电磁场与电磁波课程教学方法初探

2023-12-04 理论教育版权反馈

【摘要】：在开设“电磁场与电磁波”这门课程时，会遇到一些难题，而这些难题，一部分源于课程本身的特点，另一部分与学生的特点紧密联系。而“电磁场与电磁波”这门课程在考研或找工作时，用得并不多，因此，部分学生在本课程上花费的时间相对较少。“电磁场与电磁波”的课时也调整为50—60课时左右。

三本院校“电磁场与电磁波”课程教学方法初探

武汉东湖学院电子信息工程学院　魏　纯

本文总结分析了“电磁场与电磁波”这门课程的特点，结合三本院校学生的特点，提出了该课程在教学中存在的问题，并给出相适应的教学方法。

一、引言

“电磁场与电磁波”是通信工程专业和电子信息工程专业一门重要的专业基础课，它以麦克斯韦方程组为基础，利用矢量分析、微分方程等数学工具来研究电磁场与电磁波的运动、物质的相互作用规律及其应用等。该课程是“微波技术”、“移动通信技术”、“光纤通信”、“射频电路设计”、“电磁兼容”等相关课程的基础课程，可见该课程在电子专业教育体系中的重要性。很多高校学生对这门课的反应是难学，表现为疑难概念多、内容抽象、公式多、容易混淆、计算难度大，对老师来说教好这门课也具有一定的难度。

三本院校是由普通本科高校按新机制、新模式举办的本科层次的二级学院，其生源水平参差不齐，随之而来的心理状态和追求的目标也与本一本二学生存在明显差异，这就给“电磁场与电磁波”的教学工作带来了很大的难度。常规的教学方法难以保证教学质量，因此，对“以人为本”、“因材施教”的教学方法的探索势在必行。

二、“电磁场与电磁波”课程的特点

（一）所涉及的内容广

“电磁场与电磁波”课程所涉及的内容主要有：大学物理、高等数学、矢量分析、工程数学、数学物理方程与特殊函数等。在这些内容中，矢量分析、数学物理方程及特殊函数相对要难一些，因为它们涉及到复杂偏微分和特殊函数的计算，这些复杂的数学计算在“电磁场与电磁波”课程中出现的概率很高。因此，要学好这门课程，必须熟练掌握这些工具课程的基本概念、基本理论、基本运算和基本应用。

（二）概念多、抽象、难于掌握

“电磁场与电磁波”是在“大学物理”电磁场基础上拓展出来的一门基础学科，它具有很多新的概念、定律、公式。这些概念、定律、公式比较抽象，难于理解，如静电场的电容系数、自分布电容、互分布电容、虚位移、矢量磁位、标量磁位、镜像电荷、格林函数、有限差分法等，而这些概念的出现还伴随着复杂的计算公式，不管是理解、记忆、掌握，还是具体运用，都有一定的难度。

（三）公式多，推导复杂

“电磁场与电磁波”课程中所涉及到的公式，比本专业中任何一门其他专业基础课的公式都要多，表达式都要复杂，计算难度都要大。理论推导大多要用到矢量运算、微分方程、积分方程等数学工具，推导过程非常繁杂。如格林公式、亥姆霍兹定理、柱坐标或球坐标下的分离变量法、时变场公式的复数运算等，数学功底不好的同学，学起来就非常吃力。

（四）图形多，识别和绘制困难

“电磁场和电磁波”课程中涉及到大量的随时间和空间变化的场分布图，包括电场、磁场、等位线、电流线、梯度等，这些图形对应的函数表达式非常复杂，很多情况下在平面上画出场的图形非常困难，一般来说只有通过编程或专门的仿真软件才能做到。

三、教学中存在的问题

三本院校以培养应用型人才为主要目标，其发展离不开重点院校的扶持，课程体系大多照搬母体学校，但是由于生源情况不同，完全按照母体学校的方式进行教学是行不通的。因此在教学中不能采用和重点院校一样的教材及教学方法，而应该根据学生自身的特点进行探索，找出合适的教学方法。在开设“电磁场与电磁波”这门课程时，会遇到一些难题，而这些难题，一部分源于课程本身的特点，另一部分与学生的特点紧密联系。

