面向卓越工程師培養(yǎng)的電磁場(chǎng)與電磁波課程教學(xué)研究

汪穎 熊美英

【摘要】《電磁場(chǎng)與電磁波》作為電子信息類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，在學(xué)科建設(shè)中發(fā)揮著承上啟下的作用，提高該課程的教學(xué)質(zhì)量是非常必要的。通過實(shí)踐，探索該課程的教學(xué)方法和手段的改革，以適應(yīng)卓越工程師的人才培養(yǎng)目標(biāo)和滿足當(dāng)前社會(huì)的人才需求。

【關(guān)鍵詞】電磁場(chǎng)與電磁波;卓越工程師;教學(xué)改革

一、引言

“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”是貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》和《國(guó)家中長(zhǎng)期人才發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》的重大改革項(xiàng)目，也是促進(jìn)我國(guó)由工程教育大國(guó)邁向工程教育強(qiáng)國(guó)的重大舉措。電子信息類專業(yè)是一門知識(shí)密集、發(fā)展和更新十分迅速，且具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景的技術(shù)學(xué)科，既強(qiáng)調(diào)知識(shí)的綜合性、實(shí)用性，又強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力、綜合分析和解決生產(chǎn)實(shí)踐問題的能力，這也是“卓越計(jì)劃”所要求的。可見，培養(yǎng)和提高學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力是培養(yǎng)電子信息類卓越工程師的關(guān)鍵所在。電子信息類各種專業(yè)課程中，《電磁場(chǎng)與電磁波》是電子信息類的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，它的前修課程是高等數(shù)學(xué)、工程數(shù)學(xué)、大學(xué)物理，是學(xué)生學(xué)習(xí)微波技術(shù)、天線、光技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)、電氣技術(shù)的基礎(chǔ)。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電磁場(chǎng)與電磁波的基本屬性、分布參數(shù)系統(tǒng)的主要理論、分析方法等，并為以后從事微波電子應(yīng)用技術(shù)、通信工程準(zhǔn)備必要的理論基礎(chǔ)。但目前在該課程的實(shí)際教學(xué)過程中，偏重于教師的課堂講授，由于課程理論性強(qiáng)、概念抽象和缺少實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅分析電磁現(xiàn)象的能力和實(shí)踐動(dòng)手能力較差，而且影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，甚至使部分學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣。筆者從卓越工程師人才培養(yǎng)的角度出發(fā)，結(jié)合幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)從幾個(gè)方面去探討《電磁場(chǎng)與電磁波》教學(xué)改革，達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的，從而提高電子信息類學(xué)生的實(shí)踐能力和發(fā)展能力。

二、樹立先進(jìn)的教學(xué)理念

《電磁場(chǎng)與電磁波》是一門理論性很強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及的數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣、公式繁多、理論性強(qiáng)、概念抽象，很多學(xué)生把這門課當(dāng)作沉重的負(fù)擔(dān)，學(xué)起來易感到枯燥、乏味。這就要求教師采用一些先進(jìn)的教學(xué)理念，對(duì)于學(xué)生必備的基礎(chǔ)理論部分，堅(jiān)持嚴(yán)格把關(guān)，奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ);在理論教學(xué)時(shí)，適當(dāng)增加近代分析工具的介紹，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，純粹的理論課程往往會(huì)使學(xué)生覺得枯燥乏味。雖然《電磁場(chǎng)與電磁波》具有較強(qiáng)的理論性，但電磁波的應(yīng)用已廣泛深入到人們的日常生活。因此，在授課過程中多給學(xué)生講述一些身邊的電磁場(chǎng)應(yīng)用的例子，會(huì)大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性，使其由被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，對(duì)掌握本課程有很大幫助。比如，可在緒論中講解電磁爐的原理，指出對(duì)應(yīng)的理論部分。對(duì)學(xué)生感興趣的現(xiàn)象，比如手機(jī)短信的發(fā)送、傳播及接收，結(jié)合理論知識(shí)進(jìn)行講解。大量運(yùn)用生活中的實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，不僅可以很好的貫穿理論知識(shí)，還可讓學(xué)生切身感受學(xué)好本課程的必要性。

三、應(yīng)用啟發(fā)式教學(xué)

高等數(shù)學(xué)是《電磁場(chǎng)與電磁波》的先修課程，尤其是矢量代數(shù)、矢量微積分、微分方程與特殊函數(shù)等是本課程必備的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。在課程教學(xué)中，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)設(shè)置一些開放性的問題，可以培養(yǎng)學(xué)生思考問題的習(xí)慣。例如，界面上自由電荷面密度為0時(shí)，靜電場(chǎng)電位的導(dǎo)數(shù)滿足，另外，電位是連續(xù)的，單從數(shù)學(xué)上看這兩個(gè)關(guān)系式似乎不能同時(shí)成立，引導(dǎo)學(xué)生從函數(shù)的角度認(rèn)識(shí)電位，上述的邊界條件是成立的。再如關(guān)于電流環(huán)軸線上的磁場(chǎng)，通過計(jì)算得到其方向是沿著軸線方向，這里可以給學(xué)生設(shè)置問題：磁力線是閉合曲線，但電流環(huán)軸線上的磁場(chǎng)始終沿著軸線方向，怎么才能閉合呢。類似的問題都需要學(xué)生利用所學(xué)的數(shù)學(xué)、物理等知識(shí)進(jìn)行解答，可以鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考問題的能力。

