應(yīng)用型高校《電磁場(chǎng)與電磁波》課程改革的探討

盛麗麗 李云

摘要：《電磁場(chǎng)與電磁波》是高等院校電氣信息類專業(yè)開設(shè)的一門重要的理論基礎(chǔ)課。該課程具有概念抽象、理論性強(qiáng)、公式繁多且復(fù)雜的特點(diǎn)，因此造成該課程教學(xué)難度大、學(xué)生難學(xué)的普遍現(xiàn)象。作為應(yīng)用型高校，應(yīng)注重課程與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，針對(duì)這個(gè)問題，本文在結(jié)合教學(xué)實(shí)踐和目前我校《電磁場(chǎng)與電磁波》教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出三種教學(xué)改革方法：調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、微課案例教學(xué)法、與電磁仿真軟件結(jié)合。其目的在于首先使學(xué)生愿意學(xué)，然后在掌握理論的同時(shí)更加明確該課程理論知識(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景，從而提高我校《電磁場(chǎng)與電磁波》課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：《電磁場(chǎng)與電磁波》；教學(xué)改革；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）23-0116-02

一、引言

麥克斯韋在理論上預(yù)言了電磁波的存在，這個(gè)偉大的預(yù)言其后由赫茲通過實(shí)驗(yàn)得到了證實(shí)。經(jīng)過人們的不懈努力，電磁場(chǎng)與電磁波理論已經(jīng)形成為一套完整的經(jīng)典理論。當(dāng)今社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)的猛速發(fā)展，電磁場(chǎng)與電磁波理論的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，可以說，電磁場(chǎng)的應(yīng)用已經(jīng)深入幾乎所有信息類學(xué)科。目前，它在航天航空、生物醫(yī)學(xué)、能源開發(fā)、軍事技術(shù)、雷達(dá)通訊、氣象衛(wèi)星及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，并且它的應(yīng)用范圍還在不斷深入擴(kuò)大[1]。為此，許多國(guó)家都把《電磁場(chǎng)與電磁波列》入高等院校電子信息工程類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程[2]。它具有理論體系結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、概念抽象、公式復(fù)雜、對(duì)矢量分析和數(shù)學(xué)物理方法的知識(shí)要求高，特別是電磁場(chǎng)與電磁波在空間上的分布和在時(shí)間上的變化難以想象的特點(diǎn)[3]。因此，在教學(xué)中，《電磁場(chǎng)與電磁波》被公認(rèn)為是教學(xué)難度較大、學(xué)生興趣較低的課程。那么怎樣使教學(xué)簡(jiǎn)單有效，學(xué)生學(xué)習(xí)起來有興趣，是《電磁場(chǎng)與電磁波》課程教學(xué)改革的一個(gè)重要課題。特別是在應(yīng)用型高校中，學(xué)生不僅需要掌握基礎(chǔ)理論，更要明確其應(yīng)用場(chǎng)景。本文就《電磁場(chǎng)與電磁波》的課程特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法進(jìn)行研究，提出了三種較實(shí)用的方法。

二、課程特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀

1.課程特點(diǎn)。《電磁場(chǎng)與電磁波》這門課程涉及的概念抽象難懂、公式多，學(xué)生易搞混淆，公式推導(dǎo)復(fù)雜煩瑣難于理解和記憶，容易導(dǎo)致學(xué)生厭學(xué)、怕學(xué)的情緒。另外，許多內(nèi)容與高數(shù)中的矢量運(yùn)算、求導(dǎo)運(yùn)算、積分運(yùn)算聯(lián)系緊密，需要學(xué)生有較好的高數(shù)基礎(chǔ)。電磁學(xué)三大定律與大學(xué)物理中的電磁學(xué)聯(lián)系緊密，易使學(xué)生混淆概念，不明白其中的區(qū)別與聯(lián)系。

2.教學(xué)現(xiàn)狀。在教學(xué)過程中，教師在講解概念公式時(shí)需要進(jìn)行大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，應(yīng)用型高校的學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不是很好，所以課堂上難以理解其推導(dǎo)過程。另外，電磁場(chǎng)和電磁波在空間上的分布和在時(shí)間上的變化比較抽象，難以想象。而教師講解理論多、應(yīng)用少，所以大多數(shù)學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)感到枯燥無味，無法跟上教師的教學(xué)進(jìn)度，缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)力。

三、教學(xué)改革方法的探索

根據(jù)《電磁場(chǎng)與電磁波》的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)安排如下：矢量分析—麥克斯韋方程—靜態(tài)電磁場(chǎng)—時(shí)變電磁場(chǎng)—電磁波的傳播—電磁輻射。在電磁學(xué)基本規(guī)律的基礎(chǔ)上引出普遍規(guī)律即麥克斯韋方程組，然后討論時(shí)變電磁場(chǎng)，進(jìn)而討論電磁波的傳播與輻射問題。這樣安排有如下優(yōu)點(diǎn)：較好的銜接了大學(xué)物理中的電磁學(xué)相關(guān)知識(shí)，避免了內(nèi)容上的重復(fù)，有效壓縮了靜態(tài)電磁場(chǎng)而增加了時(shí)變電磁場(chǎng)的內(nèi)容，有利于學(xué)生接受。在該課程作教學(xué)安排時(shí)需要壓縮理論推導(dǎo)的課時(shí)而增加應(yīng)用部分的講解。具體改革方法如下。

