電磁場(chǎng)理論課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考

摘 要 “電磁場(chǎng)理論”是通信工程、電子工程等電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要技術(shù)基礎(chǔ)課，課程理論性強(qiáng)、概念抽象。本文從教學(xué)內(nèi)容、教材選擇、教學(xué)方法三方面進(jìn)行分析，討論如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞 電磁場(chǎng)理論 教學(xué)方法 類(lèi)比

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.07.033

Discussion on Teaching Electromagnetic Field Theory Course

ZHAO Yanhui， DING Weiping， ZHU Weigang， LIU Han

（Engineering Institute of Corps of Engineers， PLA Univ. of Sci amp; Tech， Nanjing， Jiangsu 210007）

Abstract Electromagnetic field theory course is an important fundamental course for electronic and other specialties with theory and abstract content. This article analyzed form three aspects of the teaching content， textbook selection and teaching methods to stimulate students’ learning interest and improve students’ learning outcomes.

Key words electromagnetic field course; teaching method; analogy

“電磁場(chǎng)理論”是高等學(xué)校工科通信工程、電子工程等電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，占有重要的學(xué)科地位，同時(shí)又是一些交叉領(lǐng)域的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)和新興邊緣學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。學(xué)好這門(mén)課有利于增強(qiáng)學(xué)生的適應(yīng)能力和創(chuàng)新能力。然而，電磁場(chǎng)理論課程理論性強(qiáng)、概念抽象和數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁多。因此，如何提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，一直是老師們探索和思考的課題。本文從教學(xué)內(nèi)容、教材選擇、教學(xué)手段方法三方面進(jìn)行分析，討論如何進(jìn)行電磁場(chǎng)理論課程教學(xué)改革，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1 教學(xué)內(nèi)容安排

電磁場(chǎng)理論課程知識(shí)點(diǎn)很多，并且理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，但是內(nèi)容思路卻很明確。課程以麥克斯韋方程組為核心，分析了靜態(tài)電磁場(chǎng)的基本理論和均勻平面波在自由空間中與導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播規(guī)律。課程內(nèi)容主要包括以下部分：

（1）矢量分析。矢量分析為學(xué)習(xí)本門(mén)課程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，有的教材將其作為第一章，有的教材只在附錄中作了簡(jiǎn)單介紹。這部分內(nèi)容之前可能學(xué)過(guò)，但普遍掌握的不好，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況選擇教學(xué)的詳略。在教學(xué)的過(guò)程中要注重物理分析，而不能單純的講數(shù)學(xué)公式，并要聯(lián)系電磁場(chǎng)理論的具體內(nèi)容，讓學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)先有一個(gè)簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)。

（2）三種靜態(tài)電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)以及邊值問(wèn)題的求解方法。這部分內(nèi)容在教學(xué)過(guò)程中要多聯(lián)系實(shí)際，比如：分布電容、分布電導(dǎo)和電分布感的求法，無(wú)感電阻的繞法，植物保鮮原理，電法選礦原理，磁法選礦原理等。

（3）時(shí)變場(chǎng)下的普遍運(yùn)動(dòng)規(guī)律——麥克斯韋方程組。這是本門(mén)課程的核心也是最重要的內(nèi)容。教學(xué)過(guò)程中可介紹一些這些方程被發(fā)現(xiàn)時(shí)的小故事，并由此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)探索的興趣。

（4）均勻平面電磁波的傳播規(guī)律，導(dǎo)行電磁波，均勻傳輸線理論等。當(dāng)今世界，各種電子信息系統(tǒng)都是利用電磁波傳遞信息進(jìn)行工作的，掌握電磁波傳播的規(guī)律和電磁波輻射的機(jī)理非常重要。

2 教材選擇

電磁場(chǎng)理論方面的教材有很多，但如何選擇一本適合所授專(zhuān)業(yè)學(xué)生的教材呢？

首先，應(yīng)注重教材的基礎(chǔ)性，注重基本概念、基本規(guī)律和基本的分析計(jì)算方法，使學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)牢固掌握、靈活運(yùn)用。

