“電磁場與電磁波”教學(xué)改革研究與實(shí)踐

孔令榮 王昊 朱霞 黃敏

[摘 要]“電磁場與電磁波”的教學(xué)講究抽象思維和邏輯推理兩者的結(jié)合。該課程理論性強(qiáng)、概念抽象，而且數(shù)學(xué)公式復(fù)雜多變，所以被公認(rèn)為是一門教師難教，學(xué)生難學(xué)的課程，但同時(shí)其又是電子信息專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)科地位極為重要。應(yīng)該從實(shí)際教學(xué)過程出發(fā)，著重對教學(xué)內(nèi)容的取舍、教學(xué)方法改革、教學(xué)科研相結(jié)合方法的推廣應(yīng)用等方面進(jìn)行系統(tǒng)分析，目的在于找到適合于“電磁場與電磁波”的教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]電磁場與電磁波 教學(xué)方法 教學(xué)改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號] 2095-3437（2015）08-0172-02

早在18世紀(jì)八九十年代，科學(xué)家就開始展開對電磁場的研究，逐漸形成電磁場與電磁波理論并應(yīng)用于實(shí)際。當(dāng)今社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)的猛速發(fā)展，電磁場與電磁波理論應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣，不僅局限于自身領(lǐng)域，而且與相關(guān)學(xué)科相互交叉滲透，還逐步形成了生物電磁技術(shù)以及電磁隱身理論等。可以說，電磁場的應(yīng)用已經(jīng)深入幾乎所有信息類學(xué)科。[1]信息時(shí)代在不斷發(fā)展，高頻電磁波—微波應(yīng)時(shí)代要求成為信息的主要載體，不僅在衛(wèi)星通信、計(jì)算機(jī)通信、光纖通信、雷達(dá)等高科技領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，而且在現(xiàn)代社會(huì)生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用也極為廣泛，已經(jīng)滲透到人們的日常生活中，與人們的日常生活息息相關(guān)。

一、課程特點(diǎn)及存在問題

1.課程特點(diǎn)

“電磁場與電磁波”是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要內(nèi)容有矢量分析、靜電場、恒定磁場、恒定電場、時(shí)變電磁場、均勻平面電磁波、導(dǎo)行電磁波、電磁輻射等。對于電子信息工程專業(yè)的學(xué)生來說，該課程是不可缺少的基礎(chǔ)專業(yè)課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以為畢業(yè)后從事相關(guān)工作打下一定的理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。但是該課程的學(xué)習(xí)講究抽象思維和邏輯推理兩者的結(jié)合，不僅概念抽象、公式復(fù)雜多變，而且需要一定的數(shù)學(xué)推理過程，學(xué)生往往不易理解掌握，因此如何提高該課程的教學(xué)質(zhì)量和效果，是教學(xué)者在改革探索和實(shí)踐過程中遇到的難題，是值得進(jìn)一步深入研究的課題。[2]

2.課程教學(xué)存在的主要問題

（1）課程傳統(tǒng)的教學(xué)目標(biāo)往往是直接向?qū)W生灌輸事實(shí)性知識(shí)，即課程內(nèi)容是介紹電磁場與電磁波“是什么”和“為什么”，而缺乏電磁場與電磁波“怎么做”和“怎么用”，教學(xué)過程過多的偏重理論，對理論的實(shí)際應(yīng)用介紹甚少。

（2）總體來講，教師只采用板書和多媒體幻燈片相結(jié)合教學(xué)，一門課程從頭講到尾，學(xué)生被動(dòng)接受，課堂上疲于記筆記和用大腦接受老師所講的內(nèi)容，沒有一個(gè)系統(tǒng)的去理解思考的過程，教與學(xué)過程分離，這樣便不利于學(xué)生原創(chuàng)性思維的有效發(fā)展。

（3）學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，除了反映電磁場太抽象，無法生動(dòng)的想象實(shí)際不存在的電磁場，也不能像電路可以直觀的測量，還反映課程內(nèi)容多、理論性強(qiáng)，而且公式多，許多地方需要將工程應(yīng)用數(shù)學(xué)靈活運(yùn)用。[3]

