電磁場教學(xué)改革探究

文/郭華華

引言

電磁場理論是電氣工程與電子工程學(xué)科基礎(chǔ)課程。電磁場理論課程又是“電機(jī)學(xué)”、“微波技術(shù)”等后續(xù)專業(yè)平臺課程的先修課程。它偏重理論分析、研究對象抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣。學(xué)生學(xué)習(xí)電磁場理論需要空間想象力、抽象思維能力、邏輯思維能力以及扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底。電磁場課程一直都處于“難教”、“難學(xué)”的狀況，很多學(xué)生對電磁場課程的學(xué)習(xí)望而生畏，如何克服“難”是電磁學(xué)教師一直不斷探究的問題。

1.課程特點(diǎn)

(1)研究概念抽象，時空感強(qiáng):電磁場課程研究的對象是隨時間沿空間變化傳播的電磁波。不管是對其特性進(jìn)行描述還是性質(zhì)分析都非常抽象。

(2)需要的先行知識點(diǎn)多:電磁場涉及到時域、頻域以極化。要求學(xué)生要掌握高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、數(shù)學(xué)物理方法，同時還必須掌握場論和矢量分析的知識。

(3)課程實(shí)驗(yàn)少:電磁場是偏重理論分析的課程，該課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)比較少，基本集中在靜態(tài)場部分，實(shí)驗(yàn)主要以模擬仿真為主，大部分電磁場課程沒有開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，使學(xué)生對電磁場的認(rèn)識不夠深刻。

(4)學(xué)時較少:電磁場學(xué)時數(shù)由開始的180學(xué)時直降為48學(xué)時，使教師授課學(xué)時非常緊張，分秒必爭，容易忽視學(xué)生思考的時間，從而削弱學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.教學(xué)手段和方法改革

(1)重視緒論課。緒論課對學(xué)生學(xué)習(xí)電磁場極其重要的，這是學(xué)生第一次和電磁場課程接觸，學(xué)生對電磁場課程的第一印象對今后課程的學(xué)習(xí)有至關(guān)重要的。在緒論課上，介紹課程的在專業(yè)課程體系中的地位能讓學(xué)生對課程結(jié)構(gòu)有清晰的認(rèn)識，同時也對電磁場課程在該專業(yè)的地位和作用有深入具體的了解。除此以外，還可以介紹電磁學(xué)在本專業(yè)相關(guān)聯(lián)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，以電氣工程為例，可以介紹直流換流站、輸電線路以及變壓器等內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣。同時，對該課程學(xué)習(xí)方法的介紹也很重要。本課程對先行課程的要求比較高，不僅利用先行課程的知識，還有借助先行課程的思想方法，反過來，電磁場課程的學(xué)習(xí)又是對先行課程的應(yīng)用與延展，有利于更加深入理解先行課程。所以，在授課之初，教師先把該課程的一些學(xué)習(xí)方法涉及到的先行課程及先行知識告訴學(xué)生，有利于提高后面課程學(xué)習(xí)的效率。

(2)強(qiáng)調(diào)重要公式推導(dǎo)和充分理解物理概念的內(nèi)涵。在電磁場課程中，重要的公式推導(dǎo)目的是教授學(xué)生分析和解決問題的思路與方法。例如在靜電場中推導(dǎo)邊界條件，重點(diǎn)講授思想與方法。在以后恒定電場、靜態(tài)磁場等一系列邊界條件就不詳細(xì)講解，讓學(xué)生參照靜電場邊界條件的推導(dǎo)自行獨(dú)立推導(dǎo)。這樣既可以讓調(diào)動學(xué)生的主動性，又可以讓學(xué)生將所學(xué)的思想與方法在不同條件下的加以應(yīng)用，更好將學(xué)習(xí)的知識進(jìn)行內(nèi)化。

此外，在教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)物理意義、適用條件、公式含義。例如引入極化強(qiáng)度的目的，極化強(qiáng)度與極化電荷之間的關(guān)系，極化強(qiáng)度引入以后對介質(zhì)里面高斯定理推導(dǎo)的作用等內(nèi)容，讓學(xué)生時刻明白所學(xué)知識之間的各種關(guān)系，增加電磁場知識結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性，避免讓學(xué)生孤立的對待待電磁場中的某一個問題。不管是公式的推導(dǎo)還是物理概念的理解都要緊密的與電磁場研究內(nèi)容緊密相連，并且將電磁場研究問題的角度和方法與普通物理電磁學(xué)內(nèi)容進(jìn)行比較，避免學(xué)生混淆兩者的區(qū)別而失去學(xué)習(xí)興趣。

(3)多種教學(xué)方法相結(jié)合。傳統(tǒng)的電磁場課程教學(xué)主要采用課堂教授為主要授課方式。在實(shí)際教學(xué)中，可以采用多種教學(xué)方法相結(jié)合的手段進(jìn)行教學(xué)?？梢圆捎脤?shí)例教學(xué)，激勵學(xué)生對專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，例如計(jì)算跨步電壓、分析變壓器原理與參數(shù)等，能讓學(xué)生了解電磁場課程與其他專業(yè)知識是密切相連的。課程中一些重要內(nèi)容，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)啟發(fā)式教學(xué)或情景教學(xué)，例如設(shè)置用靜態(tài)場的安培環(huán)路定律分析電容充電問題出現(xiàn)矛盾的情景，用矛盾激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考解決矛盾的方法，從而引出位移電流的概念，得到麥克斯韋方程組的過程。在講授通量與散度時，采用啟發(fā)式教學(xué)，循序漸進(jìn)地按照“面——點(diǎn)——體”的思路進(jìn)行教學(xué)。

(4)利用現(xiàn)代教育技術(shù)，提升教學(xué)效果。學(xué)習(xí)電磁場最主要的問題在于電磁場非常抽象。現(xiàn)代教育技術(shù)正好可以彌補(bǔ)這一問題，充分利用教學(xué)軟件和多媒體教學(xué)課件，讓場形象化，通過場圖直觀地描述場的分布規(guī)律。例如利用Matlab描述理想介質(zhì)中的均勻平面波斜入射到理想導(dǎo)體表面，垂直極化波情況平行和極化波情況，圖形清晰直觀，學(xué)生對這個問題也一目了然。此外，由于電磁場課程學(xué)時數(shù)縮短，課程難度大，如果能利用現(xiàn)代微課，慕課等新型授課方式，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂，將一些原來需要教師在課堂上花費(fèi)大量時間講授的部分內(nèi)容交給在線課堂，而把課堂的時間用作對課前知識學(xué)習(xí)的檢查、鞏固以及深入討論，這樣一方面能培養(yǎng)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的能力，另一方面更有效利用課堂學(xué)習(xí)時間。

3.結(jié)束語

總之，教師需要認(rèn)真研究電磁場理論課程所固有的特點(diǎn)，實(shí)施教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段的改革，因材施教，才能實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的艱巨任務(wù)。

［1］田雨波，張珍凱.“電磁場理論”教學(xué)改革初探 ［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào).2008，(2):11－12.

［2］陳兆權(quán)，胡業(yè)林，楊岸，等.淺談電氣工程專業(yè)課學(xué)習(xí)的電磁場知識準(zhǔn)備 ［J］.中國科技信息 ，2011，(11):193－195.

［3］郜彥華，徐素莉.談電磁場教學(xué)中空間感的充分引導(dǎo)［J］.洛陽理工學(xué)院學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版)，2010，(12):84－86.