李召紅 夏繼宏 肖緒洋

【摘要】本文以普通高校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)課程“工程電磁場(chǎng)”的學(xué)習(xí)為研究對(duì)象，針對(duì)學(xué)生反應(yīng)課程難學(xué)與教師授課體驗(yàn)的難教等問(wèn)題，以學(xué)校推行的教學(xué)改革為背景，通過(guò)多年的教學(xué)體驗(yàn)，提

“工程電磁場(chǎng)”是很多高校電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)的一門(mén)必修課程[1]，也是在“大學(xué)物理”、“高等數(shù)學(xué)”基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)的后續(xù)課程，所涉及的內(nèi)容是電類專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的基本知識(shí)。就目前來(lái)看，電磁場(chǎng)內(nèi)容是“電機(jī)學(xué)”、“電力系統(tǒng)分析”、“電力電子技術(shù)”、“電力系統(tǒng)自動(dòng)化”等交叉或邊緣學(xué)科后續(xù)課程的基礎(chǔ)，其內(nèi)容也交叉到通信、光學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)是學(xué)生進(jìn)行深層次研究、成為當(dāng)前社會(huì)新形勢(shì)下電類研究型人才必需學(xué)習(xí)的一門(mén)課程，但本課程在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)較為依賴，處理電磁場(chǎng)問(wèn)題不可避免地用到場(chǎng)論與矢量分析、微積分或微分方程求解等知識(shí)點(diǎn)。課程以內(nèi)容理解難度大、對(duì)高等數(shù)學(xué)熟練程度要求高的特點(diǎn)使得同學(xué)們對(duì)這門(mén)課程的學(xué)習(xí)頗為頭痛[2-3]。當(dāng)前，在素質(zhì)教育和應(yīng)用型人才培養(yǎng)大背景下的普通本科院校里，傳統(tǒng)的純理論型課程面臨深化改革，表現(xiàn)在學(xué)時(shí)上，筆者調(diào)研發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)大部分高校將“工程電磁場(chǎng)”授課學(xué)時(shí)調(diào)整為32學(xué)時(shí)左右。課程主體內(nèi)容包含矢量分析和場(chǎng)論基礎(chǔ)、靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、恒定磁場(chǎng)、時(shí)變電磁場(chǎng)、平面電磁波、導(dǎo)行波、傳輸線理論以及邊值問(wèn)題求解等9部分內(nèi)容。較少的學(xué)時(shí)不僅對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)也對(duì)教師的講授提出了新的挑戰(zhàn)。因此，在新形勢(shì)下對(duì)“工程電磁場(chǎng)”教學(xué)改革亟待進(jìn)行，探討利用合適的教學(xué)方法和采取必要的技術(shù)手段來(lái)以提高教學(xué)效率，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)信心與主動(dòng)性是任課教師必須面對(duì)的新課題。

1.講好第一堂課，樹(shù)立興趣導(dǎo)向

緒論作為課本的開(kāi)篇點(diǎn)題內(nèi)容，概括了本課程的主要內(nèi)容，研學(xué)要點(diǎn)及方法。全面細(xì)致生動(dòng)的講解即能打消學(xué)生的學(xué)習(xí)顧慮，又能淡化基礎(chǔ)差的學(xué)生心理陰影，從而樹(shù)立克服學(xué)習(xí)困難的決心。通過(guò)緒論介紹前人研究成果，總結(jié)學(xué)科現(xiàn)狀，展望未來(lái)發(fā)展，確立課程在專業(yè)中的重要地位。教學(xué)中與學(xué)生探討日常生活中的常見(jiàn)的電磁現(xiàn)象：靜電除塵、發(fā)電機(jī)、手機(jī)通訊、電動(dòng)機(jī)、變壓器、靜電屏蔽，避雷針裝置等等，通過(guò)互動(dòng)探討漸漸培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。但好的課程講解要求教師做到以下三點(diǎn)：首先需熟練掌握“工程電磁場(chǎng)”的授課內(nèi)容，還要查閱最新的科研、科普雜志和文獻(xiàn)，掌握學(xué)科的前沿動(dòng)態(tài)，方便將較新的科研成果及素材帶到課堂，充實(shí)教學(xué)內(nèi)容。其次教師還要提高課堂語(yǔ)言組織能力，高效利用課堂時(shí)間，提高上課水平。最后，適度引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，老師的導(dǎo)向性與榜樣性在一定程度上可以影響學(xué)生的積極性，充分利用這有意的導(dǎo)向，可以達(dá)到事倍功半的效果?？傊?，教師就是要利用合理的方式達(dá)到調(diào)動(dòng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)積極性的目的，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。

