“电磁场与电磁波”课程教改与实践

2014-08-15李朋伟张文栋张雪英史建芳桑胜波

电气电子教学学报 2014年4期

李朋伟，张文栋，张雪英，史建芳，桑胜波

(太原理工大学信息工程学院，山西太原030024)

0 引言

“电磁场与电磁波”是为电子信息、通信工程、电子科学与技术等工科专业本科生开设的一门主干课程，它是一门理论与实践结合较强的课程，也是历来被公认为难教、难学的课程。其原因是:①该课程要求定量描述和求解相关的物理问题，逻辑性强，数学推导繁多;②实验配套缺乏，理论与实际脱节;③课程课时被大幅压缩，教师教学自由度受限[1]。

针对上述问题，“电磁场与电磁波”课程教学改革的主要思路集中在以下三点:①教学大纲的修订与教学内容的精简;②教学方法与教学手段的改进;③考核方式的完善。

笔者认为，无论教学内容、教学方法抑或考核方式的改革均应以学生为本。根据学生的实际知识背景和接受能力来适当调整教学内容，并辅以鲜活生动的教学方法才能保证教学质量。基于这样的观点，本文分析了“电磁场与电磁波”与“大学物理”以及“微波技术与天线”课程的区别与联系，提出一种对“电磁场与电磁波”教学内容的科学取舍方法;该方法结合教师的知识结构以及课程的自身特性，着重将教学与科研相结合以及归纳与比较相结合[5]。实践证明，这种方法在有限的课时内，可以避免同一内容重复讲解，为学生科研实践以及创新性思维的培养留出时间，有效激发了学生的学习兴趣，提高了教学质量[2-4]。

1 教学内容体系的改革

“电磁场与电磁波”是我院电子信息、通信工程等四个本科专业的公共课程。该课程的前接课程为“大学物理”，后续课程为“微波技术与天线”。与前者相比，“电磁场与电磁波”突出了场的概念、静态场边值问题的求解方法以及时谐电磁场内容的讲授和学习，而“大学物理”注重物理现象的解释和物理本质的数学描述，内容上两者在静态场的基本规律处存在部分重叠;与后者相比，“电磁场与电磁波”比较注重电磁场的基本规律以及电磁波在不同介质中传输规律的介绍，后者则更偏重传输线、波导以及微波器件等工程实践，两者内容上在电磁场理论基础、波导以及电磁辐射部分也存在部分重叠。

我们在“电磁场与电磁波”课程的教学实践中，进行了如下取舍:①重点讲授“场”的基本规律和特性;②主要学习“波”在不同媒质及其分界面处的传播规律;③大幅度压缩导行电磁波以及电磁辐射的教学课时。

这样就为静态场的基本规律、边值问题分析以及时谐电磁场的重点讲授腾出较多时间，符合该课程侧重“场”与“波”的理论基础讲授的基本特点，增加了教学的灵活性。避免了授课内容上的重复。

2 教学方法的改进

1)教学与科研的有机结合

我们如果能将科研与教学有机的结合，可激发学生的学习兴趣。如在课堂上利用量子、纳米的概念与学生一起讨论边界条件的离散与连续的问题;提问晶体结构的概念，解释媒质的各向同性与各向异性问题;举光波导器件的例子，分析电磁波在理想介质中的全反射应用等问题，可调动学生的好奇心与学习兴趣，取得较好的教学效果。

2)比较法在教学实践中的应用

比较法是通过观察、分析，找出研究对象的相同点和不同点，它是认识事物的一种基本方法，也是教学过程中对比演示和归纳总结的常用方法。通过比较，人们可以对两个甚至更多相关概念或术语的联系与区别有较为明确的认知。如对比高中所学的库仑定律、法拉第电磁感应定理与本课程中的相应内容，加强学生对矢量的数学表达以及“场”的表达的印象;电与磁现象的类比式讲述，包括:场“源”、麦克斯韦方程组、时变条件下的电场与磁场以及比拟法求解电容与漏电导等[5];另外，均匀平面波在理想介质和导电媒质中传播规律的比较式教学同样在课堂实践中取得了较好的效果。

3)多媒体教学手段的合理应用

充分利用各种多媒体教学手段可以使教学内容更加生动、丰满，并有效增强教学效果。例如，以电毛刷和电磁起重机等的实物或图片展示电磁场或电磁波的具体应用;播放实验磁悬浮列车运行的影像;以Flash动画展示电磁波的传播、反射和透射等抽象内容。实际教学效果表明:合理选择和运用多媒体手段对教学效果的提高具有明显的促进作用。

4)教学过程面对面

教学过程面对面是指采用座谈等沟通方法，学生与教师一起，就教学过程中的教材、目标、方法、过程以及评价等不同方面进行深入交流和探讨的过程。与传统的教师主讲、学生主听的过程不同，在此活动中教师会结合自己的教学实际，从教材的地位、作用、重点、难点、教学目标的思考以及教学方法等多方面与学生交流，学生则根据自己学习过程中遇到的问题反馈给教师。这类活动可在每学期的期中时间进行一次，从实际效果来看，面对面的教学交流，有效促进了教学效果的提高。