“电磁场与电磁波”教学改革研究与实践

孔令荣 王昊 朱霞 黄敏

[摘 要]“电磁场与电磁波”的教学讲究抽象思维和逻辑推理两者的结合。该课程理论性强、概念抽象，而且数学公式复杂多变，所以被公认为是一门教师难教，学生难学的课程，但同时其又是电子信息专业学生的专业基础课，学科地位极为重要。应该从实际教学过程出发，着重对教学内容的取舍、教学方法改革、教学科研相结合方法的推广应用等方面进行系统分析，目的在于找到适合于“电磁场与电磁波”的教学方法，提高教学效果。

[关键词]电磁场与电磁波 教学方法 教学改革

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）08-0172-02

早在18世纪八九十年代，科学家就开始展开对电磁场的研究，逐渐形成电磁场与电磁波理论并应用于实际。当今社会，随着科学技术的猛速发展，电磁场与电磁波理论应用领域也越来越广，不仅局限于自身领域，而且与相关学科相互交叉渗透，还逐步形成了生物电磁技术以及电磁隐身理论等。可以说，电磁场的应用已经深入几乎所有信息类学科。[1]信息时代在不断发展，高频电磁波—微波应时代要求成为信息的主要载体，不仅在卫星通信、计算机通信、光纤通信、雷达等高科技领域得到广泛的应用，而且在现代社会生产、生活中的应用也极为广泛，已经渗透到人们的日常生活中，与人们的日常生活息息相关。

一、课程特点及存在问题

1.课程特点

“电磁场与电磁波”是一门理论性很强的专业基础课，主要内容有矢量分析、静电场、恒定磁场、恒定电场、时变电磁场、均匀平面电磁波、导行电磁波、电磁辐射等。对于电子信息工程专业的学生来说，该课程是不可缺少的基础专业课程。通过该课程的学习，学生可以为毕业后从事相关工作打下一定的理论及实践基础。但是该课程的学习讲究抽象思维和逻辑推理两者的结合，不仅概念抽象、公式复杂多变，而且需要一定的数学推理过程，学生往往不易理解掌握，因此如何提高该课程的教学质量和效果，是教学者在改革探索和实践过程中遇到的难题，是值得进一步深入研究的课题。[2]

2.课程教学存在的主要问题

（1）课程传统的教学目标往往是直接向学生灌输事实性知识，即课程内容是介绍电磁场与电磁波“是什么”和“为什么”，而缺乏电磁场与电磁波“怎么做”和“怎么用”，教学过程过多的偏重理论，对理论的实际应用介绍甚少。

（2）总体来讲，教师只采用板书和多媒体幻灯片相结合教学，一门课程从头讲到尾，学生被动接受，课堂上疲于记笔记和用大脑接受老师所讲的内容，没有一个系统的去理解思考的过程，教与学过程分离，这样便不利于学生原创性思维的有效发展。

（3）学生在学习过程中，除了反映电磁场太抽象，无法生动的想象实际不存在的电磁场，也不能像电路可以直观的测量，还反映课程内容多、理论性强，而且公式多，许多地方需要将工程应用数学灵活运用。[3]

（4）电磁场与电磁波课程的考核方式也有一些弊端，一般情况下采用的还是“一刀切”模式，即“考试分数定高低”，没有照顾到部分学生的基础差异，同时又过分强调了对理论知识推导的考核，仅通过一张试卷来考查学生掌握知识的程度，缺乏全面性与科学性。

二、教学改革方法

1.以理论为基础，以应用为根本，确定实际教学的研究方法。对教学大纲和教学计划进行一定的调节、修订，弱化理论讲解，重视实际应用，提高学生自我解决问题的能力，主要采用“用什么理论，讲什么理论”和选学、自学内容相结合的模式，这样可以让大部分学生掌握课程的主要内容，又可以让对该课程深感兴趣的学生得到深层次的学习和提高。

2.上好绪论课。任何一门课程的教学都必须以上好绪论课作为良好的开端。“电磁场与电磁波”课程的绪论课对于激发学生的学习兴趣和学习热情相当关键，课中除了讲授电磁场理论的发展过程——经典电磁场理论阶段与计算电磁场理论阶段，也可适当讲述其实际中的重要应用，引起学生对该课程的重视及兴趣。

3.结合多种教学手段，提高教学质量。科学的教学方法不能依然采用传统的“粉笔+黑板”的模式，应该考虑适当利用计算机多媒体辅助教学，使教学内容显得丰富、形象，能够对教学起到很好的促进作用。比如合理的运用Matlab软件。Matlab软件是一款功能强大的科学计算软件，它集许多功能和诸多的工具箱为一体，在课堂时间充裕的情况下，通过编写较为简单的Matlab程序语句，可以在课堂上进行小规模电磁场数值计算问题的演示。

