光电信息类“电磁场与电磁波”课程教学改革探讨

徐恩明，关建飞，倪新建

摘要：本文结合教学实践和目前光电信息类本科专业“电磁场与电磁波”课程教学现状，从教学内容、教学方法和考核方式三方面提出了一些改革思路以提高“电磁场与电磁波”课程教学质量和培养新型人才。

关键词：电磁场与电磁波；光电信息类专业；教学改革

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）06-0042-02

“电磁场与电磁波”作为光电信息类本科专业的专业基础课。通过学习，使学生能够运用场的观点分析有关问题，完善知识结构，提高专业水平，为后续课程的学习奠定基础[1]。然而“电磁场与电磁波”却是公认的难学、难教的专业基础课程之一[2]。而且，南京邮电大学许多专业开设了“光波导理论与技术”、“光纤通信原理与系统”以及“光纤传输技术”等与电磁场与电磁波密切相关的专业课程，对“电磁场与电磁波”的教学提出了更高的要求。

一、“电磁场与电磁波”教学现状

1.内容多，课时少，缺乏更新。为了适应专业的发展和拓宽学生的知识面，相应地增加了与专业相关的课程，导致“电磁场与电磁波”课时减少。“电磁场与电磁波”的教材大都是面向电子信息类相关专业，且专业课不断追踪学科发展前沿，而作为基础课的“电磁场与电磁波”教学内容得不到及时调整与扩充。

2.知识面宽，理论性强，概念抽象。课程中重要原理、定理和公式比较多，需要许多数学、物理知识。且课程中许多物理场的数学描述，大多需要严密的数学推导。另外，电磁场是一种抽象的物质存在形式，课程中的概念比较抽象。

3.纯理论教学，缺乏实践与应用。大多数开设“电磁场与电磁波”课程的院校由于受到实验条件的限制，只进行纯理论的教学，造成理论与实践、应用脱节。

4.考核方式陈旧。目前的考核方式基本上还是以考试为主、平时成绩为辅的考评机制。平时成绩主要包括作业和出勤。但作业存在抄袭现象，出勤由于时间问题也只能抽检。造成平时成绩的考核会出现比较大的偏差。

二、提高教学质量的新方法

1.教学内容。①合理调整适合光电信息类专业的教学内容。光电信息类专业开设了“光波导理论与技术”、“光纤通信原理与系统”以及“光纤传输技术”等专业课程，与这些专业课程相关的“电磁场与电磁波”内容有时变电磁场与电磁波传播、导行电磁波、电磁波传播模式、色散等，应重点掌握这部分内容，因此在学时的分配上，应增加这部分知识的讲授时间。而均匀平面电磁波的传播是电磁波传播部分的基础，因而，也应详细讲解与阐述。为了使学生更好地学习有关专业课程，在讲授导行电磁波这部分内容时，可以穿插一些与其紧密相关的光波导方面的内容。②紧密跟踪学科发展前沿动态。为了保证教学内容与时俱进，“电磁场与电磁波”的教学内容应紧密跟踪学科前沿的发展动态。只有这样，教学内容才不至于陈旧，落后于当前学科的发展，才能不断向前发展。近年来，随着未来宽带光网络与无线网络的发展和融合，高容量信息技术需求的高速发展，出现了微波光子技术。微波光子技术集中了微波技术和光子技术的优点，使微波与光子在概念、器件、电路和系统等方面有机结合。当前，微波光子技术非常重要，发展也很迅速。因而，有必要在“电磁场与电磁波”的教学过程中，适当补充一些与“电磁场与电磁波”教学内容相关的微波光子技术的研究内容与前沿动态，可提高学生的学习与研究兴趣，同时，还能够培养适应当前社会发展需要的新时代的学生。

