以培養創新型人才為目標的電磁場理論教學改革探討

本文得到了天津理工大學教學改革項目（編號：YB11-32）及天津市普通高等學校本科教學質量與教學改革研究計劃項目（編號：D03-0807）的共同資助

【摘 要】電磁場理論作為電子信息類專業的一門專業基礎課，其教學效果將直接影響到后續專業課程的學習。為了培養高質量的創新型工程技術人才，本文從教學內容和教學方法兩方面對該課程進行探索與改革，以達到培養學生的工程能力與創新能力的目的，適應創新型工程技術人才的培養定位及滿足信息產業對工程技術人才的需求。

【關鍵詞】電磁場理論 教學內容 教學方法 教學改革

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）20-0017-02

一 引言

隨著中國信息科學技術的迅速發展，信息產業對電子信息工程技術人才的需求大量增加。2012年，教育部頒布了《普通高等學校本科專業目錄（2012年）》（以下簡稱新目錄），對學科專業結構進行了優化。隨著教育部新目錄的頒布，我校為進一步優化人才培養模式，進行了各專業培養計劃的修訂。電磁場理論課程作為電子信息類專業的一門專業基礎課，在通信工程及電子信息工程等專業人才的培養過程中占據著重要位置。要做到培養一批適應經濟社會發展需要、教育與行業同步發展的電子信息工程技術人才，需要及時在電磁場理論課程的教學過程中進行教學改革，優化教學內容，改進教學方法，不斷提高人才培養質量，適應社會發展的需求。

二 教學內容及方法改革

電磁場理論課程是電子信息類專業本科生必修的一門重要專業基礎課。課程以大學物理、高等數學及工程數學為基礎，主要介紹電磁場與電磁波的基本特性及規律，其教學效果的好壞將直接影響到后續專業課程的學習。因此，對電磁場理論課程的教學內容及教學方法開展研究在通信工程及電子信息專業建設中有著重要的意義。

為了培養適應經濟社會發展需要的高質量創新型工程技術人才，特別是強化培養學生的工程能力和創新能力，將

電磁場理論課程的培養目標定位為既要使學生理解和掌握電磁場與電磁波的基本特性及規律，更要注重學生的工程能力和創新能力的培養。為了達到上述培養目標，本文結合本專業人才培養模式的特點和學校實際情況，對電磁場理論課程的教學內容與教學方法進行了改革與探索。

1.教學內容改革

電磁場理論課程主要內容包括矢量分析、電磁場的基本規律、靜態電磁場、時變電磁場和均勻平面波。為了避免與大學物理部分內容重復，本課程從場論出發，以電磁場的散度和旋度為主線介紹電磁場的基本規律，得到涵蓋電磁場普遍規律的麥克斯韋方程。然后從麥克斯韋方程出發，介紹最簡單的一種電磁波——均勻平面波在不同媒質中的傳播規律及在不同媒質分界面的反射與折射。通過對課程的學習，使學生全面理解電磁場的散度、旋度及梯度等基本概念，掌握電磁場的有關定理、定律、麥克斯韋方程的物理意義及數學表達式，掌握時變電磁場的特點及其傳播規律。培養學生正確的思維方法和分析解決實際問題的能力，使學生學會用“場”的觀點分析工程中的電磁現象和電磁過程，對一些典型的場的問題能進行計算。為學習專業課程或進一步研究電磁場問題，準備必要的理論基礎。

為了適應學生的工程能力培養的需要，在教學內容的設置上充分注重分析問題和解決問題的方法及手段的訓練。在原有的內容基礎上增加電磁場的規律在工程實踐中的實際應用知識、典型例題和解題思路。如在時變電磁場介紹微波爐加熱食物的原理，電磁波極化在雷達天線中應用，在均勻平面波的反射與折射部分介紹光纖通信中光纖的導光機理等。通過每章節中實際應用例子及例題的講解，吸引學生的注意力，提高學生分析問題、解決問題的能力。

2.教學方法與手段改革

針對電磁場理論課程較難掌握的特點，從如何提高課堂教學質量和如何更好地培養學生的工程能力和創新能力出發，在教學中逐步形成多樣化教學方法與教學手段，強化場與波的基本概念及其在工程中的應用，并充分注重分析問題和解決問題的方法及手段的訓練，達到創新型人才的培養目標。

