“工程電磁場(chǎng)”教學(xué)研究

朱彥軍 鄭秀萍

【摘 要】“工程電磁場(chǎng)”是電氣工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。教學(xué)中，由于課程內(nèi)容多，授課時(shí)間短等原因，使得這門課程的教與學(xué)存在著一些問題。本文結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)工作的實(shí)際，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特點(diǎn)對(duì)該課程的教學(xué)研究進(jìn)行了有益的探討與實(shí)踐。就如何提高這門課程的學(xué)習(xí)質(zhì)量提出了合理的建議和措施。

【關(guān)鍵詞】工程電磁場(chǎng);課堂教學(xué);教學(xué)研究

Teaching Research on Electromagnetic Engineering

ZHU Yan-jun ZHENG Xiu-ping

（College of Electronics and Information Engineering， Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan Shanxi 030024，China）

【Abstract】Electromagnetic engineering is a fundamental and compulsory course for students who major in electrical engineering. The extensive content and short-term curriculum pose problems to teaching and learning. In many years course instruction， we have explored and revised the teaching approach with regard to the characteristics of the course and the students involved. Based on these practice， we put forward feasible suggestions and measures to improve the teaching quality.

【Key words】Electromagnetic engineering;Teaching method;Teaching content

“工程電磁場(chǎng)”這門專業(yè)基礎(chǔ)課有著完善的理論基礎(chǔ)，廣泛的應(yīng)用背景。既能對(duì)自然、生活現(xiàn)象做出合理解釋亦能對(duì)復(fù)雜的電氣工程問題提供科學(xué)依據(jù)、說明。課程要求學(xué)生掌握“工程電磁場(chǎng)”的基本概念、基本規(guī)律、基本的計(jì)算方法和基本的分析問題方法。能夠運(yùn)用理論知識(shí)解決一些關(guān)于工程電磁場(chǎng)的實(shí)際性工程問題。

作為電氣工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，由于課程特點(diǎn)[1]和現(xiàn)階段本科生自身的特性[2]，加深了這門課的教學(xué)難度。多年來該課被公認(rèn)為難教、難學(xué)，而且很多學(xué)校在教改中對(duì)這門課程壓縮課時(shí)嚴(yán)重，忽視了這門課在教學(xué)中專業(yè)基礎(chǔ)的位置，甚至將其定性為考查課，導(dǎo)致課程受重視程度不夠，沒有達(dá)到這門課程的教學(xué)要求。

本文依據(jù)太原科技大學(xué)和華科學(xué)院的教學(xué)實(shí)踐，結(jié)合教改的成果和課程發(fā)展的現(xiàn)狀。談?wù)勎覀兘萄惺业慕虒W(xué)經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)。

1 講好緒論課，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣

好的緒論講解能打消學(xué)生的學(xué)習(xí)顧慮，淡化學(xué)生基礎(chǔ)差的心理陰影。樹立克服學(xué)習(xí)困難的決心。在緒論講解中可以介紹前人成果，總結(jié)學(xué)科現(xiàn)狀，展望未來發(fā)展，和同學(xué)探討學(xué)習(xí)方法，從而激起學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)中與學(xué)生聊一些生產(chǎn)生活中的電磁現(xiàn)象：人體靜電、人體輝光、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器、電報(bào)、電話、收音機(jī)、熱核聚變裝置等等。讓學(xué)生在聽故事中培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)引導(dǎo)、鼓勵(lì)學(xué)生靈活運(yùn)用學(xué)到的知識(shí)分析問題、解決問題。適當(dāng)引入雷達(dá)、天線、電磁測(cè)量、磁力探傷、渦流探傷為后續(xù)課程做好鋪墊。

好的課程講解要求教師既要熟悉掌握教材的內(nèi)容，又要閱讀相關(guān)雜志、文獻(xiàn)，了解最新的發(fā)展動(dòng)態(tài)，收集整理相關(guān)資料，更新教學(xué)內(nèi)容。此外教師還要鍛煉表達(dá)能力，提升講課藝術(shù)。這樣才能多角度調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

