緒論課在《工程電磁場(chǎng)》教學(xué)中的重要性

蘇利捷

蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070

緒論課在《工程電磁場(chǎng)》教學(xué)中的重要性

蘇利捷

蘭州交通大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070

為了提高工程電磁場(chǎng)課程的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以緒論教學(xué)為導(dǎo)向，闡明其與電氣工程專業(yè)的關(guān)系。以工程電磁場(chǎng)的進(jìn)展、動(dòng)態(tài)及前人的孜孜不倦的探索、發(fā)現(xiàn)的研究精神，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

工程電磁場(chǎng)；緒論；重要性

上好第一堂課即緒論至為關(guān)鍵、重要，緒論課是每門課的導(dǎo)言和概述，在短的時(shí)間內(nèi)掌握工程電磁場(chǎng)的定義、概念、研究對(duì)象、發(fā)展歷史及對(duì)最新研究成果和前沿動(dòng)態(tài)，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)本專業(yè)的興趣，為學(xué)習(xí)其他專業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

電磁場(chǎng)理論是高等學(xué)校工科電類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。它所涉及的內(nèi)容是電類專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的知識(shí)結(jié)構(gòu)的必要組成部分，同時(shí)又是一些交叉領(lǐng)域的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)和新型邊緣學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。學(xué)好這門課程將增強(qiáng)學(xué)生的適應(yīng)能力與創(chuàng)造能力[1]。我們?cè)谥v授工程電磁場(chǎng)中，以緒論為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

1 工程電磁場(chǎng)的緒論是拓寬學(xué)生視野的專業(yè)導(dǎo)向

該課程體系主要涉及宏觀電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)和基本規(guī)律；對(duì)電氣類專業(yè)中的電磁現(xiàn)象和電磁過(guò)程，能用場(chǎng)的觀點(diǎn)進(jìn)行初步分析；對(duì)一些簡(jiǎn)單的問(wèn)題能進(jìn)行計(jì)算；為學(xué)習(xí)專業(yè)或進(jìn)一步研究電磁場(chǎng)問(wèn)題，準(zhǔn)備必要的理論基礎(chǔ)[2]。同時(shí)，該課程也是電氣工程、微波技術(shù)、天線、電磁干擾與電磁兼容、射頻電路設(shè)計(jì)、高速電路設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、無(wú)線通信技術(shù)、光纖通信、衛(wèi)星通信等后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)。

工程電磁場(chǎng)是現(xiàn)代工程科學(xué)中一門前沿科學(xué)，它是研究電磁基本理論及電磁工程兩個(gè)方面，電磁基本理論主要研究電磁場(chǎng)的源與場(chǎng)的關(guān)系以及電磁波在空間傳播的基本規(guī)律，電磁工程主要討論電磁波的產(chǎn)生、輻射、傳播、電磁干擾、電磁兼容及電磁理論在各方面的應(yīng)用等的基本規(guī)律。在緒論的講授中，以其工程電磁場(chǎng)的定義、概念、研究對(duì)象、內(nèi)容及發(fā)展簡(jiǎn)史、新成就和發(fā)展動(dòng)態(tài)為中心，總結(jié)書中的精華。首先論及電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)過(guò)程，隨后講庫(kù)倫（Coulomb）定律、安培（Appere）環(huán)路定律及法拉第（Faraday）電磁感應(yīng)定律的發(fā)現(xiàn)，不僅標(biāo)志著人類對(duì)電磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)和研究發(fā)展到了新的階段，由此誕生了電力工業(yè)。因此工程電磁場(chǎng)與電氣工程專業(yè)有密切關(guān)系，為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和熱情，講好緒論課至關(guān)重要，緒論對(duì)工程電磁場(chǎng)來(lái)說(shuō)是“排頭兵”，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是激發(fā)學(xué)生興趣的“動(dòng)員會(huì)”“誓師詞”，對(duì)教師來(lái)說(shuō)是發(fā)揮廣博深厚知識(shí)，善于總括的教學(xué)藝術(shù)的時(shí)機(jī)，使學(xué)生有一種學(xué)習(xí)沖動(dòng)感，撞擊學(xué)生學(xué)習(xí)電磁理論知識(shí)內(nèi)在動(dòng)力，變被動(dòng)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

