電磁場原理的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ρ芯?/h1>
2017-05-30 14:29:40陳建軍辜永紅于彥濤韓慶文葉雷
高教學(xué)刊 2017年3期
陳建軍 辜永紅 于彥濤 韓慶文 葉雷
摘 要：文章通過針對電磁場原理的實(shí)驗(yàn)課程存在的創(chuàng)新能力不足問題，建議建立教師激勵(lì)機(jī)制，提高教師的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，改善實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新內(nèi)容。同時(shí)針對不同層次的學(xué)生，構(gòu)建不同層次的梯級(jí)實(shí)驗(yàn)體系，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，提高教學(xué)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：電磁場原理；實(shí)驗(yàn)課程；教學(xué)質(zhì)量；創(chuàng)新能力
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）03-0063-02
一、概述
電磁場原理課程是本科信息技術(shù)類的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，為電子科學(xué)技術(shù)、通信工程、電氣工程、光電工程和生物工程技術(shù)等專業(yè)的必修課程之一。電磁場原理的知識(shí)在許多工程領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。除了我們熟知的通信工程領(lǐng)域外，電磁場在其他高精尖領(lǐng)域也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如醫(yī)學(xué)的核磁共振技術(shù)，材料的無損探傷技術(shù)，傳感器的方向性控制技術(shù)和微智能控制技術(shù)。基于電磁場原理的知識(shí)，這些領(lǐng)域的技術(shù)都還將繼續(xù)快速發(fā)展[1，2]。
因此電磁場原理課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課，在工程應(yīng)用中，得到越來越廣泛的應(yīng)用，突出了知識(shí)的重要性。雖然電磁場課程改革已經(jīng)得到了很大的進(jìn)步，但是現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容存在缺乏創(chuàng)新的問題，許多地方需要改進(jìn)，本文根據(jù)重慶大學(xué)電磁場原理存在的問題，提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新改革建議，提高教學(xué)質(zhì)量。
二、電磁場原理實(shí)驗(yàn)課程存在的問題
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原有的電磁場實(shí)驗(yàn)課程越來越需要進(jìn)行改革，現(xiàn)有的電磁場實(shí)驗(yàn)課程存在的主要問題涉及多方面。本文僅僅從實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新角度分析實(shí)驗(yàn)課程存在的問題。
一方面電磁場受制于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)條件和教師實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)水平，實(shí)驗(yàn)主要停留在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少培養(yǎng)創(chuàng)新能力的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如動(dòng)態(tài)電磁場測量，僅僅測量電磁場的強(qiáng)度[4]。但是對于電磁場的方向性受制于實(shí)驗(yàn)儀器和條件，難以進(jìn)一步提高測量精度，特別是對于實(shí)際電磁場受邊界條件的影響，更是難以提高測量。但是這些問題在實(shí)際工程研發(fā)中，卻是必須要求解決的問題。對于演示性的實(shí)驗(yàn)，有時(shí)實(shí)驗(yàn)課程的方法一致沿用很多年，一直沒有內(nèi)容上的創(chuàng)新，讓部分學(xué)生覺得電磁場原理課程難以掌握，直接影響學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。所以迫切需要進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究和探索，尋求解決的方法。
另一方面教師在開創(chuàng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的主觀能動(dòng)性不足。教師創(chuàng)新主動(dòng)性不足主要涉及兩個(gè)方面。一是在現(xiàn)有的監(jiān)督機(jī)制下，學(xué)校相對重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而對實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視不足。學(xué)校安排各種層面的督導(dǎo)專家和老師對理論教學(xué)的教師進(jìn)行聽課，并通過學(xué)生考試系統(tǒng)，對理論教學(xué)的老師進(jìn)行評價(jià)，并對連續(xù)三年的考試內(nèi)容做出不得達(dá)到20%以上的強(qiáng)制規(guī)定，這些都體現(xiàn)了對理論教學(xué)的重視。相對于理論課程，學(xué)校一般沒有安排實(shí)驗(yàn)課程一樣的監(jiān)督和管理。因此，部分教師沒有足夠的重視，以完成工作量為目的的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，必然會(huì)導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量難以提高。二是現(xiàn)有的考核機(jī)制下，學(xué)校對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師缺少實(shí)際可行的政策傾斜。如實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理的考核，一般考核實(shí)驗(yàn)室的軟件和硬件建設(shè)，而不會(huì)對教師個(gè)人進(jìn)行建設(shè)成效的考核?？己说囊蟛粔蚪∪?，也使得教師缺少開拓實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的主觀能動(dòng)性。