2.教学方法。①理论知识与实际应用相互交叉教学。学生往往对知识的应用比较感兴趣，因而，在理论教学中应紧密联系实际应用。一开始就要在绪论中介绍电磁波在电力工业、移动通信、射频识别、卫星通信、雷达探测、隐身技术等领域的应用，提高学生对这门课的兴趣。除此之外，还应在理论教学过程中，紧密地穿插一些具体的应用，特别是一些比较新的科技前沿的应用。这样可调动学生的学习兴趣，也可丰富学生的科技知识，从而提高学习与教学效果。②适当借鉴研究性教学。虽然教学手段在技术上不断更新，却仍然无法摆脱单纯由教师讲授的教学模式。而研究性教学是一种新的教学模式，它要求引导学生主动探究、培养学生实践能力和创新精神[3]。适当在“电磁场与电磁波”中应用研究性教学方法，设置与教学内容相关的研究型课题，引导学生在课堂上进行思考和讨论。也可以让学生以分组的形式，课后利用网络资源，尤其是图书馆的电子数据库资源对研究性课题进行研究。一方面可激发学生的学习热情，加强对所学知识的理解和进行综合运用的能力，提高学习效果；另一方面，可让学生获得研究的经历，为学生以后的工作和进一步深造奠定基础。③适当安排实验教学。“电磁场与电磁波”课程在大部分院校中主要进行理论教学，使学生感觉枯燥无味。为激发学生学习热情和兴趣，可适当安排实验教学。在没有实验设备的情况下，也可以利用Matlab等软件进行仿真实验。Matlab拥有大量的二维、三维图形函数以及丰富的图形表现功能。利用Matlab可绘制电偶极子和同轴电缆线电场线、等势线等。也可以进行均匀平面电磁波、球面电磁波在自由空间传播过程仿真，矩形波导的场量分布仿真等。通过仿真实验，能够帮助学生理解抽象的物理内容，激发学生对本课程的兴趣，同时也能够加深学生对基础知识的理解，锻炼学生观察和分析问题的能力，从而培养他们的初步科研能力。④现代教学方法和传统教学方法相结合。在“电磁场与电磁波”课程的教学中需要综合利用多媒体和传统的板书教学手段。充分利用多媒体的强大图形、动画功能，可把抽象的内含的物理过程充分演示出来，有效地帮助学生透彻理解物理本质并有效掌握所学内容。另外，由于“电磁场与电磁波”课程具有较多的公式与定理，不仅要知道公式与定理本身的内容，更应知道公式的来龙去脉。而且，在公式的反复推导过程中，可达到复习的效果，牢固掌握以前所学的知识。公式的推导过程如果还利用多媒体，很容易使学生感觉枯燥无味、产生疲劳，而板书则可使推导过程达到最佳效果。

3.考核方式。适当增加笔试以外的成绩。可以课堂设置一些基本问题，让学生课后思考与复习，然后通过抽查的方式以督促学生学习。也可以针对不同的学生设置不同的问题。对学生不定时进行随堂小测试，以消除因作业存在抄袭带来成绩评定的偏差。另外还可以适当布置Matlab仿真小实验，现场考察学生的Matlab仿真。通过增加笔试以外的成绩评定，这样可较真实地考察出学生对基础知识、基本理论的掌握情况以及解决实际问题的能力，也可提高学生的积极性，杜绝个别学生想通过抄袭蒙混过关的现象。

为提高光电信息类专业的“电磁场与电磁波”课程的教学质量，不仅要求教师在教学中不断探索新的教学方法以激发和培养学生的学习兴趣，而且要求教师本身还要不断地提高自己的业务水平，特别是科研水平。只有这样，才能不断提高教学质量，培养适合社会需要的新型人才。

参考文献：

[1]关建飞，倪新建，徐宁.光电信息类本科专业《电磁场理论》教学改革研究[J].中国科技信息，2010，（14）：206-207.

[2]张平娟，丁西明.“电磁场与电磁波”课程教学内容优化与教学方法分析[J].中国电力教育，2012，（30）：48.

致谢：高等学校博士学科点专项科研基金（No.20123223120005），南京邮电大学项目（No.NY212045）。

作者简介：徐恩明（1980-），男，安徽砀山人，南京邮电大学光电工程学院讲师，博士，主要从事微波光子学方面的教学与科研工作。