“电磁场”课程教学的几点思考及建议

2018-09-25董亮朱峰

教育教学论坛 2018年32期

董亮　朱峰

摘要：“电磁场”课程是电气工程和电子信息类本科专业的一门专业基础课，这门课程是学生学习过程中比较难的一门课。对国外大学对于此类课程的教学方法进行了调研，总结了国内外教学方法的差异，探讨了该课程教学方法。

关键词：电磁场；教学方法；习题课

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）32-0211-02

“电磁场”是电子信息和电气工程专业的一门核心专业基础课，其学习的内容是后續《微波技术》、《电磁兼容》、《电机学》等后续专业课程的理论基础，该门课程的教学对电子信息和电气工程专业的学生后期的学习都具有很大帮助。本文研究了“电磁场”课程所固有的特点，分析了该课程的教学难点，结合国内外关于此类课程的教学方法和课程设置情况，就教学方法提出了教学改革的思路，希望以此为基础促进“电磁场理论”课程教学质量的提高。

一、课程特点

在学习电的专业课中，场和路是分析问题和解决问题的两种方法，因为在长期的学习过程中，学生大多数对于比较直观，“看得见”的路的概念比较清晰，也比较容易接受，因此普遍比较重视。但是从电的传输和应用来讲，场是必不可少的。因此对于电气工程和电子信息专业的学生来讲，学习《电磁场》非常有必要，这可以帮助学生更容易理解后期学习专业课中的物理概念，掌握其中的本质和精髓。该课程的特点如下。

1.数学基础要求高。“电磁场理论”主要涉及场与源的关系，它是以Maxwell方程组为核心，因此在解决问题的过程中需要采用三维矢量偏微分方程组或积分方程组，而且对于不同煤质和不同坐标系，场量的描述方程也不相同。课程中很多场的物理属性，必须建立在由数学推导得到的数学结论的分析的基础上，课程中涉及大量的计算公式，习题比较难做，需要具有良好的数学基础，否则没有办法学好这门课。

2.概念性强，内容抽象。电磁场是物质的一种存在方式，但是这种方式不同于其他简单的物质的概念，它“看不见，摸不着”，因此显得特别抽象，很多同学对其中一些概念和原理的理解具有一定的困难。

3.学时紧张。“工程电磁场”课程的学时比较少，我们学校只有48个学时，要在这么短的时间内，讲述如此多的课程内容，对老师和同学都是一种挑战。

从《工程电磁场》课程的特点来看，这么课程的“教”和“学”都有一定的困难，似的这门课程成了学生公认的难学课程之一。为此我校毕业的校友专门捐款设立了“电磁场奖学金”，用她自己的话说“只要能把‘电磁场这门课修好，电气工程学院的学生们其他的课程都能学好”。

二、国外相关课程的开设情况

作者曾经到美国俄克拉荷马州立大学、澳大利亚昆士兰大学以及英国的利兹大学进行过学术交流和访问。期间对国外三所大学的相关课程的教学课时和时间分布进行调研，情况如下。

1.美国的麻省理工大学，开设了《电磁学及其应用》，每周2个学时（每周2次，一次1个小时），每周讨论课2个小时，每周还有习题课1个小时。俄克拉荷马州立大学开设了《电磁场与电磁波》，每周的授课2个小时，还有2个小时的讨论和习题课。

2.澳大利亚利亚昆士兰大学，开设了《电磁场与电磁波》这门课，授课时长为26学时（每周2个小时，13周），另外，每周还有两个小时的习题讨论课。同上该课程的学生交流讨论发现，学生认为这门课相对于其他课程算是简单的，往往理解了，认真做些作业，不难通过考试。

3.对英国利兹大学《物理电子学》进行了调研，这么课程的教学内容更多涉及到物理、材料。这门课程的学分为10分，其中授课为20学时（每周2个小时，10个周），example class为10学时，实验9学时，另外61学时要求学生自学。对正在上这门课的同学进行调研和讨论，得知他们对这门课的教学内容也比较陌生，感觉这个课程对他们也比较难，学生反映如果单纯只是来听教授的讲课，很难学好，需要好好利用example class，如果有不明白的问题和不会做的题目及时找老师沟通和讨论。在同教授交流过程中，他也描述了对这门课程学习过程中example class的重要性，在他看来，example class和正式讲课同样重要，甚至于对学生来讲更为重要。通常一个example class课程的学生数量不超过20人，但是需要的老师有三人，他们不断回答学生提出的各种问题和疑问，通过这种方式，学生及时有效地对所学知识进行掌握。

三、国内课程的开设情况

国内大部分电气工程和电子信息专业都开设了《电磁场》类的课程，大部分的学时为48—56个学时（每个学时45分钟），上课的内容主要集中在稳态电磁场的教学上，如果讲授电磁波的内容学时还要延长。上课的方式主要为授课，即老师在讲台上讲，学生在教室里听。

四、中外《电磁场》教学方法的对比

从上面的调研可以看到，国内外对该门课程的教学方法上还是有很大的不同，主要体现在以下几个方面。

1.教学时长。国外的教学都是按照小时计算，国内1个学时为45分钟，因此从授课时间上来讲，3个学时的课程并没有比国外2个学时长了多少。

2.讨论课和习题课。国内很少有这些教学环节的设置，国外对于理论性比较的强的课程大都设置讨论课和习题课，主要是让学生有时间来消化吸收所学的内容，给学生一个充分学习和交流的机会。

3.学生的自主学习意识。国外学生更多地通过一些网络资源和图书资料学习知识，不懂的问题进行讨论和归纳，通过讨论吸收；国内的学生大多通过多做老师布置的题目，通过考试。

五、措施与建议

笔者已经进行了近7年的《电磁场》教学，也在不断对自己的教学方法进行调整，根据国外教学的经验，对该门课程的教学提几点建议。

1.增加讨论课和习题课。让学生有充裕的时间来对自己不懂或者不会的知识进行讨论和交流。

2.强调作业的重要性。对于理论性较强的课程，除了对知识的理解外，还要通过一定的联系，或者说物理模型的建立才能掌握，因此习题的重要性不言而喻。真正让学生独立完成其练习，不懂的可以讨论和交流，但是必须独立完成。

3.增加一定的实验。实验可以增加学生的兴趣，而且可以让学生有直观的了解。比如在讲静电场时，可以通过电容器的讲解和实验，让学生了解静电场的应用，对磁场的讲解可以增加变压器或者电机的实验，这样或许对于这些抽象的知识，更容易认识。