肖志俊

一、《電磁場與電磁波》課程特點(diǎn)

電磁理論在廣播、電視、無線通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、無線網(wǎng)絡(luò)及家用電器、自動(dòng)控制、儀器儀表等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。《電磁場與電磁波》是電子信息工程專業(yè)重要的基礎(chǔ)課，其講述電磁場與電磁波的基本原理和分析計(jì)算方法，為在通信技術(shù)的研究和應(yīng)用中解決實(shí)際的工程問題打下牢固的基礎(chǔ)。因此該門課程的基本概念和理論，是本專業(yè)人才培養(yǎng)所需知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。

《電磁場與電磁波》課程主要涉及電磁場源與場的關(guān)系，電磁波在空間傳播的基本規(guī)律，電磁波的產(chǎn)生、輻射、傳播，電磁干擾，電磁兼容，以及電磁理論在各方面的應(yīng)用，等等。

1.公式多，推導(dǎo)復(fù)雜。

如矩形波導(dǎo)中場矢量E和H的個(gè)分量的推導(dǎo)，是基于三維矢量偏微分方程組導(dǎo)出的，對(duì)于不同媒質(zhì)和不同坐標(biāo)系場量的描述方程也不相同，而且求解一個(gè)場量需要解一組方程。

2.概念多、抽象，難以掌握。

電磁場與電磁波是在大學(xué)物理電磁場基礎(chǔ)上拓展出來的一門基礎(chǔ)學(xué)科，包括很多新的概念、定律、公式，如靜電場的電容系數(shù)、自分布電容、互分布電容、矢量磁位、標(biāo)量磁位、鏡像電荷、格林函數(shù)、有限差分法等，而且這些概念的出現(xiàn)還伴隨著復(fù)雜的計(jì)算公式，不管是理解、記憶、掌握，還是具體運(yùn)用，都有一定的難度。

3.涉及的知識(shí)點(diǎn)多。

該門課程所需的前導(dǎo)課程有：大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、矢量分析與場論、數(shù)理方程與特殊函數(shù)、信號(hào)與系統(tǒng)［１］，甚至還有部分研究生課程內(nèi)容，如數(shù)值分析等，這些復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算通篇貫穿了整個(gè)教材。

少數(shù)學(xué)生由于前導(dǎo)課程，特別是數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不牢固，造成學(xué)習(xí)困難，無法進(jìn)行深入理解，課本上繁多的公式也給很多學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來較大的困難，使得學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，有些干脆直接放棄了對(duì)該門課程的學(xué)習(xí)。其結(jié)果導(dǎo)致考試及格率偏低，成為專業(yè)課程學(xué)習(xí)的一個(gè)“攔路虎”。

二、《電磁場與電磁波》課程教學(xué)改革探索

基于以上特點(diǎn)，我根據(jù)自己多年講授該門課程積累的一些心得，對(duì)該門課程的教學(xué)作了一定的探索和改革，現(xiàn)闡述如下。

1.明確教學(xué)大綱，梳理教學(xué)內(nèi)容主線，做到有的放矢。

《電磁場與電磁波》的教學(xué)大綱明確要求學(xué)生掌握宏觀電磁場與電磁波的基本性質(zhì)和規(guī)律、工程應(yīng)用的基本分析和計(jì)算方法，能對(duì)工程中的電磁場與電磁波問題進(jìn)行初步分析，能對(duì)一些基本的、簡單的電磁場與電磁波物理問題建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，更深入地了解電磁信號(hào)傳輸?shù)谋举|(zhì)。根據(jù)教學(xué)大綱的要求，我將《電磁場與電磁波》課程劃分為三方面的內(nèi)容：電磁場、電磁波和電磁工程，圍繞這三方面內(nèi)容梳理了三條主線。

（1）電磁場

以麥克斯韋方程組為主線，將電場與磁場串并起來。如表1所示。

從上面的概要可見，麥克斯韋方程組高度地概況了電場、磁場的基本性質(zhì)，以及電場和磁場之間相互激勵(lì)的普遍規(guī)律，是電磁場的核心和靈魂。

（2）電磁波

以波動(dòng)方程為主線，這樣可承接前面的麥克斯韋方程組，通過麥克斯韋方程組變換出無源波動(dòng)方程，求解波動(dòng)方程在均勻平面波情況下的解，即可得到均勻平面波的場矢量表達(dá)式，進(jìn)而建立起一系列關(guān)于電磁波的相關(guān)概念。

（3）電磁工程

以傳輸線為主線，用等效電路的分析方法可得出TEM波的傳輸線方程；用場的分析方法，將波導(dǎo)系統(tǒng)等效為傳輸線，可得出矩形波導(dǎo)的傳輸特性［2］。通過傳輸線這條主線，使場與路得到有效統(tǒng)一。

在全課程中通過這樣幾條主線的穿針引線，學(xué)生對(duì)這門課的學(xué)習(xí)具有了系統(tǒng)性和連貫性，而不是斷斷續(xù)續(xù)、似懂非懂的零散印象。

2.不斷完善教學(xué)方法和手段，重視學(xué)生能力培養(yǎng)。

（1）植入職業(yè)教育“行動(dòng)導(dǎo)向”教學(xué)法，加強(qiáng)師生互動(dòng)，激勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