因此需要從實(shí)驗(yàn)條件和教師主觀能動(dòng)性角度提升實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新機(jī)制，提升電磁場課程的教學(xué)質(zhì)量。
三、建立實(shí)驗(yàn)課程的創(chuàng)新機(jī)制
利用已有的理論教學(xué)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，綜合分析電磁場和電磁波課程的理論和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。根據(jù)理論教學(xué)，積極調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，建立實(shí)驗(yàn)課程的創(chuàng)新機(jī)制。
一方面通過各種獎(jiǎng)勵(lì)措施和鼓勵(lì)措施提高教師開設(shè)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，提供必要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)和設(shè)備，激發(fā)教師的創(chuàng)新能力。在獎(jiǎng)勵(lì)措施方面，提高教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的勞動(dòng)報(bào)酬，讓其愿意積極開拓實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)條件。如電磁場在導(dǎo)電煤質(zhì)中的傳播測量實(shí)驗(yàn)，可以通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測量電磁場強(qiáng)度的衰減，也可以通過一般軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到衰減系數(shù)。雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體現(xiàn)了理論教學(xué)中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，也就是驗(yàn)證了電磁波通過導(dǎo)電煤質(zhì)后，強(qiáng)度衰減的問題，但是實(shí)驗(yàn)沒有解決導(dǎo)電煤質(zhì)如何對電磁波強(qiáng)度衰減的機(jī)制。如果實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步采用最新Ansys軟件，將導(dǎo)電煤質(zhì)的電導(dǎo)率從常數(shù)分布，變?yōu)閷?shí)際的分布參數(shù)，對電流分布從原理的線分布，變?yōu)閷?shí)際的空間不均勻分布，并給出線內(nèi)和線外電磁場動(dòng)態(tài)分布圖，那么電磁場分析就接近實(shí)際工程問題，可以讓學(xué)生更深層次地理解電磁波衰減的原理和機(jī)制。這方面創(chuàng)新能力的提高，需要教師的不斷付出，一方面教師需要不斷加強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)，不斷利用新工具，開設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)需要將這些內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化，讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容越來越體現(xiàn)理論教學(xué)內(nèi)容，越來越接近工程實(shí)際問題。另一方面學(xué)校也需要不斷通過各種激勵(lì)措施，激發(fā)教師的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意愿，形成良性循環(huán)，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。
另一方面，針對不同層次的學(xué)生，構(gòu)建不同層次的梯級(jí)實(shí)驗(yàn)體系。對于學(xué)生的不同學(xué)習(xí)水平，設(shè)置不同的電磁場實(shí)驗(yàn)。如有些學(xué)生對于死記硬背的知識(shí)掌握較好，但是動(dòng)手能力不強(qiáng)，而有些學(xué)生恰恰相反。此時(shí)需要設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)，讓不同條件的學(xué)生都能適應(yīng)實(shí)驗(yàn)。對于同樣一條電磁場原理的知識(shí)點(diǎn)，可以采用不同的驗(yàn)證方法和驗(yàn)證工具。如對于直線的線電流周圍空間的電磁的動(dòng)態(tài)分布，可以直接采用鐵屑在垂直于線電流的分布狀態(tài)來反映，這是一種直觀的定性分析，但是不能解決定量分析問題。如果需要進(jìn)行定量分析，那么可以采用磁變傳感器放置在線電流周圍，通過磁致伸縮理論或磁變傳感器的頻率變化進(jìn)行分析。也可以采用最新Comsol軟件進(jìn)行多物理場分析，一方面反映電流通過導(dǎo)電體產(chǎn)生的磁場變化，另一方面還可以反映電流通過導(dǎo)電體后產(chǎn)生的熱量，改變導(dǎo)電體的電阻和體積，反過來又影響電流的分布和磁場的強(qiáng)度，從而可以更精確地分析實(shí)際線電流在周圍的電磁場的分布狀況。對于同一個(gè)問題，這種既可以采用軟件進(jìn)行仿真，也可以通過不同的實(shí)驗(yàn)手段測量分析的方法，讓不同知識(shí)水平的學(xué)生自由選擇，甚至采用學(xué)生自己創(chuàng)新的方法進(jìn)行解決，教師需要不斷鼓勵(lì)這樣的行為，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
四、結(jié)束語
本文通過針對電磁場原理的實(shí)驗(yàn)課程存在的創(chuàng)新能力不足問題，建議通過各種措施提高教師主觀能動(dòng)性，建設(shè)新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開設(shè)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時(shí)針對不同層次的學(xué)生，構(gòu)建不同層次的梯級(jí)實(shí)驗(yàn)體系，提高教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)
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[2]熊慶旭.以學(xué)生創(chuàng)造性思維培養(yǎng)為核心的“信號(hào)與系統(tǒng)”課程信息化建設(shè)初探[J].工業(yè)和信息化教育，2016，7：46-53.
