電磁場與電磁波課程的教與學(xué)

汪青 王志 張麗華

【摘 要】“電磁場與電磁波”課程是針對(duì)我校電子信息、通信工程、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容的教與學(xué)需要較強(qiáng)的理論作為支撐。根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況和行業(yè)需求，筆者調(diào)整教學(xué)安排和教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生也參與到教學(xué)當(dāng)中來，從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。實(shí)踐表明，教與學(xué)融為一體的教學(xué)方法，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，也有利于對(duì)課程的掌握。

【關(guān)鍵詞】電磁場與電磁波 教與學(xué)

0 引言

據(jù)調(diào)查顯示，各大高校的電子通信類專業(yè)都開設(shè)電磁場與電磁波專業(yè)基礎(chǔ)課程。電磁理論在現(xiàn)代信息社會(huì)中與我們的生活息息相關(guān)，如廣播、電視、無線通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、無線網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域都離不開電磁理論，其具有非常重要的理論意義與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。但普遍反映的是教師難教、學(xué)生難學(xué)的狀態(tài)。在教學(xué)的過程當(dāng)中，會(huì)發(fā)現(xiàn)該課程概念抽象、內(nèi)容枯燥，需要學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)扎實(shí)、空間想象力豐富。結(jié)合上述情況，在教學(xué)過程中，筆者嘗試調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)安排，讓學(xué)生也參與到教學(xué)當(dāng)中來，從被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

1 教學(xué)內(nèi)容

教學(xué)內(nèi)容包括教師對(duì)課程內(nèi)容的了解也包括教學(xué)方法，因此要求教師既要了解其他課程與電磁場與電磁波課程的聯(lián)系，也需要對(duì)本課程內(nèi)容非常熟悉。

1.1 電磁場與電磁波與其他課程的關(guān)系

電磁場與電磁波課程本身理論體系嚴(yán)謹(jǐn)，要想掌握必須具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底。并且本課程內(nèi)容是今后可能會(huì)遇到的各種射頻、微波、電波傳播、通信等問題的基礎(chǔ)。下面通過圖1來闡述電磁場與電磁波與其他課程的前后聯(lián)系。

圖1 電磁場與電磁波與其他課程的關(guān)系

1.2 電磁場與電磁波課程內(nèi)容

在學(xué)習(xí)每一個(gè)細(xì)節(jié)之前，學(xué)生需要了解整本書的主要內(nèi)容及思路。

2 教學(xué)方法

根據(jù)課程本身的特點(diǎn)，既要有理論分析也要聯(lián)系實(shí)際，這樣才能達(dá)到良好的教學(xué)效果。對(duì)于前面場的部分，就是需要數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)；對(duì)于波的部分可以聯(lián)系實(shí)際，引發(fā)學(xué)生的興趣，讓所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通。

2.1 舉例

如電磁場的實(shí)驗(yàn)三大定律可以用故事的形式引入，解釋電與磁的“第一次握手”、電與磁的“第二次握手”；如微波爐加熱食物的工作原理來說明電磁波在導(dǎo)電媒質(zhì)當(dāng)中傳播的性質(zhì)；如為什么照相機(jī)鏡頭上有一層敷層來講授電磁波的反射與透射；如中波廣播天線架設(shè)為什么與地面垂直來分析電磁波極化的三種類型。

2.2 Flash播放

因此過去的板書情況再加上PPT的相結(jié)合比較合適，對(duì)于一些復(fù)雜公式則在黑板上板書推導(dǎo)，對(duì)于一些抽象的現(xiàn)象用Flash動(dòng)畫播放。仿真均勻平面波的入射和均勻平面波的反射如驗(yàn)證電磁波的存在可以通過實(shí)驗(yàn)分析獲得。

3 電磁場與電磁波課程的學(xué)習(xí)的方式

3.1 學(xué)生“講課”

很多情況下，教師在講臺(tái)上滔滔不絕，學(xué)生在底下昏昏欲睡，回去之后也不再復(fù)習(xí)。最后考試前突擊，勉強(qiáng)及格。那么怎么才能讓學(xué)生真正領(lǐng)悟書中表達(dá)式的物理含義，真正掌握定理的推導(dǎo)。必須讓學(xué)生自己講授出來，從而在教學(xué)的過程中，會(huì)抽出一些時(shí)間讓學(xué)生自己走上講臺(tái)，把他理解的知識(shí)口述出來。這樣不僅能讓學(xué)生學(xué)會(huì)自學(xué)也能活躍課堂氣氛，效果甚好。教師要對(duì)積極參與的學(xué)生給予表揚(yáng)，并在實(shí)驗(yàn)考核成績上有所體現(xiàn)。

3.2 實(shí)驗(yàn)課

本課程除了理論教學(xué)外，實(shí)際上與生活聯(lián)系甚密。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)我們都可以在實(shí)驗(yàn)室里完成，如載流導(dǎo)線周圍的小磁針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，法拉第電磁感應(yīng)定律等。但由于受到實(shí)驗(yàn)室條件的限制，有很多實(shí)驗(yàn)都無法實(shí)現(xiàn)，因此需要注重電磁場仿真軟件的應(yīng)用。目前AnsoftHFSS和matlaB都可以進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，如任意三維無源結(jié)構(gòu)的高頻電磁場，可天線方向圖等結(jié)果。在教學(xué)實(shí)踐中，教師可以通過引入該軟件的應(yīng)用內(nèi)容，提高了學(xué)生的興趣。

3.3 畢業(yè)設(shè)計(jì)

從提供綜合能力來考慮，可以通過與畢業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合，鞏固和加強(qiáng)教學(xué)效果。如可以做一個(gè)有關(guān)電磁場與電磁波的開放式多媒體課件。首先，教師自己所做的PPT存在線性設(shè)計(jì)，缺少交互性，對(duì)學(xué)生的反應(yīng)視而不見的現(xiàn)象。大部分的設(shè)計(jì)過分的強(qiáng)調(diào)了教師的主導(dǎo)作用，而忽視了學(xué)生的主體作用，忽視了學(xué)生的能動(dòng)性和參與意識(shí)。其次，涉及的實(shí)驗(yàn)如果沒有條件做，可以自學(xué)相應(yīng)的仿真軟件來實(shí)現(xiàn)。這個(gè)課件的完成還應(yīng)該能夠適應(yīng)不斷更新的教學(xué)內(nèi)容，可移植性能好等特點(diǎn)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程，學(xué)生不僅能夠掌握電磁場的理論知識(shí)也能夠?qū)W會(huì)更多的技能。

4 教師與學(xué)生的溝通

以上幾點(diǎn)都是在課堂上可以完成的。針對(duì)內(nèi)容抽象、枯燥，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的課程特點(diǎn)，教師在課堂教學(xué)中引入了影像資料、多媒體動(dòng)畫和Matlab仿真軟件等教學(xué)手段。但可能出現(xiàn)的情形是教師上完課就走，學(xué)生下課書就扔一邊，教與學(xué)直接缺少交流，不知道學(xué)生的心理。這樣無法讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到該課程的有用性，也難以可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，課下的交流是十分必要的。

對(duì)電子通信專業(yè)的學(xué)生來說“電磁場與電磁波”課程十分重要。在理論教學(xué)中，做好課前準(zhǔn)備，規(guī)劃好每一節(jié)課。還應(yīng)注意結(jié)合具體的應(yīng)用問題講述，不斷探索新的教學(xué)方法，采用新的教學(xué)手段，為學(xué)生提供全面發(fā)展的空間。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，這樣才能達(dá)到教與學(xué)的最終的目標(biāo)。