浅淡《电磁场与电磁波》的教学方法

黄文等

摘 要 《电磁场与电磁波》普遍存在难教难学的现象。本文分析了《电磁场与电磁波》这门课程教学中存在的问题，并提出几种提高教学质量的方法，通过这些措施可以取得良好的教学效果。

关键词 电磁场与电磁波 教学方法 教学质量

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2014）14-0001-02

《电磁场与电磁波》是高等学校电子信息类及电气信息类专业本科生必修的一门专业基础课，是在大学物理的电磁学部分的基础上，应用高等数学作为工具，进一步研究宏观电磁场的基本规律及分析计算方法，使学生熟悉重要电磁场问题的数学模型的分析计算方法，掌握“场”与“路”这两种既相区别又相联系的思想，具备对简单电磁现象和电磁过程用“场”的观点进行定性分析和判断的能力。本课程的学习，为学生以后从事微波技术、天线、无线通信、电磁兼容等领域的研究打下了必要的基础。

但是该课程是公认的难教难学的课程之一，其理由是：公式繁多、内容抽象。如何激发学生的学习热情，提高学生的学习兴趣，改进教学方法显得尤为重要。

一、课程教学现状及存在的问题

我校电子科学与技术、通信工程、自动化等专业开设了《电磁场与电磁波》这门专业基础课，理论学时为56学时。而本课程理论性比较强，学时略显紧张。

在教学中，存在着以下问题：（1）在教学过程中，教师对某些公式过多地推导，占用大量授课时间，提供给学生的信息量大为减少，引起教学效率低下。（2）本课程理论性强，概念高度抽象且繁多，公式推导多、计算过程复杂，使得教师难以生动形象地讲解，课堂相对枯燥单调，学生难于深入理解课程内容，普遍缺乏学习兴趣。（3）本课程对学生空间想象及数学知识等方面能力有较高的要求，坐标变换、微积分等数学知识的应用更是贯穿整门课程。数学功底不好的学生，尤其容易产生畏惧心理。（4）本课程理论及各种公式的记忆、理解、掌握和具体运用，都有一定的难度，影响了学生学习的积极性。

二、教学方法的探索

1.科学划分教学内容

在课程安排上，从矢量分析入手，使学生掌握矢量代数和矢量微积分，运用矢量分析方法使得公式简明确切，然后采用公理法逐步建立电磁模型，介绍静电场、静磁场，再由时变场得出麦克斯韦方程。在授课中，以大学物理相关理论为基础引出本课程中的知识点。除了电磁场的基本性质和基本规律，授课内容还包括传输线理论及其应用、波导和谐振腔、天线和辐射系统，使学生能应用背景知识理解基本的电磁模型。另外，在课堂上适当地讨论相关的技术应用，如喷墨打印机、极化滤波器、静电屏蔽、多普勒雷达等内容，加深学生对电磁场理论的理解，培养学生解决实际问题的能力。

根据教学计划中的教学内容，将教学知识点进行梳理划分，对于重、难点部分，由教师课堂授课完成；对于拓展型知识点，如相关的技术应用，由教师在课堂上引出，与学生进行少量讨论，主要由学生在课外查找相关资料自主学习完成。例如，静电场中电位函数的边值问题的求解，将知识点划分成不同的层次，分离变量法、直角坐标系中边值问题为讲授型知识点，由教师课堂授课完成，而对于圆柱坐标系中边值问题的求解、球坐标系中的边值问题以及等电位线的描绘为拓展型知识点，由学生课后自主学习完成。

2.多媒体教学与板书相结合

对于这类难教难学的课程，单一的板书教学方法已不能适应教学需求。对于抽象、深奥的问题与概念，采用图文并茂的多媒体课件代替板书，以形象、生动、直观的方式展现，并且用字体、颜色的变化突出教学重、难点，使学生能很快抓住学习的重、难点，从而保证听课效果。对于一些抽象图形，比如行波和驻波的实时变化波形、平面电磁波的传输过程、波导中电磁波的场结构等，很难用语言来准确描述，但结合多媒体手段，如采用Flash动画来进行演示，可以直观而生动地表现出来，激发学生兴趣，提高学习效率。且使用多媒体教学，减少了教师板书的时间，增加了教学信息量，保证了教学进度，提高了教学效率。另外利用多媒体课件可提供一定的课外材料供学生分析，让学生了解理论知识以外的应用知识。

但是，仅仅运用多媒体课件进行全部教学也是不恰当的，多媒体教学加快了教学速度，留给学生消化理解的时间减少，导致学生不能很好地进行理解。且较多知识点涉及复杂数学推导及计算，如果只在课件上播放，学生很难跟上教师思路，影响教学效果。而板书教学使学生容易跟上教师思路，更好地参与课堂学习。所以，单纯的板书或多媒体教学都不是理想的教学手段，只有适当的板书教学配合形象生动的多媒体展示，才能达到最佳的教学效果。