2 工程電磁場(chǎng)與學(xué)科專業(yè)的關(guān)系，是緒論內(nèi)容導(dǎo)向的實(shí)質(zhì)

2.1 了解電磁理論的基本規(guī)律及對(duì)人類社會(huì)生活產(chǎn)生的巨大的指導(dǎo)意義

在電磁理論形成以前，人類的活動(dòng)中沒(méi)有電報(bào)、電燈、電話、收音機(jī)、雷達(dá)、電視機(jī)，更沒(méi)有發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器，等等。而這一切都是電磁理論與實(shí)踐的產(chǎn)物，是人類智慧的結(jié)晶?？梢哉f(shuō)，電磁場(chǎng)理論的形成和應(yīng)用是科學(xué)時(shí)代到來(lái)的標(biāo)志。電力的應(yīng)用是繼機(jī)械力之后最偉大的動(dòng)力革命，其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人們?nèi)粘Ｉ畹挠绊懜h(yuǎn)遠(yuǎn)超出了機(jī)械力。20世紀(jì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展也依賴于電磁場(chǎng)理論的建立。而21世紀(jì)，電磁波已經(jīng)成為了信息時(shí)代最基本的物質(zhì)載體[3]。對(duì)宇宙、航天事業(yè)的發(fā)展空間技術(shù)的應(yīng)用起到難以估量的重要作用。

2.2 了解中華民族對(duì)電磁場(chǎng)理論發(fā)展的貢獻(xiàn)，弘揚(yáng)愛(ài)國(guó)主義教育是緒論必講授的內(nèi)容

中國(guó)是世界上發(fā)現(xiàn)磁現(xiàn)象最早的國(guó)家。在磁學(xué)方面，積累了豐富的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，而且有許多遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)同時(shí)期世界水平的發(fā)明創(chuàng)造。當(dāng)時(shí)的成就不僅對(duì)中國(guó)古代的軍事、工業(yè)、商業(yè)、航海及醫(yī)藥都起過(guò)重要作用，而且對(duì)世界文明的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。這其中包括：（1）公元前4世紀(jì)發(fā)現(xiàn)磁石；（2）公元前3世紀(jì)發(fā)現(xiàn)磁力；（3）指南針的發(fā)明和磁極的發(fā)現(xiàn)；（4）發(fā)現(xiàn)了磁偏角和磁傾角；（5）發(fā)現(xiàn)了磁屏蔽等等。更促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的“三知”（知之、好知、樂(lè)知）及追求“四個(gè)有所”（有所發(fā)現(xiàn)、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造、有所前進(jìn)）學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

