電磁場原理的創新實驗能力研究

陳建軍　辜永紅　于彥濤　韓慶文　葉雷

摘 要：文章通過針對電磁場原理的實驗課程存在的創新能力不足問題，建議建立教師激勵機制，提高教師的實驗創新能力，改善實驗創新內容。同時針對不同層次的學生，構建不同層次的梯級實驗體系，激發學生的實驗創新能力，提高教學質量。

關鍵詞：電磁場原理；實驗課程；教學質量；創新能力

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2017）03-0063-02

一、概述

電磁場原理課程是本科信息技術類的一門技術基礎課，為電子科學技術、通信工程、電氣工程、光電工程和生物工程技術等專業的必修課程之一。電磁場原理的知識在許多工程領域得到越來越廣泛的應用。除了我們熟知的通信工程領域外，電磁場在其他高精尖領域也得到了越來越廣泛的應用。如醫學的核磁共振技術，材料的無損探傷技術，傳感器的方向性控制技術和微智能控制技術。基于電磁場原理的知識，這些領域的技術都還將繼續快速發展[1，2]。

因此電磁場原理課程作為專業基礎課，在工程應用中，得到越來越廣泛的應用，突出了知識的重要性。雖然電磁場課程改革已經得到了很大的進步，但是現有教學內容存在缺乏創新的問題，許多地方需要改進，本文根據重慶大學電磁場原理存在的問題，提出實驗教學中的創新改革建議，提高教學質量。

二、電磁場原理實驗課程存在的問題

隨著科學技術的發展，原有的電磁場實驗課程越來越需要進行改革，現有的電磁場實驗課程存在的主要問題涉及多方面。本文僅僅從實驗創新角度分析實驗課程存在的問題。

一方面電磁場受制于傳統的實驗條件和教師實驗指導水平，實驗主要停留在驗證性實驗，缺少培養創新能力的創新性實驗內容。如動態電磁場測量，僅僅測量電磁場的強度[4]。但是對于電磁場的方向性受制于實驗儀器和條件，難以進一步提高測量精度，特別是對于實際電磁場受邊界條件的影響，更是難以提高測量。但是這些問題在實際工程研發中，卻是必須要求解決的問題。對于演示性的實驗，有時實驗課程的方法一致沿用很多年，一直沒有內容上的創新，讓部分學生覺得電磁場原理課程難以掌握，直接影響學生的創新能力的培養。所以迫切需要進行新的實驗教學的研究和探索，尋求解決的方法。

另一方面教師在開創創新實驗的主觀能動性不足。教師創新主動性不足主要涉及兩個方面。一是在現有的監督機制下，學校相對重視實驗教學，而對實驗教學重視不足。學校安排各種層面的督導專家和老師對理論教學的教師進行聽課，并通過學生考試系統，對理論教學的老師進行評價，并對連續三年的考試內容做出不得達到20%以上的強制規定，這些都體現了對理論教學的重視。相對于理論課程，學校一般沒有安排實驗課程一樣的監督和管理。因此，部分教師沒有足夠的重視，以完成工作量為目的的實驗教學，必然會導致教學質量難以提高。二是現有的考核機制下，學校對實驗教學的教師缺少實際可行的政策傾斜。如實驗室的建設和管理的考核，一般考核實驗室的軟件和硬件建設，而不會對教師個人進行建設成效的考核。考核的要求不夠健全，也使得教師缺少開拓實驗創新的主觀能動性。

因此需要從實驗條件和教師主觀能動性角度提升實驗的創新機制，提升電磁場課程的教學質量。

三、建立實驗課程的創新機制

利用已有的理論教學技術和實驗教學平臺，綜合分析電磁場和電磁波課程的理論和實驗內容。根據理論教學，積極調整實驗內容，建立實驗課程的創新機制。

一方面通過各種獎勵措施和鼓勵措施提高教師開設新的實驗教學課程，提供必要的實驗教學經費和設備，激發教師的創新能力。在獎勵措施方面，提高教師在實驗教學的勞動報酬，讓其愿意積極開拓實驗項目，不斷改進實驗條件。如電磁場在導電煤質中的傳播測量實驗，可以通過網絡分析儀測量電磁場強度的衰減，也可以通過一般軟件進行仿真實驗，得到衰減系數。雖然這個實驗項目體現了理論教學中的一個知識點，也就是驗證了電磁波通過導電煤質后，強度衰減的問題，但是實驗沒有解決導電煤質如何對電磁波強度衰減的機制。如果實驗進一步采用最新Ansys軟件，將導電煤質的電導率從常數分布，變為實際的分布參數，對電流分布從原理的線分布，變為實際的空間不均勻分布，并給出線內和線外電磁場動態分布圖，那么電磁場分析就接近實際工程問題，可以讓學生更深層次地理解電磁波衰減的原理和機制。這方面創新能力的提高，需要教師的不斷付出，一方面教師需要不斷加強主動學習，不斷利用新工具，開設創新實驗內容，同時需要將這些內容進行系統化，讓實驗內容越來越體現理論教學內容，越來越接近工程實際問題。另一方面學校也需要不斷通過各種激勵措施，激發教師的實驗創新能力和創新意愿，形成良性循環，不斷提高教學質量。

另一方面，針對不同層次的學生，構建不同層次的梯級實驗體系。對于學生的不同學習水平，設置不同的電磁場實驗。如有些學生對于死記硬背的知識掌握較好，但是動手能力不強，而有些學生恰恰相反。此時需要設置不同的實驗，讓不同條件的學生都能適應實驗。對于同樣一條電磁場原理的知識點，可以采用不同的驗證方法和驗證工具。如對于直線的線電流周圍空間的電磁的動態分布，可以直接采用鐵屑在垂直于線電流的分布狀態來反映，這是一種直觀的定性分析，但是不能解決定量分析問題。如果需要進行定量分析，那么可以采用磁變傳感器放置在線電流周圍，通過磁致伸縮理論或磁變傳感器的頻率變化進行分析。也可以采用最新Comsol軟件進行多物理場分析，一方面反映電流通過導電體產生的磁場變化，另一方面還可以反映電流通過導電體后產生的熱量，改變導電體的電阻和體積，反過來又影響電流的分布和磁場的強度，從而可以更精確地分析實際線電流在周圍的電磁場的分布狀況。對于同一個問題，這種既可以采用軟件進行仿真，也可以通過不同的實驗手段測量分析的方法，讓不同知識水平的學生自由選擇，甚至采用學生自己創新的方法進行解決，教師需要不斷鼓勵這樣的行為，提高學生的創新能力。

四、結束語

本文通過針對電磁場原理的實驗課程存在的創新能力不足問題，建議通過各種措施提高教師主觀能動性，建設新的實驗平臺，開設新的實驗教學課程，并激發學生的創新能力，同時針對不同層次的學生，構建不同層次的梯級實驗體系，提高教學質量。

參考文獻

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