淺淡《電磁場(chǎng)與電磁波》的教學(xué)方法

黃文等

摘 要 《電磁場(chǎng)與電磁波》普遍存在難教難學(xué)的現(xiàn)象。本文分析了《電磁場(chǎng)與電磁波》這門(mén)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題，并提出幾種提高教學(xué)質(zhì)量的方法，通過(guò)這些措施可以取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 電磁場(chǎng)與電磁波 教學(xué)方法 教學(xué)質(zhì)量

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2014）14-0001-02

《電磁場(chǎng)與電磁波》是高等學(xué)校電子信息類及電氣信息類專業(yè)本科生必修的一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，是在大學(xué)物理的電磁學(xué)部分的基礎(chǔ)上，應(yīng)用高等數(shù)學(xué)作為工具，進(jìn)一步研究宏觀電磁場(chǎng)的基本規(guī)律及分析計(jì)算方法，使學(xué)生熟悉重要電磁場(chǎng)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型的分析計(jì)算方法，掌握“場(chǎng)”與“路”這兩種既相區(qū)別又相聯(lián)系的思想，具備對(duì)簡(jiǎn)單電磁現(xiàn)象和電磁過(guò)程用“場(chǎng)”的觀點(diǎn)進(jìn)行定性分析和判斷的能力。本課程的學(xué)習(xí)，為學(xué)生以后從事微波技術(shù)、天線、無(wú)線通信、電磁兼容等領(lǐng)域的研究打下了必要的基礎(chǔ)。

但是該課程是公認(rèn)的難教難學(xué)的課程之一，其理由是：公式繁多、內(nèi)容抽象。如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，改進(jìn)教學(xué)方法顯得尤為重要。

一、課程教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

我校電子科學(xué)與技術(shù)、通信工程、自動(dòng)化等專業(yè)開(kāi)設(shè)了《電磁場(chǎng)與電磁波》這門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課，理論學(xué)時(shí)為56學(xué)時(shí)。而本課程理論性比較強(qiáng)，學(xué)時(shí)略顯緊張。

在教學(xué)中，存在著以下問(wèn)題：（1）在教學(xué)過(guò)程中，教師對(duì)某些公式過(guò)多地推導(dǎo)，占用大量授課時(shí)間，提供給學(xué)生的信息量大為減少，引起教學(xué)效率低下。（2）本課程理論性強(qiáng)，概念高度抽象且繁多，公式推導(dǎo)多、計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，使得教師難以生動(dòng)形象地講解，課堂相對(duì)枯燥單調(diào)，學(xué)生難于深入理解課程內(nèi)容，普遍缺乏學(xué)習(xí)興趣。（3）本課程對(duì)學(xué)生空間想象及數(shù)學(xué)知識(shí)等方面能力有較高的要求，坐標(biāo)變換、微積分等數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用更是貫穿整門(mén)課程。數(shù)學(xué)功底不好的學(xué)生，尤其容易產(chǎn)生畏懼心理。（4）本課程理論及各種公式的記憶、理解、掌握和具體運(yùn)用，都有一定的難度，影響了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

二、教學(xué)方法的探索

1.科學(xué)劃分教學(xué)內(nèi)容

在課程安排上，從矢量分析入手，使學(xué)生掌握矢量代數(shù)和矢量微積分，運(yùn)用矢量分析方法使得公式簡(jiǎn)明確切，然后采用公理法逐步建立電磁模型，介紹靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)，再由時(shí)變場(chǎng)得出麥克斯韋方程。在授課中，以大學(xué)物理相關(guān)理論為基礎(chǔ)引出本課程中的知識(shí)點(diǎn)。除了電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)和基本規(guī)律，授課內(nèi)容還包括傳輸線理論及其應(yīng)用、波導(dǎo)和諧振腔、天線和輻射系統(tǒng)，使學(xué)生能應(yīng)用背景知識(shí)理解基本的電磁模型。另外，在課堂上適當(dāng)?shù)赜懻撓嚓P(guān)的技術(shù)應(yīng)用，如噴墨打印機(jī)、極化濾波器、靜電屏蔽、多普勒雷達(dá)等內(nèi)容，加深學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)理論的理解，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

根據(jù)教學(xué)計(jì)劃中的教學(xué)內(nèi)容，將教學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行梳理劃分，對(duì)于重、難點(diǎn)部分，由教師課堂授課完成；對(duì)于拓展型知識(shí)點(diǎn)，如相關(guān)的技術(shù)應(yīng)用，由教師在課堂上引出，與學(xué)生進(jìn)行少量討論，主要由學(xué)生在課外查找相關(guān)資料自主學(xué)習(xí)完成。例如，靜電場(chǎng)中電位函數(shù)的邊值問(wèn)題的求解，將知識(shí)點(diǎn)劃分成不同的層次，分離變量法、直角坐標(biāo)系中邊值問(wèn)題為講授型知識(shí)點(diǎn)，由教師課堂授課完成，而對(duì)于圓柱坐標(biāo)系中邊值問(wèn)題的求解、球坐標(biāo)系中的邊值問(wèn)題以及等電位線的描繪為拓展型知識(shí)點(diǎn)，由學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)完成。