第一，學習興趣的培養。在教學中通過各種方法充分調動學生的學習積極性，引導學生認識課程的重要性，把學生的主觀能動性發揮出來。由于電磁場理論課程理論深奧，因此調動學生對本課程的學習興趣非常重要。在教學開始的緒論課上介紹電磁場理論的重要性和廣泛的應用，如電磁場（或波）作為當今世界最重要的能量形式，是人們日常生活用到的主要能源。電磁波作為信息的載體，更是當今社會傳播信息和獲取信息的主要手段。電磁波在軍事上也有重要的應用，如雷達、電磁干擾等。

第二，可視化手段的應用。在教學過程中，進一步豐富完善多媒體課件，對疑難知識點采用多種方式、多種媒體、從多個不同角度進行講解，使學生理解透徹。在教學手段上，注重傳統教學與多媒體教學相結合。利用多媒體課件和Flash對電磁場理論課程的重難點內容采用直觀、生動和形象的多媒體動畫進行演示，把抽象的概念形象化，加強學生對基本概念的理解與掌握。如在介紹電磁波的極化時，可以通過Flash將電磁波的不同極化狀態進行立體演示，方便學生理解和掌握。

第三，對比式教學的應用。根據電磁場的電場與磁場的相似性和對偶性，在教學過程中注重啟發學生對電場和磁場的概念、規律及分析方法等進行對比分析，使學生更深刻地認識和理解電磁場的基本規律，同時掌握電磁場問題的分析方法。如靜電場與恒定電場的對比、靜電場與恒定磁場的對比、電磁波在導電媒質與非導電媒質中的傳播特性的對比，平行極化波與垂直極化波對介質分界面斜入射時的對比等。

第四，互動式教學的應用。教學過程中采用回憶式提問、理解式提問、應用式提問等互動方式，引導學生積極主動思考，由被動學習變為主動學習。根據教學內容，適時組織一些討論、思考活動，教師針對學生在討論中反映出的問題進行適當的引導和講解。充分調動學生的學習積極性，促進學生分析、思考、解決問題能力的培養。在教學過程中注重采用課堂提問、課堂小練習等方法對所學知識進行鞏固。

第五，創新意識的培養。在教學過程中，結合實際應用介紹電磁場的基本概念和規律，注重創新意識和創新能力的培養。如在教學過程中提出一些問題，讓學生邊學習、邊思考，如在講到不同介質的邊界條件時，讓學生思考如何利用電磁參數不同的介質層，設計出性能優良的電磁波吸收材料，使其能用于軍用隱形飛機涂層。在講解均勻平面波的全反射時，讓學生思考如何設計兩種介質的電磁參數，使電磁波能被約束在其中一種介質中傳播等。

第六，網絡教學。在教學過程中，充分利用計算機網絡資源，逐步建立較完善的網絡課堂，為學生創建自主學習的環境。學生可通過多媒體網絡課件進行自學和通過習題庫進行自測，達到課前預習、課后復習的目的。借助多媒體網絡課件，學生的自學、自測基本不受時間和地點的限制，方便了學生的自主學習。同時，利用仿真軟件將很多抽象、難以理解的問題直觀地表現出來，以提高學生的學習興趣，達到很好的教學效果。

第七，強化實踐環節。結合本課程內容，設計實驗項目，通過實驗過程，加深學生對本課程基本理論和基本方法的理解，使學生了解常用儀器設備的使用和操作方法，增強學生的實驗技能和基本操作技能，在提高學生學習電磁場理論課程興趣的同時，有效培養和提高學生的動手能力和理論知識的工程應用能力。鼓勵學生積極參與教師的科研工作，通過科研促進教學，加深學生對所學知識的理解，提升學生對所學知識的綜合應用能力。

三 結束語

通過以上實踐探索，筆者認為在教學中采用多樣化的教學方法與教學手段，激發了學生的求知欲，提升了學生的學習興趣。工程實例在教學中的引入，培養了學生的工程能力和創新能力。通過科研促進教學，提升學生的綜合能力。已有多名學生申請并成功獲得教育部大學生創新創業訓練計劃項目。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部高等教育司.普通高等學校本科專業目錄和專業介紹[M].北京：高等教育出版社，2012

[2]謝處方、饒克謹.電磁場與電磁波（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2006

[3]焦其祥、顧畹儀.電磁場與電磁波（第2版）[M].北京：科學出版社，2010

〔責任編輯：龐遠燕〕