“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教改與實(shí)踐

李朋偉，張文棟，張雪英，史建芳，桑勝波

(太原理工大學(xué)信息工程學(xué)院，山西太原030024)

0 引言

“電磁場(chǎng)與電磁波”是為電子信息、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)等工科專業(yè)本科生開設(shè)的一門主干課程，它是一門理論與實(shí)踐結(jié)合較強(qiáng)的課程，也是歷來被公認(rèn)為難教、難學(xué)的課程。其原因是:①該課程要求定量描述和求解相關(guān)的物理問題，邏輯性強(qiáng)，數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁多;②實(shí)驗(yàn)配套缺乏，理論與實(shí)際脫節(jié);③課程課時(shí)被大幅壓縮，教師教學(xué)自由度受限[1]。

針對(duì)上述問題，“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)改革的主要思路集中在以下三點(diǎn):①教學(xué)大綱的修訂與教學(xué)內(nèi)容的精簡(jiǎn);②教學(xué)方法與教學(xué)手段的改進(jìn);③考核方式的完善。

筆者認(rèn)為，無論教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法抑或考核方式的改革均應(yīng)以學(xué)生為本。根據(jù)學(xué)生的實(shí)際知識(shí)背景和接受能力來適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，并輔以鮮活生動(dòng)的教學(xué)方法才能保證教學(xué)質(zhì)量?；谶@樣的觀點(diǎn)，本文分析了“電磁場(chǎng)與電磁波”與“大學(xué)物理”以及“微波技術(shù)與天線”課程的區(qū)別與聯(lián)系，提出一種對(duì)“電磁場(chǎng)與電磁波”教學(xué)內(nèi)容的科學(xué)取舍方法;該方法結(jié)合教師的知識(shí)結(jié)構(gòu)以及課程的自身特性，著重將教學(xué)與科研相結(jié)合以及歸納與比較相結(jié)合[5]。實(shí)踐證明，這種方法在有限的課時(shí)內(nèi)，可以避免同一內(nèi)容重復(fù)講解，為學(xué)生科研實(shí)踐以及創(chuàng)新性思維的培養(yǎng)留出時(shí)間，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)質(zhì)量[2-4]。

1 教學(xué)內(nèi)容體系的改革

“電磁場(chǎng)與電磁波”是我院電子信息、通信工程等四個(gè)本科專業(yè)的公共課程。該課程的前接課程為“大學(xué)物理”，后續(xù)課程為“微波技術(shù)與天線”。與前者相比，“電磁場(chǎng)與電磁波”突出了場(chǎng)的概念、靜態(tài)場(chǎng)邊值問題的求解方法以及時(shí)諧電磁場(chǎng)內(nèi)容的講授和學(xué)習(xí)，而“大學(xué)物理”注重物理現(xiàn)象的解釋和物理本質(zhì)的數(shù)學(xué)描述，內(nèi)容上兩者在靜態(tài)場(chǎng)的基本規(guī)律處存在部分重疊;與后者相比，“電磁場(chǎng)與電磁波”比較注重電磁場(chǎng)的基本規(guī)律以及電磁波在不同介質(zhì)中傳輸規(guī)律的介紹，后者則更偏重傳輸線、波導(dǎo)以及微波器件等工程實(shí)踐，兩者內(nèi)容上在電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)、波導(dǎo)以及電磁輻射部分也存在部分重疊。

我們?cè)凇半姶艌?chǎng)與電磁波”課程的教學(xué)實(shí)踐中，進(jìn)行了如下取舍:①重點(diǎn)講授“場(chǎng)”的基本規(guī)律和特性;②主要學(xué)習(xí)“波”在不同媒質(zhì)及其分界面處的傳播規(guī)律;③大幅度壓縮導(dǎo)行電磁波以及電磁輻射的教學(xué)課時(shí)。

這樣就為靜態(tài)場(chǎng)的基本規(guī)律、邊值問題分析以及時(shí)諧電磁場(chǎng)的重點(diǎn)講授騰出較多時(shí)間，符合該課程側(cè)重“場(chǎng)”與“波”的理論基礎(chǔ)講授的基本特點(diǎn)，增加了教學(xué)的靈活性。避免了授課內(nèi)容上的重復(fù)。

2 教學(xué)方法的改進(jìn)

