摘要：“電磁場(chǎng)與電磁波”是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)和通信工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課，也是“微波技術(shù)”、“光纖通信”等后續課程的理論基礎。根據“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的特點(diǎn)，結合教學(xué)實(shí)踐，就該課程的教學(xué)內容、教學(xué)方法等方面闡述了教學(xué)改革的思路，并對如何培養學(xué)生的綜合能力進(jìn)行了探索和實(shí)踐。
關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)；電磁波；教學(xué)改革；綜合能力
作者簡(jiǎn)介：周慶華（1977-），男，湖南吉首人，長(cháng)沙理工大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，講師。（湖南 長(cháng)沙 410004）
中圖分類(lèi)號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2011）30-0174-02
“電磁場(chǎng)與電磁波”課程是電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)和通信工程類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的專(zhuān)業(yè)基礎課。在大學(xué)物理電磁學(xué)的基礎上，進(jìn)一步闡述電磁場(chǎng)與電磁波的基本概念、理論和基本分析方法，運用上述原理和方法對工程實(shí)際中的電磁問(wèn)題進(jìn)行初步分析和計算，并為“微波技術(shù)”、“光纖通信”等后續的專(zhuān)業(yè)課程以及今后的工作奠定基礎，在基礎課與專(zhuān)業(yè)課之間起著(zhù)承前啟后的作用。該課程的內容在移動(dòng)通信、微波通信、光纖通信、射頻電路、電磁兼容、高速集成電路等相關(guān)領(lǐng)域有著(zhù)廣泛而深入的應用，同時(shí)它也是邊緣科學(xué)、交叉科學(xué)（環(huán)境電磁學(xué)、生物電磁學(xué)等）的生長(cháng)點(diǎn)。因此，該課程對電子類(lèi)與通信類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才的培養至關(guān)重要。[1]
該課程的理論性較強，數學(xué)基礎要求較高，物理概念抽象，難以理解，學(xué)生對這門(mén)課普遍感覺(jué)難學(xué)。因此，如何使課堂教學(xué)生動(dòng)形象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，培養學(xué)生的綜合能力，是教師面臨的重要問(wèn)題。本文就這些問(wèn)題進(jìn)行了研究與探索。
一、教學(xué)內容體系的改革
1.夯實(shí)數學(xué)基礎
“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的數學(xué)基礎要求高，涉及到矢量分析、微積分、微分方程等數學(xué)工具，方法靈活。學(xué)生雖然在大學(xué)一、二年級學(xué)習過(guò)高等數學(xué)等相關(guān)課程，但是到了三年級學(xué)習本課程時(shí)相應的數學(xué)知識已經(jīng)比較生疏，無(wú)法達到學(xué)習本課程要求。從以往的教學(xué)經(jīng)驗來(lái)看，很多學(xué)生之所以在學(xué)習本課程時(shí)感到困難，就是因為數學(xué)基礎不牢。因此在課程開(kāi)始的時(shí)候必須強化學(xué)習一些必要的數學(xué)知識，尤其是散度、旋度、梯度等矢量場(chǎng)分析的內容以及微分方程求解方面的知識，并注意將這些數學(xué)知識和本課程中的物理概念聯(lián)系起來(lái)，為本課程的學(xué)習打下扎實(shí)的基礎。
2.整合電磁場(chǎng)教學(xué)內容
電磁場(chǎng)部分教學(xué)的傳統順序是：靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、恒定磁場(chǎng)、時(shí)變電磁場(chǎng)，從特殊場(chǎng)到一般電磁場(chǎng)。[2]這樣的體系比較容易接受，但是與大學(xué)物理電磁學(xué)重復較多，學(xué)生易厭煩，花費學(xué)時(shí)也比較多，必將擠壓電磁波部分的學(xué)時(shí)。
