“電磁場與電磁波”教學改革研究與實踐

孔令榮 王昊 朱霞 黃敏

[摘 要]“電磁場與電磁波”的教學講究抽象思維和邏輯推理兩者的結合。該課程理論性強、概念抽象，而且數學公式復雜多變，所以被公認為是一門教師難教，學生難學的課程，但同時其又是電子信息專業學生的專業基礎課，學科地位極為重要。應該從實際教學過程出發，著重對教學內容的取舍、教學方法改革、教學科研相結合方法的推廣應用等方面進行系統分析，目的在于找到適合于“電磁場與電磁波”的教學方法，提高教學效果。

[關鍵詞]電磁場與電磁波 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] 2095-3437（2015）08-0172-02

早在18世紀八九十年代，科學家就開始展開對電磁場的研究，逐漸形成電磁場與電磁波理論并應用于實際。當今社會，隨著科學技術的猛速發展，電磁場與電磁波理論應用領域也越來越廣，不僅局限于自身領域，而且與相關學科相互交叉滲透，還逐步形成了生物電磁技術以及電磁隱身理論等?？梢哉f，電磁場的應用已經深入幾乎所有信息類學科。[1]信息時代在不斷發展，高頻電磁波—微波應時代要求成為信息的主要載體，不僅在衛星通信、計算機通信、光纖通信、雷達等高科技領域得到廣泛的應用，而且在現代社會生產、生活中的應用也極為廣泛，已經滲透到人們的日常生活中，與人們的日常生活息息相關。

一、課程特點及存在問題

1.課程特點

“電磁場與電磁波”是一門理論性很強的專業基礎課，主要內容有矢量分析、靜電場、恒定磁場、恒定電場、時變電磁場、均勻平面電磁波、導行電磁波、電磁輻射等。對于電子信息工程專業的學生來說，該課程是不可缺少的基礎專業課程。通過該課程的學習，學生可以為畢業后從事相關工作打下一定的理論及實踐基礎。但是該課程的學習講究抽象思維和邏輯推理兩者的結合，不僅概念抽象、公式復雜多變，而且需要一定的數學推理過程，學生往往不易理解掌握，因此如何提高該課程的教學質量和效果，是教學者在改革探索和實踐過程中遇到的難題，是值得進一步深入研究的課題。[2]

2.課程教學存在的主要問題

（1）課程傳統的教學目標往往是直接向學生灌輸事實性知識，即課程內容是介紹電磁場與電磁波“是什么”和“為什么”，而缺乏電磁場與電磁波“怎么做”和“怎么用”，教學過程過多的偏重理論，對理論的實際應用介紹甚少。

（2）總體來講，教師只采用板書和多媒體幻燈片相結合教學，一門課程從頭講到尾，學生被動接受，課堂上疲于記筆記和用大腦接受老師所講的內容，沒有一個系統的去理解思考的過程，教與學過程分離，這樣便不利于學生原創性思維的有效發展。

（3）學生在學習過程中，除了反映電磁場太抽象，無法生動的想象實際不存在的電磁場，也不能像電路可以直觀的測量，還反映課程內容多、理論性強，而且公式多，許多地方需要將工程應用數學靈活運用。[3]

（4）電磁場與電磁波課程的考核方式也有一些弊端，一般情況下采用的還是“一刀切”模式，即“考試分數定高低”，沒有照顧到部分學生的基礎差異，同時又過分強調了對理論知識推導的考核，僅通過一張試卷來考查學生掌握知識的程度，缺乏全面性與科學性。

二、教學改革方法

1.以理論為基礎，以應用為根本，確定實際教學的研究方法。對教學大綱和教學計劃進行一定的調節、修訂，弱化理論講解，重視實際應用，提高學生自我解決問題的能力，主要采用“用什么理論，講什么理論”和選學、自學內容相結合的模式，這樣可以讓大部分學生掌握課程的主要內容，又可以讓對該課程深感興趣的學生得到深層次的學習和提高。

2.上好緒論課。任何一門課程的教學都必須以上好緒論課作為良好的開端?！半姶艌雠c電磁波”課程的緒論課對于激發學生的學習興趣和學習熱情相當關鍵，課中除了講授電磁場理論的發展過程——經典電磁場理論階段與計算電磁場理論階段，也可適當講述其實際中的重要應用，引起學生對該課程的重視及興趣。

3.結合多種教學手段，提高教學質量?？茖W的教學方法不能依然采用傳統的“粉筆+黑板”的模式，應該考慮適當利用計算機多媒體輔助教學，使教學內容顯得豐富、形象，能夠對教學起到很好的促進作用。比如合理的運用Matlab軟件。Matlab軟件是一款功能強大的科學計算軟件，它集許多功能和諸多的工具箱為一體，在課堂時間充裕的情況下，通過編寫較為簡單的Matlab程序語句，可以在課堂上進行小規模電磁場數值計算問題的演示。

