“電磁場與電磁波”課程教學(xué)方法創(chuàng)新的研究

凌濱+鄧艷+馬梅

摘?要：從課程內(nèi)容、教學(xué)手段、課程實(shí)踐等方面論述“電磁場與電磁波”課程改革創(chuàng)新的基本構(gòu)想，通過對課程教學(xué)方法的改革創(chuàng)新，增強(qiáng)教學(xué)質(zhì)量，以完成學(xué)科人才培養(yǎng)的目標(biāo)，培養(yǎng)出滿足當(dāng)今社會需求的學(xué)生。

關(guān)鍵詞：電磁場與電磁波;學(xué)科建設(shè);改革創(chuàng)新;人才培養(yǎng)

中圖分類號：G642.41???文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???文章編號：10017836（2015）10006402

引言

“電磁場與電磁波”是通信工程、電子信息工程、自動化和電氣自動化等電類專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程理論是從事電類領(lǐng)域工作的科技工作者應(yīng)必備的知識，只有牢固的基礎(chǔ)知識才能讓大電類學(xué)生在技術(shù)創(chuàng)新的潮流中站穩(wěn)腳跟。為了滿足對寬口徑科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求，高校各專業(yè)開設(shè)課程數(shù)量增加，種類多樣，課程學(xué)時減少。面對理論深度變大、學(xué)時減少的教學(xué)現(xiàn)狀，迫切需要對課程原教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃、教學(xué)實(shí)踐計劃、教學(xué)培養(yǎng)重點(diǎn)、教材合理選用等方面做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，對課程教學(xué)方法進(jìn)行改革創(chuàng)新，為課程教學(xué)高質(zhì)量地完成提供肥沃的土壤。

1?課程現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，電磁場理論在超導(dǎo)研究、光纖通信、電磁兼容、電對抗、生物電磁學(xué)等前沿領(lǐng)域中有著舉足輕重的作用，有著廣泛和綜合的應(yīng)用。“電磁場與電磁波”同時也是邊緣科學(xué)、交叉科學(xué)的孕育點(diǎn)，學(xué)生對知識的儲備能以不變應(yīng)萬變。在有限的課堂時間內(nèi)完成現(xiàn)有的教學(xué)內(nèi)容，時間緊，任務(wù)重，工作量大。為了完成教學(xué)內(nèi)容，必須滿堂灌輸，學(xué)生學(xué)習(xí)強(qiáng)度大，加上電磁場與電磁波的物理概念抽象，學(xué)生難于理解，學(xué)習(xí)吸收效果不明顯。大強(qiáng)度的課程理論學(xué)習(xí)灌輸，外加缺少實(shí)驗(yàn)針對性的描述，讓同學(xué)們普遍感到教學(xué)進(jìn)度太快，教學(xué)太難，不利于學(xué)科的建設(shè)和長遠(yuǎn)發(fā)展[1—6]。

2?教學(xué)內(nèi)容、方法的改革

2.1?教學(xué)內(nèi)容的改革

電磁場中矢量分析主要講解三種坐標(biāo)系、散度、旋度、梯度、高斯定理、斯托克斯定理和格林定理等場量的概念。由于學(xué)生們有一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，現(xiàn)將學(xué)時壓縮為4學(xué)時，其他內(nèi)容在網(wǎng)絡(luò)答疑。

靜態(tài)場和時變場為電磁場所研究的兩大場量，各種場之間有著不同的性能，同時也有緊密的聯(lián)系。先分析靜電場，再分析恒定電場與恒定磁場，最后分析時變電磁場，這樣的順序是傳統(tǒng)教學(xué)模式，該過程需要較多的學(xué)時。麥克斯韋方程組是完整的理論體系核心，同時由于在大學(xué)物理基礎(chǔ)課程中有關(guān)于電磁學(xué)的基本知識，學(xué)生們有一定的知識積累，為了節(jié)省學(xué)時，增加學(xué)生們對知識的系統(tǒng)掌握，可以在麥克斯韋方程組核心內(nèi)容中穿插連續(xù)講解靜電場、恒定電場與恒定磁場、邊值問題的解等相關(guān)問題，用以求解。

課程教學(xué)按照從電磁場的基本方程導(dǎo)出麥克斯韋方程組，得到系統(tǒng)的分析，再討論電磁場運(yùn)動的基本規(guī)律，了解電磁場的主要內(nèi)容。電磁場主要規(guī)律之間的關(guān)系見表1。這樣按課程內(nèi)容的銜接來講，可節(jié)省12學(xué)時。

