“信通类专业”背景下“电磁场与电磁波”课程改革创新的研究

凌滨　宋梦实　张耀生　王铁滨

摘 要：目前全国各个大学正在逐步实施“相近专业类”的招生和培养。文章从“信通类专业”建设的现状出发，提出对“电磁场与电磁波”课程的教学内容改革、教学方法改革和实验课程改革，并对改革进行分析和实践验证。实践证明，这些改革，提高了教师的教学质量和学生的学习效率，有助于“信通类专业”的改革创新。

关键词：电磁场与电磁波； 信通类专业；相近专业类；改革创新

“電磁场与电磁波”是“信通类专业”的一门重要的专业基础必修课。随着计算机技术和电类技术的快速发展，这方面的工程师对“电磁场与电磁波”理论知识的需求越来越高。近几年，科技的不断进步与发展，新理论和新技术的不断出现，宽口径科技人才的需求越来越高。为了适应时代的发展，给其他新出现的课程腾出时间，该课的课时一直在减少，所以需要调整该课的教学内容、教学方法和实验课程。

1 课程现状分析

“电磁场与电磁波课程教学方法创新的研究”是东北林业大学教改课题。“电磁场与电磁波”课程是东北林业大学机电工程学院 “信通类专业”（电子信息工程与通信工程）的一门专业必修课，现需要将64 学时减为40学时理论课和8学时实验课。在40学时内完成理论知识的教学，对老师而言，必须采用精简满堂灌输教学模式；对学生而言，上课时间必须一直保持专心听课的状态，很少有时间当场理解所听内容，并且因为电磁场与电磁波的公式、定义等较为抽象，难以理解，因此，学习效果非常不好。虽然在学习电磁场与电磁波之前，学过大学物理、电路和高等数学，已经有了一定的基础知识，但是大强度的理论知识和实验知识的灌输，让学生学习起来难度加大，这样不利于“信通类专业”的建设和长远发展。

2 教学内容、方法的改革

2.1 教学内容的改革

2.1.1 矢量分析内容改革

矢量分析主要包括：梯度、旋度、格林定理等内容。由于这章内容简单，容易理解，因此将这章的学时减为4学时，其中，课后习题等内容的答疑在“数字东林”上进行。

2.1.2 电磁学基本定律、静态电磁场和时变电磁场的内容改革

静态场、恒定场、时变场为电磁场的三大场量。传统教学模式是按照静电场、恒定电场与恒定磁场、时变电磁场这样的顺序进行授课，这样的授课方式较为耗时。麦克斯韦方程组囊括了静态场、恒定场、时变场的电磁基本特性，是研究宏观电磁场现象的理论基础，是电磁学理论的核心。学生在学习电磁场之前已经学习了大学物理，这门基础课含有电磁学的基础知识。因此为了节省学时，同时增加学生对电磁学理论的掌握，采用在讲解麦克斯韦方程组理论的过程中穿插讲解静电场、静态电磁场和边值问题的方法。

课程教学的大致方向为：首先系统地讲解电磁场理论的一些基础知识；接着由电磁场的基本方程导出麦克斯韦方程组，并进行分析；最后对电磁场运动的基本规律和基本定律进行分析，了解电磁场的主要内容。

具体的课程教学顺序为：首先讲解电荷守恒定律及相关知识、静电场的基本规律及相关知识、恒定磁场的基本规律及相关知识、媒介的电磁特性及相关知识；接着讲解法拉第电磁感应定律和位移电流等理论知识；然后综合以上电磁场理论知识，导出麦克斯韦方程组，并进行讲解；最后讲解电磁场的边界条件及相关知识。该部分课程内容拟安排12 学时。电磁场规律可用表1表示。

时变电磁场这部分的课程讲解相比传统教学变更不大。该部分主要讲解波动方程、电磁场的位函数及相关知识、电磁能量守恒定律、唯一性定理、时谐电磁场及相关知识。该部分课程内容拟安排8 学时。

2.1.3静态电磁场及其边值问题解的内容改革

关于静电场、恒定电场、恒定磁场的静态电磁场的分析和其边值求解问题在实际工程项目中有着广泛的应用。因为这部分内容较难理解，单独将其作为麦克斯韦方程组的一个特殊形式进行授课。该部分课程内容拟安排4学时。为了节省课堂的教学时间，对于该部分的镜像法，通过“数字东林”的习题答疑进行讲解。

