周盛華++葉有祥++董艷燕++李海華++裘燕青

摘 要：分析了“電磁場與電磁波”課程的教學(xué)現(xiàn)狀。為了適應(yīng)工程教育專業(yè)論證和國際化教育的要求，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，通過對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法手段、考核方式等方面所做的努力和嘗試，強調(diào)在教學(xué)過程中根據(jù)學(xué)生的具體情況，加強基本概念的滲透和實際工程中的應(yīng)用，注重創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)，切實提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：工程教育專業(yè)論證 電磁場與電磁波 教學(xué)改革

中圖分類號：G642 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）12（b）-0181-02

2016年中國正式成為《華盛頓協(xié)議》正式成員國[1]，工程教育專業(yè)論證是我國高等教育改革的重要舉措，也是實現(xiàn)工程教育國際化的重要標(biāo)志[2]，通過專業(yè)論證的學(xué)生可以在相關(guān)的國家或地區(qū)按照職業(yè)工程師的要求，取得工程師職業(yè)資格。我國十三五規(guī)劃指出，世界各國在經(jīng)濟、政治、軍事等方面的競爭力取決于其科技和人才，要推動一批高水平大學(xué)和學(xué)科進入世界一流行列或前列，提升高等教育綜合實力和國際競爭力，培養(yǎng)一流人才，產(chǎn)出一流成果[3]。而科技和人才歸根結(jié)底取決于其教育質(zhì)量，尤其是大學(xué)的水平。因此，專業(yè)課程的國際化成為國際化教育的重要內(nèi)容。

“電磁場與電磁波”這門課包含了電磁場和電磁波兩個部分的內(nèi)容[4]，是電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程的內(nèi)容對后續(xù)課程的學(xué)習(xí)至關(guān)重要，在學(xué)科建設(shè)中發(fā)揮著承上啟下的作用；而且在電磁場與電磁波課程中采用的獨特思維方法的訓(xùn)練對學(xué)生今后處理實際問題具有非常重要的作用，因此提高該課程的教學(xué)質(zhì)量顯得非常必要。

1 目前課程的現(xiàn)狀與存在的主要問題

“電磁場與電磁波”是工科電類專業(yè)的一門必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程，課程的基本理論是從事電類專業(yè)領(lǐng)域工作的科技工作者應(yīng)必備的知識。該課程概念抽象、公式多、理論性強，也是工科學(xué)生公認的本科最難學(xué)的課程之一。同時，該課程涉及的理論在光纖通信、生物電磁學(xué)、電磁兼容、導(dǎo)波光學(xué)、微波技術(shù)等前沿學(xué)科領(lǐng)域有著舉足輕重的作用，而且它還是其它邊緣學(xué)科、交叉學(xué)科的基礎(chǔ)；然而，這門課程卻總被反映是一門“老師難教、學(xué)生難學(xué)”的課程。究竟課程難在何處，通過分析總結(jié)我們認為有以下幾點原因：第一、“電磁場與電磁波”課程本身概念抽象，公式繁多，課程內(nèi)容涉及到太多的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)理論，學(xué)生入門學(xué)習(xí)困難，難以進行深入的理解；第二，學(xué)校重視培養(yǎng)“應(yīng)用型”人才，理論基礎(chǔ)課時一再的被壓縮，在有限的課時內(nèi)要把課程的內(nèi)容講解透徹，顯然不是一件容易的事情。而學(xué)生要在這么短的時間內(nèi)完全理解教學(xué)的內(nèi)容，也是很困難的事情了；第三，高校的擴招，生源的整體素質(zhì)普遍下降，這是一個現(xiàn)實的問題，學(xué)生的數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)本身比較薄弱，這就給該課程的學(xué)習(xí)帶來了很大的困難。針對上述情況，課程組對該課程的教學(xué)工作進行了大膽的嘗試和有益的探索，取得了良好的效果。

2 課程教學(xué)內(nèi)容的改革

“電磁場與電磁波”教學(xué)大綱要求學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握電磁場與電磁波兩個方面的基本概念與基本理論，為今后學(xué)習(xí)其它后續(xù)課程或在電磁場與電磁波方面進一步深入學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)；在熟知一些基本物理概念和物理量的基礎(chǔ)上，全面掌握課程中的基本原理及數(shù)值分析計算手段：同時培養(yǎng)學(xué)生嚴密的理論推導(dǎo)和分析計算能力，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

