創(chuàng)新實驗班“工程電磁場”課程教學(xué)改革

王平?李慧奇?安勃?苑東偉

摘要：根據(jù)華北電力大學(xué)創(chuàng)新實驗班學(xué)生的專業(yè)特長，并結(jié)合“工程電磁場”的課程特點，提出了一些探索和實踐方法，目的在于引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動思考和主動實踐，自主地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，從而達到積累知識、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)的教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：工程電磁場；教學(xué)方法改革；創(chuàng)新實驗班

作者簡介：王平（1982-），女，四川樂山人，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，講師；李慧奇（1970-），男，河北邯鄲人，華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，副教授。（河北?保定?071003）

中圖分類號：G642?????文獻標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）27-0061-02

深化教學(xué)改革，培養(yǎng)創(chuàng)新人才，是時代發(fā)展對高等學(xué)校人才培養(yǎng)提出的新要求。華北電力大學(xué)（以下簡稱“我校）為加強學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，建立了本科創(chuàng)新人才培養(yǎng)實驗班，積極進行課程體系、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，開拓了多種形式的人才培養(yǎng)模式。本文就如何在創(chuàng)新實驗班開展“工程電磁場”教學(xué)改革進行了研究與探索。

一、課程教學(xué)目標(biāo)

“工程電磁場”課程是電氣工程及其自動化專業(yè)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課。課程為學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)準(zhǔn)備必要的基礎(chǔ)知識，更為學(xué)生進一步展開電氣工程領(lǐng)域的科學(xué)研究提供知識支撐。該課程的特點是理論性強、工程結(jié)合緊密、課程內(nèi)容豐富，教師不僅要在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)將知識傳授給學(xué)生，更要注重培養(yǎng)學(xué)生研究型學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、終生學(xué)習(xí)的能力，只有這樣，學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)工作中才能夠適應(yīng)技術(shù)的飛速發(fā)展。立足于新的時代要求，以“深化教學(xué)改革，培養(yǎng)創(chuàng)新人才”為目標(biāo)導(dǎo)向，課程的主要教學(xué)目標(biāo)為：在教學(xué)中借鑒國際優(yōu)秀教材與教學(xué)體系，進一步完善課程體系內(nèi)容，注重學(xué)生對電磁場基礎(chǔ)理論的全面把握；改進教學(xué)模式與教學(xué)手段，結(jié)合現(xiàn)代電力技術(shù)的發(fā)展，增強學(xué)生的專業(yè)興趣，提高學(xué)生主動研究型學(xué)習(xí)以及獨立思考的能力。

二、課程教學(xué)改革的實施方案

1.教學(xué)內(nèi)容改革方案

我?！肮こ屉姶艌觥闭n程采用的核心教材為倪光正等編著的《工程電磁場原理》（第2版）。該教材在教學(xué)內(nèi)容上能夠突出強電和弱電的結(jié)合，電磁理論與工程實踐的結(jié)合，電磁理論與相關(guān)學(xué)科交叉、滲透的結(jié)合，在國內(nèi)有較大影響。教學(xué)內(nèi)容的改革結(jié)合選用教材的特點，在保持必需的理論系統(tǒng)性考慮下，力求避免與物理電磁學(xué)之間的重復(fù)性敘述，而是務(wù)實地在深化概念、具體化理論應(yīng)用上下工夫，以體現(xiàn)學(xué)生“溫故而知新”，學(xué)以致用的學(xué)習(xí)成效。具體改革方案如下：

（1）加強矢量分析部分的復(fù)習(xí)。電磁場理論中標(biāo)量的梯度、矢量的散度和旋度等概念非常重要，而大部分學(xué)生對于這三個概念的理解并不深刻。在高等數(shù)學(xué)中，對梯度進行了深入討論，但對于矢量散度和旋度的學(xué)習(xí)，高等數(shù)學(xué)中只是給出了抽象的概念，并沒有深入探討散度和旋度的物理意義，學(xué)生掌握得并不好，所以在這里要先進行矢量復(fù)習(xí)，將矢量散度和旋度做進一步深入的討論。教學(xué)過程中可將散度不為0的地方比做噴泉的泉眼，旋度比做流體力學(xué)中流體的旋渦，將散度和旋度理論配合多媒體教學(xué)課件制作動畫顯示哪些地方散度不為0，哪些地方旋度不為0，進而類比到電磁場中散度和旋度的概念。