表1

電磁場主要規(guī)律之間的關(guān)系

環(huán)?境規(guī)?律麥克斯韋方程組靜電場恒定磁場電磁感應(yīng)高斯定律磁通連續(xù)性原理安培環(huán)路定律電磁感應(yīng)定律

由于學(xué)時的限制要求，以及后續(xù)微波與天線課程的開設(shè)，電磁波部分內(nèi)容只講解均勻平面波的反射和透射，均勻平面波在理想介質(zhì)和導(dǎo)電介質(zhì)的傳播特性，均勻平面波對分界面的垂直入射。該部分的內(nèi)容以電磁波傳播特性為核心，相比傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)時不做大的變更。

2.2?教學(xué)方法的改革

為了教學(xué)質(zhì)量的提升，在細(xì)化教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，必須優(yōu)化教學(xué)手段，為課程的發(fā)展注入核心的力量。以下主要從教材選用、教學(xué)方式選擇、考核資源建設(shè)三個方面進(jìn)行仔細(xì)分析。

2.2.1?教材選用

教材是學(xué)生們學(xué)習(xí)的基本材料，是課程教學(xué)的基礎(chǔ)輔導(dǎo)資料，在提高教學(xué)質(zhì)量中起著舉足輕重的作用。教材《電磁場與電磁波》，作者謝處方，高等教育出版社出版，其內(nèi)容條理清晰，理論實(shí)踐結(jié)合，方便學(xué)生課后自學(xué)，符合課程改革創(chuàng)新的要求，因此選其作為教材。

2.2.2?教學(xué)方式選擇

在課程教學(xué)改革創(chuàng)新的計劃中，將摒棄傳統(tǒng)板書的教學(xué)方式，打造多媒體課件與黑板板書相結(jié)合“電磁場與電磁波”的教學(xué)方式，方便快捷地讓同學(xué)們高效地學(xué)習(xí)吸收知識。該課程理論復(fù)雜，貫穿整個教學(xué)內(nèi)容，數(shù)學(xué)推導(dǎo)頻繁，公式較多，綜合考慮在大電類專業(yè)的基礎(chǔ)教學(xué)中屬于難點(diǎn)?？紤]到這門課的特點(diǎn)，為了降低教學(xué)難度，傳統(tǒng)教學(xué)一直采用用語言、黑板板書的教學(xué)方式。在這門課中有許多像關(guān)于均勻平面電磁波的傳播、極化波等抽象且難以用簡單通俗的語言讓學(xué)生理解的概念，為解決同學(xué)們理解的困惑，結(jié)合現(xiàn)代科技手段，我們制作了多媒體課件，用以動態(tài)形象地演示抽象內(nèi)容，讓學(xué)生們更加容易掌握利用相關(guān)的理論知識。很多學(xué)生對多媒體教學(xué)短時間、信息量大的教學(xué)模式不適應(yīng)，考慮到此問題，該課程教學(xué)在重難點(diǎn)問題上保留傳統(tǒng)板書的教學(xué)方式，在教學(xué)的過程中加強(qiáng)師生之間的互動，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)板書詳細(xì)講解難深理論，多媒體教學(xué)形象生動解釋抽象問題，二者的結(jié)合為課程改革創(chuàng)新夯實(shí)了堅(jiān)定的基礎(chǔ)。

2.2.3?考核資源建設(shè)

考核資源的建設(shè)，主要是指“電磁場與電磁波”試題庫的建設(shè)。這門課的理論知識比較難以理解，為了教學(xué)質(zhì)量的提升以及學(xué)生透徹理解分析問題，老師和學(xué)生均需要大量的習(xí)題進(jìn)行鞏固加強(qiáng)。如果僅憑課堂學(xué)習(xí)，老師對講輔導(dǎo)，這樣資源有限，為此我們用VB.net制作了 “電磁場與電磁波”

