《電磁場(chǎng)與電磁波》教學(xué)思考

周建華+劉偉春+林鐵軍+李棟華+林峰

摘 要：《電磁場(chǎng)與電磁波》課程的理論性強(qiáng)、計(jì)算公式復(fù)雜，是一門(mén)教學(xué)難度較大的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。隨著電子通信技術(shù)的發(fā)展，電磁場(chǎng)與電磁波的教學(xué)也應(yīng)隨需求而變化。根據(jù)電磁場(chǎng)與電磁波課程的特點(diǎn)，對(duì)教學(xué)方式、教學(xué)內(nèi)容、作業(yè)方式和考試模式提出了改進(jìn)方法，提倡以幽默的方式授課，以活躍課堂氣氛，將課堂交給學(xué)生，并闡述了如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)；電磁波；教學(xué)改革；教學(xué)效果

中圖分類(lèi)號(hào)：O441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.132

文章編號(hào)：2095-6835（2015）15-0132-02

《電磁場(chǎng)與電磁波》是一門(mén)理論性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。以庫(kù)侖定律、安培定律和法拉第電磁感應(yīng)定律和2個(gè)基本假說(shuō)（有旋電場(chǎng)和位移電流）為基礎(chǔ)，得出麥克斯韋方程，并討論靜態(tài)電磁場(chǎng)、時(shí)諧電磁場(chǎng)與電磁波的傳播和輻射特性。該課程是電子類(lèi)和電信類(lèi)課程的基礎(chǔ)，也是遙測(cè)的基礎(chǔ)，更是通信專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課之一。電磁場(chǎng)與電磁波技術(shù)是一門(mén)非常重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，涉及領(lǐng)域非常廣泛，尺度從納米到千米、電壓從微伏到兆伏、功率從微瓦到億瓦、頻率從直流到光頻等。由此可見(jiàn)，該課程在電類(lèi)專(zhuān)業(yè)教育體系中的重要性。由于該課程理論性很強(qiáng)，對(duì)數(shù)學(xué)的要求較高，一些概念抽象不容易被理解，學(xué)生會(huì)感到煩瑣、枯燥、難以理解，漸漸地對(duì)這門(mén)課程失去興趣，每節(jié)課逐漸衍變成教師的復(fù)習(xí)而不是學(xué)生的學(xué)習(xí)。因此，《電磁場(chǎng)與電磁波》的教學(xué)也應(yīng)隨需求而產(chǎn)生變化，對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)迫在眉睫，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

1 教學(xué)方式的改進(jìn)

托爾斯泰曾說(shuō)過(guò)：“成功的教學(xué)所需要的不是強(qiáng)制，而是激發(fā)學(xué)生的興趣?！庇纱丝梢?jiàn)，興趣對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)好《電磁場(chǎng)與電磁波》這門(mén)課程有極大的導(dǎo)向作用。課堂上，教師應(yīng)與學(xué)生多互動(dòng)，活躍課堂氣氛，使學(xué)生對(duì)這門(mén)課充滿(mǎn)興趣，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，獲得較好的教學(xué)效果。心理學(xué)研究表明，人們?cè)诹己玫那榫w狀態(tài)下思路開(kāi)闊、思維敏捷、解決問(wèn)題迅速；在情緒低迷和郁悶時(shí)思路阻塞、動(dòng)作遲鈍、無(wú)創(chuàng)造性。因此，教學(xué)技巧，特別是幽默技巧在課堂上的運(yùn)用，將對(duì)學(xué)生產(chǎn)生極強(qiáng)的情緒感染力，在這種氛圍中學(xué)生易接受知識(shí)。德國(guó)著名的演說(shuō)家海因？雷曼麥也講過(guò)，用幽默的方式說(shuō)出嚴(yán)肅的真理，比直接了當(dāng)?shù)靥岢龈転橹邮堋Ｒ虼?，在課堂上適當(dāng)?shù)挠哪呛苡斜匾摹?/p>