所謂“行動(dòng)導(dǎo)向”的教學(xué)，其基本意義在于［3］：學(xué)生是學(xué)習(xí)過程的中心，教師是學(xué)習(xí)過程的組織者與協(xié)調(diào)人，遵循“咨詢、計(jì)劃、決策、實(shí)施、檢查、評(píng)估”這一完整的“行動(dòng)”過程序列，教師可根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況，采用“行動(dòng)導(dǎo)向”教學(xué)中的多種教學(xué)法，在教學(xué)中與學(xué)生積極互動(dòng)，教學(xué)不再是教師一個(gè)人的獨(dú)角戲。比如，圍繞電磁波在不同媒質(zhì)中的傳播特性，給每組學(xué)生一個(gè)任務(wù)或?qū)ｎ}，讓學(xué)生通過“獨(dú)立地獲取信息、獨(dú)立地制訂計(jì)劃、獨(dú)立地實(shí)施計(jì)劃、獨(dú)立地評(píng)估計(jì)劃”，在自己“動(dòng)手”的實(shí)踐中，深刻領(lǐng)會(huì)和掌握電磁波在不同媒質(zhì)中的傳播特性。教師只在旁邊觀測或答疑，并不主動(dòng)參與，這樣既能使學(xué)生積極開動(dòng)腦筋，用已學(xué)的知識(shí)向縱向和橫向進(jìn)行探索，不斷地對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行綜合歸納、聯(lián)想類比、實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)和分析方法的觸類旁通［4］，同時(shí)，教師又可以通過這樣的互動(dòng)，及時(shí)地與學(xué)生溝通、交流，并不斷鼓勵(lì)、贊揚(yáng)學(xué)生，使學(xué)生獲得尊重和理解，具有成就感，進(jìn)而逐漸形成良好的互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

（2）充分利用媒體技術(shù)，強(qiáng)化教學(xué)手段。

鑒于該課程的抽象性，如果沒有運(yùn)用類似Matlab這樣的仿真軟件來輔助教學(xué)，效果可能會(huì)有折扣。如波導(dǎo)中TE模、TM模的場結(jié)構(gòu)和電流分布圖等［5］，這些圖形無法用語言來表達(dá)清楚它本身的含義，那么必須借助多媒體教學(xué)，通過諸如Matlab之類的仿真軟件的演示，能獲得直觀的效果，那么一定會(huì)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)這些概念的理解能力，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的印象，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。可設(shè)計(jì)一些基于Matlab或HFSS9．2的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，如某一時(shí)刻天線右旋圓極化的場強(qiáng)在空間分布圖等，針對(duì)基礎(chǔ)較好的同學(xué)，讓他們自己參與進(jìn)來設(shè)計(jì)，不僅使學(xué)生對(duì)右極化波理解加深，而且將進(jìn)一步提高學(xué)生的編程能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

（3）采用板書輔助教學(xué)。

《電磁場與電磁波》課程有大量的公式推導(dǎo)，采用板書教學(xué)，可抓住學(xué)生的注意力，逐步深入理解，循序漸進(jìn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生思路和教師思路同步，增強(qiáng)教學(xué)效果。

（4）開設(shè)網(wǎng)上答疑，加強(qiáng)課后輔導(dǎo)。

該課程的習(xí)題難度較大，如不及時(shí)進(jìn)行課后輔導(dǎo)，學(xué)生有什么問題不能得到及時(shí)解決，無疑會(huì)降低學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，喪失學(xué)好該門課程的信心，同時(shí)，也會(huì)養(yǎng)成消極、懈怠的學(xué)習(xí)習(xí)慣?？梢訯Q群的形式在群里答疑，將每章典型的難題和學(xué)生共同的問題在群里講解，或以電子郵件的方式，對(duì)部分學(xué)生側(cè)重輔導(dǎo)，針對(duì)個(gè)別程度較差的學(xué)生，課后及時(shí)詢問，掌握其學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，及時(shí)彌補(bǔ)其薄弱環(huán)節(jié)。

3.結(jié)語

總之，在《電磁場與電磁波》課程教學(xué)中，教師一定要明確該課程的教學(xué)大綱，根據(jù)該課程的特點(diǎn)，緊抓住教學(xué)主線來組織教學(xué)，注重各部分的內(nèi)在聯(lián)系、區(qū)別、因果及內(nèi)涵；注重教學(xué)方法及手段的完善，用心了解學(xué)生和課程，充分地利用現(xiàn)有的媒體技術(shù)條件，精心安排和組織，注重聯(lián)系實(shí)際和創(chuàng)新，這些是提高《電磁場與電磁波》課程的教學(xué)質(zhì)量，激勵(lì)學(xué)生學(xué)好該門課程的有效手段。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉學(xué)觀，郭輝萍.電磁場與電磁波課程體系規(guī)劃研究［J］.電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2006，（6）.

［2］郭輝萍，劉學(xué)觀.電磁場與電磁波［M］.西安電子科技大學(xué)出版社，2003.

［3］姜大源.職業(yè)教育學(xué)新論［M］.教育科學(xué)出版社，2007.

［4］李文翔，熊慶國.“電磁場與電磁波”課程教學(xué)方法改革研究［J］.中國冶金教育，2007，（6）.

［5］武剛，張小平.基于電磁場與電磁波的教學(xué)研究［J］.攀枝花學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，（6）.

課題來源：貴州大學(xué)2011年度本科職業(yè)教育和中職碩士培養(yǎng)方案改革研究項(xiàng)目。