該課程包含了“電磁場”和“電磁波”兩個部分的內(nèi)容，其中場的部分在大學(xué)物理的“電磁學(xué)”部分已經(jīng)詳細的講述，但是學(xué)生接觸到的一般是一維的即標(biāo)量的問題。對這部分內(nèi)容的講解，比較好的方法是通過簡單的回顧并把知識引申到二維三維的情形，再深入一點就是能合理地選擇坐標(biāo)系來處理問題；對于磁場，利用電磁場的對偶性，許多問題都可以用電場相類似的方法來處理。再如邊界問題，只需要討論電場強度矢量和電位移矢量在分界面的行為就可以了，磁場強度和磁感應(yīng)強度的處理方法和電場情況類似。這樣以電場的講解為重點，舉一反三，從而大大簡化教學(xué)的內(nèi)容。電磁波是學(xué)習(xí)的重點和難點，我們也可以采取與機械波類比的方法來講解。對位函數(shù)的運算，只需要講解標(biāo)量場的位函數(shù)，求解標(biāo)量場位函數(shù)的泊松方程或者拉普拉斯方程。矢量場的方程形式和結(jié)果采用類比方式進行講解，這樣既節(jié)省了學(xué)生寶貴的學(xué)習(xí)時間，也可以使學(xué)生在完全弄清楚了一個知識點以后會激發(fā)自己強烈的學(xué)習(xí)欲望，從而愿意鉆研更深層次的內(nèi)容。

3 課程教學(xué)方法的改革

“電磁場與電磁波”課程一般安排在大學(xué)二年級的第一個學(xué)期，學(xué)生剛剛學(xué)習(xí)了“大學(xué)物理”和“高等數(shù)學(xué)”，已經(jīng)有了一定的數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)，對該課程的內(nèi)容有一定的認識。傳統(tǒng)的教學(xué)采用全部板書的形式不利于學(xué)生對物理圖像的深刻理解，而顯得教學(xué)內(nèi)容的枯燥無味；完全的多媒體教學(xué)則容易忽視了基礎(chǔ)理論的推導(dǎo)過程。我們認為應(yīng)當(dāng)采取板書與多媒體結(jié)合的方式教學(xué)，對物理概念、理論的演算過程盡量使用板書，借助直觀的多媒體動畫展現(xiàn)物理圖像，便于學(xué)生理解抽象的物理概念。

對物理圖像的演變過程，課程組經(jīng)過長期的經(jīng)驗積累，認為應(yīng)適當(dāng)?shù)刈寣W(xué)生自己對物理結(jié)果利用計算機軟件進行模擬仿真。仿真物理圖像需要學(xué)生至少掌握一門計算機軟件如C語言、MATLAB等，而這些大型的軟件學(xué)習(xí)起來也有一定的難度，許多學(xué)生不一定都能熟練運用，我們推薦利用大家熟知的Excel軟件來對物理圖像進行模擬。物理圖像很好地反應(yīng)了物理過程，通過自己的模擬結(jié)果，形象地展示了物理圖像，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了教學(xué)效果。

4 課程考核方式的改革

工程教育提出應(yīng)注重學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)，因此，在教學(xué)中應(yīng)鼓勵學(xué)生從教材中走出來，積極探索電磁場與電磁波在實際生活和工程中的應(yīng)用，拓寬學(xué)生的知識面，提升學(xué)生的創(chuàng)新和動手能力；進一步認識電磁場與電磁波的物理本質(zhì)和基本規(guī)律及其分析方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決電磁問題的能力。

傳統(tǒng)的考核方式就是開卷考試或者閉卷考試。對于開卷考試，試卷題目難度肯定增加了，學(xué)生如果一個知識點沒有掌握好，可能整個題目就做不出來；如果是閉卷考試，很多東西靠記住。這都不能很好的反應(yīng)學(xué)生的實際水平。我們采用一頁紙開卷的方式，這樣可以使學(xué)生全面地復(fù)習(xí)該課程，公式不需要死記硬背，試題可以更加靈活和綜合，能較好地反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。另外，我們對考試的分值比重做了改革，鼓勵學(xué)生利用現(xiàn)有知識解決一些實際的工程問題，比如手機信號對鋼筋水泥結(jié)構(gòu)的大樓、水、電梯等場景進行模擬，鼓勵學(xué)生撰寫學(xué)術(shù)論文，這些都可以作為考核的一部分。

5 結(jié)語

在工程教育專業(yè)論證和國際化教育的背景下，討論了電類專業(yè)“電磁場與電磁波”課程的教學(xué)現(xiàn)狀，從課程內(nèi)容、教學(xué)方式、考核方式等方面對課堂教學(xué)進行了有益的改革，取得了良好的效果。改革的成果對推動高校工科電類專業(yè)的電磁場與電磁波課程的教學(xué)具有一定的理論和實踐指導(dǎo)意義。

參考文獻

[1] 中國工程教育認證協(xié)會.工程教育認證標(biāo)準(zhǔn)[R].2015.

[2] 方崢.中國工程教育認證國際化之路——成為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備成員之后[J].高等工程教育研究，2013（6）：72-76.

[3] 習(xí)近平.關(guān)于《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃的建議》的說明[J].實踐：思想理論版，2015（11）：17-22.

[4] 謝處方，饒克謹.電磁場與電磁波[M].4版.北京：高等教育出版社，2015.