应用型高校《电磁场与电磁波》课程改革的探讨

摘要：《电磁场与电磁波》是高等院校电气信息类专业开设的一门重要的理论基础课。该课程具有概念抽象、理论性强、公式繁多且复杂的特点，因此造成该课程教学难度大、学生难学的普遍现象。作为应用型高校，应注重课程与实际应用相结合，针对这个问题，本文在结合教学实践和目前我校《电磁场与电磁波》教学现状的基础上提出三种教学改革方法：调整教学内容、微课案例教学法、与电磁仿真软件结合。其目的在于首先使学生愿意学，然后在掌握理论的同时更加明确该课程理论知识的应用场景，从而提高我校《电磁场与电磁波》课程的教学质量。

关键词：《电磁场与电磁波》；教学改革；应用

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）23-0116-02

一、引言

麦克斯韦在理论上预言了电磁波的存在，这个伟大的预言其后由赫兹通过实验得到了证实。经过人们的不懈努力，电磁场与电磁波理论已经形成为一套完整的经典理论。当今社会，随着科学技术的猛速发展，电磁场与电磁波理论的应用领域越来越广，可以说，电磁场的应用已经深入几乎所有信息类学科。目前，它在航天航空、生物医学、能源开发、军事技术、雷达通讯、气象卫星及工农业生产的许多领域有广泛的应用，并且它的应用范围还在不断深入扩大[1]。为此，许多国家都把《电磁场与电磁波列》入高等院校电子信息工程类专业的重要基础课程[2]。它具有理论体系结构严谨、概念抽象、公式复杂、对矢量分析和數学物理方法的知识要求高，特别是电磁场与电磁波在空间上的分布和在时间上的变化难以想象的特点[3]。因此，在教学中，《电磁场与电磁波》被公认为是教学难度较大、学生兴趣较低的课程。那么怎样使教学简单有效，学生学习起来有兴趣，是《电磁场与电磁波》课程教学改革的一个重要课题。特别是在应用型高校中，学生不仅需要掌握基础理论，更要明确其应用场景。本文就《电磁场与电磁波》的课程特点，结合教学实践、教学内容和教学方法进行研究，提出了三种较实用的方法。

二、课程特点及教学现状

1.课程特点。《电磁场与电磁波》这门课程涉及的概念抽象难懂、公式多，学生易搞混淆，公式推导复杂烦琐难于理解和记忆，容易导致学生厌学、怕学的情绪。另外，许多内容与高数中的矢量运算、求导运算、积分运算联系紧密，需要学生有较好的高数基础。电磁学三大定律与大学物理中的电磁学联系紧密，易使学生混淆概念，不明白其中的区别与联系。

2.教学现状。在教学过程中，教师在讲解概念公式时需要进行大量的数学推导，应用型高校的学生数学基础不是很好，所以课堂上难以理解其推导过程。另外，电磁场和电磁波在空间上的分布和在时间上的变化比较抽象，难以想象。而教师讲解理论多、应用少，所以大多数学生对该课程的学习感到枯燥无味，无法跟上教师的教学进度，缺乏学习动力。

三、教学改革方法的探索

根据《电磁场与电磁波》的教学内容，教学安排如下：矢量分析—麦克斯韦方程—静态电磁场—时变电磁场—电磁波的传播—电磁辐射。在电磁学基本规律的基础上引出普遍规律即麦克斯韦方程组，然后讨论时变电磁场，进而讨论电磁波的传播与辐射问题。这样安排有如下优点：较好的衔接了大学物理中的电磁学相关知识，避免了内容上的重复，有效压缩了静态电磁场而增加了时变电磁场的内容，有利于学生接受。在该课程作教学安排时需要压缩理论推导的课时而增加应用部分的讲解。具体改革方法如下。