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摘 要：文章通過針對電磁場原理的實(shí)驗(yàn)課程存在的創(chuàng)新能力不足問題，建議建立教師激勵(lì)機(jī)制，提高教師的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，改善實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新內(nèi)容。同時(shí)針對不同層次的學(xué)生，構(gòu)建不同層次的梯級(jí)實(shí)驗(yàn)體系，激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力，提高教學(xué)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞：電磁場原理；實(shí)驗(yàn)課程；教學(xué)質(zhì)量；創(chuàng)新能力
中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2017）03-0063-02
一、概述
電磁場原理課程是本科信息技術(shù)類的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，為電子科學(xué)技術(shù)、通信工程、電氣工程、光電工程和生物工程技術(shù)等專業(yè)的必修課程之一。電磁場原理的知識(shí)在許多工程領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。除了我們熟知的通信工程領(lǐng)域外，電磁場在其他高精尖領(lǐng)域也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。如醫(yī)學(xué)的核磁共振技術(shù)，材料的無損探傷技術(shù)，傳感器的方向性控制技術(shù)和微智能控制技術(shù)。基于電磁場原理的知識(shí)，這些領(lǐng)域的技術(shù)都還將繼續(xù)快速發(fā)展[1，2]。
因此電磁場原理課程作為專業(yè)基礎(chǔ)課，在工程應(yīng)用中，得到越來越廣泛的應(yīng)用，突出了知識(shí)的重要性。雖然電磁場課程改革已經(jīng)得到了很大的進(jìn)步，但是現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容存在缺乏創(chuàng)新的問題，許多地方需要改進(jìn)，本文根據(jù)重慶大學(xué)電磁場原理存在的問題，提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的創(chuàng)新改革建議，提高教學(xué)質(zhì)量。
二、電磁場原理實(shí)驗(yàn)課程存在的問題
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原有的電磁場實(shí)驗(yàn)課程越來越需要進(jìn)行改革，現(xiàn)有的電磁場實(shí)驗(yàn)課程存在的主要問題涉及多方面。本文僅僅從實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新角度分析實(shí)驗(yàn)課程存在的問題。
一方面電磁場受制于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)條件和教師實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)水平，實(shí)驗(yàn)主要停留在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺少培養(yǎng)創(chuàng)新能力的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。如動(dòng)態(tài)電磁場測量，僅僅測量電磁場的強(qiáng)度[4]。但是對于電磁場的方向性受制于實(shí)驗(yàn)儀器和條件，難以進(jìn)一步提高測量精度，特別是對于實(shí)際電磁場受邊界條件的影響，更是難以提高測量。但是這些問題在實(shí)際工程研發(fā)中，卻是必須要求解決的問題。對于演示性的實(shí)驗(yàn)，有時(shí)實(shí)驗(yàn)課程的方法一致沿用很多年，一直沒有內(nèi)容上的創(chuàng)新，讓部分學(xué)生覺得電磁場原理課程難以掌握，直接影響學(xué)生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。所以迫切需要進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究和探索，尋求解決的方法。
另一方面教師在開創(chuàng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的主觀能動(dòng)性不足。教師創(chuàng)新主動(dòng)性不足主要涉及兩個(gè)方面。一是在現(xiàn)有的監(jiān)督機(jī)制下，學(xué)校相對重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而對實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視不足。學(xué)校安排各種層面的督導(dǎo)專家和老師對理論教學(xué)的教師進(jìn)行聽課，并通過學(xué)生考試系統(tǒng)，對理論教學(xué)的老師進(jìn)行評價(jià)，并對連續(xù)三年的考試內(nèi)容做出不得達(dá)到20%以上的強(qiáng)制規(guī)定，這些都體現(xiàn)了對理論教學(xué)的重視。相對于理論課程，學(xué)校一般沒有安排實(shí)驗(yàn)課程一樣的監(jiān)督和管理。因此，部分教師沒有足夠的重視，以完成工作量為目的的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，必然會(huì)導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量難以提高。二是現(xiàn)有的考核機(jī)制下，學(xué)校對實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師缺少實(shí)際可行的政策傾斜。如實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理的考核，一般考核實(shí)驗(yàn)室的軟件和硬件建設(shè)，而不會(huì)對教師個(gè)人進(jìn)行建設(shè)成效的考核?？己说囊蟛粔蚪∪?，也使得教師缺少開拓實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的主觀能動(dòng)性。
