電磁場(chǎng)與電磁波的教學(xué)改革研究

趙小翔 沈玲玲

（電子科技大學(xué)成都學(xué)院，四川 成都610000）

0 引言

“電磁場(chǎng)與電磁波”是通信工程專業(yè)、電子工程專業(yè)一門專業(yè)主干課，因?yàn)榇蠖嚯娮有畔⒌膫鞑ザ际峭ㄟ^電磁場(chǎng)和電磁波來傳遞的，所以電磁波技術(shù)不僅廣泛應(yīng)用于通信技術(shù)、廣播電播、電視技術(shù)、雷達(dá)測(cè)試技術(shù)、遙測(cè)遙控監(jiān)測(cè)技術(shù)等眾多領(lǐng)域中，同時(shí)信息安全技術(shù)問題、電磁兼容、電子對(duì)抗和電磁屏蔽等技術(shù)問題的研究也必須依賴于電磁場(chǎng)理論。一些重要的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明都是以電磁場(chǎng)理論的研究為基礎(chǔ)的，如指南針、電話、電報(bào)、電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)等，特別是無線電技術(shù)，完全是在電磁場(chǎng)理論研究的基礎(chǔ)上發(fā)明、發(fā)展起來的。而且，隨著我國(guó)信息科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電磁場(chǎng)理論與微波技術(shù)在通信工程專業(yè)、信息工程專業(yè)、信息對(duì)抗專業(yè)和信息安全專業(yè)等人才的培養(yǎng)過程中顯得尤為重要。

1 現(xiàn)狀

“電磁場(chǎng)與電磁波”的主要內(nèi)容包括：矢量分析、靜態(tài)場(chǎng)分析、動(dòng)態(tài)電磁場(chǎng)的概念、原理、分析方法和相關(guān)應(yīng)用，電磁波在無界空間中的傳播，電磁波在有界空間中的傳播，這是是一門難度系數(shù)較大的課程，與前期相關(guān)課程聯(lián)系緊密，如求解場(chǎng)的大小和方向時(shí)涉及到高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理學(xué)的知識(shí)，同時(shí)還要求學(xué)生具有一定的空間想象能力、抽象思維能力和邏輯推理能力?？偟膩碚f來說其難點(diǎn)主要體現(xiàn)在要求學(xué)生具有較高的空間想象力和較強(qiáng)的數(shù)學(xué)計(jì)算能力。

1.1 學(xué)習(xí)中的問題

學(xué)生在學(xué)習(xí)中存在的問題主要體現(xiàn)在兩方面：一是，推導(dǎo)和計(jì)算難,課程中所涉及的公式多、表達(dá)式復(fù)雜、數(shù)學(xué)要求強(qiáng)。如果再在推導(dǎo)中運(yùn)用到矢量運(yùn)算、微積分方程以及復(fù)數(shù)運(yùn)算，過程繁雜，往往顧此失彼，學(xué)習(xí)吃力。二是，概念抽象,該課程理論性強(qiáng)，概念抽象，對(duì)一些定理及概念，比如說惟一性定律、內(nèi)自感、外自感等等概念難理解，物理概念不熟悉，學(xué)習(xí)難度大。三是，解題困難,很多學(xué)生反應(yīng)上課認(rèn)真聽講，下課花大量時(shí)間推導(dǎo)公式，可遇到習(xí)題又像到另外一個(gè)世界，完全無從下手。長(zhǎng)此以往，失去學(xué)習(xí)的興趣。

1.2 在教學(xué)中中存在的問題

第一電磁場(chǎng)與電磁波課程涉及大量的公式推導(dǎo)，部分教師尤其是青年教師往往注重?cái)?shù)學(xué)計(jì)算，而忽略了其物理意義，容易使該課程失去其意義。第二，課程系統(tǒng)性強(qiáng)，注重介紹其理論基礎(chǔ)知識(shí)，忽略與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，容易讓學(xué)生產(chǎn)生“學(xué)習(xí)這門課有何用”的疑惑，不能調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。第三，由于電磁場(chǎng)與電磁波先修課程高等數(shù)學(xué)和大學(xué)物理，由于一些原因在電磁場(chǎng)與電磁波的教學(xué)中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)知識(shí)銜接的問題。

