電磁場與波課程體系教學(xué)的探索與實(shí)踐

杜永興　秦嶺　谷宇　侯海鵬

摘 要：電磁場與波課程是自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的重要基礎(chǔ)，也是通信工程與電子信息工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。由于該課程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高，要求學(xué)生掌握微積分、向量分析、場論等相關(guān)數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)，物理基礎(chǔ)要求高，概念性強(qiáng)、內(nèi)容抽象，難學(xué)、難記、難理解，我們提出從五個方面改進(jìn)教學(xué)方法和教學(xué)手段，并建設(shè)電磁場電磁波實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，通過一系列的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)課程，實(shí)現(xiàn)形象化教學(xué)，把抽象的電磁現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生真實(shí)感受到電磁場電磁波的存在，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)研究的興趣，提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 電磁場與波 通信工程 電子信息工程 教學(xué)方法 教學(xué)手段

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0188-02

《電磁場與波》是通信工程專業(yè)，電子信息工程專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。它所涵蓋的內(nèi)容是通信工程專業(yè)和電子信息工程專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的專業(yè)基礎(chǔ)知識，同時(shí)又是許多交叉領(lǐng)域研究突破點(diǎn)和一些邊緣學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)[1-3]。電磁場與波是在《大學(xué)物理》課程的基礎(chǔ)上深入研究電、磁和電磁相互作用現(xiàn)象及其規(guī)律和應(yīng)用的學(xué)科。目前，國內(nèi)外幾乎所有大學(xué)的電氣與電子類、通信和電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的本科生都開設(shè)電磁場與波課程[4-6]。而且是相關(guān)專業(yè)本科生的主要專業(yè)必修課。電磁場與波已經(jīng)成為自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的重要基礎(chǔ)，在廣播、雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、遙感、測控、電子對抗、電子儀器、環(huán)境監(jiān)測、天氣與災(zāi)害預(yù)報(bào)等領(lǐng)域電磁場與電磁波理論得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。該課程是后續(xù)課程諸如微波技術(shù)基礎(chǔ)、天線、光纖通信、電磁測量、電磁兼容、電機(jī)學(xué)、高電壓技術(shù)、電力系統(tǒng)分析、電氣設(shè)備等課程的理論基礎(chǔ)，也為本科生畢業(yè)后從事科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新提供理論支撐。

1 本課程的培養(yǎng)目標(biāo)

我校培養(yǎng)符合國家需要的，具有“上手快、留得住、后勁足” 特點(diǎn)的高層次工程技術(shù)人才。通過該課程教學(xué)，使學(xué)生初步掌握電磁場與電磁波的基本概念、基本規(guī)律和基本分析計(jì)算方法，重視工程問題的電磁場數(shù)學(xué)模型的建立和分析，培養(yǎng)學(xué)生提出問題與解決問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生的適應(yīng)能力和創(chuàng)新能力，滿足高等教育改革對注重綜合素質(zhì)培養(yǎng)、能力培養(yǎng)、加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)的需要。

然而電子信息類課程難度較大，電磁場與波是電子信息類課程中難度最大的課程之一[7]。為了解決電磁場難教、難學(xué)、難記、難理解的問題，我們需要在多年的教學(xué)積累中，不斷優(yōu)化課程理論體系和實(shí)踐教學(xué)體系，抓住課程內(nèi)容主線，深入淺出的教學(xué)，使得學(xué)生掌握電磁場相關(guān)知識的能力有很大程度的提高。

2 課程體系改革的手段

電磁場與波課程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高，要求學(xué)生掌握微積分、向量分析、場論等相關(guān)數(shù)學(xué)知識的基礎(chǔ)，物理基礎(chǔ)要求高，概念性強(qiáng)、內(nèi)容抽象，要求具有較強(qiáng)的事物抽象理解能力：因此，需要教師在進(jìn)行授課時(shí)，根據(jù)學(xué)生對前修課程知識的掌握和理解情況進(jìn)行有針對性的、適當(dāng)?shù)膹?fù)習(xí)。教學(xué)中由淺入深，按部就班，學(xué)會利用電磁場的基礎(chǔ)理論和方法去解決電磁場的實(shí)際工程問題，這樣有助于調(diào)動學(xué)生的興趣，也有助于學(xué)生的理解。

