苑東偉，李慧奇

(華北電力大學(xué)　電氣與電子工程學(xué)院，河北　保定　071003)

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工程電磁場課程綜合教學(xué)改革實踐

苑東偉，李慧奇

(華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，河北保定071003)

在工程電磁場課程綜合教學(xué)改革實踐中，針對電磁場課程概念性強、內(nèi)容抽象等特點，在課程內(nèi)容上進行模塊化、系統(tǒng)化設(shè)計，在實驗環(huán)節(jié)、大學(xué)生創(chuàng)新實踐項目、課堂綜合作業(yè)布置，授課教師隊伍建設(shè)等方面進行了改革和實踐，改善了學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效果，提高了學(xué)生的創(chuàng)造能力、綜合分析和解決問題的能力，加強了青年教師隊伍建設(shè)，改革效果良好。

工程電磁場課程；教學(xué)改革；綜合實驗；工程實踐

工程電磁場課程是電氣及電子工程類專業(yè)及相關(guān)專業(yè)本科階段一門重要的基礎(chǔ)課程，在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、電路理論等課程之后開設(shè)。電磁場理論是電學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生必備知識結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，與電路理論一起構(gòu)成了電氣類專業(yè)的兩大基礎(chǔ)理論：“場”與“路”；同時它又是相關(guān)交叉領(lǐng)域?qū)W科的重要生長點。電磁場課程的教學(xué)實踐直接影響到學(xué)生的專業(yè)培養(yǎng)基礎(chǔ)，是否能夠真正教會學(xué)生將場的觀念與思想深入到對專業(yè)的認(rèn)識中，并幫助其從事今后的學(xué)習(xí)與工程實踐，是檢驗我們教學(xué)效果的重要標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。

電磁場課程由于其本身的概念抽象、計算分析復(fù)雜等特點，對師生而言，教與學(xué)都是很艱難的過程；所以本課程的教學(xué)實踐改革應(yīng)是長期深入的，應(yīng)結(jié)合先進的技術(shù)手段及學(xué)生的具體情況，不斷研究探索，設(shè)計更為適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)內(nèi)容和方法。

1　授課內(nèi)容系統(tǒng)化、模塊化和結(jié)構(gòu)化

通過對學(xué)生情況及物理課程的調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)電磁場課程內(nèi)容與學(xué)生在“大學(xué)物理”電磁學(xué)所學(xué)內(nèi)容上有一定的重復(fù)，電磁場課程在大學(xué)物理課程之后開設(shè)， 在具體教學(xué)改革中，電磁場教師應(yīng)注意授課時與物理電磁學(xué)的區(qū)分，在物理電磁學(xué)基礎(chǔ)之上，對電磁場內(nèi)容進行模塊化、系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化整合，避免不必要的內(nèi)容重復(fù)，將電磁場的基本理論麥克斯韋方程組在各種具體場中的不同情況講清楚。教學(xué)中貫徹將場的思想作為指導(dǎo)，結(jié)合電氣工程電力系統(tǒng)中的具體電磁現(xiàn)象及實際工程問題，使學(xué)生真正建立場的觀念，做到理論聯(lián)系實際工程，學(xué)以致用[4-6]。

通過授課內(nèi)容的改革，將電磁場和前期專業(yè)基礎(chǔ)課——電路，進行有機結(jié)合和前后呼應(yīng)，使學(xué)生能夠從場的角度對電路概念和現(xiàn)象加深理解，并更好地掌握；為后續(xù)的電機學(xué)、電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)、高電壓技術(shù)及發(fā)電廠電氣部分等課程的學(xué)習(xí)奠定堅實基礎(chǔ)，幫助學(xué)生對電力系統(tǒng)的電磁現(xiàn)象、工程分析方法及相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展前沿和動向，樹立系統(tǒng)和清晰的概念；同時培養(yǎng)學(xué)生提煉電力系統(tǒng)深層次電磁問題的能力[7-9]。