2.多媒體教學(xué)與板書(shū)相結(jié)合

對(duì)于這類難教難學(xué)的課程，單一的板書(shū)教學(xué)方法已不能適應(yīng)教學(xué)需求。對(duì)于抽象、深?yuàn)W的問(wèn)題與概念，采用圖文并茂的多媒體課件代替板書(shū)，以形象、生動(dòng)、直觀的方式展現(xiàn)，并且用字體、顏色的變化突出教學(xué)重、難點(diǎn)，使學(xué)生能很快抓住學(xué)習(xí)的重、難點(diǎn)，從而保證聽(tīng)課效果。對(duì)于一些抽象圖形，比如行波和駐波的實(shí)時(shí)變化波形、平面電磁波的傳輸過(guò)程、波導(dǎo)中電磁波的場(chǎng)結(jié)構(gòu)等，很難用語(yǔ)言來(lái)準(zhǔn)確描述，但結(jié)合多媒體手段，如采用Flash動(dòng)畫(huà)來(lái)進(jìn)行演示，可以直觀而生動(dòng)地表現(xiàn)出來(lái)，激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)習(xí)效率。且使用多媒體教學(xué)，減少了教師板書(shū)的時(shí)間，增加了教學(xué)信息量，保證了教學(xué)進(jìn)度，提高了教學(xué)效率。另外利用多媒體課件可提供一定的課外材料供學(xué)生分析，讓學(xué)生了解理論知識(shí)以外的應(yīng)用知識(shí)。

但是，僅僅運(yùn)用多媒體課件進(jìn)行全部教學(xué)也是不恰當(dāng)?shù)?，多媒體教學(xué)加快了教學(xué)速度，留給學(xué)生消化理解的時(shí)間減少，導(dǎo)致學(xué)生不能很好地進(jìn)行理解。且較多知識(shí)點(diǎn)涉及復(fù)雜數(shù)學(xué)推導(dǎo)及計(jì)算，如果只在課件上播放，學(xué)生很難跟上教師思路，影響教學(xué)效果。而板書(shū)教學(xué)使學(xué)生容易跟上教師思路，更好地參與課堂學(xué)習(xí)。所以，單純的板書(shū)或多媒體教學(xué)都不是理想的教學(xué)手段，只有適當(dāng)?shù)陌鍟?shū)教學(xué)配合形象生動(dòng)的多媒體展示，才能達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

3.理論與應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合

《電磁場(chǎng)與電磁波》是一門(mén)專業(yè)基礎(chǔ)課程，內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，會(huì)覺(jué)得理論與應(yīng)用脫節(jié)，沒(méi)有學(xué)習(xí)興趣。事實(shí)上電磁場(chǎng)理論有廣泛的應(yīng)用背景，尤其是通信、軍事等領(lǐng)域。因此，在課堂授課中教師可以增加與理論密切相關(guān)的應(yīng)用背景知識(shí)，列舉一些工程實(shí)踐和日常生活中電磁理論應(yīng)用的實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)邏輯思維與創(chuàng)新思維。如磁懸浮列車為什么會(huì)懸浮，微波爐中為什么不能用金屬碗，隱形飛機(jī)為什么會(huì)隱身，以及靜電復(fù)印工作原理、醫(yī)學(xué)中的微波治療、磁共振成像技術(shù)等，使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到本課程的重要性，提高學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。但課堂上教師提出的實(shí)例，要與課堂所學(xué)理論內(nèi)容有所關(guān)聯(lián)，且應(yīng)用實(shí)例的討論不可過(guò)多，以免壓縮正常授課內(nèi)容。通過(guò)學(xué)生自由討論之后，教師適時(shí)進(jìn)行點(diǎn)撥，再進(jìn)一步結(jié)合課堂教學(xué)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納講解，強(qiáng)化所學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生更好地理解和記憶所學(xué)內(nèi)容。