（2）壓縮靜態(tài)電磁場學(xué)時。由于創(chuàng)新實驗班學(xué)生的基礎(chǔ)較好，為有效利用課程時間，我們在矢量復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上適當(dāng)壓縮了靜態(tài)電磁場的學(xué)時。因為靜態(tài)電磁場的部分內(nèi)容在大學(xué)物理電磁學(xué)中也有涉及，所以在電磁場課程中力求避免和電磁學(xué)的重復(fù)，減少安培環(huán)路定理、高斯定律的學(xué)時，重點講述標(biāo)量電位、矢量磁位引入后場的計算，結(jié)合邊值問題，講述電磁場的工程問題求解方法。

（3）增加準(zhǔn)靜態(tài)場的學(xué)時。由于在工頻情況下，輸電線路周圍的電場可以等效為準(zhǔn)靜態(tài)電場，而變壓器內(nèi)部的渦流損耗可以等效為準(zhǔn)靜態(tài)磁場，而且在很多工程問題中，尤其在電氣設(shè)備、電力傳輸?shù)阮I(lǐng)域，時變電磁場的頻率較低，因而在某些特定的情況下，可以忽略二次源或者的作用，使場有類似于靜電場的性質(zhì)。對學(xué)生加強準(zhǔn)靜態(tài)場的學(xué)習(xí)，有利于學(xué)生建立工程應(yīng)用的思維方式，同時對于時諧電磁場的學(xué)習(xí)可以類比電路中的相量法和信號分析與處理中的傅里葉級數(shù)等知識，時諧電磁場就是將場源正弦變化的場量用復(fù)數(shù)形式表達，將對時間的微積分運算轉(zhuǎn)換為代數(shù)運算，從而使計算得到了簡化。

（4）增加數(shù)值計算方法的學(xué)習(xí)。電磁場數(shù)值分析方法正日漸滲入到許多交叉領(lǐng)域和新興學(xué)科，然而經(jīng)典的電磁場理論中并不包括這部分內(nèi)容，一些教材也往往只作為備選內(nèi)容。本文認(rèn)為這部分知識應(yīng)該有選擇地給學(xué)生講授，我校選擇了有限差分和有限元兩種方法，并結(jié)合例題介紹本部分知識，使學(xué)生了解這兩種方法的基本思想、理論依據(jù)和求解過程，為進一步學(xué)習(xí)其他電磁場數(shù)值方法打下基礎(chǔ)。

2.教學(xué)手段多樣化

為了保證良好的教學(xué)質(zhì)量，教學(xué)手段是需要著力改良的重點。因此，要注意教學(xué)手段的多樣化，充分融合各種教學(xué)手段的優(yōu)勢。比如傳統(tǒng)的板書授課有利于進行詳細過程的推導(dǎo)、求解，易于調(diào)整講解思路和講解速度。多媒體教學(xué)信息量大，節(jié)省了大量板書的時間，適合表達一些不利于口頭描述的圖例、結(jié)果等。配合多媒體教學(xué)，引入仿真軟件的使用，在課堂上進行簡單的仿真，可以使概念和結(jié)論更直觀地展現(xiàn)在學(xué)生眼前，加深學(xué)生的印象。

要改變傳統(tǒng)的單向傳輸型課堂教學(xué)模式，在課堂教學(xué)中創(chuàng)設(shè)一種科學(xué)研究的教學(xué)環(huán)境和教學(xué)氛圍，引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、主動思考和主動實踐，自主地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，從而達到積累知識、培養(yǎng)能力和提高素質(zhì)的教學(xué)目標(biāo)。

