電磁場理論課程教學的幾點思考

摘 要 “電磁場理論”是通信工程、電子工程等電類專業的一門重要技術基礎課，課程理論性強、概念抽象。本文從教學內容、教材選擇、教學方法三方面進行分析，討論如何激發學生的學習興趣、提高學生的學習效果。

關鍵詞 電磁場理論 教學方法 類比

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.07.033

Discussion on Teaching Electromagnetic Field Theory Course

ZHAO Yanhui， DING Weiping， ZHU Weigang， LIU Han

（Engineering Institute of Corps of Engineers， PLA Univ. of Sci amp; Tech， Nanjing， Jiangsu 210007）

Abstract Electromagnetic field theory course is an important fundamental course for electronic and other specialties with theory and abstract content. This article analyzed form three aspects of the teaching content， textbook selection and teaching methods to stimulate students’ learning interest and improve students’ learning outcomes.

Key words electromagnetic field course; teaching method; analogy

“電磁場理論”是高等學校工科通信工程、電子工程等電類專業的一門技術基礎課，占有重要的學科地位，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。學好這門課有利于增強學生的適應能力和創新能力。然而，電磁場理論課程理論性強、概念抽象和數學推導繁多。因此，如何提高該課程的教學質量和教學效果，一直是老師們探索和思考的課題。本文從教學內容、教材選擇、教學手段方法三方面進行分析，討論如何進行電磁場理論課程教學改革，以激發學生的學習興趣。

1 教學內容安排

電磁場理論課程知識點很多，并且理論性和實踐性都很強，但是內容思路卻很明確。課程以麥克斯韋方程組為核心，分析了靜態電磁場的基本理論和均勻平面波在自由空間中與導電媒質中的傳播規律。課程內容主要包括以下部分：

（1）矢量分析。矢量分析為學習本門課程數學基礎，有的教材將其作為第一章，有的教材只在附錄中作了簡單介紹。這部分內容之前可能學過，但普遍掌握的不好，應該根據實際情況選擇教學的詳略。在教學的過程中要注重物理分析，而不能單純的講數學公式，并要聯系電磁場理論的具體內容，讓學生對電磁場先有一個簡單的認識。

（2）三種靜態電磁場的基本性質以及邊值問題的求解方法。這部分內容在教學過程中要多聯系實際，比如：分布電容、分布電導和電分布感的求法，無感電阻的繞法，植物保鮮原理，電法選礦原理，磁法選礦原理等。

（3）時變場下的普遍運動規律——麥克斯韋方程組。這是本門課程的核心也是最重要的內容。教學過程中可介紹一些這些方程被發現時的小故事，并由此激發學生學習探索的興趣。

（4）均勻平面電磁波的傳播規律，導行電磁波，均勻傳輸線理論等。當今世界，各種電子信息系統都是利用電磁波傳遞信息進行工作的，掌握電磁波傳播的規律和電磁波輻射的機理非常重要。

2 教材選擇

電磁場理論方面的教材有很多，但如何選擇一本適合所授專業學生的教材呢？

首先，應注重教材的基礎性，注重基本概念、基本規律和基本的分析計算方法，使學生對基礎知識牢固掌握、靈活運用。

其次，要針對不同的專業有不同的選擇。有的教材側重工程，有的教材則側重理論，有的教材側重靜態場，有的教材則側重時變場（也就是電磁波）。電氣工程與自動化類專業的學生比較側重工程的學習，對電磁波的要求不高;電子、通信類專業的學生則比較側重電磁波的學習，對靜態場的要求不高。

另外，不同的講法也要選擇不同的教材。這門課通常有兩種講法：一種先從大家比較熟悉的靜態場開始介紹，講完靜態場后給出麥克斯韋方程組再引出電磁波，遵循由特殊到一般、由簡單到復雜、循序漸進的原則，便于學生理解;另一種先給出電磁場基本方程——麥克斯韋方程組，然后以麥克斯韋方程組為核心推導出特例——靜態場的情況，再根據麥克斯韋方程組分析均勻平面波的傳播規律，這種講法思路清晰，節省課時，符合有些院校改革縮減課時的需要。

市面上的教材雖然很多，但不一定適合自己專業的學生，最好能根據自己學生的特點自行編寫教材，真正做到因材施教。當然，編寫教材并不是一件容易的事情，需要筆者有豐富的專業知識和教學經驗，還需要有一個團隊的大力支持，否則教材編的不好，反到不利于教學。