其次，要針對(duì)不同的專(zhuān)業(yè)有不同的選擇。有的教材側(cè)重工程，有的教材則側(cè)重理論，有的教材側(cè)重靜態(tài)場(chǎng)，有的教材則側(cè)重時(shí)變場(chǎng)（也就是電磁波）。電氣工程與自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生比較側(cè)重工程的學(xué)習(xí)，對(duì)電磁波的要求不高;電子、通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生則比較側(cè)重電磁波的學(xué)習(xí)，對(duì)靜態(tài)場(chǎng)的要求不高。

另外，不同的講法也要選擇不同的教材。這門(mén)課通常有兩種講法：一種先從大家比較熟悉的靜態(tài)場(chǎng)開(kāi)始介紹，講完靜態(tài)場(chǎng)后給出麥克斯韋方程組再引出電磁波，遵循由特殊到一般、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、循序漸進(jìn)的原則，便于學(xué)生理解;另一種先給出電磁場(chǎng)基本方程——麥克斯韋方程組，然后以麥克斯韋方程組為核心推導(dǎo)出特例——靜態(tài)場(chǎng)的情況，再根據(jù)麥克斯韋方程組分析均勻平面波的傳播規(guī)律，這種講法思路清晰，節(jié)省課時(shí)，符合有些院校改革縮減課時(shí)的需要。

市面上的教材雖然很多，但不一定適合自己專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，最好能根據(jù)自己學(xué)生的特點(diǎn)自行編寫(xiě)教材，真正做到因材施教。當(dāng)然，編寫(xiě)教材并不是一件容易的事情，需要筆者有豐富的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，還需要有一個(gè)團(tuán)隊(duì)的大力支持，否則教材編的不好，反到不利于教學(xué)。

3 教學(xué)方法改革

老師應(yīng)充分利用信息化教學(xué)資源和現(xiàn)代化教學(xué)手段，使課堂活躍起來(lái)，不應(yīng)該只是一味的講述，而不管學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

3.1 突出學(xué)生的主體地位

轉(zhuǎn)變以老師為中心的傳統(tǒng)思維、以灌輸式教學(xué)為主的教學(xué)方式，應(yīng)注重學(xué)生主體作用的發(fā)揮，注重學(xué)生學(xué)習(xí)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，把教學(xué)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的自覺(jué)認(rèn)識(shí)和自主行動(dòng)，以全面提升教學(xué)效果。

首先，良好的課堂環(huán)境有助于發(fā)揮學(xué)生的主體地位，使學(xué)生樂(lè)于學(xué)習(xí)。課堂上應(yīng)建立平等、互尊互愛(ài)的師生關(guān)系。課堂教學(xué)中學(xué)生往往會(huì)產(chǎn)生分歧，老師應(yīng)讓他們大膽發(fā)表自己的觀點(diǎn)，并因勢(shì)利導(dǎo)地組織討論，在討論的氣氛中將分歧和難點(diǎn)、重點(diǎn)一一化解。

其次，要培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。引導(dǎo)學(xué)生自己查找文獻(xiàn)，獨(dú)立思考解決問(wèn)題。

3.2 板書(shū)與多媒體的結(jié)合尺度

多媒體可使抽象的理論教學(xué)變得具體而形象。然而有些老師過(guò)于依賴(lài)多媒體，教學(xué)中大量使用多媒體，雖然增加了信息量卻忽視了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。學(xué)生往往忙于應(yīng)付記筆記，而無(wú)法認(rèn)真聽(tīng)課、無(wú)法進(jìn)行思考。

根據(jù)本門(mén)課程的特點(diǎn)，課程的數(shù)學(xué)推導(dǎo)比較多，理論性強(qiáng)，所以課程教學(xué)應(yīng)以板書(shū)為主，同時(shí)輔以多媒體演示教學(xué)。而不應(yīng)該過(guò)多的依賴(lài)多媒體，使學(xué)生的學(xué)習(xí)變成走馬觀花。在教學(xué)時(shí)應(yīng)首先理論鍛煉學(xué)生的思維能力，然后借助多媒體教學(xué)加強(qiáng)學(xué)生的感性和理性認(rèn)識(shí)。多媒體只是一種教學(xué)的輔助手段，而不應(yīng)以多媒體為主。

