電磁兼容教學改革初探

章 偉

湖州師范學院 浙江湖州 313000

電磁兼容教學改革初探

章 偉

湖州師范學院 浙江湖州 313000

針對電磁兼容實際教學中存在的問題，在提升學生對課程的興趣，幫助學生理解基本概念和原理，培養學生動手能力和創新意識方面提出了電磁兼容教學的一些改革措施；最終實際的教學效果證明以上措施具有較好的實效，并且提出了今后電磁兼容教學改革的發展思路。

電磁兼容；教學改革；實踐教學

隨著現代科學技術的發展，電子計算機、信息技術、IC技術等電子和電氣技術得到了廣泛應用，并且業已滲透到社會生活的各個領域，電氣和電子設備的數量、種類不斷增加，電磁環境變得日益復雜。在這種日益復雜的電磁環境下，一方面，各種電子電器設備的電磁騷擾越來越嚴重；另一方面，先進的電子設備的抗干擾能力越來越弱，如何使各種設備正常工作，這是一個期待解決的問題，同時惡劣的電磁環境還會對人類及生態產生不良影響，電磁兼容正是為解決這類問題而發展起來的新興學科[1]。國際國內對于電磁兼容非常重視，發達國家在1996年已經實施了強制標準，我國也在2003年已經實施了強制標準。

電磁兼容性問題在電子與電氣產品的設計和開發過程中日漸重要，為了適應這個社會需求，在大學里面有必要開設電磁兼容原理與技術課程，培養具有相關知識和技能的未來工程師來解決在電子電器產品開發中的電磁兼容問題，值得高興的是近幾年國內外各大學的電氣與電子專業相繼開設了這一門課程。

1 電磁兼容課程的教學改革

近年我院對電子專業的本科生開展了電磁兼容課程的教學，教學中存在一些問題歸納起來主要有如下幾個方面。(1)傳統的電磁兼容教學內容有關電磁場和微波理論的內容過多，理論推導和公式多，這部分內容本身抽象難懂，需要比較好數理基礎，大部分學生學習的困難很大。(2)電磁兼容的內容涉及電磁及電磁兼容基礎理論和電磁兼容的測量、認證、設計等實用技術，是一門交叉學科，其特點為理論性強枯燥難懂，傳統的以教師為主體的課堂教學模式很難取得理想的教學效果，教師在教學中一味灌輸、學生在學習中死記硬背，使學生感到枯燥、乏味，學習積極性不高，教學效果得不到保證[2]。(3)電磁兼容涉及電子、電器、電力、通信等方方面面，是一門理論性、實踐性都很強的課程,若完全直接從理論入手，講授起來難度較大，對于學生來講,會覺得比較空洞，理解起來也比較困難。(4)電磁兼容現有教學實驗內容全部是驗證性實驗，學生在做實驗的過程中，只是按照實驗指導書亦步亦趨檢驗一下與書本內容是否相同，學生僅僅是被動地通過實驗來幫助理解書本知識，最終大多數的學生學習的興趣不高，根本沒有做實驗的積極性和主動性，更談不上培養學生動手能力和創新意識。

針對以上問題，結合學校的電磁兼容的實驗設備情況，主要在教學內容和方法方面對該課程進行改革，具體來說就是理論教學試方面把重點是采用各種方法和手段激發學生對課程的興趣，并且幫助學生理解原理和概念，盡量少的數學公式推導；實踐教學方面是優化實驗內容，安排一些演示和驗證性實驗激發學生的學習興趣、加深理解原理和概念，盡量多安排一些設計性實驗。

2 理論教學改革

第一，通過電磁兼容應用案例的講解積極引導和激發學生的學習興趣。根據教學計劃中的內容精心安排一些相關的電磁兼容應用案例，每個或者多個案例對應相關的知識點，上理論課的時候，先講案例或者播放一段相關視頻激發學生興趣，接著簡要地介紹相關的原理和知識點，并且隨后的電磁兼容的實驗里面就有相關的演示實驗，進一步調動學生的學習興趣和加深理解相關原理和概念。

例如，在講電磁輻射相關章節時，根據現在大學生的對時尚的電子產品如手機、計算機等的喜愛和興趣，由此入手講解移動通信的發展及其相關知識包括各電信運營商上行、下行頻率等內容，適時介紹手機電磁輻射對人體的危害及相應防護措施。接下來介紹計算機的電磁輻射及其危害與防護方面的知識，同時延伸到學生熟悉的家用電器如微波爐、電吹風等電器的電磁輻射及其防護。在介紹完電磁輻射后引出防止電磁輻射的最主要的手段屏蔽，對屏蔽原理做一個簡單的介紹，舉例說明生活常見的中各種屏蔽現象。以上的理論課上講的手機、計算機等電器的電磁輻射及屏蔽在隨后的實驗課里面得到實驗驗證，并且在實驗室做實驗的時候打開計算機機箱查看計算機機箱的屏蔽結構，同時用實驗驗證計算機機箱的屏蔽效果。