4.注重案例教学。比如，讲解静电平衡与静电屏蔽原理时，选取的教学案例是有金属外壳的汽车能够避免雷击的应用事例；讲解法拉第感应定律时，选取的教学案例是电动机、发电机以及变压器的应用事例；讲解电磁波辐射和接收时，选取的教学案例是雷达与隐形飞机之间的对抗的应用事例。[4]在讲解电磁兼容问题时笔者常采用1982年著名的英阿马岛海战作为教学案例，由于阿根廷海军没有能够很好的解决电磁兼容问题，从而导致了被英国导弹击沉的悲惨结果。

5.注重对比，善于分阶段总结。“电磁场与电磁波”课程中涉及的理论多且较为抽象，让学生在学习过程中经常有无所适从的感觉。[5]因此，分阶段进行课程总结是非常必要的，这样可将书本的相关知识点归纳并对比，便于学生连贯理解，对学生学习效率的提升很有帮助，也提升了教学质量。

6.结合实际，改进教学。“电磁场与电磁波”课程理论性强、概念抽象，又与工程应用数学结合紧密，公式多且推导繁杂，一直被认为是教师难教、学生难学的课程。在教学过程中，应改变传统的纯理论讲解，注重实例分析、习题课相结合；提出一些思考题，激发学生对课堂的兴趣，还可以对其进行有效的思维能力训练。

7.定期举办学术报告会。让学生了解电磁场与微波技术的最新发展现状和发展趋势，了解电磁场与微波技术的市场需求，了解电磁场与微波技术及相关人才市场需求，了解电磁场与微波技术方向就业前景，从而激发学生的学习兴趣，充分调动学生的学习积极性。

8.摒弃传统的考核模式，开辟科学的考核制度。经过“电磁场与电磁波”课程教学改革后的考核采用平时成绩和期末考试成绩加权平均获得总评成绩的方式，其中平时成绩占总评成绩的40%，期末成绩占总评成绩的60%。在平时成绩中，除了出勤率、作业质量以外，还将课堂问答作为额外的项目加入考核，对回答问题态度积极踊跃、对课程有着独到见解的学生予以奖励，最后的总评成绩可以适当提高。这样不仅可以增加师生互动，活跃课堂气氛，而且还可以避免学生为了分数投机取巧，仅为高分而去学习课程。

三、教学改革实践成果

通过对“电磁场与电磁波”课程教学目标与教学内容的适当调整与优化，使学生更加容易的掌握课程的根本，从而少走弯路，节约了大量的学习时间，避免学生在学习时陷入复杂繁琐的数理推导之中，让学生在课程的学习过程中获得了更丰富的工程实践案例，从而顺利实现应用型本科院校的工程技术型人才目标。教学方法的改革，使得理论与实际的联系更加紧密，避免了学生纠结于该课程中一些难而无用的知识，更加侧重于工程实际应用；教学手段的改革，使得课堂上的气氛更加活跃，也使得学生的实践能力大大提高；课程考核方式的改革，使得学生的学习积极性得到了全面地调动，学生主动参与到课堂学习过程中，学习兴趣有了很大的提高。

“电磁场与电磁波”课程的合格率达到了96%以上，优秀率将近30%，越来越多的毕业生选择从事相关工作；在飞思卡尔大学生电子设计大赛中，3名同学选择了该方向的科研设计，因设计创新超越其他设计而取得了优异成绩；同时该方向的考研率也有很大提高，从2010届开始，五届有数十名应届毕业生选择电磁场与微波技术方向作为硕士研究生报考方向，其中31名顺利考取了东南大学、南京理工大学、重庆邮电大学、中国计量学院等国内知名院校的电磁场与微波技术专业。有近六成的学生参加了该课程的研讨式学习和科研课题研究，多位同学在国内外知名科技期刊上发表了科研论文。我校的“电磁场与电磁波”课程经过教学改革以后，可以较为全面的培养学生的科学作风、创新精神和实践能力，促进学生全面协调发展。

四、结语

“电磁场与电磁波”课程在电类专业的学科地位举足轻重，是学习电类专业学生必学的一门专业课程，如何把这门课程上好对教师的教学能力提出了很高的要求。笔者在教学过程中对课程内容进行了适当调整与改革，在教学方法上进行了多种新颖的尝试，科研教学相结合使得教学多样化，对多媒体教学手段的合理应用以及教学过程中与学生面对面交流增强了学生对该课程的学习兴趣，对教学质量的提高起到了较好的效果。

[ 注 释 ]

[1] 李长胜，林志立，冯丽爽.“电磁场与电磁波”课程内容的修改建议[J].电气电子教学学报，2012（6）：11-15.

[2] 肖春燕.“电磁场”课程教学改革的研究[J].电气电子教学学报，2010（1）：29-31.

[3] 李丽华.论三本院校电磁场与微波技术课程教学[J].投资与合作（学术版），2010（9）：64-65.

[4] 陈帝伊，刘淑琴，许景辉，等.“电磁场理论”课程的教学改革探讨[J].电气电子教学学报，2009（4）：116-117.

[5] 谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[责任编辑：钟 岚]