《電磁場理論基礎(chǔ)》課程深層次改革的思考和對(duì)策

劉涵 李平輝 趙妍卉 趙淼

摘要：本文分析了《電磁場理論基礎(chǔ)》課程面對(duì)的主要困難和挑戰(zhàn)，有針對(duì)性的從課程內(nèi)容的層次化組織、教學(xué)方法的綜合運(yùn)用和教學(xué)過程全程化管理與評(píng)估三個(gè)方面，進(jìn)行深入思考和具體實(shí)踐的嘗試，力求提高課堂效率，提升學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力和取得更好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電磁場理論；教學(xué)方法；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）48-0219-02

一、研究現(xiàn)狀

《電磁場理論基礎(chǔ)》課程是通信類電氣類專業(yè)的基礎(chǔ)核心課程。電磁場理論是一門具有濃厚高等數(shù)學(xué)與物理學(xué)色彩的課程，它理論性強(qiáng)、概念抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)煩瑣，歷來被公認(rèn)為是一門難教和難學(xué)的課程。學(xué)生理解和掌握起來有一定的難度，容易導(dǎo)致厭學(xué)、怕學(xué)的情緒，針對(duì)本門課程的特點(diǎn)，需要進(jìn)行深層次的教學(xué)改革的探索與研究實(shí)踐[1，2]?！峨姶艌隼碚摶A(chǔ)》教學(xué)的挑戰(zhàn)[3]主要包括以下幾個(gè)方面。

1.公式多，對(duì)數(shù)理基礎(chǔ)要求高。按照教材[4]的一般要求，必需掌握的原理和定律以及核心公式數(shù)量很多。同時(shí)電磁現(xiàn)象規(guī)律的表達(dá)和描述對(duì)數(shù)理基礎(chǔ)知識(shí)有很大依賴，需要熟練掌握的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力包含微分（方程）、偏微分（方程）、線積分、面積分以及極限與級(jí)數(shù)展開、各種坐標(biāo)系的變換等。

2.信息量大，物理概念多。盡管宏觀電磁現(xiàn)象可由麥克斯韋方程統(tǒng)一表達(dá)，但根據(jù)對(duì)時(shí)間、頻率的不同依賴關(guān)系，分別形成相對(duì)獨(dú)立的物理規(guī)律，包括靜電問題、時(shí)諧問題、電磁波傳輸問題、傳播問題及輻射問題等。此外，不同屬性的電磁問題與實(shí)際生活中大量存在的各類物理現(xiàn)象，涉及到很多物理概念，如：靜電感應(yīng)與靜電平衡、電磁感應(yīng)與渦流、場理論與電路理論、輻射與信息收發(fā)等。

針對(duì)本門課程的一系列挑戰(zhàn)，針對(duì)性的從課程內(nèi)容的層次化組織，教學(xué)方法的綜合運(yùn)用和教學(xué)過程全程化管理與評(píng)估三個(gè)方面，進(jìn)行深入思考和具體實(shí)踐的嘗試。

二、教學(xué)內(nèi)容的組織

針對(duì)課程信息量大，從教學(xué)內(nèi)容的組織方面，研究教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，層次化、模塊化構(gòu)建教學(xué)內(nèi)容。從整門課程的知識(shí)體系安排，到不同章節(jié)內(nèi)容的模塊化處理，再到每節(jié)課的知識(shí)點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容的構(gòu)建，一體化整合內(nèi)容，以利于教學(xué)有效的實(shí)施。

1.針對(duì)課程的知識(shí)體系，由于課時(shí)量有限，圍繞麥克斯韋方程組主要采用演繹的研究思路，先學(xué)習(xí)麥克斯韋方程組的一般規(guī)律，再由一般到特殊，推廣到靜態(tài)場、電磁波的內(nèi)容。這樣的教學(xué)脈絡(luò)清晰，理論演繹嚴(yán)謹(jǐn)，而且所需課時(shí)少。當(dāng)然，在章、節(jié)內(nèi)則靈活采用歸納、演繹、歸納演繹相結(jié)合等多種研究思路。

2.針對(duì)不同章節(jié)內(nèi)容分類，將電磁場理論的知識(shí)模塊化，便于學(xué)生理解和分類。如何將課程內(nèi)容模塊化以及各模塊內(nèi)的知識(shí)點(diǎn)的提煉都是必須認(rèn)真研究的。典型的教學(xué)內(nèi)容安排包括：矢量分析、靜電問題、恒定問題、時(shí)變問題、時(shí)諧問題、電磁波傳輸問題、傳播問題及輻射問題等。在模塊化基礎(chǔ)上還要分析其內(nèi)在的聯(lián)系、前后關(guān)系等。

3.在整體思路和模塊化的成果基礎(chǔ)上，對(duì)每節(jié)課的內(nèi)容組織也力求邏輯性和結(jié)構(gòu)化，內(nèi)容多但結(jié)構(gòu)清晰，便于學(xué)生掌握知識(shí)框架和重點(diǎn)內(nèi)容。在眾多知識(shí)點(diǎn)中，區(qū)分難點(diǎn)和重點(diǎn)，有針對(duì)性地對(duì)各模塊中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行細(xì)致的設(shè)計(jì)。

三、教學(xué)方法的綜合運(yùn)用

課程內(nèi)容公式多、概念抽象，對(duì)數(shù)理基礎(chǔ)要求高，學(xué)生學(xué)習(xí)起來容易產(chǎn)生畏難情緒，教學(xué)實(shí)施中需要有針對(duì)性的采用最有效的教學(xué)方法，并輔以多樣化的教學(xué)方法。

