；另外，還可以模擬電磁波在遇到多層介質(zhì)時(shí)電磁波傳輸問題，讓學(xué)生形象地理解電磁波行為。這些難點(diǎn)內(nèi)容常會在學(xué)生腦海中縈繞，產(chǎn)生了很直觀的認(rèn)識，有助于進(jìn)一步理解。

同時(shí)，在課堂教學(xué)外，還要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)的角度深刻理解電磁場與電磁波的理論，提高學(xué)生的動手能力。在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生要養(yǎng)成認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)，訓(xùn)練敏銳入微的觀察能力，結(jié)合理論基礎(chǔ)分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能力，以及鍛煉實(shí)際操作能力。

4.采取激勵(lì)式教學(xué)方法，結(jié)合課外興趣學(xué)習(xí)活動小組，提高教學(xué)效果。

利用教學(xué)評價(jià)機(jī)制，在學(xué)生的考核成績中，按一定的比例，比如30%作為平時(shí)成績。學(xué)生在課堂上主動積極地回答次數(shù)作為考核的機(jī)制，每次2分至5分。這樣可以鼓勵(lì)學(xué)生積極踴躍發(fā)言，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性；還可以吸引學(xué)生的注意力，提高課堂上的學(xué)習(xí)效率。

另外，我們還可以在課外組織學(xué)有余力的學(xué)生成立興趣小組；引導(dǎo)他們利用課余時(shí)間去實(shí)驗(yàn)室，和研究生一起參加課題的研究，從中學(xué)習(xí)到課內(nèi)沒有的知識，從而不斷地提高他們運(yùn)用知識分析問題、解決問題的能力。

三、結(jié)語

《電磁場與電磁波》課程教學(xué)實(shí)踐表明，課堂教學(xué)不但需要教師有淵博的理論知識及理論修養(yǎng)，還需要教師精心組織教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教和學(xué)的質(zhì)量，從而收到培養(yǎng)面向新世紀(jì)的合格人才的目的。通過這門課程的教改嘗試，達(dá)到了激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，促進(jìn)學(xué)生對知識的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識的預(yù)期效果。總之，本課程是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科，如何搞好本課程的教學(xué)，還有待于進(jìn)一步地探索及改革。

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