雖然《電磁場(chǎng)與電磁波》課程的理論性很強(qiáng)，但在教學(xué)中通過(guò)引入故事來(lái)提高學(xué)生的興趣，可收到很好的教學(xué)效果。有國(guó)外學(xué)者研究表明，如果在講解抽象概念后舉與此概念相關(guān)的幽默例子，然后再解釋概念，學(xué)生的記憶會(huì)非常深刻。因此，當(dāng)敘述公式或定理時(shí)，可先講述與這個(gè)公式或定理有關(guān)的事例，也可以列舉一些與此相關(guān)的前沿科技成果，使學(xué)生對(duì)此產(chǎn)生興趣。比如，1784年，庫(kù)侖提出了金屬絲的扭力定律，給出了一種新的方法測(cè)量極小力。同年，他還設(shè)計(jì)出了一種新型測(cè)力工具——扭秤。在扭秤的幫助下，發(fā)現(xiàn)了電學(xué)中的庫(kù)侖定律。1788

年，庫(kù)侖將同樣的結(jié)果應(yīng)用到了兩個(gè)磁極之間的相互作用中，這標(biāo)志著電學(xué)和磁學(xué)研究從定性研究進(jìn)入了定量研究，意義重大。用短短的幾分鐘講述1個(gè)事例的課堂，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比全程講述公式、推理的教學(xué)效果要好很多，甚至可以使學(xué)生有所啟發(fā)。

2 教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)

電磁場(chǎng)的基本理論由麥克斯韋建立，至今已有150多年，很多科學(xué)家，比如安培、比奧、歐姆和法拉弟等也作出了巨大的貢獻(xiàn)，才完成了麥克斯韋方程組。在這150多年中，曾采用多種方法破解這個(gè)方程組。方程組本身沒(méi)有大的改變，通過(guò)不斷探索破解方程組的新方法和新途徑，不斷發(fā)現(xiàn)了該方程組新的應(yīng)用場(chǎng)合，并基于該方程組發(fā)明設(shè)計(jì)了很多產(chǎn)品。隨著科技的不斷進(jìn)步，新的電子產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，它們?cè)絹?lái)越需要考慮電磁干擾和兼容性等問(wèn)題，因此，學(xué)生也要相應(yīng)地掌握新的電磁知識(shí)和技能。要獲得這些新的知識(shí)和技能，就必須對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行改革。隨著科技的發(fā)展，可視化軟件不斷出現(xiàn)，使電磁場(chǎng)可直觀表示，這有利于學(xué)生的理解，但同樣需要對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行改革。因此，應(yīng)編撰教材，有針對(duì)性地選取教學(xué)內(nèi)容，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。

《電磁場(chǎng)與電磁波》的授課內(nèi)容中，不同專(zhuān)業(yè)的教學(xué)要求是不一樣的，通信工程專(zhuān)業(yè)的側(cè)重點(diǎn)是電磁波的傳播；電子信息和電子科學(xué)專(zhuān)業(yè)的重點(diǎn)是電磁兼容、電磁干擾和電磁輻射等。一般而言，各高校中此課程的課時(shí)數(shù)普遍偏少，但內(nèi)容很多，因此，應(yīng)根據(jù)本專(zhuān)業(yè)自身的特點(diǎn)和要求選取合適的教學(xué)內(nèi)容。與本專(zhuān)業(yè)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的內(nèi)容，可根據(jù)課時(shí)的安排，有選擇性地講解、介紹或讓學(xué)生自學(xué)。在課堂教學(xué)時(shí)，盡可能地結(jié)合生活和工作中電磁波的具體例子講解，從而加深學(xué)生的學(xué)習(xí)印象，使抽象的、看不見(jiàn)的、摸不著的的電磁波具體化，從而促進(jìn)學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生對(duì)抽象理論知識(shí)的掌握程度。比如，在講授“平面電磁波的極化”、各種極化平面波的特性時(shí)，可舉例水平極化天線的應(yīng)用。如果電視機(jī)的收視效果較差時(shí)，則可調(diào)整天線與地面水平的吻合情況；當(dāng)垂直極化時(shí)，與收音機(jī)的收聽(tīng)效果、天線是否垂直地面有關(guān)。通過(guò)實(shí)例的講述，可使學(xué)生對(duì)這些理論的理解更加深刻。

3 作業(yè)方式的改進(jìn)