2 合理運(yùn)用多媒體教學(xué)，[3]提高課堂教學(xué)質(zhì)量

教學(xué)實(shí)踐表明，多媒體教學(xué)是不能取代板書教學(xué)的，只有合理運(yùn)用多媒體，注重兩者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，教師才能提高教學(xué)質(zhì)量，活躍課堂氣氛;學(xué)生才能緊跟教師思路，完成大容量課堂教學(xué)的任務(wù)。

“工程電磁場(chǎng)”這門課程的教學(xué)任務(wù)之一是培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)推導(dǎo)能力和空間思維能力。在教學(xué)中我們采用板書與多媒體配合;平面圖形與立體三維圖形與動(dòng)畫配合的教學(xué)方法，才能更好地完成這一任務(wù)。

如在講解正弦均勻平面波的傳播[4]時(shí)，正弦均勻平面波的傳播方向與電場(chǎng)、磁場(chǎng)方向三者相互垂直且滿足右手螺旋關(guān)系，有些學(xué)生很難想象波的空間傳播，如圖1。教師首先通過多媒體展示并講解電場(chǎng)、磁場(chǎng)、傳播方向三者相互垂直且滿足右手螺旋關(guān)系的傳播示意圖。這樣學(xué)生首先從視覺上有了一個(gè)正確的波的傳播概念，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的好奇心。教材中講解波動(dòng)方程推導(dǎo)步驟省略較多， 學(xué)生不易看懂。通過板書推導(dǎo)波動(dòng)方程，學(xué)生思維活躍，課堂氛圍較好，能夠較好的掌握推到步驟。最后展示正弦均勻平面波傳播的動(dòng)畫。這樣的一堂課從講課內(nèi)容來說，講課由簡(jiǎn)入難;從思維角度來說，立體——抽象——立體。最終達(dá)到了較好的教學(xué)效果。

圖 1 正弦均勻平面波的傳播

3 理論聯(lián)系實(shí)際，開闊學(xué)習(xí)視野

“工程電磁場(chǎng)”這門課程理論性性強(qiáng)，抽象。在生產(chǎn)、生活中有著廣泛的應(yīng)用。在教學(xué)中應(yīng)該強(qiáng)調(diào)理論的準(zhǔn)確，思路的嚴(yán)緊，注重理論聯(lián)系實(shí)際。講課要貼近生活，貼近實(shí)踐。教學(xué)中多運(yùn)用“工程電磁場(chǎng)”的理論解釋日常生活現(xiàn)象和工程實(shí)實(shí)例，鼓勵(lì)學(xué)生將抽象的理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際相聯(lián)系。

比如靜電場(chǎng)中可以講雷陣雨天氣的閃電現(xiàn)象，恒定電場(chǎng)中電焊拉弧現(xiàn)象，恒定磁場(chǎng)中電磁閥的原理，在講準(zhǔn)靜態(tài)電磁場(chǎng)中的渦流時(shí)可以加入電磁爐的原理，講平面電磁波時(shí)可以講收音機(jī)、電視機(jī)的信號(hào)發(fā)射、接收原理等等。通過現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)例，學(xué)生加深了對(duì)“工程電磁場(chǎng)”的理論認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)了用“工程電磁場(chǎng)”的理論分析實(shí)際問題的能力。教師講課要理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生學(xué)習(xí)要注意學(xué)以致用。

4 綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)以致用

課程實(shí)驗(yàn)是教師引導(dǎo)學(xué)生理解課程內(nèi)容，培養(yǎng)動(dòng)手能力的教學(xué)單元。是學(xué)生接觸生產(chǎn)生活和工程應(yīng)用的手段。針對(duì)“工程電磁場(chǎng)”課程專業(yè)基礎(chǔ)性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，以往的理論性實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)完全是教材提供教學(xué)大綱，提供實(shí)驗(yàn)步驟。學(xué)生只要按部就班就能做出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。這種固定的實(shí)驗(yàn)一做就是好多年，已經(jīng)談不上時(shí)代背景，學(xué)科發(fā)展了。