3 教學方法改革

老師應充分利用信息化教學資源和現代化教學手段，使課堂活躍起來，不應該只是一味的講述，而不管學生的學習效果。

3.1 突出學生的主體地位

轉變以老師為中心的傳統思維、以灌輸式教學為主的教學方式，應注重學生主體作用的發揮，注重學生學習創新能力的培養，把教學目標轉化為學生的自覺認識和自主行動，以全面提升教學效果。

首先，良好的課堂環境有助于發揮學生的主體地位，使學生樂于學習。課堂上應建立平等、互尊互愛的師生關系。課堂教學中學生往往會產生分歧，老師應讓他們大膽發表自己的觀點，并因勢利導地組織討論，在討論的氣氛中將分歧和難點、重點一一化解。

其次，要培養學生自主學習的能力。引導學生自己查找文獻，獨立思考解決問題。

3.2 板書與多媒體的結合尺度

多媒體可使抽象的理論教學變得具體而形象。然而有些老師過于依賴多媒體，教學中大量使用多媒體，雖然增加了信息量卻忽視了學生的學習效果。學生往往忙于應付記筆記，而無法認真聽課、無法進行思考。

根據本門課程的特點，課程的數學推導比較多，理論性強，所以課程教學應以板書為主，同時輔以多媒體演示教學。而不應該過多的依賴多媒體，使學生的學習變成走馬觀花。在教學時應首先理論鍛煉學生的思維能力，然后借助多媒體教學加強學生的感性和理性認識。多媒體只是一種教學的輔助手段，而不應以多媒體為主。

3.3 豐富教學方法

互動是教學過程中一個非常必要和重要的環節，課堂教學中應始終讓學生思考可能產生疑問的知識點。怎樣產生互動呢？教學方法應靈活多樣，可采用啟發式、類比式、探究式、案例式、問題式、研討式等教學方法，并根據內容的不同選擇不同的教學方法。以下給出教學方法應用的例子。

例1：矢量分析中通量和散度的教學。如果按照教材，先給出定義，再介紹物理概念，并不會引起學生多少思考，也不容易記憶。這里可采用啟發式、問題式教學方法激發學生的思考。可由“如何刻劃通過一個曲面S的水流量？”類似地引入通量的概念。先提出問題讓學生思考，再讓學生列舉類似的物理現象，最后由老師引導讓學生總結得出通量的定義及數學表達式。散度與通量的關系要講清楚，不應直接給出散度的定義而忽視它們的關系。可讓學生思考“當通量積分的閉合曲面的面積趨近于零而變為一個點時的情況”或者“如何描述一個點上的通量源情況”類似地引入散度的概念。例1的教學方法適合這種定義和物理概念比較明確的知識點，對這種知識點可盡量先講問題、物理現象，后提出概念、結論。

例2：三種靜態電磁場的教學。三種靜態場既有區別又有聯系，可采用類比式、啟發式、研討式、理論聯系實踐等多種教學方法。類比是其中最重要的一個運用，比如：恒定電場與靜電場的類比，可從場量、場源、電位函數、電容與電導幾個方面進行類比;磁矢位與電位的類比，可從引入位函數的依據、位場的關系、滿足的微分方程、位與源的關系幾個方面進行類比;電偶極子與磁偶極子的類比：可從模型、極矩、場圖三個方面進行類比。通過類比大家會發現這些概念有很多相通的地方，通過對一個概念的理解很容易就能掌握另一個概念，因而可以使復雜的問題變得簡單。例如講磁矢位的時候，磁矢位是一個矢量，表達式很復雜，如果用矢量恒等式去推導很容易讓學生產生畏難的心里，進而厭倦學習。可先提問讓學生回憶電位的方程和表達式;然后把磁矢位的方程與電位的方程進行比較，讓學生找出它們的聯系;引導學生將磁矢位按三個坐標軸進行分解，分解后每一坐標分量滿足的方程與電位的方程是相同的;引導學生思考它們是否滿足相同的邊界條件;最后得出磁矢位三個分量的表達式，它們與電位的表達式是相似的。

4 結語

以上激發學習興趣和提高學習效果的方法，在教學實踐中收到了良好的效果，既建立了良好的師生關系，又使學生學到了知識，同時也培養了學生自主學習的能力。

參考文獻

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