（4）電磁場與電磁波課程的考核方式也有一些弊端，一般情況下采用的還是“一刀切”模式，即“考試分?jǐn)?shù)定高低”，沒有照顧到部分學(xué)生的基礎(chǔ)差異，同時(shí)又過分強(qiáng)調(diào)了對理論知識(shí)推導(dǎo)的考核，僅通過一張?jiān)嚲韥砜疾閷W(xué)生掌握知識(shí)的程度，缺乏全面性與科學(xué)性。

二、教學(xué)改革方法

1.以理論為基礎(chǔ)，以應(yīng)用為根本，確定實(shí)際教學(xué)的研究方法。對教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)、修訂，弱化理論講解，重視實(shí)際應(yīng)用，提高學(xué)生自我解決問題的能力，主要采用“用什么理論，講什么理論”和選學(xué)、自學(xué)內(nèi)容相結(jié)合的模式，這樣可以讓大部分學(xué)生掌握課程的主要內(nèi)容，又可以讓對該課程深感興趣的學(xué)生得到深層次的學(xué)習(xí)和提高。

2.上好緒論課。任何一門課程的教學(xué)都必須以上好緒論課作為良好的開端?！半姶艌雠c電磁波”課程的緒論課對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情相當(dāng)關(guān)鍵，課中除了講授電磁場理論的發(fā)展過程——經(jīng)典電磁場理論階段與計(jì)算電磁場理論階段，也可適當(dāng)講述其實(shí)際中的重要應(yīng)用，引起學(xué)生對該課程的重視及興趣。

3.結(jié)合多種教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量。科學(xué)的教學(xué)方法不能依然采用傳統(tǒng)的“粉筆+黑板”的模式，應(yīng)該考慮適當(dāng)利用計(jì)算機(jī)多媒體輔助教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容顯得豐富、形象，能夠?qū)虒W(xué)起到很好的促進(jìn)作用。比如合理的運(yùn)用Matlab軟件。Matlab軟件是一款功能強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算軟件，它集許多功能和諸多的工具箱為一體，在課堂時(shí)間充裕的情況下，通過編寫較為簡單的Matlab程序語句，可以在課堂上進(jìn)行小規(guī)模電磁場數(shù)值計(jì)算問題的演示。

4.注重案例教學(xué)。比如，講解靜電平衡與靜電屏蔽原理時(shí)，選取的教學(xué)案例是有金屬外殼的汽車能夠避免雷擊的應(yīng)用事例；講解法拉第感應(yīng)定律時(shí)，選取的教學(xué)案例是電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)以及變壓器的應(yīng)用事例；講解電磁波輻射和接收時(shí)，選取的教學(xué)案例是雷達(dá)與隱形飛機(jī)之間的對抗的應(yīng)用事例。[4]在講解電磁兼容問題時(shí)筆者常采用1982年著名的英阿馬島海戰(zhàn)作為教學(xué)案例，由于阿根廷海軍沒有能夠很好的解決電磁兼容問題，從而導(dǎo)致了被英國導(dǎo)彈擊沉的悲慘結(jié)果。

5.注重對比，善于分階段總結(jié)。“電磁場與電磁波”課程中涉及的理論多且較為抽象，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常有無所適從的感覺。[5]因此，分階段進(jìn)行課程總結(jié)是非常必要的，這樣可將書本的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)歸納并對比，便于學(xué)生連貫理解，對學(xué)生學(xué)習(xí)效率的提升很有幫助，也提升了教學(xué)質(zhì)量。

6.結(jié)合實(shí)際，改進(jìn)教學(xué)?！半姶艌雠c電磁波”課程理論性強(qiáng)、概念抽象，又與工程應(yīng)用數(shù)學(xué)結(jié)合緊密，公式多且推導(dǎo)繁雜，一直被認(rèn)為是教師難教、學(xué)生難學(xué)的課程。在教學(xué)過程中，應(yīng)改變傳統(tǒng)的純理論講解，注重實(shí)例分析、習(xí)題課相結(jié)合；提出一些思考題，激發(fā)學(xué)生對課堂的興趣，還可以對其進(jìn)行有效的思維能力訓(xùn)練。

7.定期舉辦學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)。讓學(xué)生了解電磁場與微波技術(shù)的最新發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，了解電磁場與微波技術(shù)的市場需求，了解電磁場與微波技術(shù)及相關(guān)人才市場需求，了解電磁場與微波技術(shù)方向就業(yè)前景，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