2 改革的思路

電磁系列課程教學(xué)內(nèi)容和方法的改革必須從以下幾個(gè)方面來進(jìn)行：教育觀念和理念的更新；專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課地位與內(nèi)涵的再認(rèn)識(shí)；課程體系和教學(xué)內(nèi)容的改革；考試制度及方法的改革；網(wǎng)絡(luò)課程和雙語(yǔ)教學(xué)的初步嘗試。通過這些方面的研究和實(shí)踐，以取得較好的改革效果，電磁系列課程教學(xué)改革的實(shí)踐應(yīng)該采用全方位、立體化、多視角的教學(xué)模式，發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，確定學(xué)生的主體地位；想盡一切方法，采取一切手段，努力幫助學(xué)生開拓思路，激發(fā)潛能；在教給學(xué)生專業(yè)知識(shí)和學(xué)習(xí)方法的同時(shí)，全面培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)踐能力和綜合素質(zhì)。

提高學(xué)生興趣，興趣是最好的老師。比如，在剛開始學(xué)習(xí)均勻平面波的傳播時(shí)，讓學(xué)生們自由討論現(xiàn)實(shí)生活中遇到的電磁波傳播問題，再向?qū)W生提出幾個(gè)應(yīng)用問題：為什么海水中潛艇之間的通信困難？如何防止室內(nèi)電子設(shè)備受外界電磁波干擾？為什么在微波爐中牛肉能熟，而盛牛肉的盤子確不會(huì)烤焦？中波廣播天線架設(shè)為什么與地面垂直？學(xué)生帶著這些問題學(xué)習(xí)，當(dāng)遇到這些問題，他們無法解決時(shí)，就想盡快知道解決問題的辦法。通過這部分理論知識(shí)的講授，學(xué)生對(duì)這些問題有了較深的認(rèn)識(shí)。經(jīng)過了這樣多次提出問題、解決問題的過程，學(xué)生們對(duì)本課程的興趣越來越濃厚，學(xué)習(xí)目的也非常明確了。

3 改革的方法

改變教學(xué)重點(diǎn)，對(duì)于靜態(tài)場(chǎng)問題，不做大量的講解分析。通信工程專業(yè)在后續(xù)學(xué)習(xí)中，更多的是應(yīng)用電磁場(chǎng)的傳播分析問題。大量的靜態(tài)分析不僅耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而且讓學(xué)生一開始就陷入茫然畏難之中，后面更實(shí)用的內(nèi)容反而不能取得較好的教學(xué)效果。但靜態(tài)場(chǎng)是動(dòng)態(tài)場(chǎng)的基礎(chǔ)，所以不能直接從教學(xué)中劃出，實(shí)際教學(xué)中采用的辦法是，僅僅討論點(diǎn)電荷的散度，旋度，其他復(fù)雜情況不做討論。而麥克斯韋方程不做過多的推導(dǎo)，直接給出結(jié)論，視其為“公理”，后續(xù)內(nèi)容全部從麥克斯韋方程出發(fā)進(jìn)行分析。

對(duì)于一些抽象的現(xiàn)象用Flash動(dòng)畫播放，對(duì)于一些復(fù)雜公式則在黑板上板書推導(dǎo)。如講解經(jīng)典的Maxwell方程組時(shí)，Maxwell方程組第二方程即法拉第電磁感應(yīng)定律，借助一個(gè)Flash動(dòng)畫演示發(fā)電機(jī)的工作原理，生動(dòng)形象，Maxwell方程組的第一方程提出了位移電流的假設(shè)，如果從理論上講解會(huì)比較容易混淆，把Maxwell測(cè)試位移電流的實(shí)驗(yàn)用Flash動(dòng)畫或Ansoft Maxwell軟件演示，學(xué)生一看就明白了，且調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

當(dāng)然對(duì)于“電磁場(chǎng)與電磁波”課程而言，全部采用多媒體課件教學(xué)效果不是很理想，因?yàn)樵撜n程數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高，在理論教學(xué)中有大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，如果這部分內(nèi)容完全采用多媒體教學(xué)，學(xué)生很難跟上，對(duì)知識(shí)點(diǎn)也是一知半解，印象不深，因此一些涉及到基本概念的推導(dǎo)、習(xí)題的講解時(shí)，我們采用板書教學(xué)。雖然板書的速度較慢，但加強(qiáng)了與學(xué)生之間的互動(dòng)，提高了學(xué)生參與的積極性，取得了較好的教學(xué)效果。因此在教學(xué)實(shí)踐中，我們將板書與多媒體課件教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，發(fā)揮各自教學(xué)優(yōu)勢(shì)，達(dá)到了提高教學(xué)效果的目的。

4 結(jié)論

通過以上教學(xué)改革，學(xué)生的反應(yīng)：在學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)與波的時(shí)候，很多概念還是一知半解，但在后續(xù)學(xué)科中，遇到相關(guān)的知識(shí)，比如光纖通信中光在光纖中的傳播，學(xué)生還是有初步的認(rèn)識(shí)。從這個(gè)角度看，教學(xué)改革部分的目的還是達(dá)到了的。