2　授課手段多樣化和形象化

電磁場課程內(nèi)容非常抽象，內(nèi)在邏輯性很強，對數(shù)學(xué)知識要求很高，特別是空間分布及時空動態(tài)效應(yīng)，學(xué)生理解以及實際計算分析起來困難很大。在教學(xué)中不斷改進講解方式及手段，結(jié)合最新的軟件及硬件設(shè)備，對教師原有的教案及教學(xué)課件進行修改和升級，利用Flash、Matlab等仿真計算軟件開發(fā)出了能夠充分反映知識體系的形象化的動態(tài)演示及結(jié)果仿真，特別是對內(nèi)容抽象的概念、定理，以及具體的場分布形式。借助Flash動畫，可以為學(xué)生做出形象的演示，增強了在教學(xué)中對具體內(nèi)容的針對性和與學(xué)生的互動性。

3　課程配套實驗實踐化

在實驗環(huán)節(jié)，對原有課程配套實驗進行整合調(diào)整，結(jié)合電磁兼容重點實驗室，將原有的兩個小型場線實驗——靜電場電力線與等位線和靜磁場磁感應(yīng)強度線的繪制合并為一個，并增加新的工程類實驗：1)球形載流線圈的場分布與自感；2)磁懸浮；3)靜電除塵。利用實驗室3米法電波暗室環(huán)境、電磁場發(fā)射接收設(shè)備和測量儀表設(shè)備，開設(shè)綜合演示實驗，在暗室環(huán)境中演示電磁波的發(fā)射、接收與測量。隨著教改項目的深入，根據(jù)技術(shù)設(shè)備的發(fā)展情況，將繼續(xù)設(shè)計新的實驗及演示實驗，真正使學(xué)生認(rèn)識并了解具體典型電磁問題及相關(guān)現(xiàn)象，幫助其深化對電磁場實際情況的認(rèn)識與理解。

4　課程作業(yè)綜合化和工程實踐化

課程教材為倪光正主編的《工程電磁場原理》(第二版)，教材中配套有大量的例題及作業(yè)題，題目本身設(shè)計較好，知識點覆蓋較為完整[10]。但在實際教學(xué)中，這些題目與物理電磁學(xué)中一些題目非常類似，如果重復(fù)布置，對學(xué)生而言只是重復(fù)練習(xí)，并沒有在內(nèi)容上有更多的更新。根據(jù)這種情況，教師在授課過程中，在例題和作業(yè)題的選擇上經(jīng)過重新篩選，將結(jié)合典型場思想的題目加以強化講授和課后布置，并適當(dāng)增加學(xué)時講授一些具有工程背景的應(yīng)用類題目，包括數(shù)值計算類例題。教師根據(jù)學(xué)生素質(zhì)情況增加課程綜合類作業(yè)，鼓勵學(xué)生結(jié)合電氣工程實際工況、最新技術(shù)等開展調(diào)研，如查閱相關(guān)課題文獻(xiàn)，并撰寫調(diào)研報告；布置電磁場數(shù)值方法分析類簡單題目，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)典型算法如FDTD和有限元等方法進行簡單算法編程計算；要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識，完成實際電磁類問題的相關(guān)調(diào)研類、實際工程類綜合性作業(yè)。在課余實踐環(huán)節(jié)中，結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類實驗項目等活動，組織創(chuàng)新實驗小組，結(jié)合電磁工程問題開展創(chuàng)新設(shè)計。在最近幾年中，指導(dǎo)學(xué)生完成了國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目《基于渦流效應(yīng)的溶液直接加熱技術(shù)研究》；依據(jù)磁動力及電磁諧振類無線充電技術(shù)，指導(dǎo)學(xué)生正在進行創(chuàng)新項目兩項。通過這些教學(xué)實踐，彌補原有教材習(xí)題的不足，擴展了學(xué)生的專業(yè)眼界，幫助學(xué)生理解實際工程中的電磁場問題并加以應(yīng)用。

5　教師隊伍建設(shè)方案

課程教師的專業(yè)水平及教學(xué)態(tài)度也是影響課程教學(xué)水平的一個重要方面。電磁場課程的教師隊伍也需要不斷地建設(shè)和鍛煉，才能夠更好地完成教學(xué)任務(wù)。積極開展電磁場課程教師隊伍建設(shè)，通過現(xiàn)場實踐、參與科研、對外交流等，團隊中教師特別是青年教師得到了鍛煉與提高，能夠更好地從事一線課程教學(xué)工作。在隊伍建設(shè)中所做工作具體為以下3個方面：

