“電磁場”課程教學(xué)的幾點(diǎn)思考及建議

董亮　朱峰

摘要：“電磁場”課程是電氣工程和電子信息類本科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，這門課程是學(xué)生學(xué)習(xí)過程中比較難的一門課。對國外大學(xué)對于此類課程的教學(xué)方法進(jìn)行了調(diào)研，總結(jié)了國內(nèi)外教學(xué)方法的差異，探討了該課程教學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：電磁場；教學(xué)方法；習(xí)題課

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）32-0211-02

“電磁場”是電子信息和電氣工程專業(yè)的一門核心專業(yè)基礎(chǔ)課，其學(xué)習(xí)的內(nèi)容是后續(xù)《微波技術(shù)》、《電磁兼容》、《電機(jī)學(xué)》等后續(xù)專業(yè)課程的理論基礎(chǔ)，該門課程的教學(xué)對電子信息和電氣工程專業(yè)的學(xué)生后期的學(xué)習(xí)都具有很大幫助。本文研究了“電磁場”課程所固有的特點(diǎn)，分析了該課程的教學(xué)難點(diǎn)，結(jié)合國內(nèi)外關(guān)于此類課程的教學(xué)方法和課程設(shè)置情況，就教學(xué)方法提出了教學(xué)改革的思路，希望以此為基礎(chǔ)促進(jìn)“電磁場理論”課程教學(xué)質(zhì)量的提高。

一、課程特點(diǎn)

在學(xué)習(xí)電的專業(yè)課中，場和路是分析問題和解決問題的兩種方法，因?yàn)樵陂L期的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生大多數(shù)對于比較直觀，“看得見”的路的概念比較清晰，也比較容易接受，因此普遍比較重視。但是從電的傳輸和應(yīng)用來講，場是必不可少的。因此對于電氣工程和電子信息專業(yè)的學(xué)生來講，學(xué)習(xí)《電磁場》非常有必要，這可以幫助學(xué)生更容易理解后期學(xué)習(xí)專業(yè)課中的物理概念，掌握其中的本質(zhì)和精髓。該課程的特點(diǎn)如下。

1.數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高。“電磁場理論”主要涉及場與源的關(guān)系，它是以Maxwell方程組為核心，因此在解決問題的過程中需要采用三維矢量偏微分方程組或積分方程組，而且對于不同煤質(zhì)和不同坐標(biāo)系，場量的描述方程也不相同。課程中很多場的物理屬性，必須建立在由數(shù)學(xué)推導(dǎo)得到的數(shù)學(xué)結(jié)論的分析的基礎(chǔ)上，課程中涉及大量的計(jì)算公式，習(xí)題比較難做，需要具有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，否則沒有辦法學(xué)好這門課。

2.概念性強(qiáng)，內(nèi)容抽象。電磁場是物質(zhì)的一種存在方式，但是這種方式不同于其他簡單的物質(zhì)的概念，它“看不見，摸不著”，因此顯得特別抽象，很多同學(xué)對其中一些概念和原理的理解具有一定的困難。

3.學(xué)時(shí)緊張。“工程電磁場”課程的學(xué)時(shí)比較少，我們學(xué)校只有48個(gè)學(xué)時(shí)，要在這么短的時(shí)間內(nèi)，講述如此多的課程內(nèi)容，對老師和同學(xué)都是一種挑戰(zhàn)。

從《工程電磁場》課程的特點(diǎn)來看，這么課程的“教”和“學(xué)”都有一定的困難，似的這門課程成了學(xué)生公認(rèn)的難學(xué)課程之一。為此我校畢業(yè)的校友專門捐款設(shè)立了“電磁場獎(jiǎng)學(xué)金”，用她自己的話說“只要能把‘電磁場這門課修好，電氣工程學(xué)院的學(xué)生們其他的課程都能學(xué)好”。

二、國外相關(guān)課程的開設(shè)情況

作者曾經(jīng)到美國俄克拉荷馬州立大學(xué)、澳大利亞昆士蘭大學(xué)以及英國的利茲大學(xué)進(jìn)行過學(xué)術(shù)交流和訪問。期間對國外三所大學(xué)的相關(guān)課程的教學(xué)課時(shí)和時(shí)間分布進(jìn)行調(diào)研，情況如下。

1.美國的麻省理工大學(xué)，開設(shè)了《電磁學(xué)及其應(yīng)用》，每周2個(gè)學(xué)時(shí)（每周2次，一次1個(gè)小時(shí)），每周討論課2個(gè)小時(shí)，每周還有習(xí)題課1個(gè)小時(shí)。俄克拉荷馬州立大學(xué)開設(shè)了《電磁場與電磁波》，每周的授課2個(gè)小時(shí)，還有2個(gè)小時(shí)的討論和習(xí)題課。

