工程电磁场课程综合教学改革实践

苑东伟，李慧奇

(华北电力大学　电气与电子工程学院，河北　保定　071003)



工程电磁场课程综合教学改革实践

苑东伟，李慧奇

(华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003)

在工程电磁场课程综合教学改革实践中，针对电磁场课程概念性强、内容抽象等特点，在课程内容上进行模块化、系统化设计，在实验环节、大学生创新实践项目、课堂综合作业布置，授课教师队伍建设等方面进行了改革和实践，改善了学生的课堂学习效果，提高了学生的创造能力、综合分析和解决问题的能力，加强了青年教师队伍建设，改革效果良好。

工程电磁场课程；教学改革；综合实验；工程实践

工程电磁场课程是电气及电子工程类专业及相关专业本科阶段一门重要的基础课程，在高等数学、大学物理、电路理论等课程之后开设。电磁场理论是电学相关专业学生必备知识结构中的重要组成部分，与电路理论一起构成了电气类专业的两大基础理论：“场”与“路”；同时它又是相关交叉领域学科的重要生长点。电磁场课程的教学实践直接影响到学生的专业培养基础，是否能够真正教会学生将场的观念与思想深入到对专业的认识中，并帮助其从事今后的学习与工程实践，是检验我们教学效果的重要标准[1-3]。

电磁场课程由于其本身的概念抽象、计算分析复杂等特点，对师生而言，教与学都是很艰难的过程；所以本课程的教学实践改革应是长期深入的，应结合先进的技术手段及学生的具体情况，不断研究探索，设计更为适当的教学内容和方法。

1　授课内容系统化、模块化和结构化

通过对学生情况及物理课程的调研，我们发现电磁场课程内容与学生在“大学物理”电磁学所学内容上有一定的重复，电磁场课程在大学物理课程之后开设， 在具体教学改革中，电磁场教师应注意授课时与物理电磁学的区分，在物理电磁学基础之上，对电磁场内容进行模块化、系统化、结构化整合，避免不必要的内容重复，将电磁场的基本理论麦克斯韦方程组在各种具体场中的不同情况讲清楚。教学中贯彻将场的思想作为指导，结合电气工程电力系统中的具体电磁现象及实际工程问题，使学生真正建立场的观念，做到理论联系实际工程，学以致用[4-6]。

通过授课内容的改革，将电磁场和前期专业基础课——电路，进行有机结合和前后呼应，使学生能够从场的角度对电路概念和现象加深理解，并更好地掌握；为后续的电机学、电力系统分析基础、高电压技术及发电厂电气部分等课程的学习奠定坚实基础，帮助学生对电力系统的电磁现象、工程分析方法及相关领域发展前沿和动向，树立系统和清晰的概念；同时培养学生提炼电力系统深层次电磁问题的能力[7-9]。

2　授课手段多样化和形象化

电磁场课程内容非常抽象，内在逻辑性很强，对数学知识要求很高，特别是空间分布及时空动态效应，学生理解以及实际计算分析起来困难很大。在教学中不断改进讲解方式及手段，结合最新的软件及硬件设备，对教师原有的教案及教学课件进行修改和升级，利用Flash、Matlab等仿真计算软件开发出了能够充分反映知识体系的形象化的动态演示及结果仿真，特别是对内容抽象的概念、定理，以及具体的场分布形式。借助Flash动画，可以为学生做出形象的演示，增强了在教学中对具体内容的针对性和与学生的互动性。

3　课程配套实验实践化

在实验环节，对原有课程配套实验进行整合调整，结合电磁兼容重点实验室，将原有的两个小型场线实验——静电场电力线与等位线和静磁场磁感应强度线的绘制合并为一个，并增加新的工程类实验：1)球形载流线圈的场分布与自感；2)磁悬浮；3)静电除尘。利用实验室3米法电波暗室环境、电磁场发射接收设备和测量仪表设备，开设综合演示实验，在暗室环境中演示电磁波的发射、接收与测量。随着教改项目的深入，根据技术设备的发展情况，将继续设计新的实验及演示实验，真正使学生认识并了解具体典型电磁问题及相关现象，帮助其深化对电磁场实际情况的认识与理解。

