《電磁場與電磁波》課程教學(xué)探討

張鑫，鄭文

（濱州學(xué)院光電工程系，濱州 256603）

《電磁場與電磁波》課程教學(xué)探討

張鑫，鄭文

（濱州學(xué)院光電工程系，濱州 256603）

針對《電磁場與電磁波》課程理論性強(qiáng)、概念抽象的特點(diǎn)，學(xué)生普遍反映難學(xué)的問題，分別從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)考核方式等幾個(gè)方面進(jìn)行一系列改進(jìn)，注重學(xué)生對于知識(shí)的理解和應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果，取得良好的效果。

電磁波；麥克斯韋理論；實(shí)踐教學(xué)；考核成績

0 引言

《電磁場與電磁波》是以麥克斯韋方程組為核心，分別討論各種不同媒質(zhì)、不同狀態(tài)下電磁場的基本屬性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其與帶電物質(zhì)之間相互作用的一門課程．通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握電磁場的基本規(guī)律，加深對電磁場性質(zhì)的理解，掌握用微積分理論和比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)分析和處理基本問題的能力，深刻體會(huì)電磁場的物質(zhì)性，為后續(xù)學(xué)好專業(yè)課程打好基礎(chǔ)。但是由于《電磁場與電磁波》理論性較強(qiáng)、概念抽象和數(shù)學(xué)能力要求高，學(xué)生普遍反映不能很好地掌握并應(yīng)用所學(xué)知識(shí)去解決實(shí)際電磁場問題。根據(jù)教學(xué)實(shí)踐，我們初步計(jì)劃在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)考核等幾個(gè)方面就如何提高課程的授課效果進(jìn)行一些改進(jìn)和建議。本文以電磁場與電磁波教學(xué)過程中的具體問題為例，給出以下具體的實(shí)施辦法。

1 教學(xué)內(nèi)容

1.1 充分的數(shù)學(xué)準(zhǔn)備

《電磁場與電磁波》課程中數(shù)學(xué)應(yīng)用占了很大的比例，因此要重視數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的準(zhǔn)備，主要是矢量運(yùn)算部分。例如拉普拉斯運(yùn)算、矢量場的散度和旋度，等等，這些運(yùn)算抽象難懂，但是可以用電磁學(xué)中所學(xué)過的點(diǎn)電荷的電場和恒定電流的磁場為例說明散度和旋度的物理意義，例如，在電磁場的討論過程中，矢量場的散度和旋度是非常重要的內(nèi)容，分別表示了矢量場的流散和渦旋狀況。圖1（a）表示場中某一點(diǎn)處，▽·=0，▽×=0，說明該點(diǎn)既無源也無旋；圖1（b）表示在場中某一點(diǎn)處，▽·≠0，▽×=0，則該點(diǎn)有源但是無旋；圖1（c）表示在場中某一點(diǎn)處，▽·=0，▽×≠0，則該點(diǎn)無源但有旋；圖1（d）表示在場中某一點(diǎn)處，▽·≠0，▽×≠0，則該點(diǎn)既有源又有旋。

圖1 矢量場散度旋度的意義

1.2 重視核心內(nèi)容麥克斯韋理論的理解

Maxwell理論是《電磁場與電磁波》的核心內(nèi)容與基礎(chǔ)，也是后續(xù)處理電磁波的傳播和輻射問題的理論基礎(chǔ)。為了能夠更好地學(xué)好本門課程，在學(xué)習(xí)過程中主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行強(qiáng)調(diào)。

（1）麥克斯韋理論的內(nèi)容

通過對于真空中、介質(zhì)中的靜態(tài)場以及電磁感應(yīng)定律和位移電流內(nèi)容的學(xué)習(xí)討論，總結(jié)出麥克斯韋理論由四個(gè)方程構(gòu)成，下面分別給出了積分形式和微分形式。

（2）麥克斯韋理論的物理意義

圖2 麥克斯韋方程組的適用范圍

2 教學(xué)方法

2.1 注重傳統(tǒng)板書和現(xiàn)代教育技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用

教學(xué)過程中，板書是必不可少的重要環(huán)節(jié)，通過板書的應(yīng)用能夠引導(dǎo)學(xué)生的思路，增加互動(dòng)環(huán)節(jié)，從而加深學(xué)生對知識(shí)的理解，達(dá)到較好的教學(xué)目的，例如本門課程中重要的核心內(nèi)容麥克斯韋方程組的建立和邊界條件的推導(dǎo)等。同時(shí)由于電磁場與電磁波課程中許多概念抽象，推導(dǎo)過程繁瑣復(fù)雜，為了在有限的課時(shí)量安排下完成更好的教學(xué)效果，要盡量結(jié)合多媒體利用現(xiàn)代教育技術(shù)，以便達(dá)到節(jié)約課時(shí)的目的。通過多媒體播放課件、視頻等方法可以更加系統(tǒng)地傳授知識(shí)，加深學(xué)生對電磁場與電磁波內(nèi)容的理解。另外我們還利用Mathematic、MATLAB等軟件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算或者電磁場仿真，使場的圖像和波的傳播圖像更加直觀形象。讓學(xué)生更加直觀地認(rèn)識(shí)到電磁波的特性，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。

