電磁場(chǎng)教學(xué)改革探究

文/郭華華

引言

電磁場(chǎng)理論是電氣工程與電子工程學(xué)科基礎(chǔ)課程。電磁場(chǎng)理論課程又是“電機(jī)學(xué)”、“微波技術(shù)”等后續(xù)專業(yè)平臺(tái)課程的先修課程。它偏重理論分析、研究對(duì)象抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁瑣。學(xué)生學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)理論需要空間想象力、抽象思維能力、邏輯思維能力以及扎實(shí)的數(shù)學(xué)功底。電磁場(chǎng)課程一直都處于“難教”、“難學(xué)”的狀況，很多學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)課程的學(xué)習(xí)望而生畏，如何克服“難”是電磁學(xué)教師一直不斷探究的問(wèn)題。

1.課程特點(diǎn)

(1)研究概念抽象，時(shí)空感強(qiáng):電磁場(chǎng)課程研究的對(duì)象是隨時(shí)間沿空間變化傳播的電磁波。不管是對(duì)其特性進(jìn)行描述還是性質(zhì)分析都非常抽象。

(2)需要的先行知識(shí)點(diǎn)多:電磁場(chǎng)涉及到時(shí)域、頻域以極化。要求學(xué)生要掌握高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)、數(shù)學(xué)物理方法，同時(shí)還必須掌握?qǐng)稣摵褪噶糠治龅闹R(shí)。

(3)課程實(shí)驗(yàn)少:電磁場(chǎng)是偏重理論分析的課程，該課程設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)比較少，基本集中在靜態(tài)場(chǎng)部分，實(shí)驗(yàn)主要以模擬仿真為主，大部分電磁場(chǎng)課程沒(méi)有開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，使學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)的認(rèn)識(shí)不夠深刻。

(4)學(xué)時(shí)較少:電磁場(chǎng)學(xué)時(shí)數(shù)由開(kāi)始的180學(xué)時(shí)直降為48學(xué)時(shí)，使教師授課學(xué)時(shí)非常緊張，分秒必爭(zhēng)，容易忽視學(xué)生思考的時(shí)間，從而削弱學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2.教學(xué)手段和方法改革

(1)重視緒論課。緒論課對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)極其重要的，這是學(xué)生第一次和電磁場(chǎng)課程接觸，學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)課程的第一印象對(duì)今后課程的學(xué)習(xí)有至關(guān)重要的。在緒論課上，介紹課程的在專業(yè)課程體系中的地位能讓學(xué)生對(duì)課程結(jié)構(gòu)有清晰的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也對(duì)電磁場(chǎng)課程在該專業(yè)的地位和作用有深入具體的了解。除此以外，還可以介紹電磁學(xué)在本專業(yè)相關(guān)聯(lián)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，以電氣工程為例，可以介紹直流換流站、輸電線路以及變壓器等內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)，對(duì)該課程學(xué)習(xí)方法的介紹也很重要。本課程對(duì)先行課程的要求比較高，不僅利用先行課程的知識(shí)，還有借助先行課程的思想方法，反過(guò)來(lái)，電磁場(chǎng)課程的學(xué)習(xí)又是對(duì)先行課程的應(yīng)用與延展，有利于更加深入理解先行課程。所以，在授課之初，教師先把該課程的一些學(xué)習(xí)方法涉及到的先行課程及先行知識(shí)告訴學(xué)生，有利于提高后面課程學(xué)習(xí)的效率。

(2)強(qiáng)調(diào)重要公式推導(dǎo)和充分理解物理概念的內(nèi)涵。在電磁場(chǎng)課程中，重要的公式推導(dǎo)目的是教授學(xué)生分析和解決問(wèn)題的思路與方法。例如在靜電場(chǎng)中推導(dǎo)邊界條件，重點(diǎn)講授思想與方法。在以后恒定電場(chǎng)、靜態(tài)磁場(chǎng)等一系列邊界條件就不詳細(xì)講解，讓學(xué)生參照靜電場(chǎng)邊界條件的推導(dǎo)自行獨(dú)立推導(dǎo)。這樣既可以讓調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性，又可以讓學(xué)生將所學(xué)的思想與方法在不同條件下的加以應(yīng)用，更好將學(xué)習(xí)的知識(shí)進(jìn)行內(nèi)化。