習(xí)題及試題庫。以下以東北林業(yè)大學(xué)的試題庫建立為案例分析。東北林業(yè)大學(xué)習(xí)題及試題庫管理系統(tǒng)主要分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)、相關(guān)性習(xí)題錄入、習(xí)題的矯正、習(xí)題預(yù)覽導(dǎo)入word以及操作記錄查詢幾個主要部分。習(xí)題庫中針對典型重點(diǎn)問題，結(jié)合多本教材的習(xí)題及解答，做大量參考題型整理。針對每一章節(jié)，改批完作業(yè)后，整理學(xué)生作業(yè)中較好的習(xí)題解法，將新鮮的解題思路、方法補(bǔ)充到習(xí)題庫中，最后通過校園網(wǎng)的平臺公開本章的作業(yè)及解答。這樣方便學(xué)生理解課程和明確解題思路;另一方面可以壓縮習(xí)題課的課時，讓學(xué)生高效率地掌握教學(xué)難點(diǎn)。本題庫不僅方便學(xué)生的學(xué)習(xí)，同時也方便老師的教學(xué)。老師可以通過這個平臺對習(xí)題進(jìn)行綜合篩選，最后出一套高水平高質(zhì)量的試卷用以反映學(xué)生學(xué)習(xí)的真實(shí)情況。老師利用此習(xí)題及試題庫的順序?yàn)椋簭脑嚲砉δ苣K進(jìn)入，然后在題庫中瀏覽，移動按鈕選擇題目，點(diǎn)擊“確認(rèn)”鍵用以確認(rèn)，然后自動生成一張?jiān)嚲?，教師可在此卷的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際條件作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整修改。作為大電類的專業(yè)基礎(chǔ)課，在課程教學(xué)銜接中起著舉足輕重的作用。本庫的知識肯定能為其他課程公用，因此將該課程的習(xí)題及試題庫搭建成公共平臺，方便相關(guān)專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)的同時，也方便教學(xué)的銜接與交流。

3?實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

作為電類的基礎(chǔ)課程，為了讓學(xué)生更加深入地了解學(xué)習(xí)理論知識，必須將理論知識與實(shí)踐相結(jié)合。在理論與實(shí)踐相輔相成中，為拓展課程的學(xué)習(xí)提供有利條件。

“電磁場與電磁波”課程在各類高校中較少開展實(shí)驗(yàn)，結(jié)合學(xué)科建設(shè)的需要，必須提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。針對學(xué)生創(chuàng)新能力的提升，課程改革創(chuàng)新在教學(xué)任務(wù)中設(shè)計了一些基于 M atlab等軟件的設(shè)計實(shí)驗(yàn)任務(wù)。電磁場與電磁波現(xiàn)象不僅具有復(fù)雜的空間分布， 而且還有不可見的特性， 通常情況下只能進(jìn)行抽象的想象或是通過儀器進(jìn)行測量和觀察，基本的條件下學(xué)生很難理解電磁問題及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。Matlab具有強(qiáng)大的工程計算能力以及多功能的圖形處理能力， 通過Matlab可以將理論公式或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)在空間的分布和規(guī)律直觀地描繪出來， 并提供旋轉(zhuǎn)視角功能，

這樣能讓學(xué)生更加簡單、直觀地分析問題，理解問題。通過這樣的課題的實(shí)踐學(xué)習(xí)，學(xué)生的觀察學(xué)習(xí)能力、綜合分析能力、實(shí)踐編程能力將會大幅度提高，在老師的指導(dǎo)下能高效率地完成教學(xué)實(shí)踐任務(wù)，高質(zhì)量地掌握教學(xué)理論知識。

表2

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時分配表（共4學(xué)時）

實(shí)驗(yàn)順序?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目名稱學(xué)?時實(shí)驗(yàn)類型第一次理想介質(zhì)中均勻平面電磁波的傳播2學(xué)時驗(yàn)證第二次電磁波的極化實(shí)驗(yàn)2學(xué)時

驗(yàn)證??結(jié)束語

本課程的教改是以東北林業(yè)大學(xué)校級重點(diǎn)課程建設(shè)為背景進(jìn)行的。我們的目的是在教學(xué)內(nèi)容上力求與前期及后續(xù)課程完整銜接，內(nèi)容設(shè)置上充分考慮電子信息、通信專業(yè)和自動控制專業(yè)課程設(shè)置的系統(tǒng)完整性。對于課程教學(xué)方法的創(chuàng)新表現(xiàn)為用有限的教學(xué)時間，進(jìn)行高效率高質(zhì)量的教學(xué)，運(yùn)用現(xiàn)有的先進(jìn)教學(xué)手段結(jié)合傳統(tǒng)的教學(xué)方式聯(lián)合教學(xué)，讓“電磁場與電磁波”

課程的理論知識更加形象生動，實(shí)踐內(nèi)容更加有意義。通過教學(xué)方式的改革創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，為學(xué)科建設(shè)注入新的活力。

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（責(zé)任編輯：侯秀梅） ?2015年10月第34卷第10期

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