（一）学生的数理基础薄弱

“电磁场与电磁波”以电磁学三大实验定律（库仑定律、毕奥—沙伐尔定律以及法拉第电磁感应定律）和两个基本假说（有旋电场及位移电流）为基础，归纳总结出麦克斯韦方程组，然后讨论静态场、时变场以及电磁波的传播与辐射特性，该过程需要大量的数学、物理基础知识。三本院校的学生入学时，分数相对较低，一些学生的高考失利可能正是因为数学或物理知识没有掌握好，对高中阶段必备的数学知识，例如复数知识、直角坐标系概念及三角函数公式等都比较模糊；还有的学生没有接触高中段的电磁学。另外，由于学校以培养应用型人才为目标，学生要学的课程比较多，同时要完成一定的教学实践环节，有的课程根本没有涉及，如场论、数学物理方程等。还有一部分学生对必须掌握的数理基础知识在大一时没有学好，因此对本课程教学必须用到的数理知识的储备不够。如此，学生基础没打牢，更谈不上用这些知识去分析问题和解决问题。那么，在教学方法上，教师应该注意到这一点，想办法在介绍课程的知识点之前，给学生补充一些数理的基础课，让学生不至于上课“听天书”。

（二）学生对经典理论普遍兴趣不高

三本院校的学生通常思想活跃、性格开朗、比较容易接受新鲜事物，他们关心自身的权利，注重自我，但耐挫性较差。一些学生由于数理基础差，听课时的必备知识储备不够，新课听不懂，作业无法做，从而影响到下次课的教学效果。如此恶性循环，学生的学习兴趣迅速下降，个别学生开始厌学，出现课堂上开小差、睡觉甚至逃课的现象。在学习上，有的学生奉行实用主义，偏科现象严重，他们大部分精力会花在考级或考研相关的课程上，其他课程不会花很大功夫学习。而“电磁场与电磁波”这门课程在考研或找工作时，用得并不多，因此，部分学生在本课程上花费的时间相对较少。

（三）学生的自学能力普遍不强

现在的学生大多是独生子女，父母的宠爱让他们养成了以自我为中心的习惯，依赖性强，遇到问题不去积极思考解决之道，特别是在学习上，把希望寄托在老师身上，自己很少主动思考，自学能力较弱。学生的学习主动性不够，缺少独立研读教材、攻克科技难关的自觉性。另外，学生的学习普遍有功利思想，喜欢上有用的专业课，而对基础理论课重视不够，学习的主动性不够。这就需要教师在教学过程中，吸引学生的注意，提高课程的趣味性，引导学生主动学习。

（四）教学课时安排不足

为了培养宽口径、应用型人才，学校对电子类专业都进行了增设课程以及删减课时量的调整。“电磁场与电磁波”的课时也调整为50—60课时左右。在这么少的学时里，课程教学安排无法面面俱到，只能是在某些重点章节深入讲解，习题课时间也大幅减少，这也增加了教与学的难度。(www.chuimin.cn)

四、教学方法的探讨

（一）结合学生特点对教学内容进行调整

针对学生基础薄弱的问题，可以适当的对课程内容做调整，安排几个学时的“矢量分析”课，补充讲解相关知识，做好前修课程与“电磁场与电磁波”课程的接轨。只有这样，才能使学生顺利地切入课程。

考虑到短课时、高难度，教师在教学内容上应删减一些与前修课程重复的内容和难度较大的知识点。结合学校培养应用型人才的目标，可以在教学中提高应用实例的比例。应用实例的加入不但可以丰富课堂内容，还可以将理论和实践应用很好地结合在一起，使学生加深对理论知识的理解，培养学生的工程实践素质。

（二）板书与多媒体教学相结合

由于“电磁场与电磁波”的某些问题涉及到大量的数学推导和复杂的计算，通过板书教学，容易实现学生的思路与老师的思路同步，课堂互动性好。虽然教学进度慢一点，但是能让学生更好地参与进来，提高学生学习的积极性，加深学生对知识点的掌握，课堂气氛非常好，学生思维活跃。

“电磁场与电磁波”教学仅靠板书的语言教学是不够的，因为书中涉及到许多的抽象图形，这些图形无法用语言来表达清楚它本身的含义。比如位移电流描述的变化的电场产生磁场和电磁波的传播等，如果我们利用CAD软件和MATLAB软件，将矢量线（电力线、磁力线）、等值线图等抽象概念形象的表达出来，那么一定会激发学生的学习兴趣，增强学生对这些概念的理解能力，加深学生对知识的印象，提高学生的学习效率。