1.调整教学内容安排。以应用为根本，确定实际的教学内容。对教学大纲和教学计划进行适当地调节和修订，在课堂上弱化理论讲解中的公式推导，而重点讲解实际应用，提高学生理论联系实践的能力。以“学以致用”为原则，将每个概念与常见的应用进行结合讲解，这样既可以让大部分学生掌握课程的主要内容，又可以让对该课程感兴趣的学生得到深层次的学习和提高。相应的调整该课程的考核方式，将平时的课后作业和期末考试的所占考核比例作适当调整，从而让学生真正的学到知识，而不是为了考试才学习。

2.微课案例教学法。这种方法有两个方面的含义：（1）用贴近生活的例子对概念进行通俗地讲解，增进学生对概念的理解。比如，在讲方向导数和梯度这两个概念时可以用“沿不同路径爬山时温度的变化”进行讲解；在讲环流和旋度概念时可以用“放水时水池中的水流状况”进行类比。（2）讲解某个概念的实际应用场景。比如，讲解“静电场”时，可选取静电除尘、静电喷漆、静电复印等案例；讲解“法拉第感应定律”时，可选取的教学案例有电子感应加速器、电动机、发电机、磁悬浮列车等应用事例；讲解“动态场”时，可讲解冲击脉冲雷达、电磁炉中的涡流现象等实际应用场景；讲解“电磁屏蔽”时，可讲解电磁屏蔽在电磁兼容技术中的应用；讲解“电磁波的传播”时，可结合隐身和反隐身技术、目标识别技术来进行讲解；讲解“电磁辐射问题”时，可结合相控阵雷达的发展历程以及原理进行讲解。

与微课结合的案例教学法是指教师利用视频或音频制作软件将每一个案例录下来，每节微课控制在10分钟以内。教师在课堂上将知识点及相关案例进行系统讲解之后再将微课传给学生，学生在课余时间可随时通过手机等终端进行观看。微课具有耗时短、随时观看的优点。另外，鼓励学生自己寻找生活中电磁场与电磁波的应用案例，然后做成微课与同学分享。还可以将制作微课作为课后作业的一部分，一方面启发学生去思考和回顾所学的理论知识；另一方面增强该课程的趣味性，提高大学生的自主学习能力。课上课下相结合，通过通俗易懂的概念解释以及知识点的实际应用，定会激发学生对该课程的兴趣和热情，从而改变学生厌学、怕学的情绪。

3.与电磁仿真软件结合。《电磁场与电磁波》的教学任务之一是帮助学生建立场和波的思想，学会用场的方法分析、理解电磁场与电磁波。鉴于该课程大部分概念比较抽象、复杂，教师不仅需要借助板书和多媒体，通过文字、形象的图片、动画来帮助学生理解，还需要利用一些商业软件来进行实例讲解。例如采用HFSS、CST等电磁仿真软件，通过建模仿真让学生直观地了解电磁场和电磁波的动态变化过程，使学生学会电磁场与电磁波的分析和应用，同时还可以激发学生的兴趣，培养学生的动手能力，为学生在后期的毕业设计提供方向。

四、结语

本文在分析《电磁场与电磁波》课程的特点及教学现状的基础上，提出了三种有效的方法：调整教学内容、微课案例教学法、与电磁仿真软件结合，旨在帮助学生掌握这门课程的理论和应用。通过这三种教学改革方法，首先能激发学生的学习兴趣，然后帮助学生理解概念，充分了解所学知识的应用。在应用型高校中，教师更应增加实例讲解，使学生不仅能掌握理论知识，而且能了解所学知识的实用场景，为将来参加工作打下坚实的基础。

参考文献：

[1]侯慎勇，赵博.《电磁场与电磁波》教学改革新思考[J].阿坝师范高等专科学校学报，2015，（32）：2

[2]孙国安.电磁场与电磁波[M].第2版.南京：东南大学出版社，1999.

[3]李文翔，熊庆国.“电磁场与电磁波”课程教学方法改革研究[J].中国冶金教育，2007，（6）.

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