新工科背景下工程電磁場教學改革探討

馬瑋城

摘要：本文分析了當前工程電磁場教學中存在的問題，在新工科背景下從教學內容、教學方法、考核形式、和學生實踐能力培養等方面探討了課程的教學改革措施，以期為提高工程電磁場課程的教學質量提供參考。

關鍵詞：新工科;工程電磁場;教學;改革

1引言

新工科的建設發展要求地方高校根據地方區域經濟發展需求，結合本地企業技術創新要求、學校資源及社會優勢，深化產學研合作，以強化學生的創新創業能力和工程實踐能力，培養具有一定創新精神和研發能力的高素質應用型新工科人才[1-2]。作為具有工程實踐背景要求的電氣工程專業，工程電磁場是其中一門重要的專業基礎課，但由于教學內容枯燥難懂、教學方法被動、考核形式單一、學生實踐能力培養不足等問題，其現有的常規教學效果與新工科人才培養的需求有較大差距。如何在新工科背景下提高學生的工程能力，并培養學生綜合運用電磁場基礎知識進行創新、創造顯得尤為關鍵。

2工程電磁場教學中存在問題

（1）教學內容枯燥難懂

工程電磁場以電氣工程專業的實際問題為學習背景，課程中包含許多抽象概念定理，講授常需要用到復雜公式的推導運算。涉及到的公式多采用偏微分方程和積分方程，且需要在多種坐標系下對不同形態電磁場求解，描述分析起來十分晦澀抽象。而且工程電磁場涉及的知識點很多，要求學生具備微高等數學、大學物理、電路理論等扎實的基礎知識[3]。而地方性高校學生基礎本就薄弱，部分學生在接觸這門課之初見到梯度、散度、旋度以及通量、環量等概念中的算子積分符號就產生畏難心理，失去繼續學習的主動性和積極性。

（2）教學方法被動

傳統的工程電磁場教學中往往停留在“填鴨式”教學，教師從頭講到尾，學生完全被動聽課。在枯燥的理論課堂教學中，能夠長時間保持精力集中的學生較少，極容易造成之前講授的概念或定理推導沒跟上，導致后面理論分析運用聽不懂的現象。部分學生甚至直接放棄學習這門課程，結果導致“教”“學”過程嚴重分離，這樣極不利于學生對知識的掌握，更別談應用。

（3）考核形式相對單一

工程電磁場目前的考核方式多以平時出勤和期末考試為主，只要出勤率較高，期末卷面成績達到及格，學生這門課的總成績就會通過。這樣易造成部分學生的投機取巧行為，平時不學而靠考前突擊，對概念、定理甚至公式推導死記硬背。因此僅從試卷和簡單的出勤率很難全面反映學生的實際知識掌握水平。學生往往無法掌握電磁場的應用和分析方法，無法達到新工科要求的創新型人才的培養要求。

（4）學生實踐能力培養不足

工程電磁場這門課不直觀、抽象難懂也是學生學習的一大困難。通過課下與學生的交流發現，大多學生對看不見摸不著的電磁場無法想象，也不知道電磁場理論學來有何用處。學生學過這門課后，并不能夠運用電磁場理論輔助求解電氣工程領域復雜問題。而新工科要求學生能夠從工程應用出發，運用專業基礎理論解決工程中的實際問題。當前工程電磁場教學對實際應用介紹較少，忽視了對學生的工程實踐能力的培養[4]。

綜上，工程電磁場是培養電氣工程專業新工科人才必不可少的一門重要課程，而其現有的常規教學與新工科人才培養的需求有較大差距。針對新工科對地方應用型高校人才培養提出的新要求，對工程電磁場課程的教學內容、教學方法、考核方式、學生實踐能力培養等方面進行教學改革勢在必行。

3新工科背景下工程電磁場教學改革的思考

筆者結合自身工程電磁場教學實踐，對當前工程電磁場教學提出幾點思考：

（1）教學內容改革

針對本課程的傳統教學中過多偏重理論，對教學內容進行相應調整，弱化理論講解，重視實際應用。對理論的應用條件進行著重介紹，并對一些抽象的問題進行相關案例教學，以增強其實用性。如在恒定電場中，接地體附近的跨步電壓就是恒定電流場邊值問題的典型運用。先解釋恒定電場中電場強度、電流密度和電位的基本概念，再到電場強度滿足的環路定理及電流密度滿足的電流連續性定理，從而導出導電媒質的分界面銜接條件，最后通過計算可以得到超過安全限值的跨步電壓的危險區域大小。

（2）教學方法改革

針對傳統“填鴨式”被動教學效果差的問題，在新的教學環節下，教師可以適當轉變角色，在教學中起到引導者的作用，在教學過程中可采取直接講授法、互動教學法、視聽教學法等靈活多樣的教學方式。比如教學的過程中，適當設置一些電氣相關的工程分析設計案例，組織學生分組討論集思廣益，充分運用所學的電磁理論知識，找到解決問題的方法。改變以往教師獨自授課的情況，調動學生的積極性，給其足夠的自我發揮空間，讓學生參與到課堂教學環節中。一方面可以提高教學效果，另一方面也能夠培養學生的工程實踐能力及創新能力。

（3）考核形式改革

為了使工程電磁場這門課的考核方式更加科學合理，可以引入新的考核辦法，采用平時測驗、課堂討論和期末考試等幾部分的成績進行綜合評定，使考核環節貫穿整個教學過程，從而客觀真實地反映學生的綜合素質。另外也可以增設課程論文，例如主題為“時變電磁場在工程中的應用實例”、“靜電屏蔽在電氣設備中的應用”等，讓學生通過圖書、互聯網等工具檢索整合與電磁場相關的資料，并提出自己的見解。

（4）注重學生實踐能力培養

在工程電磁場的教學過程中，增設一些電磁實訓課程，引入mathematic、ansoft maxwell等仿真實驗工具，直觀顯示電磁場的空間分布，模擬各種復雜的電磁問題及現象，以實現各種電磁理論的計算及分析，例如在三相交流電纜中，可以通過仿真工具畫出任意時刻電纜截面的等電位線和電位云圖，以進行截面內的電場分析。由此可以形象分析復雜電磁問題并用于工程實踐，以培養學生的創新創造能力。

4 總結

本文分析了工程電磁場課程教學中存在的問題，并針對性在新工科背景下提出了一些應對策略和改革方案。

參考文獻：

[1]賈雁飛，劉柏生，劉巖，鄒青宇，邢礫云.新工科背景下“電磁場理論”課程的教學與實踐[J].無線互聯科技，2018 （19）：58-59.

[2]梁快，胡順仁，鄭大青，李雙，劉偉.“新工科”背景下《電磁場與電磁波》教學新思考[J].電腦知識與技術，2018 （36）：128-129.

[3]陳帝伊，劉淑琴，許景輝，馬孝義.“電磁場理論”課程的教學改革探討[J].電氣電子教學學報，2009 （4）：116-117.

[4]龔文英，李畸勇.電磁場課程教學改革的探討[J].教育教學論壇，2017 （35）：102-104.

基金項目：新工科背景下工程電磁場課程教學改革（編號：JG2019010）。