2.2 注重實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)

電磁場與電磁波課程的應(yīng)用很廣，具有較強(qiáng)的工科背景，實(shí)際上課過程中，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，要注重實(shí)踐環(huán)節(jié)的教學(xué)，一方面在理論課時(shí)中加強(qiáng)電磁波內(nèi)容實(shí)際應(yīng)用的講解，另一方面向?qū)嵺`課程要效率。例如實(shí)驗(yàn)課程上，對于每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都要求學(xué)生提前預(yù)習(xí)，通過實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備，消化課堂上所學(xué)對應(yīng)知識(shí)并且和實(shí)際相聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)過程中，要求學(xué)生認(rèn)真操作，擴(kuò)展思維，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量、數(shù)據(jù)的分析處理、總結(jié)，進(jìn)一步地了解電磁波的傳播和輻射特性以及生活中的應(yīng)用小常識(shí)。

3 教學(xué)考核

本門課程期末考試采用閉卷考試的方式，但是由于部分學(xué)生考試前突擊復(fù)習(xí)，并且學(xué)生中存在死記硬背公式和定理，知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系理解不夠深刻，因此單純的期末考試無法體現(xiàn)整體的學(xué)習(xí)效果。為此我們采用了多種考核方式相結(jié)合，各種考核方式以一定的百分比結(jié)合，最后得出學(xué)生的總學(xué)習(xí)成績。首先是期末考試采用了“一頁開卷”，即在考試時(shí)允許學(xué)生帶一張統(tǒng)一的一頁紙，學(xué)生可以在這張紙上書寫自己認(rèn)為本課程需要的知識(shí)，通過這種方式可以引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，促使學(xué)生加深對所學(xué)知識(shí)的理解，同時(shí)對教師的命題質(zhì)量也是一個(gè)考驗(yàn)，既要保證試題難度適中，又要恰到好處地考查學(xué)生對于知識(shí)的分析、利用。其次在平時(shí)上課過程中，針對每個(gè)學(xué)生的實(shí)際表現(xiàn)和課堂討論中的表現(xiàn)給出一個(gè)分?jǐn)?shù)，占到總成績的20%，促使學(xué)生在日常上課過程中好好聽課，認(rèn)真思考，做到對知識(shí)的融會(huì)貫通。最后，實(shí)驗(yàn)課最終進(jìn)行一次操作考試，根據(jù)每節(jié)實(shí)驗(yàn)課以及最后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績和操作考試的情況給出一個(gè)分?jǐn)?shù)，占到總成績的20%。

通過幾年的教學(xué)實(shí)踐，我們在注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的基礎(chǔ)上，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)考核等幾個(gè)方面就如何提高課程的授課效果做了一些改進(jìn)，著重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，提高了教學(xué)質(zhì)量，取得了良好效果。

[1] 謝處方，饒克謹(jǐn).電磁場與電磁波[M].北京：高等教育出版社，2006

[2] 楊儒貴.電磁場與電磁波[M].北京：高等教育出版社，2007

[3] 田雨波，張貞凱.《電磁場理論》教學(xué)改革初探[J].電氣電子教育學(xué)報(bào)，2008，30（1）：11～13

[4] 郭業(yè)才.通信工程專業(yè)《電磁場與電磁波》課程教學(xué)實(shí)踐[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006，16（6）：247～249

[5] 郭碩鴻.電動(dòng)力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2008

Research on the Teaching of Electromagnetic Field and Electro-Magneticwave Curriculum

ZHANG Xin，ZHENG Wen
(Department of Optical Engineering,Binzhou University,Binzhou 256603)

According to the characteristics of Electromagnetic Field and Electro-Magneticwave curriculum with strong theory and abstract concept, students generally reflect the difficulties.Improves it from several aspects separately which are the teaching content,teaching methods, teaching assessment and so on,pays attention to the students'understanding and application of knowledge,stimulates students'interest in learning,improves the learning effect,achieves a good effect.

Electromagnetic Wave;Maxwell Theory;Practice Teaching;Examination Results

1007-1423（2015）04-0019-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.04.005

張鑫（1982-），女，山東濱州人，講師，碩士研究生，研究方向?yàn)榻y(tǒng)計(jì)物理

鄭文（1982-），女，山東滕州人，講師，研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信與信號處理

2014-11-27

2015-01-07

濱州學(xué)院實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究項(xiàng)目（No.BZXYSYXM201405）