光電信息類(lèi)“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)改革探討

徐恩明，關(guān)建飛，倪新建

摘要：本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐和目前光電信息類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)現(xiàn)狀，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式三方面提出了一些改革思路以提高“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)新型人才。

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)與電磁波；光電信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2014）06-0042-02

“電磁場(chǎng)與電磁波”作為光電信息類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。通過(guò)學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠運(yùn)用場(chǎng)的觀點(diǎn)分析有關(guān)問(wèn)題，完善知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高專(zhuān)業(yè)水平，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)[1]。然而“電磁場(chǎng)與電磁波”卻是公認(rèn)的難學(xué)、難教的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程之一[2]。而且，南京郵電大學(xué)許多專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了“光波導(dǎo)理論與技術(shù)”、“光纖通信原理與系統(tǒng)”以及“光纖傳輸技術(shù)”等與電磁場(chǎng)與電磁波密切相關(guān)的專(zhuān)業(yè)課程，對(duì)“電磁場(chǎng)與電磁波”的教學(xué)提出了更高的要求。

一、“電磁場(chǎng)與電磁波”教學(xué)現(xiàn)狀

1.內(nèi)容多，課時(shí)少，缺乏更新。為了適應(yīng)專(zhuān)業(yè)的發(fā)展和拓寬學(xué)生的知識(shí)面，相應(yīng)地增加了與專(zhuān)業(yè)相關(guān)的課程，導(dǎo)致“電磁場(chǎng)與電磁波”課時(shí)減少?！半姶艌?chǎng)與電磁波”的教材大都是面向電子信息類(lèi)相關(guān)專(zhuān)業(yè)，且專(zhuān)業(yè)課不斷追蹤學(xué)科發(fā)展前沿，而作為基礎(chǔ)課的“電磁場(chǎng)與電磁波”教學(xué)內(nèi)容得不到及時(shí)調(diào)整與擴(kuò)充。

2.知識(shí)面寬，理論性強(qiáng)，概念抽象。課程中重要原理、定理和公式比較多，需要許多數(shù)學(xué)、物理知識(shí)。且課程中許多物理場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述，大多需要嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。另外，電磁場(chǎng)是一種抽象的物質(zhì)存在形式，課程中的概念比較抽象。

3.純理論教學(xué)，缺乏實(shí)踐與應(yīng)用。大多數(shù)開(kāi)設(shè)“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的院校由于受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，只進(jìn)行純理論的教學(xué)，造成理論與實(shí)踐、應(yīng)用脫節(jié)。

4.考核方式陳舊。目前的考核方式基本上還是以考試為主、平時(shí)成績(jī)?yōu)檩o的考評(píng)機(jī)制。平時(shí)成績(jī)主要包括作業(yè)和出勤。但作業(yè)存在抄襲現(xiàn)象，出勤由于時(shí)間問(wèn)題也只能抽檢。造成平時(shí)成績(jī)的考核會(huì)出現(xiàn)比較大的偏差。

二、提高教學(xué)質(zhì)量的新方法

1.教學(xué)內(nèi)容。①合理調(diào)整適合光電信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的教學(xué)內(nèi)容。光電信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了“光波導(dǎo)理論與技術(shù)”、“光纖通信原理與系統(tǒng)”以及“光纖傳輸技術(shù)”等專(zhuān)業(yè)課程，與這些專(zhuān)業(yè)課程相關(guān)的“電磁場(chǎng)與電磁波”內(nèi)容有時(shí)變電磁場(chǎng)與電磁波傳播、導(dǎo)行電磁波、電磁波傳播模式、色散等，應(yīng)重點(diǎn)掌握這部分內(nèi)容，因此在學(xué)時(shí)的分配上，應(yīng)增加這部分知識(shí)的講授時(shí)間。而均勻平面電磁波的傳播是電磁波傳播部分的基礎(chǔ)，因而，也應(yīng)詳細(xì)講解與闡述。為了使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)有關(guān)專(zhuān)業(yè)課程，在講授導(dǎo)行電磁波這部分內(nèi)容時(shí)，可以穿插一些與其緊密相關(guān)的光波導(dǎo)方面的內(nèi)容。②緊密跟蹤學(xué)科發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)。為了保證教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)，“電磁場(chǎng)與電磁波”的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)緊密跟蹤學(xué)科前沿的發(fā)展動(dòng)態(tài)。只有這樣，教學(xué)內(nèi)容才不至于陳舊，落后于當(dāng)前學(xué)科的發(fā)展，才能不斷向前發(fā)展。近年來(lái)，隨著未來(lái)寬帶光網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和融合，高容量信息技術(shù)需求的高速發(fā)展，出現(xiàn)了微波光子技術(shù)。微波光子技術(shù)集中了微波技術(shù)和光子技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，使微波與光子在概念、器件、電路和系統(tǒng)等方面有機(jī)結(jié)合。當(dāng)前，微波光子技術(shù)非常重要，發(fā)展也很迅速。因而，有必要在“電磁場(chǎng)與電磁波”的教學(xué)過(guò)程中，適當(dāng)補(bǔ)充一些與“電磁場(chǎng)與電磁波”教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的微波光子技術(shù)的研究?jī)?nèi)容與前沿動(dòng)態(tài)，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)與研究興趣，同時(shí)，還能夠培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需要的新時(shí)代的學(xué)生。

