“工程電磁場”課程研究性教學探討

靳 宏，莫岳平

（揚州大學 能源與動力工程學院，江蘇 揚州 225009）

“工程電磁場”是電氣信息類及相關專業的一門重要的技術基礎課，它所涉及的內容是電類專業學生應具備知識結構的必要組成部分，同時又是一些交叉領域的學科生長點和新興邊緣學科發展的基礎［1］。

現代人本主義學習心理理論的學習觀堅持以學習者為中心，主張學生要充分發揮自己的潛在能力，能夠創造性地學習。這一理論認為：意義和經驗的學習是重要的學習，學習是愉快的事情；學生必須懂得怎樣學習；強調學生自己評價，學生自己引導，重視情感在學習中的作用。我們正嘗試將這一理論運用于“工程電磁場”課程的研究性教學中［2］。

本文基于人本主義的理論，在對“工程電磁場”課程進行教學研究時，合理運用了一些相關措施。經實踐證明，這些措施達到了預期的效果。

1 名人事跡的運用

電磁場理論在發展過程中，出現了許多優秀的人物。介紹這些優秀人物的事跡作為相關知識的切入點，能為學生樹立學習榜樣，改善學習研究態度。

例如，1848年開爾文提出了電像法，后來發展到鏡像法，這是計算一定形狀導體電荷分布所產生靜電場問題的有效方法。開爾文一生謙虛勤奮，意志堅強，不怕失敗，百折不撓。他的研究范圍十分廣泛，在熱學、電磁學、流體力學、光學、地球物理、數學和工程應用等方面都做出了重要貢獻。他十分重視理論聯系實際，在電動機改造、電工儀器發明、近代電學量的單位標準制定以及海底電纜通信等方面都做出了卓越的貢獻。開爾文的研究精神以及在工程應用上的突出貢獻，都有助于工科類學生樹立起理論必須運用于實踐的信念。

2 工程實例的運用

電磁場是一種客觀存在而又缺乏直觀感受的物質。為了增加學生的學習興趣，我們提供了一些工程應用的實際例子。在直觀簡便掌握理論知識的同時，進一步加深理解電磁場與工程實際的密切聯系。

（1）靜電場的運用——靜電噴涂

為了講解在靜電場中靜電屏蔽的概念以及靜電屏蔽中電場分布和電荷分布的特點，我們可以先介紹靜電噴涂的方法和效果，用如圖1所示的Flash方式向學生展示［3］。然后讓學生去思考出現這種現象的原因。接著用圖2所示的一系列圖片向學生講解靜電屏蔽時，球殼外和球殼內電場分布特點：殼內電荷只影響殼內電場分布，不會影響殼外的電場分布。并進一步得出球殼接地時，球殼處壁電荷并不處處為零。最后，再用理論分析的方法去講解出現這一現象的原因。通過直觀有效的方法，幫助學生掌握在靜電屏蔽情況下靜電場和電荷的分布情況，以及相應的電磁理論。

圖1 靜電噴涂工作原理圖

圖2 靜電屏蔽中電場和電荷分布圖

（2）磁路的運用——電機和變壓器的分析

磁路的分析方法被廣泛地運用在電機和變壓器的分析中，結合電機中磁力線的分布情況，可得到電機中磁路的分布圖［4］。再提出思考：變壓器的磁路又是什么樣？從而擴展到如圖3所示的接觸器和繼電器等的磁路情況。在此基礎上，講解磁路分析方法，利用學生熟悉的電路知識，根據圖4所示的磁路圖得到模擬電路圖后再進行分析計算。從多方位地幫助學生掌握磁路的概念和計算方法。

圖3 磁路分布圖［6］

圖4 磁路計算［6］

3 最新理論方法的引人

由于在電機和變壓器內部的電磁場分布一般都不太均勻，用傳統的方法較難得到準確的結果，因此目前常采用的是運用計算機進行有限元分析計算。圖5給出了對變壓器端部進行有限元分析的部分分析過程圖［5］。在對變壓器端部通過建模、網格劃分和計算后，即可直觀得到變壓器內部各部件的電場分布情況，非常直觀易懂。

圖5 有限元分析過程簡圖

4 課堂交流的運用

為了增加學生學習的參與性，在課程開始就向學生布置任務，讓他們根據自己的興趣選擇相關的電磁場內容，草擬出1000字左右的文稿，教師再根據文稿，選出學生最感興趣的話題在課堂上交流。經實踐證明，這一方法取得了較好的效果，即提高了學生的學習興趣，還擴展了他們的知識面，提高了其學習的主動性。

［1］王士彬等.“電磁場”課程教學內容改革的實踐［J］.南京：電氣電子教學學報，2006，28（5）

［2］譚頂良.高等教育心理學［M］.南京：河海大學出版社，2002

［3］馮慈璋，馬西奎.工程電磁場導論［M］.北京：高等教育出版社，2000

［4］顧繩谷.電機及拖動基礎［M］.北京：機械工業出版社，2007

［5］Jin Hong，et al.Three－dimensional Finite Element Analysis of Electric Fields at Winding Ends of Dry－Type Transformer.Proceeding of International Conference on EMS 2005，Nanjing，China