3.3 豐富教學(xué)方法

互動(dòng)是教學(xué)過(guò)程中一個(gè)非常必要和重要的環(huán)節(jié)，課堂教學(xué)中應(yīng)始終讓學(xué)生思考可能產(chǎn)生疑問(wèn)的知識(shí)點(diǎn)。怎樣產(chǎn)生互動(dòng)呢？教學(xué)方法應(yīng)靈活多樣，可采用啟發(fā)式、類(lèi)比式、探究式、案例式、問(wèn)題式、研討式等教學(xué)方法，并根據(jù)內(nèi)容的不同選擇不同的教學(xué)方法。以下給出教學(xué)方法應(yīng)用的例子。

例1：矢量分析中通量和散度的教學(xué)。如果按照教材，先給出定義，再介紹物理概念，并不會(huì)引起學(xué)生多少思考，也不容易記憶。這里可采用啟發(fā)式、問(wèn)題式教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生的思考。可由“如何刻劃通過(guò)一個(gè)曲面S的水流量？”類(lèi)似地引入通量的概念。先提出問(wèn)題讓學(xué)生思考，再讓學(xué)生列舉類(lèi)似的物理現(xiàn)象，最后由老師引導(dǎo)讓學(xué)生總結(jié)得出通量的定義及數(shù)學(xué)表達(dá)式。散度與通量的關(guān)系要講清楚，不應(yīng)直接給出散度的定義而忽視它們的關(guān)系?？勺寣W(xué)生思考“當(dāng)通量積分的閉合曲面的面積趨近于零而變?yōu)橐粋€(gè)點(diǎn)時(shí)的情況”或者“如何描述一個(gè)點(diǎn)上的通量源情況”類(lèi)似地引入散度的概念。例1的教學(xué)方法適合這種定義和物理概念比較明確的知識(shí)點(diǎn)，對(duì)這種知識(shí)點(diǎn)可盡量先講問(wèn)題、物理現(xiàn)象，后提出概念、結(jié)論。

例2：三種靜態(tài)電磁場(chǎng)的教學(xué)。三種靜態(tài)場(chǎng)既有區(qū)別又有聯(lián)系，可采用類(lèi)比式、啟發(fā)式、研討式、理論聯(lián)系實(shí)踐等多種教學(xué)方法。類(lèi)比是其中最重要的一個(gè)運(yùn)用，比如：恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的類(lèi)比，可從場(chǎng)量、場(chǎng)源、電位函數(shù)、電容與電導(dǎo)幾個(gè)方面進(jìn)行類(lèi)比;磁矢位與電位的類(lèi)比，可從引入位函數(shù)的依據(jù)、位場(chǎng)的關(guān)系、滿足的微分方程、位與源的關(guān)系幾個(gè)方面進(jìn)行類(lèi)比;電偶極子與磁偶極子的類(lèi)比：可從模型、極矩、場(chǎng)圖三個(gè)方面進(jìn)行類(lèi)比。通過(guò)類(lèi)比大家會(huì)發(fā)現(xiàn)這些概念有很多相通的地方，通過(guò)對(duì)一個(gè)概念的理解很容易就能掌握另一個(gè)概念，因而可以使復(fù)雜的問(wèn)題變得簡(jiǎn)單。例如講磁矢位的時(shí)候，磁矢位是一個(gè)矢量，表達(dá)式很復(fù)雜，如果用矢量恒等式去推導(dǎo)很容易讓學(xué)生產(chǎn)生畏難的心里，進(jìn)而厭倦學(xué)習(xí)。可先提問(wèn)讓學(xué)生回憶電位的方程和表達(dá)式;然后把磁矢位的方程與電位的方程進(jìn)行比較，讓學(xué)生找出它們的聯(lián)系;引導(dǎo)學(xué)生將磁矢位按三個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行分解，分解后每一坐標(biāo)分量滿足的方程與電位的方程是相同的;引導(dǎo)學(xué)生思考它們是否滿足相同的邊界條件;最后得出磁矢位三個(gè)分量的表達(dá)式，它們與電位的表達(dá)式是相似的。

4 結(jié)語(yǔ)

以上激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)習(xí)效果的方法，在教學(xué)實(shí)踐中收到了良好的效果，既建立了良好的師生關(guān)系，又使學(xué)生學(xué)到了知識(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 肖春燕.“電磁場(chǎng)”課程教學(xué)改革的研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010.32（1）.

[3] 呂文俊，徐立勤.“電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)方法”課程中的類(lèi)比教學(xué)法[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010.32（5）.

[4] 王增和，丁衛(wèi)平，李平輝.電磁場(chǎng)與電磁波[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.