2.板書(shū)和多媒體兩者結(jié)合，提高教學(xué)效果

現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展為教學(xué)提供了極大的便捷。表現(xiàn)在教具上，多數(shù)課程都可以使用多媒體教學(xué)，它簡(jiǎn)便快捷、信息量大。但從實(shí)際教學(xué)效果和課程偏重理論的特點(diǎn)來(lái)看，“工程電磁場(chǎng)的教學(xué)”并不能完全全依賴多媒體技術(shù)，因?yàn)椴糠掷碚摬捎冒鍟?shū)的方式推導(dǎo)使過(guò)程更直觀，也有助于學(xué)生手腦并用，保證印象深刻的同時(shí)還能便于理解知識(shí)點(diǎn)。在推導(dǎo)與提問(wèn)互動(dòng)中，活躍了課堂，提高了課堂的參與度。 因此，在理論教學(xué)過(guò)程中采用板書(shū)與多媒體配合的方式是相對(duì)合理的。例如在靜電場(chǎng)中電軸問(wèn)題的講解中，接地導(dǎo)體球?qū)c(diǎn)電荷的鏡像問(wèn)題，由于要在球體內(nèi)部求出鏡像點(diǎn)電荷的位置，相比于傳統(tǒng)靠空間想象來(lái)敘述求解問(wèn)題，用多媒體展示出圖例和輔助線，則可以把抽象的理論簡(jiǎn)單化。

3.理論聯(lián)系實(shí)際，開(kāi)闊學(xué)習(xí)視野

從課程性質(zhì)上講，“工程電磁場(chǎng)”是一些交叉學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)生長(zhǎng)點(diǎn)和新興邊緣學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。學(xué)好電磁場(chǎng)將增強(qiáng)學(xué)生的適應(yīng)能力和創(chuàng)造力。作為基礎(chǔ)學(xué)科，其理論性強(qiáng)，研究的問(wèn)題抽象。在教學(xué)過(guò)程中須做到理論準(zhǔn)確，思路嚴(yán)謹(jǐn)，同時(shí)為開(kāi)闊視野也需要將新技術(shù)帶到課堂。課程內(nèi)容如電磁技術(shù)在社會(huì)生活中有廣泛應(yīng)用，如在講述恒定磁場(chǎng)時(shí)，貼近生活的例子如質(zhì)譜儀、磁流體發(fā)電機(jī)、霍爾效應(yīng)等等，霍爾效應(yīng)是載流導(dǎo)體在勻強(qiáng)磁場(chǎng)與電流方向正交的方向上產(chǎn)生電勢(shì)差的現(xiàn)象。為增加學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，如果教師們關(guān)注了較新的研究成果也可以適當(dāng)提及除經(jīng)典的霍爾效應(yīng)，還可以適當(dāng)科普量子霍爾效應(yīng)，自旋量子霍爾效應(yīng)，以及近幾年的研究熱點(diǎn)拓?fù)浣^緣體等。這種教學(xué)模式一方面讓學(xué)生感覺(jué)到確實(shí)學(xué)習(xí)的東西有用，另一方面也能使學(xué)生感到我們所學(xué)習(xí)的課程是當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)研究重心的基礎(chǔ)，內(nèi)心感觸到學(xué)習(xí)這門(mén)課很有意義。