第二，采用多種手段幫助學生更好地理解電磁兼容的基本概念和原理。電磁兼容課程中有些原理和概念比較抽象、不好理解，利用現在網上各種相關視頻和動畫資源或者仿真軟件的課堂上仿真形象化演示抽象的概念和原理，以幫助學生透徹理解。

例如，在講解電磁騷擾源對敏感設備干擾模式時，其中共模和差模干擾模式比較抽象不好理解，通過制作動畫形象化地演示了什么是共模和差模干擾，幫助學生更好地理解共模和差模干擾這個概念及其抑制原理。另外在講解PCB電磁兼容設計中的時候，為幫助學生更好地理解控制差模電流的環路面積的方法可以減少PCB板差模輻射的原理，我們采用了仿真軟件進行仿真，利用仿真演示了PCB板上不同大小的差模電流的環路面積產生不同的差模輻射。

3 實踐教學改革

第一，優選一些演示和驗證性實驗激發學生的學習興趣、加深理解原理和概念。演示實驗包括計算機機箱屏蔽效果演示實驗，手機、微波爐等電器電磁輻射演示實驗、數字時鐘電路的傳導發射測和輻射發射演示實驗等。驗證性實驗包括兩大類：一類是電磁騷擾測試(EMI)實驗，包括開關電源的傳導發射測試實驗和手機輻射發射測試實驗；另一類是電磁抗擾度測試(EMS)實驗，包括家用電器的靜電放電抗擾度測試實驗(ESD)、網絡設備的電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT)實驗和自動化儀表的浪涌抗擾度測試(Surge)實驗。

第二，通過一些設計性實驗培養學生動手能力和創新意識。如某實驗是一個自制通信系統的電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT)測試與整改，具體來說實驗以小組為單位設計并制作一個簡單的CAN總線一發一收通信系統，對該系統進行電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT)測試，同時在硬件電路和編程方面進行整改，以提高電快速瞬變脈沖群抗擾度測試(EFT)測試等級。學生在實驗過程中有一個明確的目標，根據課堂上所學的電磁兼容方面知識和課程以外的知識，改進硬件電路設計和軟件編程，以提高系統的抗干擾能力，并在電磁兼容實驗室進行實際的測試，這樣既豐富了電磁兼容的實踐內容又為以后的課程設計引入新的元素，學生在整個實驗中內化了所學的知識，真刀真槍地面對實際電子電氣設計當中的各種問題，并且自己能夠動手解決了這些問題，真真切切地提高了運用知識分析問題和解決問題的能力。

4 教學效果

理論教學方面通過案例的講解激發學生對課程的興趣，另外通過演示式教學中的動畫、視頻、仿真等演示，使看不見的抽象的概念和原理生動的演示出來，使學生變被動接受為主動感知與理解，取得了非常好的教學效果。實踐教學方面通過演示和驗證性實驗激發學生的學習興趣、加深理解原理和概念，通過設計性實驗調動了學生主動學習，并積極應用知識分析和解決問題，有些學生為了使自己設計的電路板通過電磁抗擾度測試而廢寢忘食，有些則對設計一個PCB板級的EMC設計發生強烈的興趣，可見在培養學生的知識綜合應用能力和創新能力方面實實在在取得了實效。

5 今后發展的思路

有關電磁兼容教學的一些教學改革措施僅僅是一個開始，今后我們在教學內容改革方面還會有進一步措施，具體的思路是：根據學校的現有的實驗條件和社會需求，選擇和設計一些更加深入的電磁兼容實踐教學項目引入到電磁兼容教學中，并且與后續課程如課程設計、畢業設計的內容緊密結合起來，形成一個有機的、系統的教學體系。

[1] 何金良.電磁兼容概論[M].北京:科學出版社,2010.

[2] 楊進,李平.電磁兼容設計課程教學改革初探[J].電氣電子教學學報,2009,31(S1):32-34.

Exploration of the Reformation of Electromagnetic Compatibility Teaching

Zhang Wei
Huzhou University, Huzhou, 313000, China

Aiming at the problems existing in the the practical teaching of electromagnetic compatibility, this paper puts forward some reform measures to improve students' interests, help students understand the basic concepts and principles, cultivate students' practical ability and innovation consciousness. The teaching practice of the teaching method is proved to have good effects, and the future development of electromagnetic compatibility teaching reform is put forward.

electromagnetic compatibility; teaching reform; practical teaching

2016-05-05

章偉，碩士，講師。

湖州師范學院高等教育研究項目(編號：GJC12 029)。