4.注重案例教學。比如，講解靜電平衡與靜電屏蔽原理時，選取的教學案例是有金屬外殼的汽車能夠避免雷擊的應用事例；講解法拉第感應定律時，選取的教學案例是電動機、發電機以及變壓器的應用事例；講解電磁波輻射和接收時，選取的教學案例是雷達與隱形飛機之間的對抗的應用事例。[4]在講解電磁兼容問題時筆者常采用1982年著名的英阿馬島海戰作為教學案例，由于阿根廷海軍沒有能夠很好的解決電磁兼容問題，從而導致了被英國導彈擊沉的悲慘結果。

5.注重對比，善于分階段總結?！半姶艌雠c電磁波”課程中涉及的理論多且較為抽象，讓學生在學習過程中經常有無所適從的感覺。[5]因此，分階段進行課程總結是非常必要的，這樣可將書本的相關知識點歸納并對比，便于學生連貫理解，對學生學習效率的提升很有幫助，也提升了教學質量。

6.結合實際，改進教學。“電磁場與電磁波”課程理論性強、概念抽象，又與工程應用數學結合緊密，公式多且推導繁雜，一直被認為是教師難教、學生難學的課程。在教學過程中，應改變傳統的純理論講解，注重實例分析、習題課相結合；提出一些思考題，激發學生對課堂的興趣，還可以對其進行有效的思維能力訓練。

7.定期舉辦學術報告會。讓學生了解電磁場與微波技術的最新發展現狀和發展趨勢，了解電磁場與微波技術的市場需求，了解電磁場與微波技術及相關人才市場需求，了解電磁場與微波技術方向就業前景，從而激發學生的學習興趣，充分調動學生的學習積極性。

8.摒棄傳統的考核模式，開辟科學的考核制度。經過“電磁場與電磁波”課程教學改革后的考核采用平時成績和期末考試成績加權平均獲得總評成績的方式，其中平時成績占總評成績的40%，期末成績占總評成績的60%。在平時成績中，除了出勤率、作業質量以外，還將課堂問答作為額外的項目加入考核，對回答問題態度積極踴躍、對課程有著獨到見解的學生予以獎勵，最后的總評成績可以適當提高。這樣不僅可以增加師生互動，活躍課堂氣氛，而且還可以避免學生為了分數投機取巧，僅為高分而去學習課程。

三、教學改革實踐成果

通過對“電磁場與電磁波”課程教學目標與教學內容的適當調整與優化，使學生更加容易的掌握課程的根本，從而少走彎路，節約了大量的學習時間，避免學生在學習時陷入復雜繁瑣的數理推導之中，讓學生在課程的學習過程中獲得了更豐富的工程實踐案例，從而順利實現應用型本科院校的工程技術型人才目標。教學方法的改革，使得理論與實際的聯系更加緊密，避免了學生糾結于該課程中一些難而無用的知識，更加側重于工程實際應用；教學手段的改革，使得課堂上的氣氛更加活躍，也使得學生的實踐能力大大提高；課程考核方式的改革，使得學生的學習積極性得到了全面地調動，學生主動參與到課堂學習過程中，學習興趣有了很大的提高。

“電磁場與電磁波”課程的合格率達到了96%以上，優秀率將近30%，越來越多的畢業生選擇從事相關工作；在飛思卡爾大學生電子設計大賽中，3名同學選擇了該方向的科研設計，因設計創新超越其他設計而取得了優異成績；同時該方向的考研率也有很大提高，從2010屆開始，五屆有數十名應屆畢業生選擇電磁場與微波技術方向作為碩士研究生報考方向，其中31名順利考取了東南大學、南京理工大學、重慶郵電大學、中國計量學院等國內知名院校的電磁場與微波技術專業。有近六成的學生參加了該課程的研討式學習和科研課題研究，多位同學在國內外知名科技期刊上發表了科研論文。我校的“電磁場與電磁波”課程經過教學改革以后，可以較為全面的培養學生的科學作風、創新精神和實踐能力，促進學生全面協調發展。

四、結語

“電磁場與電磁波”課程在電類專業的學科地位舉足輕重，是學習電類專業學生必學的一門專業課程，如何把這門課程上好對教師的教學能力提出了很高的要求。筆者在教學過程中對課程內容進行了適當調整與改革，在教學方法上進行了多種新穎的嘗試，科研教學相結合使得教學多樣化，對多媒體教學手段的合理應用以及教學過程中與學生面對面交流增強了學生對該課程的學習興趣，對教學質量的提高起到了較好的效果。

[ 注 釋 ]

[1] 李長勝，林志立，馮麗爽.“電磁場與電磁波”課程內容的修改建議[J].電氣電子教學學報，2012（6）：11-15.

[2] 肖春燕.“電磁場”課程教學改革的研究[J].電氣電子教學學報，2010（1）：29-31.

[3] 李麗華.論三本院校電磁場與微波技術課程教學[J].投資與合作（學術版），2010（9）：64-65.

[4] 陳帝伊，劉淑琴，許景輝，等.“電磁場理論”課程的教學改革探討[J].電氣電子教學學報，2009（4）：116-117.

[5] 謝處方，饒克謹.電磁場與電磁波（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[責任編輯：鐘 嵐]