此外，在教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)物理意義、適用條件、公式含義。例如引入極化強(qiáng)度的目的，極化強(qiáng)度與極化電荷之間的關(guān)系，極化強(qiáng)度引入以后對(duì)介質(zhì)里面高斯定理推導(dǎo)的作用等內(nèi)容，讓學(xué)生時(shí)刻明白所學(xué)知識(shí)之間的各種關(guān)系，增加電磁場(chǎng)知識(shí)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性，避免讓學(xué)生孤立的對(duì)待待電磁場(chǎng)中的某一個(gè)問(wèn)題。不管是公式的推導(dǎo)還是物理概念的理解都要緊密的與電磁場(chǎng)研究?jī)?nèi)容緊密相連，并且將電磁場(chǎng)研究問(wèn)題的角度和方法與普通物理電磁學(xué)內(nèi)容進(jìn)行比較，避免學(xué)生混淆兩者的區(qū)別而失去學(xué)習(xí)興趣。

(3)多種教學(xué)方法相結(jié)合。傳統(tǒng)的電磁場(chǎng)課程教學(xué)主要采用課堂教授為主要授課方式。在實(shí)際教學(xué)中，可以采用多種教學(xué)方法相結(jié)合的手段進(jìn)行教學(xué)。可以采用實(shí)例教學(xué)，激勵(lì)學(xué)生對(duì)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，例如計(jì)算跨步電壓、分析變壓器原理與參數(shù)等，能讓學(xué)生了解電磁場(chǎng)課程與其他專業(yè)知識(shí)是密切相連的。課程中一些重要內(nèi)容，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)啟發(fā)式教學(xué)或情景教學(xué)，例如設(shè)置用靜態(tài)場(chǎng)的安培環(huán)路定律分析電容充電問(wèn)題出現(xiàn)矛盾的情景，用矛盾激發(fā)學(xué)生的興趣，引導(dǎo)學(xué)生思考解決矛盾的方法，從而引出位移電流的概念，得到麥克斯韋方程組的過(guò)程。在講授通量與散度時(shí)，采用啟發(fā)式教學(xué)，循序漸進(jìn)地按照“面——點(diǎn)——體”的思路進(jìn)行教學(xué)。

(4)利用現(xiàn)代教育技術(shù)，提升教學(xué)效果。學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)最主要的問(wèn)題在于電磁場(chǎng)非常抽象。現(xiàn)代教育技術(shù)正好可以彌補(bǔ)這一問(wèn)題，充分利用教學(xué)軟件和多媒體教學(xué)課件，讓場(chǎng)形象化，通過(guò)場(chǎng)圖直觀地描述場(chǎng)的分布規(guī)律。例如利用Matlab描述理想介質(zhì)中的均勻平面波斜入射到理想導(dǎo)體表面，垂直極化波情況平行和極化波情況，圖形清晰直觀，學(xué)生對(duì)這個(gè)問(wèn)題也一目了然。此外，由于電磁場(chǎng)課程學(xué)時(shí)數(shù)縮短，課程難度大，如果能利用現(xiàn)代微課，慕課等新型授課方式，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂，將一些原來(lái)需要教師在課堂上花費(fèi)大量時(shí)間講授的部分內(nèi)容交給在線課堂，而把課堂的時(shí)間用作對(duì)課前知識(shí)學(xué)習(xí)的檢查、鞏固以及深入討論，這樣一方面能培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力，另一方面更有效利用課堂學(xué)習(xí)時(shí)間。

3.結(jié)束語(yǔ)

總之，教師需要認(rèn)真研究電磁場(chǎng)理論課程所固有的特點(diǎn)，實(shí)施教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及教學(xué)手段的改革，因材施教，才能實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的艱巨任務(wù)。

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