4　课程作业综合化和工程实践化

课程教材为倪光正主编的《工程电磁场原理》(第二版)，教材中配套有大量的例题及作业题，题目本身设计较好，知识点覆盖较为完整[10]。但在实际教学中，这些题目与物理电磁学中一些题目非常类似，如果重复布置，对学生而言只是重复练习，并没有在内容上有更多的更新。根据这种情况，教师在授课过程中，在例题和作业题的选择上经过重新筛选，将结合典型场思想的题目加以强化讲授和课后布置，并适当增加学时讲授一些具有工程背景的应用类题目，包括数值计算类例题。教师根据学生素质情况增加课程综合类作业，鼓励学生结合电气工程实际工况、最新技术等开展调研，如查阅相关课题文献，并撰写调研报告；布置电磁场数值方法分析类简单题目，指导学生根据典型算法如FDTD和有限元等方法进行简单算法编程计算；要求学生根据所学知识，完成实际电磁类问题的相关调研类、实际工程类综合性作业。在课余实践环节中，结合大学生创新创业类实验项目等活动，组织创新实验小组，结合电磁工程问题开展创新设计。在最近几年中，指导学生完成了国家级大学生创新创业项目《基于涡流效应的溶液直接加热技术研究》；依据磁动力及电磁谐振类无线充电技术，指导学生正在进行创新项目两项。通过这些教学实践，弥补原有教材习题的不足，扩展了学生的专业眼界，帮助学生理解实际工程中的电磁场问题并加以应用。

5　教师队伍建设方案

课程教师的专业水平及教学态度也是影响课程教学水平的一个重要方面。电磁场课程的教师队伍也需要不断地建设和锻炼，才能够更好地完成教学任务。积极开展电磁场课程教师队伍建设，通过现场实践、参与科研、对外交流等，团队中教师特别是青年教师得到了锻炼与提高，能够更好地从事一线课程教学工作。在队伍建设中所做工作具体为以下3个方面：

1)安排教研室年轻的骨干教师到“985”高校和国家精品课堂高校参观、学习和培训，开阔青年教师的眼界，提升教师授课水平和经验；

2)充分利用国内同行的良好交流平台——全国教学会议，鼓励教师走出去，多和同行交流，借鉴其他高校有益的思路、方法和经验，最终形成华北电力大学的独有特色；

3)帮助青年教师积累现场经验和熟知工程背景，鼓励青年教师参与科研项目，教学团队内部展开定期交流和讨论，合理解决教学中遇到的困难与问题。

6　结束语

通过上述相关措施的开展和实施，工程电磁场课程在课堂教学、课下实践及教师培养上都收到了很好的效果。

课程教学学生评价分值均在95分以上，在院系专业课程评分结果中成绩领先；学生课程考试成绩提高，课堂平均分在80分以上；指导学生完成创新项目若干，进展顺利；教师授课水平不断提升，好评率逐年提高。

[1]姚文俊，程衍富，戴同庆，等.电磁系列课程教学改革的研究与实践[J].中国电力教育，2011(18)：159-160.

[2]刘学观，郭辉萍，李富华.电磁场与电磁波课程体系规划研究[J].电气电子教学学报，2006，28(6)：1-2.

[3] 夏祖学，李少甫，胥磊.《电磁场与电磁波》课程教改实践探讨[J].实验科学与技术， 2012，10(3)：77-78

[4] 田雨波，张贞凯.“电磁场理论”教学改革初探[J].电气电子教学学报，2008，30(1)：11-13.

[5] 鲁改凤.“电磁场理论”课程教学方法的探讨[J].中国电力教育，2010(22)：103-104.

[6]张群，侯健敏，杨丽.“电磁场理论”课程改革探讨[J].中国电力教育，2009(19)：115-116

[7]林相波，刘军民.“电磁场与电磁波”课程教学中的几点思考[J].电气电子教学学报，2009，31(2)：95-96.

[8]谷宇，钱倩.“电磁场与波”课程的教学改革研究[J].电气电子教学学报，2014(3)：28-29

[9]管爱红.《电磁场与电磁波》课程教学思考[J].教育教学论坛，2015(14)：227-228

[10]倪光正.工程电磁场原理[M].北京：高等教育出版社，2009.

Practice of Teaching Reform Practice in Engineering Electromagnetic Field Course

YUAN Dongwei，LI Huiqi

(SchoolofElectricalandElectronicEngineering，NorthChinaElectricPowerUniversity，Baoding071003，China)

Intheengineeringfieldofcomprehensiveteachingreformpractice，combiningtheimportanceofthebasictheoryofelectromagneticfieldcourse，courseconceptualstrong，contentisabstract，etc，wecarriedoutaseriesofreformmeasures.Thesemeasuresinclude：modularandsystematicdesignofcoursecontents，experimentlink，innovativepracticeprojects，classroomcomprehensivetask-assignment，facultytroopconstruction，andsoon.Thepracticeshowsthatthesemeasuresimprovestudents’learningeffect，enhancestudents’creativeability，comprehensivelyanalyzingandsolvingproblems，andstrengthenyoungteachersteamconstruction.Finally，weachievedgoodreformeffect.

engineeringelectromagneticfieldcourse；teachingreform；comprehensiveexperiment；engineeringpractice

2015-05-27；修改日期: 2015-06-27

教育部高等学校专业综合改革试点及国家大学生校外实践教育基地建设工作项目(13011201)。

苑东伟(1980-),女,硕士,讲师,主要从事电磁场数值计算、电磁兼容方面的研究。

G642.0；O441

Adoi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.04.044