2.1.4均匀平面波的传播、反射与透射的内容改革

因为学时少，以及后续课程微波与天线会讲解有关电磁波的知识，因此这部分的课程教学内容主要为：均匀平面波及其相关知识、电磁波的极化及其相关知识、均匀平面波在导电媒质中的传播及其相关知识、色散与群速、均匀平面波的反射与透射。该部分课程内容拟安排12 学时。

2.2 教学方法的改革

为了提升教学质量，在教学内容改革的基础上，优化教学方法，使之更为贴近改革后的教学内容。优化教学方法，主要包括以下三个方面：教材选用、教学方式选择、考核资源建设。

2.2.1教材选用

选用高等教育出版社出版，谢处方编著的《电磁场与电磁波》作为教材，其内容难度适中，逻辑性好，易于讲解，学生容易理解，符合课程改革后教材选用的要求。

2.2.2 教学方式选择

随着科技的进步，人的意识发生改变，传统板书的教学方式不再适合当今课程教学的需要，多媒体与板书相结合的教学方式适应时代的潮流，利于老师课程的讲解，也利于同学课上课下的学习。“电磁场与电磁波”课程理论知识多而复杂，并且需要推导的数学公式和定理多，需要耗费老师大量的上课时间进行板书，采用多媒体技术完全可以避免这个现象的发生；一些理论知识抽象，难以理解，如均匀平面电磁波的传播、极化波等，难以用通俗易懂的语言解释明白，但是利用多媒体技术通过动画可以对之进行动态的演示，让学生更加容易的理解。不过对于课程中的重点、难点，还是采用板书的方式进行授课，放慢速度，重点讲解，提高学生的听课效率。对于课程中的重点难点采用板书授课的教学方式，对于抽象的理论采用多媒体进行演示的教学方式，二者的相互结合方便了老师的授课，提高了学生的学习效率。

2.2.3 考核资源建设

考核资源的建设，指的是建设“电磁场与电磁波”课程相关习题的试题库。

“电磁场与电磁波”的知识点多而杂，且公式概念等较为抽象，难以理解，仅仅通过课堂老师的讲解，是很难掌握的，通过做大量的习题可以提高对公式概念的理解，有助于学习这门课程，因此，我們用网络“慕课”制作了“电磁场与电磁波”试题库。习题库中，结合多本“电磁场与电磁波”课程的相关书籍，针对课程中各个典型的问题，整理了大量的参考习题。每节课结束后，给学生布置相关的课后习题，学生通过“数字东林”进行解答，老师通过“数字东林”进行批改和答疑，并将学生作业中好的习题解法填充到试题库中。当学生对一个知识点不理解时，可以通过做相关的习题，提高对该知识点的理解程度，方便了学生的学习。本题库同样利于教师的教学，教师可以通过这个平台掌握学生们的学习情况，并且可以通过对习题库中的习题进行筛选，得出一套可以高质量的试卷。

3 实验教学的改革

为了让学生更加容易理解和掌握“电磁场与电磁波”课程的相关知识，必须将理论和实践结合起来。

各类高校很少开设“电磁场与电磁波”课程的实验课，目前东北林业大学“信通类专业”的学时要求只能容许开设2个4学时的仪器操作实验，不能满足教学大纲的要求。针对该现状，对实验教学进行改革，在实验课程中增加一些Matlab等软件进行仿真的实验项目。电磁场与电磁波处于肉眼不可见的状态，通过抽象的想象和仪器实验很难理解电磁理论和电磁现象。Matlab是一种科学计算软件，能够通过数据对一些现象进行模拟。通过Matlab可以对一些实验现象在三维空间的分布进行模拟，有助于学生们对电磁理论和电磁现象的理解。通过这样的实验学习，学生的观察学习能力、综合分析能力、实验编程能力都会得到大幅度的提高。

4 结束语

对于教学内容的改革，充分考虑前期课程和后续课程的安排，保证“信通类专业”课程设置的系统性。对于课程教学方法的改革，运用了多媒体技术和板书相结合的教学方式。对于实验教学的改革，增加了 Matlab仿真实验。这些课程的改革，让学生更加容易理解和掌握“电磁场与电磁波” 课程的理论知识。通过教学内容、教学方法、实验课程的改革，激发了学生的学习兴趣，提高了学生的学习效率和教师的教学质量。

参考文献：

[1] 谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].高等教育出版社，2006.

[2] 杨显清.电磁场与电磁波[M].国防工业出版社，2003.

[3] 王家礼，朱满座，路宏敏.电磁场与电磁波 [M].西安电子科技大学出版社，2000.

[4] 牛中奇.电磁场理论基础[M].电子工业出版社，2001.

[5] 马冰然.电磁场与微波技术[M].华南理工大学出版社，1999.

编辑/岳凤