1.調(diào)整教學(xué)內(nèi)容安排。以應(yīng)用為根本，確定實(shí)際的教學(xué)內(nèi)容。對(duì)教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)和修訂，在課堂上弱化理論講解中的公式推導(dǎo)，而重點(diǎn)講解實(shí)際應(yīng)用，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。以“學(xué)以致用”為原則，將每個(gè)概念與常見的應(yīng)用進(jìn)行結(jié)合講解，這樣既可以讓大部分學(xué)生掌握課程的主要內(nèi)容，又可以讓對(duì)該課程感興趣的學(xué)生得到深層次的學(xué)習(xí)和提高。相應(yīng)的調(diào)整該課程的考核方式，將平時(shí)的課后作業(yè)和期末考試的所占考核比例作適當(dāng)調(diào)整，從而讓學(xué)生真正的學(xué)到知識(shí)，而不是為了考試才學(xué)習(xí)。

2.微課案例教學(xué)法。這種方法有兩個(gè)方面的含義：（1）用貼近生活的例子對(duì)概念進(jìn)行通俗地講解，增進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的理解。比如，在講方向?qū)?shù)和梯度這兩個(gè)概念時(shí)可以用“沿不同路徑爬山時(shí)溫度的變化”進(jìn)行講解；在講環(huán)流和旋度概念時(shí)可以用“放水時(shí)水池中的水流狀況”進(jìn)行類比。（2）講解某個(gè)概念的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。比如，講解“靜電場(chǎng)”時(shí)，可選取靜電除塵、靜電噴漆、靜電復(fù)印等案例；講解“法拉第感應(yīng)定律”時(shí)，可選取的教學(xué)案例有電子感應(yīng)加速器、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、磁懸浮列車等應(yīng)用事例；講解“動(dòng)態(tài)場(chǎng)”時(shí)，可講解沖擊脈沖雷達(dá)、電磁爐中的渦流現(xiàn)象等實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景；講解“電磁屏蔽”時(shí)，可講解電磁屏蔽在電磁兼容技術(shù)中的應(yīng)用；講解“電磁波的傳播”時(shí)，可結(jié)合隱身和反隱身技術(shù)、目標(biāo)識(shí)別技術(shù)來進(jìn)行講解；講解“電磁輻射問題”時(shí)，可結(jié)合相控陣?yán)走_(dá)的發(fā)展歷程以及原理進(jìn)行講解。

與微課結(jié)合的案例教學(xué)法是指教師利用視頻或音頻制作軟件將每一個(gè)案例錄下來，每節(jié)微課控制在10分鐘以內(nèi)。教師在課堂上將知識(shí)點(diǎn)及相關(guān)案例進(jìn)行系統(tǒng)講解之后再將微課傳給學(xué)生，學(xué)生在課余時(shí)間可隨時(shí)通過手機(jī)等終端進(jìn)行觀看。微課具有耗時(shí)短、隨時(shí)觀看的優(yōu)點(diǎn)。另外，鼓勵(lì)學(xué)生自己尋找生活中電磁場(chǎng)與電磁波的應(yīng)用案例，然后做成微課與同學(xué)分享。還可以將制作微課作為課后作業(yè)的一部分，一方面啟發(fā)學(xué)生去思考和回顧所學(xué)的理論知識(shí)；另一方面增強(qiáng)該課程的趣味性，提高大學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。課上課下相結(jié)合，通過通俗易懂的概念解釋以及知識(shí)點(diǎn)的實(shí)際應(yīng)用，定會(huì)激發(fā)學(xué)生對(duì)該課程的興趣和熱情，從而改變學(xué)生厭學(xué)、怕學(xué)的情緒。

3.與電磁仿真軟件結(jié)合。《電磁場(chǎng)與電磁波》的教學(xué)任務(wù)之一是幫助學(xué)生建立場(chǎng)和波的思想，學(xué)會(huì)用場(chǎng)的方法分析、理解電磁場(chǎng)與電磁波。鑒于該課程大部分概念比較抽象、復(fù)雜，教師不僅需要借助板書和多媒體，通過文字、形象的圖片、動(dòng)畫來幫助學(xué)生理解，還需要利用一些商業(yè)軟件來進(jìn)行實(shí)例講解。例如采用HFSS、CST等電磁仿真軟件，通過建模仿真讓學(xué)生直觀地了解電磁場(chǎng)和電磁波的動(dòng)態(tài)變化過程，使學(xué)生學(xué)會(huì)電磁場(chǎng)與電磁波的分析和應(yīng)用，同時(shí)還可以激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，為學(xué)生在后期的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供方向。

四、結(jié)語

本文在分析《電磁場(chǎng)與電磁波》課程的特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了三種有效的方法：調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、微課案例教學(xué)法、與電磁仿真軟件結(jié)合，旨在幫助學(xué)生掌握這門課程的理論和應(yīng)用。通過這三種教學(xué)改革方法，首先能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，然后幫助學(xué)生理解概念，充分了解所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用。在應(yīng)用型高校中，教師更應(yīng)增加實(shí)例講解，使學(xué)生不僅能掌握理論知識(shí)，而且能了解所學(xué)知識(shí)的實(shí)用場(chǎng)景，為將來參加工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯慎勇，趙博.《電磁場(chǎng)與電磁波》教學(xué)改革新思考[J].阿壩師范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2015，（32）：2

[2]孫國(guó)安.電磁場(chǎng)與電磁波[M].第2版.南京：東南大學(xué)出版社，1999.

[3]李文翔，熊慶國(guó).“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)方法改革研究[J].中國(guó)冶金教育，2007，（6）.