這種教材提供的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)在教學(xué)的需求。為了培養(yǎng)獨(dú)立、創(chuàng)新型學(xué)生，現(xiàn)代教學(xué)推薦學(xué)校開設(shè)綜合性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的編寫應(yīng)根據(jù)本校電氣工程類專業(yè)的教學(xué)特點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)室設(shè)備情況。合理開發(fā)綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，編寫實(shí)驗(yàn)大綱。

綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是一種模擬科學(xué)研究的新型教學(xué)模式，實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合，在教學(xué)中以學(xué)生為主體，教師引導(dǎo)學(xué)生利用已學(xué)的課程知識(shí)，自學(xué)部分后續(xù)課程，自己搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證基礎(chǔ)理論，提高對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力與實(shí)踐能力。

例如：以30人的班為例，開發(fā)位置傳感器的綜合性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。我們提供了5種位置傳感器如圖2，學(xué)生按興趣分組，可以看出每組6人進(jìn)行接近式位置傳感器性能測(cè)試。

圖2 5種傳感器

要求：學(xué)生根據(jù)提供的5類傳感器運(yùn)用相應(yīng)的電磁學(xué)原理，自學(xué)相關(guān)的傳感器知識(shí)。利用數(shù)電、模電知識(shí)設(shè)計(jì)外圍電路，檢測(cè)傳感器位置，書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)答辯。

實(shí)驗(yàn)過程中有參加過電子設(shè)計(jì)大賽的學(xué)生，把傳感器整合到電動(dòng)汽車上;參加機(jī)器人大賽的把傳感器整合到機(jī)器人上;喜歡航模的把傳感器整合到飛機(jī)上測(cè)量螺旋槳轉(zhuǎn)速;喜歡無線電的把傳感器測(cè)得信號(hào)以短信形式傳到手機(jī)上。這樣的實(shí)驗(yàn)形式多樣，結(jié)果各異，達(dá)到了教學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的。

在這樣的課題學(xué)習(xí)中學(xué)生們一起探討問題，集思廣益。最終鞏固了電路、模電、數(shù)電的知識(shí);同時(shí)發(fā)現(xiàn)了電磁場(chǎng)在工作、生活中的應(yīng)用前景;也為學(xué)生學(xué)習(xí)傳感器技術(shù)打開了一扇新門。這樣的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)了學(xué)生的探索、求知的欲望。學(xué)生在項(xiàng)目中鍛煉了發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、解決問題的能力。他們把自己當(dāng)成科研人員，查資料、做實(shí)驗(yàn)、編寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，每個(gè)人的學(xué)習(xí)興趣都被最大限度調(diào)動(dòng)。

5 結(jié)語

基于“工程電磁場(chǎng)”的教學(xué)特點(diǎn)，任課教師要不斷總結(jié)自己的教學(xué)心得，參考其他教師的成功經(jīng)驗(yàn)，研究教學(xué)方法，改進(jìn)教學(xué)手段，提高講課藝術(shù)來吸引學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生分析問題解決問題的能力。教師要跟上專業(yè)發(fā)展的形勢(shì)，認(rèn)真學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，提高自身素質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生分析工程實(shí)例，鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)相關(guān)課程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。合理運(yùn)用多媒體和仿真工具輔助教學(xué)，積極引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成課程實(shí)驗(yàn)。做到以課本教學(xué)為主，課程實(shí)驗(yàn)為輔，培養(yǎng)能獨(dú)立分析問題、解決問題，有動(dòng)手能力的大學(xué)生。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]馮慈璋.馬西奎工程電磁場(chǎng)導(dǎo)論[M].高等教育出版社，2003，2：220-222.

[責(zé)任編輯：薛俊歌]