1)安排教研室年輕的骨干教師到“985”高校和國家精品課堂高校參觀、學(xué)習(xí)和培訓(xùn)，開闊青年教師的眼界，提升教師授課水平和經(jīng)驗；

2)充分利用國內(nèi)同行的良好交流平臺——全國教學(xué)會議，鼓勵教師走出去，多和同行交流，借鑒其他高校有益的思路、方法和經(jīng)驗，最終形成華北電力大學(xué)的獨有特色；

3)幫助青年教師積累現(xiàn)場經(jīng)驗和熟知工程背景，鼓勵青年教師參與科研項目，教學(xué)團隊內(nèi)部展開定期交流和討論，合理解決教學(xué)中遇到的困難與問題。

6　結(jié)束語

通過上述相關(guān)措施的開展和實施，工程電磁場課程在課堂教學(xué)、課下實踐及教師培養(yǎng)上都收到了很好的效果。

課程教學(xué)學(xué)生評價分值均在95分以上，在院系專業(yè)課程評分結(jié)果中成績領(lǐng)先；學(xué)生課程考試成績提高，課堂平均分在80分以上；指導(dǎo)學(xué)生完成創(chuàng)新項目若干，進展順利；教師授課水平不斷提升，好評率逐年提高。

[1]姚文俊，程衍富，戴同慶，等.電磁系列課程教學(xué)改革的研究與實踐[J].中國電力教育，2011(18)：159-160.

[2]劉學(xué)觀，郭輝萍，李富華.電磁場與電磁波課程體系規(guī)劃研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2006，28(6)：1-2.

[3] 夏祖學(xué)，李少甫，胥磊.《電磁場與電磁波》課程教改實踐探討[J].實驗科學(xué)與技術(shù)， 2012，10(3)：77-78

[4] 田雨波，張貞凱.“電磁場理論”教學(xué)改革初探[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2008，30(1)：11-13.

[5] 魯改鳳.“電磁場理論”課程教學(xué)方法的探討[J].中國電力教育，2010(22)：103-104.

[6]張群，侯健敏，楊麗.“電磁場理論”課程改革探討[J].中國電力教育，2009(19)：115-116

[7]林相波，劉軍民.“電磁場與電磁波”課程教學(xué)中的幾點思考[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009，31(2)：95-96.

[8]谷宇，錢倩.“電磁場與波”課程的教學(xué)改革研究[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2014(3)：28-29

[9]管愛紅.《電磁場與電磁波》課程教學(xué)思考[J].教育教學(xué)論壇，2015(14)：227-228

[10]倪光正.工程電磁場原理[M].北京：高等教育出版社，2009.

Practice of Teaching Reform Practice in Engineering Electromagnetic Field Course

YUAN Dongwei，LI Huiqi

(SchoolofElectricalandElectronicEngineering，NorthChinaElectricPowerUniversity，Baoding071003，China)

Intheengineeringfieldofcomprehensiveteachingreformpractice，combiningtheimportanceofthebasictheoryofelectromagneticfieldcourse，courseconceptualstrong，contentisabstract，etc，wecarriedoutaseriesofreformmeasures.Thesemeasuresinclude：modularandsystematicdesignofcoursecontents，experimentlink，innovativepracticeprojects，classroomcomprehensivetask-assignment，facultytroopconstruction，andsoon.Thepracticeshowsthatthesemeasuresimprovestudents’learningeffect，enhancestudents’creativeability，comprehensivelyanalyzingandsolvingproblems，andstrengthenyoungteachersteamconstruction.Finally，weachievedgoodreformeffect.

engineeringelectromagneticfieldcourse；teachingreform；comprehensiveexperiment；engineeringpractice

2015-05-27；修改日期: 2015-06-27

教育部高等學(xué)校專業(yè)綜合改革試點及國家大學(xué)生校外實踐教育基地建設(shè)工作項目(13011201)。

苑東偉(1980-),女,碩士,講師,主要從事電磁場數(shù)值計算、電磁兼容方面的研究。

G642.0；O441

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.044