电磁场原理的创新实验能力研究

陈建军　辜永红　于彦涛　韩庆文　叶雷

摘 要：文章通过针对电磁场原理的实验课程存在的创新能力不足问题，建议建立教师激励机制，提高教师的实验创新能力，改善实验创新内容。同时针对不同层次的学生，构建不同层次的梯级实验体系，激发学生的实验创新能力，提高教学质量。

关键词：电磁场原理；实验课程；教学质量；创新能力

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2017）03-0063-02

一、概述

电磁场原理课程是本科信息技术类的一门技术基础课，为电子科学技术、通信工程、电气工程、光电工程和生物工程技术等专业的必修课程之一。电磁场原理的知识在许多工程领域得到越来越广泛的应用。除了我们熟知的通信工程领域外，电磁场在其他高精尖领域也得到了越来越广泛的应用。如医学的核磁共振技术，材料的无损探伤技术，传感器的方向性控制技术和微智能控制技术。基于电磁场原理的知识，这些领域的技术都还将继续快速发展[1，2]。

因此电磁场原理课程作为专业基础课，在工程应用中，得到越来越广泛的应用，突出了知识的重要性。虽然电磁场课程改革已经得到了很大的进步，但是现有教学内容存在缺乏创新的问题，许多地方需要改进，本文根据重庆大学电磁场原理存在的问题，提出实验教学中的创新改革建议，提高教学质量。

二、电磁场原理实验课程存在的问题

随着科学技术的发展，原有的电磁场实验课程越来越需要进行改革，现有的电磁场实验课程存在的主要问题涉及多方面。本文仅仅从实验创新角度分析实验课程存在的问题。

一方面电磁场受制于传统的实验条件和教师实验指导水平，实验主要停留在验证性实验，缺少培养创新能力的创新性实验内容。如动态电磁场测量，仅仅测量电磁场的强度[4]。但是对于电磁场的方向性受制于实验仪器和条件，难以进一步提高测量精度，特别是对于实际电磁场受边界条件的影响，更是难以提高测量。但是这些问题在实际工程研发中，却是必须要求解决的问题。对于演示性的实验，有时实验课程的方法一致沿用很多年，一直没有内容上的创新，让部分学生觉得电磁场原理课程难以掌握，直接影响学生的创新能力的培养。所以迫切需要进行新的实验教学的研究和探索，寻求解决的方法。

另一方面教师在开创创新实验的主观能动性不足。教师创新主动性不足主要涉及两个方面。一是在现有的监督机制下，学校相对重视实验教学，而对实验教学重视不足。学校安排各种层面的督导专家和老师对理论教学的教师进行听课，并通过学生考试系统，对理论教学的老师进行评价，并对连续三年的考试内容做出不得达到20%以上的强制规定，这些都体现了对理论教学的重视。相对于理论课程，学校一般没有安排实验课程一样的监督和管理。因此，部分教师没有足够的重视，以完成工作量为目的的实验教学，必然会导致教学质量难以提高。二是现有的考核机制下，学校对实验教学的教师缺少实际可行的政策倾斜。如实验室的建设和管理的考核，一般考核实验室的软件和硬件建设，而不会对教师个人进行建设成效的考核。考核的要求不够健全，也使得教师缺少开拓实验创新的主观能动性。

因此需要从实验条件和教师主观能动性角度提升实验的创新机制，提升电磁场课程的教学质量。

三、建立实验课程的创新机制

利用已有的理论教学技术和实验教学平台，综合分析电磁场和电磁波课程的理论和实验内容。根据理论教学，积极调整实验内容，建立实验课程的创新机制。

一方面通过各种奖励措施和鼓励措施提高教师开设新的实验教学课程，提供必要的实验教学经费和设备，激发教师的创新能力。在奖励措施方面，提高教师在实验教学的劳动报酬，让其愿意积极开拓实验项目，不断改进實验条件。如电磁场在导电煤质中的传播测量实验，可以通过网络分析仪测量电磁场强度的衰减，也可以通过一般软件进行仿真实验，得到衰减系数。虽然这个实验项目体现了理论教学中的一个知识点，也就是验证了电磁波通过导电煤质后，强度衰减的问题，但是实验没有解决导电煤质如何对电磁波强度衰减的机制。如果实验进一步采用最新Ansys软件，将导电煤质的电导率从常数分布，变为实际的分布参数，对电流分布从原理的线分布，变为实际的空间不均匀分布，并给出线内和线外电磁场动态分布图，那么电磁场分析就接近实际工程问题，可以让学生更深层次地理解电磁波衰减的原理和机制。这方面创新能力的提高，需要教师的不断付出，一方面教师需要不断加强主动学习，不断利用新工具，开设创新实验内容，同时需要将这些内容进行系统化，让实验内容越来越体现理论教学内容，越来越接近工程实际问题。另一方面学校也需要不断通过各种激励措施，激发教师的实验创新能力和创新意愿，形成良性循环，不断提高教学质量。

另一方面，针对不同层次的学生，构建不同层次的梯级实验体系。对于学生的不同学习水平，设置不同的电磁场实验。如有些学生对于死记硬背的知识掌握较好，但是动手能力不强，而有些学生恰恰相反。此时需要设置不同的实验，让不同条件的学生都能适应实验。对于同样一条电磁场原理的知识点，可以采用不同的验证方法和验证工具。如对于直线的线电流周围空间的电磁的动态分布，可以直接采用铁屑在垂直于线电流的分布状态来反映，这是一种直观的定性分析，但是不能解决定量分析问题。如果需要进行定量分析，那么可以采用磁变传感器放置在线电流周围，通过磁致伸缩理论或磁变传感器的频率变化进行分析。也可以采用最新Comsol软件进行多物理场分析，一方面反映电流通过导电体产生的磁场变化，另一方面还可以反映电流通过导电体后产生的热量，改变导电体的电阻和体积，反过来又影响电流的分布和磁场的强度，从而可以更精确地分析实际线电流在周围的电磁场的分布状况。对于同一个问题，这种既可以采用软件进行仿真，也可以通过不同的实验手段测量分析的方法，让不同知识水平的学生自由选择，甚至采用学生自己创新的方法进行解决，教师需要不断鼓励这样的行为，提高学生的创新能力。

四、结束语

本文通过针对电磁场原理的实验课程存在的创新能力不足问题，建议通过各种措施提高教师主观能动性，建设新的实验平台，开设新的实验教学课程，并激发学生的创新能力，同时针对不同层次的学生，构建不同层次的梯级实验体系，提高教学质量。

参考文献

[1]樊京，胀丹.有限元软件HFSS在电磁场教学改革中的应用[J].教育教学论坛，2014，35：43-44.

[2]熊庆旭.以学生创造性思维培养为核心的“信号与系统”课程信息化建设初探[J].工业和信息化教育，2016，7：46-53.

[3]李景丽，程子霞.“工程电磁场”教学改革初探[J].大学教育，2016，7：97-98.

[4]卢中昊，尹家贤.电磁波反射折射能量守恒定律推导及应用[J].电气电子教学学报，2016，38（2）：56-59.

[5]何国锋，樊晓虹.面向创新型人才培养的电机学课程教学改革探索[J].高教学刊，2015，19：114-115.

[6]刘康.《电磁场与电磁波》课程中时变电磁场的教学探讨[J].教育教学论坛，2014，12：201-202.