1)教學(xué)與科研的有機(jī)結(jié)合

我們?nèi)绻軐⒖蒲信c教學(xué)有機(jī)的結(jié)合，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如在課堂上利用量子、納米的概念與學(xué)生一起討論邊界條件的離散與連續(xù)的問題;提問晶體結(jié)構(gòu)的概念，解釋媒質(zhì)的各向同性與各向異性問題;舉光波導(dǎo)器件的例子，分析電磁波在理想介質(zhì)中的全反射應(yīng)用等問題，可調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心與學(xué)習(xí)興趣，取得較好的教學(xué)效果。

2)比較法在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

比較法是通過觀察、分析，找出研究對(duì)象的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，它是認(rèn)識(shí)事物的一種基本方法，也是教學(xué)過程中對(duì)比演示和歸納總結(jié)的常用方法。通過比較，人們可以對(duì)兩個(gè)甚至更多相關(guān)概念或術(shù)語的聯(lián)系與區(qū)別有較為明確的認(rèn)知。如對(duì)比高中所學(xué)的庫(kù)侖定律、法拉第電磁感應(yīng)定理與本課程中的相應(yīng)內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)矢量的數(shù)學(xué)表達(dá)以及“場(chǎng)”的表達(dá)的印象;電與磁現(xiàn)象的類比式講述，包括:場(chǎng)“源”、麥克斯韋方程組、時(shí)變條件下的電場(chǎng)與磁場(chǎng)以及比擬法求解電容與漏電導(dǎo)等[5];另外，均勻平面波在理想介質(zhì)和導(dǎo)電媒質(zhì)中傳播規(guī)律的比較式教學(xué)同樣在課堂實(shí)踐中取得了較好的效果。

3)多媒體教學(xué)手段的合理應(yīng)用

充分利用各種多媒體教學(xué)手段可以使教學(xué)內(nèi)容更加生動(dòng)、豐滿，并有效增強(qiáng)教學(xué)效果。例如，以電毛刷和電磁起重機(jī)等的實(shí)物或圖片展示電磁場(chǎng)或電磁波的具體應(yīng)用;播放實(shí)驗(yàn)磁懸浮列車運(yùn)行的影像;以Flash動(dòng)畫展示電磁波的傳播、反射和透射等抽象內(nèi)容。實(shí)際教學(xué)效果表明:合理選擇和運(yùn)用多媒體手段對(duì)教學(xué)效果的提高具有明顯的促進(jìn)作用。

4)教學(xué)過程面對(duì)面

教學(xué)過程面對(duì)面是指采用座談等溝通方法，學(xué)生與教師一起，就教學(xué)過程中的教材、目標(biāo)、方法、過程以及評(píng)價(jià)等不同方面進(jìn)行深入交流和探討的過程。與傳統(tǒng)的教師主講、學(xué)生主聽的過程不同，在此活動(dòng)中教師會(huì)結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)際，從教材的地位、作用、重點(diǎn)、難點(diǎn)、教學(xué)目標(biāo)的思考以及教學(xué)方法等多方面與學(xué)生交流，學(xué)生則根據(jù)自己學(xué)習(xí)過程中遇到的問題反饋給教師。這類活動(dòng)可在每學(xué)期的期中時(shí)間進(jìn)行一次，從實(shí)際效果來看，面對(duì)面的教學(xué)交流，有效促進(jìn)了教學(xué)效果的提高。

3 結(jié)語

本文通過對(duì)“電磁場(chǎng)與電磁波”課程幾年的教學(xué)體會(huì)，認(rèn)真總結(jié)了該課程難教、難學(xué)原因。在教學(xué)過程中對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)取舍，在教學(xué)方法上進(jìn)行了科研教學(xué)結(jié)合和綜合應(yīng)用比較法的嘗試，對(duì)多媒體教學(xué)手段的合理應(yīng)用以及教學(xué)過程的面對(duì)面交流進(jìn)行了初步探討。實(shí)踐證明，這些手段和方法對(duì)教學(xué)質(zhì)量的提高起到了促進(jìn)作用。

[1]任宇輝，高寶建.電磁場(chǎng)與電磁波課程教學(xué)方法研究[J].西安:陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2008，36:188-191.

[2]李長(zhǎng)勝，林志立，馮麗爽.“電磁場(chǎng)與電磁波”課程內(nèi)容的修改建議[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2012，34(6):11-15.

[3]肖春燕.“電磁場(chǎng)”課程教學(xué)改革的研究[J].南京:電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32(1):29-31.

[4]朱安福.“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)實(shí)踐與探討[J].北京:中國(guó)電力教育，2013，26:45-46.

[5]黃麟舒，柳超.疑難課程“電磁場(chǎng)與電磁波”中類比教學(xué)方法的探索[J].中國(guó)電力教育，2013，23:68-70.