4.采用多種教學(xué)方式

教師應(yīng)該采用多種教學(xué)方式吸引學(xué)生注意力，如使用啟發(fā)式教學(xué)，適時(shí)地向?qū)W生提出一些問(wèn)題，引起學(xué)生的思考。在設(shè)計(jì)問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該設(shè)計(jì)能夠使學(xué)生思考的問(wèn)題，而不是簡(jiǎn)單的是非判斷題。例如，在提到舊知識(shí)點(diǎn)時(shí)，可以向?qū)W生提出問(wèn)題，使學(xué)生回憶學(xué)習(xí)過(guò)的內(nèi)容，查漏補(bǔ)缺。教學(xué)時(shí)可以設(shè)置探究式問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生分析和解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的自主思考及創(chuàng)新能力。提及拓展型的應(yīng)用實(shí)例時(shí)，教師先啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考，激發(fā)學(xué)生的求知欲，讓學(xué)生自由討論，然后加以提示進(jìn)一步啟發(fā)。同時(shí)，教師提問(wèn)的過(guò)程，也是師生交流互動(dòng)的過(guò)程，通過(guò)觀察學(xué)生的回答，把握學(xué)生的學(xué)習(xí)掌握情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，從而提高教學(xué)質(zhì)量。endprint

傳統(tǒng)的教學(xué)為填鴨式教學(xué)，偏重教師講授，課堂氣氛單調(diào)。我們可以嘗試開(kāi)展互動(dòng)式教學(xué)，以教師講授為主，穿插學(xué)生講課及自由討論等形式，更多的讓學(xué)生參與到教學(xué)中。課堂上鼓勵(lì)學(xué)生勇于提問(wèn)，對(duì)課本上的例題可采用學(xué)生先進(jìn)行討論，再讓學(xué)生講解，最后教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)的方法。或者對(duì)于小部分課程內(nèi)容，由部分學(xué)生主講，再由教師點(diǎn)評(píng)及總結(jié)歸納。每一章學(xué)習(xí)結(jié)束后，可讓學(xué)生分組討論，總結(jié)歸納所學(xué)重難點(diǎn)，寫(xiě)出自己的學(xué)習(xí)筆記。這些措施充分地培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考能力以及分析、解決問(wèn)題的能力，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

在課堂教學(xué)中，我們還要注意講授的形象生動(dòng)以及類比法的應(yīng)用。例如講解方向?qū)?shù)和梯度的概念時(shí)，教材中定義梯度幅度為標(biāo)量的空間最大變化率，方向?yàn)闃?biāo)量增加率最大的方向。如果直接按照書(shū)上講解，學(xué)生會(huì)覺(jué)得概念抽象。但如果換種方式，將生活中常見(jiàn)現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，學(xué)生就比較容易理解，如可以使用山這個(gè)例子來(lái)講梯度的概念，最陡的方向就類似于梯度。教學(xué)時(shí)，抓住新舊知識(shí)的連接點(diǎn)，巧妙運(yùn)用類比，使學(xué)生更好地理解所學(xué)知識(shí)，避免概念上的混淆。比如靜電場(chǎng)與恒定電場(chǎng)、靜電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)、麥克斯韋方程組中的時(shí)變電場(chǎng)和時(shí)變磁場(chǎng)，都存在可類比的地方。而對(duì)于小的知識(shí)點(diǎn)，比如矢量的點(diǎn)積和叉積，散度和旋度，也都有類比的地方。通過(guò)類比，可加強(qiáng)學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的掌握。

5.運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)做好課后輔導(dǎo)工作

在高校教堂教學(xué)以外，教師很難見(jiàn)到學(xué)生，難以確切掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。為了讓學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識(shí)，除了固定時(shí)間地點(diǎn)面對(duì)面答疑，還可利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行即時(shí)的課后輔導(dǎo)工作，將網(wǎng)絡(luò)教育與課堂教育有機(jī)地融合起來(lái)。當(dāng)學(xué)生在學(xué)習(xí)中有疑問(wèn)時(shí)，可采用電子郵件或QQ等交流方式，即時(shí)與教師進(jìn)行溝通，尋求幫助。教師還可以建立QQ群，與學(xué)生進(jìn)行課后的互動(dòng)交流，學(xué)生也可將問(wèn)題在QQ群中提出來(lái)大家一起討論。教師可以建立與課程相關(guān)的網(wǎng)站或博客，將授課的課件、動(dòng)畫(huà)演示、拓展資料等掛在網(wǎng)上，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，方便學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。同時(shí)積極引導(dǎo)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源了解學(xué)科發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)以及熱點(diǎn)問(wèn)題，進(jìn)行自主的探究式學(xué)習(xí)。借助于網(wǎng)絡(luò)，將師生之間、學(xué)生之間的互動(dòng)從課堂上拓展到課堂下。

6.建立多元評(píng)價(jià)機(jī)制

在學(xué)生的成績(jī)考核中，可以將平時(shí)成績(jī)按一定比例納入總的成績(jī)計(jì)算中。在平時(shí)成績(jī)中，除了學(xué)生的考勤分、課后作業(yè)分以外，還要將課堂成績(jī)作為額外的分?jǐn)?shù)進(jìn)行考核。比如在課堂上積極回答問(wèn)題，講解例題的同學(xué)可以適當(dāng)加分作為獎(jiǎng)勵(lì)，這樣可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

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（責(zé)任編輯 李 翔）endprint