積極探索該課程新的教學(xué)方法和教學(xué)手段；充實(shí)教材內(nèi)容、改進(jìn)教學(xué)方法，豐富教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)教師梯隊(duì)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)踐。具體內(nèi)容如下：

（1）持續(xù)建設(shè)素質(zhì)優(yōu)良的教學(xué)團(tuán)隊(duì)，注重教師隊(duì)伍的梯隊(duì)化和素質(zhì)的提高：培養(yǎng)年齡、學(xué)歷和知識結(jié)構(gòu)合理的教學(xué)梯隊(duì)。

（2）抓好教學(xué)內(nèi)容與課程體系教學(xué)改革，根據(jù)信息技術(shù)的發(fā)展對人才的培養(yǎng)要求充實(shí)修訂教學(xué)大綱，保持大綱和教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性。

（3）加快網(wǎng)絡(luò)教學(xué)綜合平臺建設(shè)，完善功能，豐富資源。

（4）探索該課程新的教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方法。

（5）優(yōu)化電子課件，補(bǔ)充新的內(nèi)容。

3 建設(shè)電磁場電磁波實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

電磁場電磁波看不見摸不到，《電磁場理論》相關(guān)課程的教學(xué)一直以來都是采用理論分析和數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方式在課堂上進(jìn)行講授，學(xué)生往住感覺概念抽象、枯燥無味、難懂難記，教學(xué)效果不佳。然而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會信息化程度的提高，人們越來越離不開電磁場，聽廣播、看電視、手機(jī)通信、無線上網(wǎng)、汽車導(dǎo)航定位等等電磁場的身影無處不在，現(xiàn)代人的生產(chǎn)、工作、學(xué)習(xí)、生活處處置身于各式各樣的電磁場之中。實(shí)現(xiàn)形象化教學(xué)，提高教學(xué)效果一直是許多從事電磁場課程教學(xué)的老師和求知學(xué)子們的期盼。建設(shè)電磁場電磁波實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)能把抽象的電磁現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生真實(shí)感受到電磁場電磁波的存在，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)研究的興趣，提高教學(xué)效果。

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)它由電磁場電磁波實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、檢波器、發(fā)送天線、接收天線、反射板、帶刻度滑軌、滑塊、天線支架、反射板支架、射頻電纜和各式接頭等組成。電磁場電磁波實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)機(jī)箱內(nèi)裝有電磁場電磁波信號發(fā)生器、PN調(diào)制器、頻率計(jì)、電磁強(qiáng)度計(jì)及小型顯示器等。

電磁場電磁波實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可開出電磁場電磁波信號發(fā)生器測試實(shí)驗(yàn)、電磁場分布模擬測量實(shí)驗(yàn)、位移電流測量及電磁場與電磁波的存在實(shí)驗(yàn)、電磁波場強(qiáng)空間的分布實(shí)驗(yàn)、電磁波屏蔽、穿透和繞射實(shí)驗(yàn)、電磁波反射實(shí)驗(yàn)、邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)、電磁波波長測試實(shí)驗(yàn)、電磁波的極化實(shí)驗(yàn)、空間電磁波天線的設(shè)計(jì)與制作、天線方向圖測量實(shí)驗(yàn)、各種天線增益測量實(shí)驗(yàn)、電磁波的PIN調(diào)制與檢波特性實(shí)驗(yàn)、電磁場電磁波在同軸中傳播實(shí)驗(yàn)。可以涵蓋大部分晦澀難懂的理論，讓學(xué)生在動手實(shí)驗(yàn)中理解關(guān)鍵性的理論知識。

4 結(jié)語

該研究探索了電磁場與波課程的教學(xué)方法和教學(xué)手段。并建設(shè)電磁場電磁波實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，通過圍繞該系統(tǒng)設(shè)計(jì)一系列的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)課程，實(shí)現(xiàn)形象化教學(xué)，把抽象的電磁現(xiàn)象，用實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)在學(xué)生面前，讓學(xué)生真實(shí)感受到電磁場電磁波的存在，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)研究的興趣，提高教學(xué)效果，也為后續(xù)微波技術(shù)、天線技術(shù)等課程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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