（三）采用实例教学，让学生提高认识，激发兴趣

大部分学生只知道这是一门基础课程，对其应用于哪些方面不清楚，觉得课程不怎么重要，也没有兴趣学习。给学生列举出电磁场与电磁波在现实生活中的广阔应用，如军事电子对抗、雷达产品等，电磁兼容以及生活中常见的电磁辐射在将来许多行业中的应用等，让学生了解课程的重要性。俗话说，兴趣是最好的老师，让学生认识到课程的重要性后，如何激发学生的兴趣就成为课程教学中最重要的任务。尝试让学生从关注身边的电磁现象开始，例如被高压线半围住的小区很多人不愿意买，认为电磁辐射大，为什么？这种怀疑有道理吗？使用手机打电话的电磁辐射大吗？让学生对这些生活中遇到的电磁现象进行自由讨论，带着问题学习相关的理论知识，慢慢培养他们对本课程的兴趣，在兴趣上来后，学习也就变的容易多了。

（四）采用启发式教学，注重互动

在教学过程中，有些问题教师应引导学生主动去思考。如恒定电场与静电场的比拟，麦克斯韦方程组的重要物理意义，麦克斯韦方程组的适用范围，电场与磁场的关系，电与磁的对偶性，静电场与时变电场的特性，波动方程的命名，等等。教师要特别强调举一反三和创新思维的重要性，在课堂中增加提问、思考和对比，向学生提出一些具有灵活性的问题，甚至展开讨论，增加与学生的互动，并适时地对学生进行精神激励，发挥学生的主动性，使课堂生动活泼，还能使学生开动脑筋，对知识点进行综合归纳、触类旁通，加深对知识的理解，教师也可以及时地了解当前的教学效果。

（五）注重学生能力培养

教学过程中，教师应该重视对学生的能力的培养。知识的掌握固然是重要的，但对学生能力的培养更加重要。教师应通过启发式教学以及讨论式教学引导学生进行思考，促使其将书本的知识用于分析和研究实际问题，做到学以致用和活学活用；在讲授一个教学内容时，可以选取其中的一个典型例子重点讲解，其余的则作为疑问留给学生，让他们自己思考寻求答案，或者在讲解完一个知识点以后向学生提出一些和该知识点相关的实际问题让他们进行讨论。另外，在教学过程中培养学生的实践动手能力，可以鼓励学生在条件允许的情况下，制作一些和本课程相关的电子产品。

（六）提高教师素养，提升教师魅力

同一门课程，同样的教学内容，教师不同，学生的喜好程度也有明显的区别。无论是初中，高中还是大学，学生都会因为喜欢一个老师而喜欢一门课程，因此，教师应该对症下药，从知识素养等各方面提高自己，授课过程切忌千篇一律，背书式教学更是糟糕。在枯燥的课程中，教师如果加入一些幽默的话语，或是幽默的音调，也可以改善课堂气氛。

五、结束语

“电磁场与电磁波”教学的初步实践表明，在电子技术与通信技术高速发展的今天，理论联系实际显得十分重要。在教学中除应着眼于知识的巩固与深化外，还应考虑联系物理工程背景，涉及一些具体的应用问题，使教学具有较强的实用性和启发性，增加趣味性，能吸收学生，并能为学生主动学习、独立思考和全面发展提供空间。另外，还应鼓励有能力有兴趣的学生积极参与一些应用项目的调研及开发工作，提高他们的综合实践能力。

三本院校的培养模式与重本院校及高职院校的模式截然不同，对课程的教学也应不同，要结合课程本身的特点和学生的特点及学习能力，改进教学方法，提高教学质量。

【参考文献】

[1]谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波 [M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]王家礼，朱满座，路洪敏.电磁场与电磁波[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[3]刘国庆，“电磁场与电磁波”课程教学研究[J].中国电力教育，2008（12）：74—75.

[4]粱振光.MATLAB在“电磁场”教学中应用[J].电气电子教学学报，2004，26（3）：105—109.

电磁场与电磁波课程教学方法初探

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