因此在本課程的教學(xué)中，可以合理整合教學(xué)內容，從亥姆霍茲定理出發(fā)，將電磁場(chǎng)的散度和旋度作為核心問(wèn)題，在大學(xué)物理電磁學(xué)的基礎上，逐一分析靜態(tài)電磁場(chǎng)和時(shí)變電磁場(chǎng)的散度和旋度方程，以此引入麥克斯韋方程。然后利用麥克斯韋方程分析時(shí)變電磁場(chǎng)的基本規律，并最終把靜態(tài)場(chǎng)歸結為時(shí)變場(chǎng)的一種特殊形式。這樣的內容體系，既充分利用了學(xué)生已有的電磁學(xué)基礎，節省了學(xué)時(shí)，又可以深化對亥姆霍茲定理、麥克斯韋方程的認識，有利于學(xué)生高屋建瓴的掌握電磁場(chǎng)的一般規律。
3.更新教學(xué)內容，激發(fā)學(xué)生興趣
“電磁場(chǎng)與電磁波”課程雖然理論性很強，但是也具有明確的工程應用背景。[3]在教學(xué)中可以將基礎理論和應用背景結合起來(lái)，把電磁場(chǎng)理論的應用實(shí)例引入教學(xué)，充實(shí)工程應用實(shí)例，這樣既可以使學(xué)生接觸到工程電磁學(xué)的最新發(fā)展，又可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習基礎理論的興趣。
例如在學(xué)習電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，可以介紹煤礦井上下無(wú)線(xiàn)通信，以及潛艇無(wú)線(xiàn)通信的方式。學(xué)習電磁波極化時(shí)，可以討論中波天線(xiàn)、電視接收天線(xiàn)、衛星天線(xiàn)各自的形狀與極化方式之間的關(guān)系。學(xué)習趨膚效應時(shí)，可以介紹它在微波爐屏蔽、金屬表面淬火中的應用等。
二、教學(xué)方法的改革
1.多媒體課件與傳統教學(xué)方法相結合
“電磁場(chǎng)與電磁波”課程中很多內容比較抽象，例如同軸電纜中的電場(chǎng)強度E和磁場(chǎng)強度H分布、駐波和行波等內容，用傳統的黑板板書(shū)和語(yǔ)言描述的方式很難將它們表述清楚。如果利用多媒體課件，就可以采用圖像、動(dòng)畫(huà)的方式把這些內容生動(dòng)、形象、直觀(guān)地演示出來(lái)，這樣可以增強學(xué)生的學(xué)習興趣，加深學(xué)生對這些內容的理解。
但是在使用多媒體教學(xué)時(shí)，教師應該避免坐在講臺上盯著(zhù)電腦屏幕“照本宣科”，缺乏與學(xué)生的交流。而是應該將多媒體課件與傳統教學(xué)手段相結合，適度的使用多媒體手段。尤其是在本課程的理論推導部分，如果完全采用多媒體課件，將推導過(guò)程直接在屏幕上打出來(lái)，學(xué)生以旁觀(guān)者的角度把整個(gè)過(guò)程看一遍，往往對教學(xué)內容印象不深，課上似乎能看懂，課下很快就忘了。因此可以保留傳統黑板板書(shū)教學(xué)的方式，雖然速度較慢，但是加強了與學(xué)生之間的交流互動(dòng)，增強了學(xué)生的參與意識，發(fā)揮了學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性，這樣才能取得較好的教學(xué)效果。
2.營(yíng)造網(wǎng)絡(luò )化的自主學(xué)習環(huán)境
“電磁場(chǎng)與電磁波”是一門(mén)理論性很強的課程，在教學(xué)過(guò)程中缺少與學(xué)生個(gè)別交流的機會(huì )，輔導答疑時(shí)間有限，難以照顧學(xué)生的個(gè)體差異，無(wú)法滿(mǎn)足學(xué)生的個(gè)別需求。另外，學(xué)生在進(jìn)行預習、復習這些自主學(xué)習環(huán)節時(shí)，由于缺乏參考資料，通常只能把教材和少數幾本參考書(shū)作為知識的唯一來(lái)源。這對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，提高學(xué)習主動(dòng)性十分不利。[4]
隨著(zhù)現代信息技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)模式及學(xué)習方式也應該隨之改變?？梢栽谛@網(wǎng)環(huán)境下建立教學(xué)輔導網(wǎng)站，將本課程的教學(xué)大綱、教案、習題、參考資料和多媒體課件放在網(wǎng)上，由于網(wǎng)絡(luò )教學(xué)資源具有信息容量大、資料更新快、生動(dòng)形象的優(yōu)點(diǎn)，有利于學(xué)生開(kāi)展自主學(xué)習，提高學(xué)習的主動(dòng)性。