4.綜合創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)以致用

與理論學(xué)習(xí)同樣重要的是學(xué)生的動(dòng)手能力。全面發(fā)展實(shí)用新型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)操作能力的練習(xí)。實(shí)驗(yàn)操作是對(duì)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的鞏固與補(bǔ)充，合理安排課程實(shí)驗(yàn)是教師引導(dǎo)學(xué)生理解課程內(nèi)容，培養(yǎng)動(dòng)手能力的必要的教學(xué)手段。根據(jù)我校實(shí)驗(yàn)設(shè)備儲(chǔ)備和學(xué)生本身的基礎(chǔ)能力，提出了兩類實(shí)驗(yàn)操作：一類是基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；二類是功能設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作性簡(jiǎn)單，比如有分度轉(zhuǎn)臺(tái)、喇叭天線、3cm固態(tài)信號(hào)發(fā)生器、晶體檢波器和可變衰減器等儀器構(gòu)成的電磁波反射和折射定律驗(yàn)證。這種傳統(tǒng)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)已有成熟的實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生較容易做出結(jié)果，主要鍛煉動(dòng)手能力。第二類功能設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)，主要是培養(yǎng)創(chuàng)新、獨(dú)立的設(shè)計(jì)能力。譬如開(kāi)設(shè)讓學(xué)生設(shè)計(jì)小型霍爾效應(yīng)傳感器器件（在我院創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室可申請(qǐng)基本實(shí)驗(yàn)器件），利用學(xué)習(xí)的電工學(xué)、模擬電子技術(shù)等知識(shí)，將霍爾元件、線性放大器、射極跟隨器組裝起來(lái)。設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)促使學(xué)生自己提出問(wèn)題并解決問(wèn)題，這其中調(diào)研、查資料和求教等步驟蘊(yùn)含了較大的工作強(qiáng)度。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)結(jié)合設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)結(jié)合的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。突出以學(xué)生動(dòng)手為主題的教學(xué)模式一方面強(qiáng)化了學(xué)生的電磁場(chǎng)理論知識(shí)，另一方面鍛煉了學(xué)生獨(dú)立思考、動(dòng)手能力，還進(jìn)一步鞏固了其他課程知識(shí)。筆者認(rèn)為這種模式對(duì)電磁學(xué)起到很好的促進(jìn)作用。也為其他課程的學(xué)習(xí)提供部分借鑒。

5.完善考核制度，注重能力培養(yǎng)

在培養(yǎng)積極性和創(chuàng)新能力培養(yǎng)上的過(guò)程中，考核模式是教學(xué)改革的重要組成部分。教師授課有教學(xué)大綱指導(dǎo)，同樣大部分學(xué)生學(xué)習(xí)以達(dá)到考核標(biāo)準(zhǔn)要求自己。課程必須體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的權(quán)重，與傳統(tǒng)的理論成績(jī)?cè)u(píng)定成績(jī)不同，建議將實(shí)驗(yàn)?zāi)芰φ颊n程最終成績(jī)的30%，即總成績(jī)?yōu)槔碚摮煽?jī)的60%+實(shí)驗(yàn)成績(jī)的30%+平時(shí)成績(jī)的10%。作為一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課，工程電磁場(chǎng)擔(dān)負(fù)著為后續(xù)課程服務(wù)功能。在教學(xué)中要注重場(chǎng)的基本規(guī)律研究。在工程電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算能力訓(xùn)練上，仿真軟件選擇性較廣，常見(jiàn)的MATLAB、MATHMATICA可以仿真場(chǎng)量數(shù)值的同時(shí)也可以展示各種典型場(chǎng)分布，若再結(jié)合基本原理從中總結(jié)規(guī)律，更便于學(xué)生理解和掌握。

“工程電磁場(chǎng)”課程有系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)，廣泛的應(yīng)用背景，從簡(jiǎn)單的自然現(xiàn)象到復(fù)雜的電磁工程問(wèn)題都能給出科學(xué)的解釋。在講授過(guò)程中教師要做到精講基本概念、基本規(guī)律和基本問(wèn)題的分析問(wèn)題方法，合理引導(dǎo)督促學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新能力。教學(xué)改革過(guò)程中，即要合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容又要選用合適的教學(xué)方法。工程電磁場(chǎng)課程在電子信息和電氣工程類專業(yè)占據(jù)重要的學(xué)術(shù)地位，怎樣有效提高教學(xué)質(zhì)量是高等學(xué)校廣大教師值得不斷探索的實(shí)際問(wèn)題。本文結(jié)合我校理論課堂教學(xué)與實(shí)踐，歸納總結(jié)部分教學(xué)方法與教學(xué)改革內(nèi)容，希望對(duì)“工程電磁場(chǎng)”的教學(xué)提供些許參考。

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