1.電磁場的公式多是其一大特點(diǎn)，但是公式作為電磁規(guī)律的數(shù)學(xué)描述是非常重要的，例如宏觀電磁學(xué)的基本規(guī)律就是麥克斯韋方程組。教學(xué)中需要注意：讓學(xué)生通過理解掌握公式。掌握公式絕不是要學(xué)生死級(jí)硬背幾個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式，而是通過公式能清楚的描述它所表示的物理含義，反過來真正理解后才能形成牢固的記憶。把握知識(shí)點(diǎn)前后的關(guān)聯(lián)，枯燥的公式背后也有其內(nèi)在的聯(lián)系，在基礎(chǔ)性的核心公式上多花時(shí)間，在拓展性的公式上引導(dǎo)、討論。

2.針對(duì)抽象的物理概念，課堂授課綜合運(yùn)用多元復(fù)合式教學(xué)法，以導(dǎo)學(xué)啟發(fā)、形象類比法[5]和計(jì)算的應(yīng)用[6]等方法結(jié)合，幫助學(xué)生掌握和理解。同時(shí)將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用廣泛聯(lián)系，讓學(xué)生嘗試分析和解決與電磁場知識(shí)密切相關(guān)的最新的應(yīng)用問題，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和運(yùn)用知識(shí)的能力。

四、教學(xué)過程全程化管理與評(píng)估

針對(duì)課程特點(diǎn)，將以上的層次化教學(xué)組織和教學(xué)方法的運(yùn)用，深入貫穿整個(gè)教學(xué)過程，對(duì)教學(xué)的各個(gè)階段進(jìn)行全程管理[7]和實(shí)施效果的評(píng)估。

1.準(zhǔn)備階段。教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)大綱的編寫，充分體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容層次化、模塊化的組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)以學(xué)生為本，了解學(xué)生的準(zhǔn)備情況，包括知識(shí)基礎(chǔ)（對(duì)本門課程來說就是高數(shù)和電磁學(xué)知識(shí)的水平）、學(xué)習(xí)風(fēng)格（學(xué)生上課的模式，課外作業(yè)和自習(xí)情況）以及學(xué)生對(duì)本門課程的目標(biāo)和預(yù)期等。在充分研究和了解教學(xué)對(duì)象的基礎(chǔ)上擬定相應(yīng)的進(jìn)度、深度并實(shí)施教學(xué)。

2.實(shí)施階段。教學(xué)實(shí)踐最重要的陣地是每堂課的具體實(shí)現(xiàn)。第一，針對(duì)每堂課的具體內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)，綜合運(yùn)用多種教學(xué)法，利用啟發(fā)式、形象類比法等，重公式背后的物理含義的剖析與討論，重解決問題思想的分析，培養(yǎng)分析問題的能力及想象力。第二，作業(yè)評(píng)分和測試環(huán)節(jié)。為了督促學(xué)生，可以對(duì)作業(yè)進(jìn)行打分，但同時(shí)也不要過于重視分?jǐn)?shù)，應(yīng)該鼓勵(lì)學(xué)生把不會(huì)的作業(yè)帶來一起討論完成，才能防止抄襲。課程中間的測評(píng)也是為了反饋教與學(xué)的階段效果，對(duì)個(gè)別落后的學(xué)生更應(yīng)該多加鼓勵(lì)，而不是因?yàn)榈头侄员┳詶?。第三，課堂之外的互動(dòng)，可以利用學(xué)校提供的教學(xué)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、spoc平臺(tái)等，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，拓展課本以外的知識(shí)和輔助學(xué)習(xí)手段（科學(xué)計(jì)算軟件和計(jì)算機(jī)仿真軟件）。此外，真正關(guān)心學(xué)生和學(xué)生建立良好的溝通交流，也能從側(cè)面提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)階段。對(duì)學(xué)習(xí)過程和效果進(jìn)行全程跟蹤分析、評(píng)估，為此擬改進(jìn)考核方式，分階段考核和期終考試相結(jié)合。試卷需要考察學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中對(duì)知識(shí)的領(lǐng)悟理解和掌握程度，希望學(xué)生考核效果達(dá)標(biāo)，因此分階段考核和期終考試的內(nèi)容與形式也是值得研究的內(nèi)容。

4.課程設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性分析。作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，還可以對(duì)學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)乃至后期的工作進(jìn)行跟蹤和分析，并積極反饋調(diào)整，形成學(xué)與用的良性互動(dòng)。通過考試成績、學(xué)生評(píng)教、后續(xù)的跟蹤反饋等完整周期的結(jié)論，對(duì)整體的教學(xué)效果進(jìn)行全面的分析和評(píng)估。

五、結(jié)語

在本門課程教學(xué)實(shí)踐中，對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行層次化、模塊化組織，將教學(xué)方法結(jié)合具體的知識(shí)點(diǎn)綜合靈活的運(yùn)用，在完整的教學(xué)周期內(nèi)進(jìn)行教學(xué)過程全程化管理與評(píng)估，實(shí)踐和反饋教學(xué)改革的效果。這些教學(xué)理念一點(diǎn)一滴地滲透到教學(xué)實(shí)踐中，落實(shí)到具體教學(xué)的每個(gè)環(huán)節(jié)，每一堂課上，和學(xué)生的學(xué)習(xí)過程緊密結(jié)合，并形成積極的反饋和調(diào)整，促進(jìn)學(xué)習(xí)和教學(xué)效果的共同進(jìn)步，也有利于教學(xué)研究的持續(xù)和深入進(jìn)行。

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