2.教學(xué)方法。①理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用相互交叉教學(xué)。學(xué)生往往對(duì)知識(shí)的應(yīng)用比較感興趣，因而，在理論教學(xué)中應(yīng)緊密聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用。一開(kāi)始就要在緒論中介紹電磁波在電力工業(yè)、移動(dòng)通信、射頻識(shí)別、衛(wèi)星通信、雷達(dá)探測(cè)、隱身技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用，提高學(xué)生對(duì)這門(mén)課的興趣。除此之外，還應(yīng)在理論教學(xué)過(guò)程中，緊密地穿插一些具體的應(yīng)用，特別是一些比較新的科技前沿的應(yīng)用。這樣可調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可豐富學(xué)生的科技知識(shí)，從而提高學(xué)習(xí)與教學(xué)效果。②適當(dāng)借鑒研究性教學(xué)。雖然教學(xué)手段在技術(shù)上不斷更新，卻仍然無(wú)法擺脫單純由教師講授的教學(xué)模式。而研究性教學(xué)是一種新的教學(xué)模式，它要求引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探究、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神[3]。適當(dāng)在“電磁場(chǎng)與電磁波”中應(yīng)用研究性教學(xué)方法，設(shè)置與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的研究型課題，引導(dǎo)學(xué)生在課堂上進(jìn)行思考和討論。也可以讓學(xué)生以分組的形式，課后利用網(wǎng)絡(luò)資源，尤其是圖書(shū)館的電子數(shù)據(jù)庫(kù)資源對(duì)研究性課題進(jìn)行研究。一方面可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，加強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和進(jìn)行綜合運(yùn)用的能力，提高學(xué)習(xí)效果；另一方面，可讓學(xué)生獲得研究的經(jīng)歷，為學(xué)生以后的工作和進(jìn)一步深造奠定基礎(chǔ)。③適當(dāng)安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)?！半姶艌?chǎng)與電磁波”課程在大部分院校中主要進(jìn)行理論教學(xué)，使學(xué)生感覺(jué)枯燥無(wú)味。為激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情和興趣，可適當(dāng)安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在沒(méi)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的情況下，也可以利用Matlab等軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。Matlab擁有大量的二維、三維圖形函數(shù)以及豐富的圖形表現(xiàn)功能。利用Matlab可繪制電偶極子和同軸電纜線(xiàn)電場(chǎng)線(xiàn)、等勢(shì)線(xiàn)等。也可以進(jìn)行均勻平面電磁波、球面電磁波在自由空間傳播過(guò)程仿真，矩形波導(dǎo)的場(chǎng)量分布仿真等。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，能夠幫助學(xué)生理解抽象的物理內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生對(duì)本課程的興趣，同時(shí)也能夠加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解，鍛煉學(xué)生觀察和分析問(wèn)題的能力，從而培養(yǎng)他們的初步科研能力。④現(xiàn)代教學(xué)方法和傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合。在“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的教學(xué)中需要綜合利用多媒體和傳統(tǒng)的板書(shū)教學(xué)手段。充分利用多媒體的強(qiáng)大圖形、動(dòng)畫(huà)功能，可把抽象的內(nèi)含的物理過(guò)程充分演示出來(lái)，有效地幫助學(xué)生透徹理解物理本質(zhì)并有效掌握所學(xué)內(nèi)容。另外，由于“電磁場(chǎng)與電磁波”課程具有較多的公式與定理，不僅要知道公式與定理本身的內(nèi)容，更應(yīng)知道公式的來(lái)龍去脈。而且，在公式的反復(fù)推導(dǎo)過(guò)程中，可達(dá)到復(fù)習(xí)的效果，牢固掌握以前所學(xué)的知識(shí)。公式的推導(dǎo)過(guò)程如果還利用多媒體，很容易使學(xué)生感覺(jué)枯燥無(wú)味、產(chǎn)生疲勞，而板書(shū)則可使推導(dǎo)過(guò)程達(dá)到最佳效果。

3.考核方式。適當(dāng)增加筆試以外的成績(jī)?？梢哉n堂設(shè)置一些基本問(wèn)題，讓學(xué)生課后思考與復(fù)習(xí)，然后通過(guò)抽查的方式以督促學(xué)生學(xué)習(xí)。也可以針對(duì)不同的學(xué)生設(shè)置不同的問(wèn)題。對(duì)學(xué)生不定時(shí)進(jìn)行隨堂小測(cè)試，以消除因作業(yè)存在抄襲帶來(lái)成績(jī)?cè)u(píng)定的偏差。另外還可以適當(dāng)布置Matlab仿真小實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)考察學(xué)生的Matlab仿真。通過(guò)增加筆試以外的成績(jī)?cè)u(píng)定，這樣可較真實(shí)地考察出學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論的掌握情況以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力，也可提高學(xué)生的積極性，杜絕個(gè)別學(xué)生想通過(guò)抄襲蒙混過(guò)關(guān)的現(xiàn)象。

為提高光電信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)的“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的教學(xué)質(zhì)量，不僅要求教師在教學(xué)中不斷探索新的教學(xué)方法以激發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且要求教師本身還要不斷地提高自己的業(yè)務(wù)水平，特別是科研水平。只有這樣，才能不斷提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)適合社會(huì)需要的新型人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)建飛，倪新建，徐寧.光電信息類(lèi)本科專(zhuān)業(yè)《電磁場(chǎng)理論》教學(xué)改革研究[J].中國(guó)科技信息，2010，（14）：206-207.

[2]張平娟，丁西明.“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化與教學(xué)方法分析[J].中國(guó)電力教育，2012，（30）：48.

致謝：高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)科研基金（No.20123223120005），南京郵電大學(xué)項(xiàng)目（No.NY212045）。

作者簡(jiǎn)介：徐恩明（1980-），男，安徽碭山人，南京郵電大學(xué)光電工程學(xué)院講師，博士，主要從事微波光子學(xué)方面的教學(xué)與科研工作。