3 講好緒論中的電磁場(chǎng)理論發(fā)展簡(jiǎn)史是培養(yǎng)學(xué)生興趣的關(guān)鍵

講解庫(kù)倫（Coulomb，1736-1806）是法國(guó)物理學(xué)家，科學(xué)院院士，生于昂古萊姆。他是18世紀(jì)學(xué)識(shí)淵博額的學(xué)者之一，是與英國(guó)大學(xué)者卡文迪什（Cavendish，1731-1810）齊名的物理學(xué)家。庫(kù)倫早年從事摩擦和扭力的研究，知道用金屬的扭轉(zhuǎn)能夠測(cè)量微小的力，其精度高達(dá)10-8牛頓。他利用這一特性，在1784年制造了一架非常靈敏的扭力電秤，測(cè)量出兩個(gè)同性電荷之間的斥力與它們之間的距離的平方成反比。從而建立了著名的庫(kù)侖定律。盡管如此，庫(kù)侖定律是電磁學(xué)歷史上第一個(gè)定量的定律，是整個(gè)電磁學(xué)的基礎(chǔ)。從此以后，電磁學(xué)有定性觀察階段，走向定量研究的科學(xué)道路。奧斯特（Oersted，1777-1852）發(fā)現(xiàn)的電流磁效應(yīng)，把長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是彼此孤立的電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，標(biāo)志著電磁學(xué)時(shí)代的到來(lái)，使電磁學(xué)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的發(fā)展時(shí)期，大大推動(dòng)了電磁學(xué)的發(fā)展。安培（Appere，1755-1836）進(jìn)一步探索了磁的本質(zhì)，提出了分子電流假說(shuō)，分子電流假說(shuō)為正確認(rèn)識(shí)物質(zhì)磁性指明了方向，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了電磁現(xiàn)象的研究成果，首先提出了研究電動(dòng)理論《電動(dòng)力學(xué)》。用數(shù)學(xué)理論描述和總結(jié)了電磁現(xiàn)象，得出了著名的安培環(huán)路定理。在講到被稱為自牛頓以來(lái)最偉大的理論物理學(xué)家麥克斯韋（Maxwell，1831-1879）生前他的電磁理論學(xué)說(shuō)為什么沒(méi)有得到理解？為什么沒(méi)有得到應(yīng)有的重視？使學(xué)生產(chǎn)生瞬間追溯中學(xué)物理學(xué)的往事，引起學(xué)生的共鳴。

4 講述工程電磁場(chǎng)的進(jìn)展動(dòng)態(tài)是緒論導(dǎo)向?qū)W生求知欲和好奇心的心理要求

電磁場(chǎng)理論應(yīng)用的發(fā)展方向是緒論講授的新內(nèi)容。由于電磁理論建立一百多年以來(lái)，對(duì)電磁現(xiàn)象的應(yīng)用都局限在單色和較窄的頻率范圍內(nèi)，相應(yīng)建立了連續(xù)波的電磁理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)；而電磁理論的另一個(gè)側(cè)面，在時(shí)域內(nèi)直接研究電磁現(xiàn)象比較少。因此時(shí)域電磁場(chǎng)的研究，是科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的需要。因此科學(xué)家正在研究一種超寬帶技術(shù)（ultra-wideband）。這種技術(shù)每秒鐘發(fā)出百萬(wàn)次窄脈沖，能夠準(zhǔn)確讀取位置和距離等信息，為雷達(dá)追蹤、準(zhǔn)確定位和無(wú)線通信開(kāi)啟了一扇新的大門。其一優(yōu)點(diǎn)就是幾乎不會(huì)釋放電磁波，不干擾電視信號(hào)，能使無(wú)線電資源得到有效利用。寬帶指的是將因特網(wǎng)、有線電視和電話等融合在一起的技術(shù)，能夠在同一條光纜上提供超快速、高容量的視頻、音頻和數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸。超寬帶技術(shù)將帶來(lái)一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)。另外像生物電磁場(chǎng)也是電磁場(chǎng)理論應(yīng)用和研究的新方向，給學(xué)生拓寬視野，為未來(lái)研究的前景提供動(dòng)力[3]。

5 講好緒論課是考察教師教學(xué)素質(zhì)的知識(shí)面，試金石

教師除熟悉掌握教學(xué)的內(nèi)容外，特別是閱讀有關(guān)雜志、文獻(xiàn)，了解最新的學(xué)科發(fā)展動(dòng)態(tài)，收集大量資料，善于整理、善于表達(dá)、善于應(yīng)變，發(fā)揮講授藝術(shù)充實(shí)內(nèi)心世界，武裝自身，熱愛(ài)專業(yè)，熱愛(ài)學(xué)生，做到誨人不倦、學(xué)而不厭的園丁，使學(xué)生有親切感、能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、滿足求知欲要求、對(duì)工程電磁場(chǎng)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生學(xué)又不及猶恐失之的求知欲。

[1]馮慈章，馬西奎主編.工程電磁場(chǎng)導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社 ,2000 ：1-3

[2]畢德顯主編.電磁場(chǎng)理論[M].北京：電子工業(yè)出版社,1985：7-10

[3]王月清，吳桂生等主編.工程電磁場(chǎng)導(dǎo)論[M].北京：電子工業(yè)出版社, 2005：1-88

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.152