“電磁場”課程教學的幾點思考及建議

董亮　朱峰

摘要：“電磁場”課程是電氣工程和電子信息類本科專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，這門課程是學生學習過程中比較難的一門課。對國外大學對于此類課程的教學方法進行了調(diào)研，總結(jié)了國內(nèi)外教學方法的差異，探討了該課程教學方法。

關(guān)鍵詞：電磁場；教學方法；習題課

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）32-0211-02

“電磁場”是電子信息和電氣工程專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎課，其學習的內(nèi)容是后續(xù)《微波技術(shù)》、《電磁兼容》、《電機學》等后續(xù)專業(yè)課程的理論基礎，該門課程的教學對電子信息和電氣工程專業(yè)的學生后期的學習都具有很大幫助。本文研究了“電磁場”課程所固有的特點，分析了該課程的教學難點，結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于此類課程的教學方法和課程設置情況，就教學方法提出了教學改革的思路，希望以此為基礎促進“電磁場理論”課程教學質(zhì)量的提高。

一、課程特點

在學習電的專業(yè)課中，場和路是分析問題和解決問題的兩種方法，因為在長期的學習過程中，學生大多數(shù)對于比較直觀，“看得見”的路的概念比較清晰，也比較容易接受，因此普遍比較重視。但是從電的傳輸和應用來講，場是必不可少的。因此對于電氣工程和電子信息專業(yè)的學生來講，學習《電磁場》非常有必要，這可以幫助學生更容易理解后期學習專業(yè)課中的物理概念，掌握其中的本質(zhì)和精髓。該課程的特點如下。

1.數(shù)學基礎要求高?！半姶艌隼碚摗敝饕婕皥雠c源的關(guān)系，它是以Maxwell方程組為核心，因此在解決問題的過程中需要采用三維矢量偏微分方程組或積分方程組，而且對于不同煤質(zhì)和不同坐標系，場量的描述方程也不相同。課程中很多場的物理屬性，必須建立在由數(shù)學推導得到的數(shù)學結(jié)論的分析的基礎上，課程中涉及大量的計算公式，習題比較難做，需要具有良好的數(shù)學基礎，否則沒有辦法學好這門課。

2.概念性強，內(nèi)容抽象。電磁場是物質(zhì)的一種存在方式，但是這種方式不同于其他簡單的物質(zhì)的概念，它“看不見，摸不著”，因此顯得特別抽象，很多同學對其中一些概念和原理的理解具有一定的困難。

3.學時緊張?！肮こ屉姶艌觥闭n程的學時比較少，我們學校只有48個學時，要在這么短的時間內(nèi)，講述如此多的課程內(nèi)容，對老師和同學都是一種挑戰(zhàn)。

從《工程電磁場》課程的特點來看，這么課程的“教”和“學”都有一定的困難，似的這門課程成了學生公認的難學課程之一。為此我校畢業(yè)的校友專門捐款設立了“電磁場獎學金”，用她自己的話說“只要能把‘電磁場這門課修好，電氣工程學院的學生們其他的課程都能學好”。

二、國外相關(guān)課程的開設情況

作者曾經(jīng)到美國俄克拉荷馬州立大學、澳大利亞昆士蘭大學以及英國的利茲大學進行過學術(shù)交流和訪問。期間對國外三所大學的相關(guān)課程的教學課時和時間分布進行調(diào)研，情況如下。

1.美國的麻省理工大學，開設了《電磁學及其應用》，每周2個學時（每周2次，一次1個小時），每周討論課2個小時，每周還有習題課1個小時。俄克拉荷馬州立大學開設了《電磁場與電磁波》，每周的授課2個小時，還有2個小時的討論和習題課。

2.澳大利亞利亞昆士蘭大學，開設了《電磁場與電磁波》這門課，授課時長為26學時（每周2個小時，13周），另外，每周還有兩個小時的習題討論課。同上該課程的學生交流討論發(fā)現(xiàn)，學生認為這門課相對于其他課程算是簡單的，往往理解了，認真做些作業(yè)，不難通過考試。

3.對英國利茲大學《物理電子學》進行了調(diào)研，這么課程的教學內(nèi)容更多涉及到物理、材料。這門課程的學分為10分，其中授課為20學時（每周2個小時，10個周），example class為10學時，實驗9學時，另外61學時要求學生自學。對正在上這門課的同學進行調(diào)研和討論，得知他們對這門課的教學內(nèi)容也比較陌生，感覺這個課程對他們也比較難，學生反映如果單純只是來聽教授的講課，很難學好，需要好好利用example class，如果有不明白的問題和不會做的題目及時找老師溝通和討論。在同教授交流過程中，他也描述了對這門課程學習過程中example class的重要性，在他看來，example class和正式講課同樣重要，甚至于對學生來講更為重要。通常一個example class課程的學生數(shù)量不超過20人，但是需要的老師有三人，他們不斷回答學生提出的各種問題和疑問，通過這種方式，學生及時有效地對所學知識進行掌握。

三、國內(nèi)課程的開設情況

國內(nèi)大部分電氣工程和電子信息專業(yè)都開設了《電磁場》類的課程，大部分的學時為48—56個學時（每個學時45分鐘），上課的內(nèi)容主要集中在穩(wěn)態(tài)電磁場的教學上，如果講授電磁波的內(nèi)容學時還要延長。上課的方式主要為授課，即老師在講臺上講，學生在教室里聽。

四、中外《電磁場》教學方法的對比

從上面的調(diào)研可以看到，國內(nèi)外對該門課程的教學方法上還是有很大的不同，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.教學時長。國外的教學都是按照小時計算，國內(nèi)1個學時為45分鐘，因此從授課時間上來講，3個學時的課程并沒有比國外2個學時長了多少。

2.討論課和習題課。國內(nèi)很少有這些教學環(huán)節(jié)的設置，國外對于理論性比較的強的課程大都設置討論課和習題課，主要是讓學生有時間來消化吸收所學的內(nèi)容，給學生一個充分學習和交流的機會。

3.學生的自主學習意識。國外學生更多地通過一些網(wǎng)絡資源和圖書資料學習知識，不懂的問題進行討論和歸納，通過討論吸收；國內(nèi)的學生大多通過多做老師布置的題目，通過考試。

五、措施與建議

筆者已經(jīng)進行了近7年的《電磁場》教學，也在不斷對自己的教學方法進行調(diào)整，根據(jù)國外教學的經(jīng)驗，對該門課程的教學提幾點建議。

1.增加討論課和習題課。讓學生有充裕的時間來對自己不懂或者不會的知識進行討論和交流。

2.強調(diào)作業(yè)的重要性。對于理論性較強的課程，除了對知識的理解外，還要通過一定的聯(lián)系，或者說物理模型的建立才能掌握，因此習題的重要性不言而喻。真正讓學生獨立完成其練習，不懂的可以討論和交流，但是必須獨立完成。

3.增加一定的實驗。實驗可以增加學生的興趣，而且可以讓學生有直觀的了解。比如在講靜電場時，可以通過電容器的講解和實驗，讓學生了解靜電場的應用，對磁場的講解可以增加變壓器或者電機的實驗，這樣或許對于這些抽象的知識，更容易認識。

參考文獻：

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