8.摒棄傳統(tǒng)的考核模式，開辟科學(xué)的考核制度。經(jīng)過“電磁場與電磁波”課程教學(xué)改革后的考核采用平時(shí)成績和期末考試成績加權(quán)平均獲得總評成績的方式，其中平時(shí)成績占總評成績的40%，期末成績占總評成績的60%。在平時(shí)成績中，除了出勤率、作業(yè)質(zhì)量以外，還將課堂問答作為額外的項(xiàng)目加入考核，對回答問題態(tài)度積極踴躍、對課程有著獨(dú)到見解的學(xué)生予以獎(jiǎng)勵(lì)，最后的總評成績可以適當(dāng)提高。這樣不僅可以增加師生互動(dòng)，活躍課堂氣氛，而且還可以避免學(xué)生為了分?jǐn)?shù)投機(jī)取巧，僅為高分而去學(xué)習(xí)課程。

三、教學(xué)改革實(shí)踐成果

通過對“電磁場與電磁波”課程教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容的適當(dāng)調(diào)整與優(yōu)化，使學(xué)生更加容易的掌握課程的根本，從而少走彎路，節(jié)約了大量的學(xué)習(xí)時(shí)間，避免學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)陷入復(fù)雜繁瑣的數(shù)理推導(dǎo)之中，讓學(xué)生在課程的學(xué)習(xí)過程中獲得了更豐富的工程實(shí)踐案例，從而順利實(shí)現(xiàn)應(yīng)用型本科院校的工程技術(shù)型人才目標(biāo)。教學(xué)方法的改革，使得理論與實(shí)際的聯(lián)系更加緊密，避免了學(xué)生糾結(jié)于該課程中一些難而無用的知識(shí)，更加側(cè)重于工程實(shí)際應(yīng)用；教學(xué)手段的改革，使得課堂上的氣氛更加活躍，也使得學(xué)生的實(shí)踐能力大大提高；課程考核方式的改革，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性得到了全面地調(diào)動(dòng)，學(xué)生主動(dòng)參與到課堂學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)興趣有了很大的提高。

“電磁場與電磁波”課程的合格率達(dá)到了96%以上，優(yōu)秀率將近30%，越來越多的畢業(yè)生選擇從事相關(guān)工作；在飛思卡爾大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽中，3名同學(xué)選擇了該方向的科研設(shè)計(jì)，因設(shè)計(jì)創(chuàng)新超越其他設(shè)計(jì)而取得了優(yōu)異成績；同時(shí)該方向的考研率也有很大提高，從2010屆開始，五屆有數(shù)十名應(yīng)屆畢業(yè)生選擇電磁場與微波技術(shù)方向作為碩士研究生報(bào)考方向，其中31名順利考取了東南大學(xué)、南京理工大學(xué)、重慶郵電大學(xué)、中國計(jì)量學(xué)院等國內(nèi)知名院校的電磁場與微波技術(shù)專業(yè)。有近六成的學(xué)生參加了該課程的研討式學(xué)習(xí)和科研課題研究，多位同學(xué)在國內(nèi)外知名科技期刊上發(fā)表了科研論文。我校的“電磁場與電磁波”課程經(jīng)過教學(xué)改革以后，可以較為全面的培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)作風(fēng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

四、結(jié)語

“電磁場與電磁波”課程在電類專業(yè)的學(xué)科地位舉足輕重，是學(xué)習(xí)電類專業(yè)學(xué)生必學(xué)的一門專業(yè)課程，如何把這門課程上好對教師的教學(xué)能力提出了很高的要求。筆者在教學(xué)過程中對課程內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整與改革，在教學(xué)方法上進(jìn)行了多種新穎的嘗試，科研教學(xué)相結(jié)合使得教學(xué)多樣化，對多媒體教學(xué)手段的合理應(yīng)用以及教學(xué)過程中與學(xué)生面對面交流增強(qiáng)了學(xué)生對該課程的學(xué)習(xí)興趣，對教學(xué)質(zhì)量的提高起到了較好的效果。

[ 注 釋 ]

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

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

[3] 李麗華.論三本院校電磁場與微波技術(shù)課程教學(xué)[J].投資與合作（學(xué)術(shù)版），2010（9）：64-65.

[4] 陳帝伊，劉淑琴，許景輝，等.“電磁場理論”課程的教學(xué)改革探討[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2009（4）：116-117.

[5] 謝處方，饒克謹(jǐn).電磁場與電磁波（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[責(zé)任編輯：鐘 嵐]