四、運(yùn)用現(xiàn)代化的教學(xué)方法

課程的一些內(nèi)容包括介質(zhì)的極化和磁化、電磁波的傳播、反射和透射等內(nèi)容，對(duì)學(xué)生來說很抽象，很難理解，我們充分利用多媒體課件，用動(dòng)畫和圖形的方式展示出來，讓學(xué)生有感性認(rèn)識(shí)，提高他們的學(xué)習(xí)興趣。在引入多媒體技術(shù)授課的同時(shí)，不能完全放棄傳統(tǒng)的板書授課模式。在一些關(guān)鍵性的公式推導(dǎo)過程中，板書仍不失為一種有效的教學(xué)手段，這種授課方式相對(duì)來說速度較慢，可以讓學(xué)生繃得很緊的大腦神經(jīng)得到適當(dāng)?shù)木彌_，也有適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)行思考，有助于學(xué)生提高聽課效果。因此，要把多媒體課件和黑板板書相結(jié)合，調(diào)整好講課速度，重點(diǎn)難點(diǎn)體現(xiàn)在板書上，以引起學(xué)生注意，達(dá)到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的目的。這就要求教師取百家之精華，根據(jù)課程的特點(diǎn)和學(xué)生的具體情況，自行研制多媒體課件。課件中繪制的圖形和動(dòng)畫要達(dá)到立體化、動(dòng)態(tài)化、色彩化的效果，使授課內(nèi)容豐富，緊密與現(xiàn)代科技發(fā)展相關(guān)聯(lián)，并根據(jù)課程特點(diǎn)、專業(yè)需求以及每屆學(xué)生的具體情況對(duì)電子教案進(jìn)行實(shí)時(shí)修改。

五、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

電磁場(chǎng)電磁波實(shí)驗(yàn)是理論課教學(xué)的一個(gè)重要組成部分，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)生不僅能更牢固地掌握理論知識(shí)，而且在實(shí)驗(yàn)過程中，通過對(duì)理論知識(shí)的運(yùn)用和實(shí)踐，上升到一個(gè)新的高度，從而提高他們的素質(zhì)。為培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才，適應(yīng)電子信息技術(shù)飛躍發(fā)展對(duì)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力的要求。（1）加強(qiáng)電磁場(chǎng)與電磁波課實(shí)踐課和理論課的結(jié)合與滲透，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的綜合能力。理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)密切相關(guān)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求，保證理論教學(xué)為實(shí)踐教學(xué)打好堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。讓理論課教師參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)，及時(shí)與學(xué)生溝通，了解學(xué)生掌握知識(shí)的情況與興趣所向。（2）試增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)，修訂實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和大綱，編寫實(shí)用的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。為了保證工科學(xué)生工程能力的提高，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)不但具有基礎(chǔ)性、設(shè)計(jì)性和綜合性，還要具有研究創(chuàng)新性;不僅使學(xué)生能夠打下良好的基礎(chǔ)，還要激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。為了適應(yīng)開放實(shí)驗(yàn)室的要求，實(shí)驗(yàn)教學(xué)既要有實(shí)驗(yàn)理論教學(xué)，又有實(shí)踐部分，即包括基本部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、設(shè)計(jì)性部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和綜合性部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及研究創(chuàng)新部分內(nèi)容。使實(shí)驗(yàn)的教學(xué)層次分明，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣得到提高，達(dá)到最佳實(shí)驗(yàn)效果。

六、總結(jié)

總之，筆者根據(jù)卓越工程師的培養(yǎng)理念，結(jié)合《電磁場(chǎng)與電磁波》課程的特點(diǎn)，改進(jìn)教學(xué)理念與方法，靈活應(yīng)用多種先進(jìn)的教學(xué)手法與教學(xué)手段，保證學(xué)生理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，提高分析問題和解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力，為培養(yǎng)電子信息類專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、分析和解決實(shí)際問題的能力、創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用能力提供一個(gè)良好的平臺(tái)，為實(shí)現(xiàn)電子信息類專業(yè)卓越人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

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基金項(xiàng)目：江西省教育廳教改課題：電子信息類卓越工程師下的《電磁場(chǎng)與電磁波》教學(xué)改革研究與實(shí)踐（課題編號(hào)：JXJG-13-17-23）