因此需要從實(shí)驗(yàn)條件和教師主觀能動(dòng)性角度提升實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新機(jī)制，提升電磁場課程的教學(xué)質(zhì)量。
三、建立實(shí)驗(yàn)課程的創(chuàng)新機(jī)制
利用已有的理論教學(xué)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，綜合分析電磁場和電磁波課程的理論和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。根據(jù)理論教學(xué)，積極調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，建立實(shí)驗(yàn)課程的創(chuàng)新機(jī)制。
一方面通過各種獎(jiǎng)勵(lì)措施和鼓勵(lì)措施提高教師開設(shè)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，提供必要的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)費(fèi)和設(shè)備，激發(fā)教師的創(chuàng)新能力。在獎(jiǎng)勵(lì)措施方面，提高教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的勞動(dòng)報(bào)酬，讓其愿意積極開拓實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)條件。如電磁場在導(dǎo)電煤質(zhì)中的傳播測量實(shí)驗(yàn)，可以通過網(wǎng)絡(luò)分析儀測量電磁場強(qiáng)度的衰減，也可以通過一般軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，得到衰減系數(shù)。雖然這個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目體現(xiàn)了理論教學(xué)中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，也就是驗(yàn)證了電磁波通過導(dǎo)電煤質(zhì)后，強(qiáng)度衰減的問題，但是實(shí)驗(yàn)沒有解決導(dǎo)電煤質(zhì)如何對電磁波強(qiáng)度衰減的機(jī)制。如果實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步采用最新Ansys軟件，將導(dǎo)電煤質(zhì)的電導(dǎo)率從常數(shù)分布，變?yōu)閷?shí)際的分布參數(shù)，對電流分布從原理的線分布，變?yōu)閷?shí)際的空間不均勻分布，并給出線內(nèi)和線外電磁場動(dòng)態(tài)分布圖，那么電磁場分析就接近實(shí)際工程問題，可以讓學(xué)生更深層次地理解電磁波衰減的原理和機(jī)制。這方面創(chuàng)新能力的提高，需要教師的不斷付出，一方面教師需要不斷加強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)，不斷利用新工具，開設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)需要將這些內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化，讓實(shí)驗(yàn)內(nèi)容越來越體現(xiàn)理論教學(xué)內(nèi)容，越來越接近工程實(shí)際問題。另一方面學(xué)校也需要不斷通過各種激勵(lì)措施，激發(fā)教師的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意愿，形成良性循環(huán)，不斷提高教學(xué)質(zhì)量。
另一方面，針對不同層次的學(xué)生，構(gòu)建不同層次的梯級(jí)實(shí)驗(yàn)體系。對于學(xué)生的不同學(xué)習(xí)水平，設(shè)置不同的電磁場實(shí)驗(yàn)。如有些學(xué)生對于死記硬背的知識(shí)掌握較好，但是動(dòng)手能力不強(qiáng)，而有些學(xué)生恰恰相反。此時(shí)需要設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)，讓不同條件的學(xué)生都能適應(yīng)實(shí)驗(yàn)。對于同樣一條電磁場原理的知識(shí)點(diǎn)，可以采用不同的驗(yàn)證方法和驗(yàn)證工具。如對于直線的線電流周圍空間的電磁的動(dòng)態(tài)分布，可以直接采用鐵屑在垂直于線電流的分布狀態(tài)來反映，這是一種直觀的定性分析，但是不能解決定量分析問題。如果需要進(jìn)行定量分析，那么可以采用磁變傳感器放置在線電流周圍，通過磁致伸縮理論或磁變傳感器的頻率變化進(jìn)行分析。也可以采用最新Comsol軟件進(jìn)行多物理場分析，一方面反映電流通過導(dǎo)電體產(chǎn)生的磁場變化，另一方面還可以反映電流通過導(dǎo)電體后產(chǎn)生的熱量，改變導(dǎo)電體的電阻和體積，反過來又影響電流的分布和磁場的強(qiáng)度，從而可以更精確地分析實(shí)際線電流在周圍的電磁場的分布狀況。對于同一個(gè)問題，這種既可以采用軟件進(jìn)行仿真，也可以通過不同的實(shí)驗(yàn)手段測量分析的方法，讓不同知識(shí)水平的學(xué)生自由選擇，甚至采用學(xué)生自己創(chuàng)新的方法進(jìn)行解決，教師需要不斷鼓勵(lì)這樣的行為，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
四、結(jié)束語
本文通過針對電磁場原理的實(shí)驗(yàn)課程存在的創(chuàng)新能力不足問題，建議通過各種措施提高教師主觀能動(dòng)性，建設(shè)新的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開設(shè)新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，并激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力，同時(shí)針對不同層次的學(xué)生，構(gòu)建不同層次的梯級(jí)實(shí)驗(yàn)體系，提高教學(xué)質(zhì)量。
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