电磁场教学改革探究

2015-09-22郭华华

亚太教育 2015年30期

文/郭华华

引言

电磁场理论是电气工程与电子工程学科基础课程。电磁场理论课程又是“电机学”、“微波技术”等后续专业平台课程的先修课程。它偏重理论分析、研究对象抽象、数学推导繁琐。学生学习电磁场理论需要空间想象力、抽象思维能力、逻辑思维能力以及扎实的数学功底。电磁场课程一直都处于“难教”、“难学”的状况，很多学生对电磁场课程的学习望而生畏，如何克服“难”是电磁学教师一直不断探究的问题。

1.课程特点

(1)研究概念抽象，时空感强:电磁场课程研究的对象是随时间沿空间变化传播的电磁波。不管是对其特性进行描述还是性质分析都非常抽象。

(2)需要的先行知识点多:电磁场涉及到时域、频域以极化。要求学生要掌握高等数学、复变函数、数学物理方法，同时还必须掌握场论和矢量分析的知识。

(3)课程实验少:电磁场是偏重理论分析的课程，该课程设计的实验比较少，基本集中在静态场部分，实验主要以模拟仿真为主，大部分电磁场课程没有开设实验课程，使学生对电磁场的认识不够深刻。

(4)学时较少:电磁场学时数由开始的180学时直降为48学时，使教师授课学时非常紧张，分秒必争，容易忽视学生思考的时间，从而削弱学生学习的积极性。

2.教学手段和方法改革

(1)重视绪论课。绪论课对学生学习电磁场极其重要的，这是学生第一次和电磁场课程接触，学生对电磁场课程的第一印象对今后课程的学习有至关重要的。在绪论课上，介绍课程的在专业课程体系中的地位能让学生对课程结构有清晰的认识，同时也对电磁场课程在该专业的地位和作用有深入具体的了解。除此以外，还可以介绍电磁学在本专业相关联工业领域的应用，以电气工程为例，可以介绍直流换流站、输电线路以及变压器等内容，激发学生对学习的兴趣。同时，对该课程学习方法的介绍也很重要。本课程对先行课程的要求比较高，不仅利用先行课程的知识，还有借助先行课程的思想方法，反过来，电磁场课程的学习又是对先行课程的应用与延展，有利于更加深入理解先行课程。所以，在授课之初，教师先把该课程的一些学习方法涉及到的先行课程及先行知识告诉学生，有利于提高后面课程学习的效率。

(2)强调重要公式推导和充分理解物理概念的内涵。在电磁场课程中，重要的公式推导目的是教授学生分析和解决问题的思路与方法。例如在静电场中推导边界条件，重点讲授思想与方法。在以后恒定电场、静态磁场等一系列边界条件就不详细讲解，让学生参照静电场边界条件的推导自行独立推导。这样既可以让调动学生的主动性，又可以让学生将所学的思想与方法在不同条件下的加以应用，更好将学习的知识进行内化。

此外，在教学中，教师要引导学生总结物理意义、适用条件、公式含义。例如引入极化强度的目的，极化强度与极化电荷之间的关系，极化强度引入以后对介质里面高斯定理推导的作用等内容，让学生时刻明白所学知识之间的各种关系，增加电磁场知识结构的关联性，避免让学生孤立的对待待电磁场中的某一个问题。不管是公式的推导还是物理概念的理解都要紧密的与电磁场研究内容紧密相连，并且将电磁场研究问题的角度和方法与普通物理电磁学内容进行比较，避免学生混淆两者的区别而失去学习兴趣。

(3)多种教学方法相结合。传统的电磁场课程教学主要采用课堂教授为主要授课方式。在实际教学中，可以采用多种教学方法相结合的手段进行教学。可以采用实例教学，激励学生对专业的学习兴趣，例如计算跨步电压、分析变压器原理与参数等，能让学生了解电磁场课程与其他专业知识是密切相连的。课程中一些重要内容，应该强调启发式教学或情景教学，例如设置用静态场的安培环路定律分析电容充电问题出现矛盾的情景，用矛盾激发学生的兴趣，引导学生思考解决矛盾的方法，从而引出位移电流的概念，得到麦克斯韦方程组的过程。在讲授通量与散度时，采用启发式教学，循序渐进地按照“面——点——体”的思路进行教学。

(4)利用现代教育技术，提升教学效果。学习电磁场最主要的问题在于电磁场非常抽象。现代教育技术正好可以弥补这一问题，充分利用教学软件和多媒体教学课件，让场形象化，通过场图直观地描述场的分布规律。例如利用Matlab描述理想介质中的均匀平面波斜入射到理想导体表面，垂直极化波情况平行和极化波情况，图形清晰直观，学生对这个问题也一目了然。此外，由于电磁场课程学时数缩短，课程难度大，如果能利用现代微课，慕课等新型授课方式，进行翻转课堂，将一些原来需要教师在课堂上花费大量时间讲授的部分内容交给在线课堂，而把课堂的时间用作对课前知识学习的检查、巩固以及深入讨论，这样一方面能培养学生主动学习的能力，另一方面更有效利用课堂学习时间。