“工程电磁场”课程研究性教学探讨

靳 宏，莫岳平

（扬州大学 能源与动力工程学院，江苏 扬州 225009）

“工程电磁场”是电气信息类及相关专业的一门重要的技术基础课，它所涉及的内容是电类专业学生应具备知识结构的必要组成部分，同时又是一些交叉领域的学科生长点和新兴边缘学科发展的基础［1］。

现代人本主义学习心理理论的学习观坚持以学习者为中心，主张学生要充分发挥自己的潜在能力，能够创造性地学习。这一理论认为：意义和经验的学习是重要的学习，学习是愉快的事情；学生必须懂得怎样学习；强调学生自己评价，学生自己引导，重视情感在学习中的作用。我们正尝试将这一理论运用于“工程电磁场”课程的研究性教学中［2］。

本文基于人本主义的理论，在对“工程电磁场”课程进行教学研究时，合理运用了一些相关措施。经实践证明，这些措施达到了预期的效果。

1 名人事迹的运用

电磁场理论在发展过程中，出现了许多优秀的人物。介绍这些优秀人物的事迹作为相关知识的切入点，能为学生树立学习榜样，改善学习研究态度。

例如，1848年开尔文提出了电像法，后来发展到镜像法，这是计算一定形状导体电荷分布所产生静电场问题的有效方法。开尔文一生谦虚勤奋，意志坚强，不怕失败，百折不挠。他的研究范围十分广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学和工程应用等方面都做出了重要贡献。他十分重视理论联系实际，在电动机改造、电工仪器发明、近代电学量的单位标准制定以及海底电缆通信等方面都做出了卓越的贡献。开尔文的研究精神以及在工程应用上的突出贡献，都有助于工科类学生树立起理论必须运用于实践的信念。

2 工程实例的运用

电磁场是一种客观存在而又缺乏直观感受的物质。为了增加学生的学习兴趣，我们提供了一些工程应用的实际例子。在直观简便掌握理论知识的同时，进一步加深理解电磁场与工程实际的密切联系。

（1）静电场的运用——静电喷涂

为了讲解在静电场中静电屏蔽的概念以及静电屏蔽中电场分布和电荷分布的特点，我们可以先介绍静电喷涂的方法和效果，用如图1所示的Flash方式向学生展示［3］。然后让学生去思考出现这种现象的原因。接着用图2所示的一系列图片向学生讲解静电屏蔽时，球壳外和球壳内电场分布特点：壳内电荷只影响壳内电场分布，不会影响壳外的电场分布。并进一步得出球壳接地时，球壳处壁电荷并不处处为零。最后，再用理论分析的方法去讲解出现这一现象的原因。通过直观有效的方法，帮助学生掌握在静电屏蔽情况下静电场和电荷的分布情况，以及相应的电磁理论。

图1 静电喷涂工作原理图

图2 静电屏蔽中电场和电荷分布图

（2）磁路的运用——电机和变压器的分析

磁路的分析方法被广泛地运用在电机和变压器的分析中，结合电机中磁力线的分布情况，可得到电机中磁路的分布图［4］。再提出思考：变压器的磁路又是什么样？从而扩展到如图3所示的接触器和继电器等的磁路情况。在此基础上，讲解磁路分析方法，利用学生熟悉的电路知识，根据图4所示的磁路图得到模拟电路图后再进行分析计算。从多方位地帮助学生掌握磁路的概念和计算方法。

图3 磁路分布图［6］

图4 磁路计算［6］

3 最新理论方法的引人

由于在电机和变压器内部的电磁场分布一般都不太均匀，用传统的方法较难得到准确的结果，因此目前常采用的是运用计算机进行有限元分析计算。图5给出了对变压器端部进行有限元分析的部分分析过程图［5］。在对变压器端部通过建模、网格划分和计算后，即可直观得到变压器内部各部件的电场分布情况，非常直观易懂。

图5 有限元分析过程简图

4 课堂交流的运用

为了增加学生学习的参与性，在课程开始就向学生布置任务，让他们根据自己的兴趣选择相关的电磁场内容，草拟出1000字左右的文稿，教师再根据文稿，选出学生最感兴趣的话题在课堂上交流。经实践证明，这一方法取得了较好的效果，即提高了学生的学习兴趣，还扩展了他们的知识面，提高了其学习的主动性。

［1］王士彬等.“电磁场”课程教学内容改革的实践［J］.南京：电气电子教学学报，2006，28（5）

［2］谭顶良.高等教育心理学［M］.南京：河海大学出版社，2002

［3］冯慈璋，马西奎.工程电磁场导论［M］.北京：高等教育出版社，2000

［4］顾绳谷.电机及拖动基础［M］.北京：机械工业出版社，2007

［5］Jin Hong，et al.Three－dimensional Finite Element Analysis of Electric Fields at Winding Ends of Dry－Type Transformer.Proceeding of International Conference on EMS 2005，Nanjing，China