3.實踐教學(xué)改革

實驗是對理論教學(xué)的復(fù)習(xí)和補充，通過實驗可以使學(xué)生對課堂上所學(xué)的知識進行復(fù)習(xí)，同時也可以檢驗學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度。根據(jù)我校“工程電磁場”實驗課程的教學(xué)實際情況，提出實驗按級劃分、逐級進行的方式。工程電磁場實驗分為：初級實驗——簡單的驗證性實驗；中級實驗——根據(jù)實驗?zāi)康暮鸵?，學(xué)生獨自進行實驗的設(shè)計與驗證；高級實驗——結(jié)合課程所學(xué)的知識，由教師提出一些與工程實際相聯(lián)系的簡單項目要求，學(xué)生根據(jù)要求進行小系統(tǒng)的設(shè)計，課外完成。初級實驗可以通過簡單的實驗電路系統(tǒng)來完成，實驗簡單、所需學(xué)時較少，可以一次驗證幾個，如靜電場電力線的繪制和恒定磁場磁力線的繪制；中級實驗為利用我校的電磁兼容國家重點實驗室向?qū)W生展示3米法緊湊型電波暗室和輻射電磁場干擾和抗擾度測試系統(tǒng)等試驗儀器，每4～5名學(xué)生可自愿結(jié)為一組，自主選擇一項具體的實驗合作完成；高級實驗需要學(xué)生利用電磁場數(shù)值分析軟件計算具體電磁場模型的場分布特性，如長接地金屬槽的電位分布等，利用軟件仿真求解過程中學(xué)生可以復(fù)習(xí)邊值問題的求解方法，掌握電磁場的數(shù)值計算方法。通過這種分級的實驗方式，既解決了實驗課時少的問題，又激勵了學(xué)生創(chuàng)造能力的發(fā)揮，使學(xué)生能開闊思路，大膽創(chuàng)新，提高了其解決實際問題的能力和團結(jié)合作的精神。

4.考核模式的改革

考試具有指揮棒作用，考核模式改革是教學(xué)改革的重要一環(huán)。傳統(tǒng)的教學(xué)考核方式主要是通過考試來進行?？荚嚨膬?nèi)容、方法和手段對學(xué)生的學(xué)習(xí)有引導(dǎo)作用：大部分學(xué)生會根據(jù)考試內(nèi)容來選擇課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容，一般是什么內(nèi)容考試就學(xué)什么內(nèi)容，而其他課程內(nèi)容往往就被忽視，容易讓學(xué)生形成考試的功利心，淡化了考試的評價作用；學(xué)生的學(xué)習(xí)方法受到考試內(nèi)容和形式的影響，如果采用閉卷考試形式，以考查學(xué)生理論知識的掌握情況為主，那么，大部分學(xué)生將會采用死記硬背的方式來應(yīng)付考試，使考試失去應(yīng)有的作用。如果考試內(nèi)容是以實驗設(shè)計、操作技能、綜合分析為主，就能促使學(xué)生真正理解所學(xué)知識，有利于提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

“工程電磁場”課程的考核采用實踐操作與理論閉卷考試相結(jié)合的考試方式。學(xué)生完成理論考試后要進行綜合實驗測試，最后按理論占70%、實驗測試占20%、平時成績占10%的評分標(biāo)準(zhǔn)進行評分。設(shè)定平時成績是為了督促學(xué)生的平時學(xué)習(xí)，避免出現(xiàn)“平時應(yīng)付，考前磨槍，考后忘光”現(xiàn)象，主要考核學(xué)生的作業(yè)完成情況和平時聽課情況，同時也促進了互動式教學(xué)法的開展。卷面成績主要考核學(xué)生對基礎(chǔ)理論與知識的學(xué)習(xí)情況，同時也考查教學(xué)方法及手段改革的效果。實驗成績結(jié)合實踐教學(xué)改革的方案，初級實驗、中級試驗和高級實驗分別打分，再加權(quán)平均，通過設(shè)置與工程背景相關(guān)的試驗學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生通過實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，真正理解所學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生既鞏固理論知識又訓(xùn)練動手能力；同時也強調(diào)了重視實踐、提高應(yīng)用能力和設(shè)計能力、提高分析問題、解決問題的能力的重要性，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性、積極性和獨立性，達到了懂理論、會設(shè)計、能動手的教學(xué)目的和教學(xué)效果。

三、結(jié)論

通過對“工程電磁場”課程教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及實驗教學(xué)的改革使該課程的設(shè)置更加合理，內(nèi)容更加豐富、新穎；教學(xué)方法和手段更加先進、多樣化，能切實做到理論聯(lián)系實際，有利于學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）