2.澳大利亞利亞昆士蘭大學(xué)，開設(shè)了《電磁場與電磁波》這門課，授課時(shí)長為26學(xué)時(shí)（每周2個(gè)小時(shí)，13周），另外，每周還有兩個(gè)小時(shí)的習(xí)題討論課。同上該課程的學(xué)生交流討論發(fā)現(xiàn)，學(xué)生認(rèn)為這門課相對于其他課程算是簡單的，往往理解了，認(rèn)真做些作業(yè)，不難通過考試。

3.對英國利茲大學(xué)《物理電子學(xué)》進(jìn)行了調(diào)研，這么課程的教學(xué)內(nèi)容更多涉及到物理、材料。這門課程的學(xué)分為10分，其中授課為20學(xué)時(shí)（每周2個(gè)小時(shí)，10個(gè)周），example class為10學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)9學(xué)時(shí)，另外61學(xué)時(shí)要求學(xué)生自學(xué)。對正在上這門課的同學(xué)進(jìn)行調(diào)研和討論，得知他們對這門課的教學(xué)內(nèi)容也比較陌生，感覺這個(gè)課程對他們也比較難，學(xué)生反映如果單純只是來聽教授的講課，很難學(xué)好，需要好好利用example class，如果有不明白的問題和不會(huì)做的題目及時(shí)找老師溝通和討論。在同教授交流過程中，他也描述了對這門課程學(xué)習(xí)過程中example class的重要性，在他看來，example class和正式講課同樣重要，甚至于對學(xué)生來講更為重要。通常一個(gè)example class課程的學(xué)生數(shù)量不超過20人，但是需要的老師有三人，他們不斷回答學(xué)生提出的各種問題和疑問，通過這種方式，學(xué)生及時(shí)有效地對所學(xué)知識(shí)進(jìn)行掌握。

三、國內(nèi)課程的開設(shè)情況

國內(nèi)大部分電氣工程和電子信息專業(yè)都開設(shè)了《電磁場》類的課程，大部分的學(xué)時(shí)為48—56個(gè)學(xué)時(shí)（每個(gè)學(xué)時(shí)45分鐘），上課的內(nèi)容主要集中在穩(wěn)態(tài)電磁場的教學(xué)上，如果講授電磁波的內(nèi)容學(xué)時(shí)還要延長。上課的方式主要為授課，即老師在講臺(tái)上講，學(xué)生在教室里聽。

四、中外《電磁場》教學(xué)方法的對比

從上面的調(diào)研可以看到，國內(nèi)外對該門課程的教學(xué)方法上還是有很大的不同，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.教學(xué)時(shí)長。國外的教學(xué)都是按照小時(shí)計(jì)算，國內(nèi)1個(gè)學(xué)時(shí)為45分鐘，因此從授課時(shí)間上來講，3個(gè)學(xué)時(shí)的課程并沒有比國外2個(gè)學(xué)時(shí)長了多少。

2.討論課和習(xí)題課。國內(nèi)很少有這些教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置，國外對于理論性比較的強(qiáng)的課程大都設(shè)置討論課和習(xí)題課，主要是讓學(xué)生有時(shí)間來消化吸收所學(xué)的內(nèi)容，給學(xué)生一個(gè)充分學(xué)習(xí)和交流的機(jī)會(huì)。

3.學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)。國外學(xué)生更多地通過一些網(wǎng)絡(luò)資源和圖書資料學(xué)習(xí)知識(shí)，不懂的問題進(jìn)行討論和歸納，通過討論吸收；國內(nèi)的學(xué)生大多通過多做老師布置的題目，通過考試。

五、措施與建議

筆者已經(jīng)進(jìn)行了近7年的《電磁場》教學(xué)，也在不斷對自己的教學(xué)方法進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)國外教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，對該門課程的教學(xué)提幾點(diǎn)建議。

1.增加討論課和習(xí)題課。讓學(xué)生有充裕的時(shí)間來對自己不懂或者不會(huì)的知識(shí)進(jìn)行討論和交流。

2.強(qiáng)調(diào)作業(yè)的重要性。對于理論性較強(qiáng)的課程，除了對知識(shí)的理解外，還要通過一定的聯(lián)系，或者說物理模型的建立才能掌握，因此習(xí)題的重要性不言而喻。真正讓學(xué)生獨(dú)立完成其練習(xí)，不懂的可以討論和交流，但是必須獨(dú)立完成。

3.增加一定的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)可以增加學(xué)生的興趣，而且可以讓學(xué)生有直觀的了解。比如在講靜電場時(shí)，可以通過電容器的講解和實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解靜電場的應(yīng)用，對磁場的講解可以增加變壓器或者電機(jī)的實(shí)驗(yàn)，這樣或許對于這些抽象的知識(shí)，更容易認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

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