作業(yè)環(huán)節(jié)不容忽視，做好該環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)可收到意想不到的效果。從認(rèn)知規(guī)律上看，知識(shí)的學(xué)習(xí)要經(jīng)歷新知識(shí)的獲得、知識(shí)的轉(zhuǎn)化和評(píng)價(jià)。作業(yè)的目的是進(jìn)一步消化、理解課堂上所學(xué)的知識(shí)，從而達(dá)到鞏固課堂知識(shí)的目的。因此，寫(xiě)作業(yè)是學(xué)習(xí)過(guò)程中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。在布置作業(yè)方面，可一分為二：①作業(yè)題目要“少而精”。因材施教是關(guān)鍵，對(duì)于學(xué)習(xí)這門(mén)課程比較吃力的學(xué)生，可以降低題目難度。②將課堂交給學(xué)生?？商崆? d給定章節(jié)，并以2或3個(gè)學(xué)生為一組查閱資料；多人協(xié)調(diào)后選1個(gè)學(xué)生上講臺(tái)，在一堂課的前20 min講授這一章節(jié)的主要內(nèi)容；講授完后，由聽(tīng)課的學(xué)生或教師向講述該章節(jié)的團(tuán)隊(duì)提問(wèn)；最后20 min交給教師。在前面的25 min內(nèi)，教師要起到引導(dǎo)的作用。學(xué)生上講臺(tái)講課，這本身需要學(xué)生對(duì)該章節(jié)有關(guān)知識(shí)的全面了解，同時(shí)，是對(duì)學(xué)生能力的一種鍛煉。在完成該課程的課時(shí)中，爭(zhēng)取使每一個(gè)學(xué)生都有上講臺(tái)的機(jī)會(huì)，并根據(jù)他們?cè)谥v臺(tái)上的表現(xiàn)評(píng)定，以此作為評(píng)價(jià)該課程成績(jī)的依據(jù)之一。

完成論文重要的前提是學(xué)生必須閱讀大量的相關(guān)書(shū)籍。對(duì)于學(xué)習(xí)課程還有余力的學(xué)生，教師可推薦一些文章，指導(dǎo)他們寫(xiě)論文。對(duì)于寫(xiě)得好的學(xué)生，可適當(dāng)加分。

4 課程考試的改進(jìn)

為了評(píng)估、檢測(cè)和督促學(xué)生的學(xué)習(xí)，考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解程度，必須舉行考試，考試是課程建設(shè)和教學(xué)管理的重要環(huán)節(jié)之一，也是測(cè)量和評(píng)價(jià)教學(xué)效果的主要方法和手段。但考試的方式有很多種，考試內(nèi)容也有重點(diǎn)。對(duì)于《電磁場(chǎng)與電磁波》這門(mén)理論性很強(qiáng)的課程而言，檢驗(yàn)其應(yīng)用能力顯然是不切實(shí)際的。因此，檢驗(yàn)學(xué)生正確理解這門(mén)課程內(nèi)容和掌握課程的重點(diǎn)才是關(guān)鍵，而不列顛哥倫比亞理工學(xué)院對(duì)電磁場(chǎng)與電磁涌的考試方式值得借鑒：學(xué)生考試時(shí)可攜帶1張紙進(jìn)入考場(chǎng)，紙上可書(shū)寫(xiě)任何文字、公式或畫(huà)圖，由于只有1張紙，且只能在單面上書(shū)寫(xiě)，所以，必須有效地利用這張紙，這就要求學(xué)生在平時(shí)的課堂中要認(rèn)真聽(tīng)講，積極、主動(dòng)地學(xué)習(xí)，才能正確理解所學(xué)內(nèi)容，掌握課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)。因此，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，提出相應(yīng)的考試方式，包括課程分?jǐn)?shù)的構(gòu)成和比例。學(xué)生們的科研論文和學(xué)習(xí)心得等都應(yīng)納入考試方式中。

5 結(jié)束語(yǔ)

《電磁場(chǎng)與電磁波》在電子信息專(zhuān)業(yè)和通信工程專(zhuān)業(yè)中占有非常重要的地位。掌握本課程的理論知識(shí)，對(duì)電子信息和通信工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言非常重要。因此，組織好該課程的教學(xué)十分關(guān)鍵。在教學(xué)改進(jìn)中，興趣的培養(yǎng)至關(guān)重要，有了興趣后才能談如何學(xué)習(xí)，才能尋求學(xué)習(xí)的方法和技巧；在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)針對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的要求精選教材內(nèi)容；在教學(xué)方式上，應(yīng)做到適當(dāng)?shù)挠哪辉谧鳂I(yè)方式上，應(yīng)做到“一分為二”；在考試模式上，應(yīng)根據(jù)該課程的特點(diǎn)轉(zhuǎn)變方式，注重學(xué)生正確理解課程內(nèi)容的方法。

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〔編輯：張思楠〕