3.理论与应用实例相结合

《电磁场与电磁波》是一门专业基础课程，内容抽象、理论性强。学生在学习过程中，会觉得理论与应用脱节，没有学习兴趣。事实上电磁场理论有广泛的应用背景，尤其是通信、军事等领域。因此，在课堂授课中教师可以增加与理论密切相关的应用背景知识，列举一些工程实践和日常生活中电磁理论应用的实例，激发学生的学习兴趣，培养逻辑思维与创新思维。如磁悬浮列车为什么会悬浮，微波炉中为什么不能用金属碗，隐形飞机为什么会隐身，以及静电复印工作原理、医学中的微波治疗、磁共振成像技术等，使学生充分认识到本课程的重要性，提高学习的主动性。但课堂上教师提出的实例，要与课堂所学理论内容有所关联，且应用实例的讨论不可过多，以免压缩正常授课内容。通过学生自由讨论之后，教师适时进行点拨，再进一步结合课堂教学知识点进行归纳讲解，强化所学内容，使学生更好地理解和记忆所学内容。

4.采用多种教学方式

教师应该采用多种教学方式吸引学生注意力，如使用启发式教学，适时地向学生提出一些问题，引起学生的思考。在设计问题时，应该设计能够使学生思考的问题，而不是简单的是非判断题。例如，在提到旧知识点时，可以向学生提出问题，使学生回忆学习过的内容，查漏补缺。教学时可以设置探究式问题，引导学生分析和解决问题，培养学生的自主思考及创新能力。提及拓展型的应用实例时，教师先启发学生进行思考，激发学生的求知欲，让学生自由讨论，然后加以提示进一步启发。同时，教师提问的过程，也是师生交流互动的过程，通过观察学生的回答，把握学生的学习掌握情况，及时调整教学进度，从而提高教学质量。endprint

传统的教学为填鸭式教学，偏重教师讲授，课堂气氛单调。我们可以尝试开展互动式教学，以教师讲授为主，穿插学生讲课及自由讨论等形式，更多的让学生参与到教学中。课堂上鼓励学生勇于提问，对课本上的例题可采用学生先进行讨论，再让学生讲解，最后教师进行点评的方法。或者对于小部分课程内容，由部分学生主讲，再由教师点评及总结归纳。每一章学习结束后，可让学生分组讨论，总结归纳所学重难点，写出自己的学习笔记。这些措施充分地培养了学生的独立思考能力以及分析、解决问题的能力，激发了学生学习热情。

在课堂教学中，我们还要注意讲授的形象生动以及类比法的应用。例如讲解方向导数和梯度的概念时，教材中定义梯度幅度为标量的空间最大变化率，方向为标量增加率最大的方向。如果直接按照书上讲解，学生会觉得概念抽象。但如果换种方式，将生活中常见现象联系起来，学生就比较容易理解，如可以使用山这个例子来讲梯度的概念，最陡的方向就类似于梯度。教学时，抓住新旧知识的连接点，巧妙运用类比，使学生更好地理解所学知识，避免概念上的混淆。比如静电场与恒定电场、静电场与恒定磁场、麦克斯韦方程组中的时变电场和时变磁场，都存在可类比的地方。而对于小的知识点，比如矢量的点积和叉积，散度和旋度，也都有类比的地方。通过类比，可加强学生对课程内容的掌握。

5.运用网络做好课后辅导工作

在高校教堂教学以外，教师很难见到学生，难以确切掌握学生的学习状态。为了让学生更好地掌握所学知识，除了固定时间地点面对面答疑，还可利用网络进行即时的课后辅导工作，将网络教育与课堂教育有机地融合起来。当学生在学习中有疑问时，可采用电子邮件或QQ等交流方式，即时与教师进行沟通，寻求帮助。教师还可以建立QQ群，与学生进行课后的互动交流，学生也可将问题在QQ群中提出来大家一起讨论。教师可以建立与课程相关的网站或博客，将授课的课件、动画演示、拓展资料等挂在网上，激发学生的学习热情，方便学生课前预习和课后复习。同时积极引导学生利用网络资源了解学科发展的最新动态以及热点问题，进行自主的探究式学习。借助于网络，将师生之间、学生之间的互动从课堂上拓展到课堂下。

6.建立多元评价机制

在学生的成绩考核中，可以将平时成绩按一定比例纳入总的成绩计算中。在平时成绩中，除了学生的考勤分、课后作业分以外，还要将课堂成绩作为额外的分数进行考核。比如在课堂上积极回答问题，讲解例题的同学可以适当加分作为奖励，这样可以提高学生学习的积极性。

参考文献：

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[4]代秋芳，刘洪山，代芬，谢家兴，罗霞，赵懿琨.情感教育在《电磁场与电磁波》课程教学中的应用[J].武汉大学学报（理学版），2012，（10）.

（责任编辑 李 翔）endprint