三、學(xué)生綜合能力的培養
教學(xué)的目的不僅僅是向學(xué)生傳授知識，更重要的是通過(guò)教學(xué)培養和發(fā)展學(xué)生的綜合能力。在以往的教學(xué)中，往往對學(xué)生的解題能力和應試能力比較重視，卻忽視對學(xué)生綜合能力的培養?！半姶艌?chǎng)與電磁波”課程對學(xué)生綜合能力的培養可以從以下幾個(gè)方面入手。
1.培養學(xué)生的科學(xué)思維
“電磁場(chǎng)與電磁波”的理論推導過(guò)程中，重要的并不是讓學(xué)生記住整個(gè)推導過(guò)程，而是讓學(xué)生學(xué)會(huì )蘊含在其中的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的科學(xué)方法。通過(guò)對科學(xué)方法的介紹，培養學(xué)生的科學(xué)思維。這一點(diǎn)對于提高學(xué)生綜合能力至關(guān)重要。
2.培養工程意識，提高計算機應用能力
在學(xué)習基本理論、基本方法的時(shí)候，可以引入相關(guān)的工程應用實(shí)例和應用性的習題，培養學(xué)生運用理論解決實(shí)際問(wèn)題的能力和初步的工程意識。
在本課程以往的教學(xué)中，比較注重解析解法的技巧。但是這些方法具有一定的局限性，一般的工程問(wèn)題常無(wú)法用解析法來(lái)求解。例如靜態(tài)場(chǎng)邊值問(wèn)題，如果遇到復雜場(chǎng)源、不規則邊界，就無(wú)法用解析法來(lái)求解；在分析非均勻介質(zhì)波導、非均勻傳輸線(xiàn)時(shí)解析法也無(wú)能為力。這就給學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題帶來(lái)了很大的障礙。因此很有必要在課程教學(xué)中介紹一些電磁場(chǎng)與電磁波的數值計算方法，例如有限差分法、有限元法等，并且布置一些數值計算的習題要求學(xué)生用C語(yǔ)言或MATLAB等進(jìn)行編程計算。另外，還可以向學(xué)生介紹一些利用MATLAB工具箱或者專(zhuān)業(yè)軟件（例如Ansoft Ensemble、Ansoft HFSS）進(jìn)行電磁場(chǎng)與電磁波仿真的方法，提高學(xué)生應用計算機解決實(shí)際問(wèn)題的能力。
3.改進(jìn)考核手段，真實(shí)反映綜合能力
本課程的考核目前是以期末閉卷考試成績(jì)和平時(shí)作業(yè)成績(jì)?yōu)橹?，進(jìn)行綜合評分，這樣的考核方式往往難以全面反映學(xué)生的綜合能力。容易形成學(xué)生在考試前死記硬背公式例題，考試結束后又很快忘掉的怪圈。為了避免出現這種情況，應該從以下兩方面著(zhù)手對考核手段進(jìn)行改進(jìn)。
首先，考核方式應當更靈活，學(xué)生可以在老師的指導下，根據自己的能力和課程的要求，對“電磁場(chǎng)與電磁波”中一些自己感興趣的領(lǐng)域開(kāi)展專(zhuān)題研究性的學(xué)習。學(xué)生可以自行查閱資料，獨立思考或進(jìn)行小組討論，完成小論文。最后根據學(xué)生在研究性學(xué)習過(guò)程中的態(tài)度，研究能力以及研究成果的獲得情況進(jìn)行評分，并計入期末的綜合評分。如此更能反映個(gè)人的綜合能力。
其次，在期末考試命題方面，應該建設一個(gè)高水平的試題庫，試題重點(diǎn)突出，題型多樣化，避免出偏題、怪題。為了使學(xué)生在復習備考時(shí)能集中精力加深對教學(xué)內容的理解，而不是把主要精力用在死記硬背上，可以把考試中用到的一些較復雜公式在試卷上列出，這樣的命題方式才能有效地考查學(xué)生的綜合能力。
參考文獻：
[1]丁蘭,盧建隆.精品課程建設與電磁場(chǎng)與電磁波教學(xué)改革[J].內蒙古師范大學(xué)學(xué)報(教育科學(xué)版),2006,19(7):119-121．
[2]謝處方.電磁場(chǎng)與電磁波(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[3]晁立冬.面向新世紀電磁場(chǎng)課程教學(xué)改革[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報,
2000,(3):18-19．
[4]貢福海,王莉.試論高校精品課程建設[J].黑龍江高教研究,2004,117
(1):126-128．
（責任責任：麻劍飛）
