龔文英+李畸勇

摘要：電磁場課程在本校電氣工程及其自動化專業(yè)和農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)中屬于一門學(xué)科的基礎(chǔ)選修課。本文根據(jù)電磁場課程難教難學(xué)的特點，從教材、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段與方法、考核方式以及實踐教學(xué)的開展等方面提出了改革措施，對提高教學(xué)質(zhì)量是非常有效的。

關(guān)鍵詞：電磁場課程；教學(xué)改革；考核方式；協(xié)同教學(xué)法

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）35-0102-03

一、引言

電磁場課程在廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院是電氣工程及其自動化專業(yè)和農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)選修課。在高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理電磁學(xué)的基礎(chǔ)上，通過本課程的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生進一步熟悉宏觀電磁場的基本性質(zhì)和基本規(guī)律，對電氣工程中的電磁現(xiàn)象和電磁過程，能用場的觀點進行初步分析；對一些簡單的問題能進行計算；為學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程（如電機學(xué)、高電壓技術(shù)、防雷與接地技術(shù)等）或進一步研究電磁場問題，可以準(zhǔn)備必要的理論基礎(chǔ)。電磁場所涉及的內(nèi)容是工科電類專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備的知識結(jié)構(gòu)的必要組成部分，也是一些交叉領(lǐng)域的學(xué)科生長點和新興邊緣學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。

電磁場課程的學(xué)習(xí)要求學(xué)生應(yīng)具備良好的數(shù)學(xué)、物理基礎(chǔ)，還要有較高的空間想象能力、抽象思維能力和邏輯推理能力。它理論性強、概念抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多且繁雜，是高校中公認(rèn)的難教、難學(xué)的課程?；谠撜n程在專業(yè)學(xué)習(xí)中承前啟后的重要性，如何消除學(xué)生對電磁場課程學(xué)習(xí)的畏難心理，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，提高教師的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，就迫切需要對電磁場的教材、課程內(nèi)容、教學(xué)手段及方法進行一定的改革與創(chuàng)新。

二、電磁場教材改革

本校電氣工程學(xué)院的電氣工程及其自動化專業(yè)、農(nóng)業(yè)電氣化與自動化專業(yè)以及電力工程與管理專業(yè)均開設(shè)有電磁場這門學(xué)科基礎(chǔ)選修課程，而且本校的二級學(xué)院行健文理學(xué)院中電氣工程及其自動化專業(yè)還將該課程定位為學(xué)科基礎(chǔ)必修課。無論是選修還是必修，優(yōu)秀的教材是吸引學(xué)生對課程感興趣的第一要素。之前本校使用的教材是高等教育出版社1983年出版的由馮慈璋主編的《電磁場》（第二版），雖然理論上的東西變化不大，但是工程實例已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于當(dāng)今時代了?，F(xiàn)代科技日新月異，電磁場知識的應(yīng)用已經(jīng)深入到我們的民用、工用甚至軍用等各個方面。為此，本校更換了教材，選擇了2000年高等教育出版社出版的由馮慈璋、馬西奎主編的面向21世紀(jì)課程教材《工程電磁場導(dǎo)論》。新教材仍然是以經(jīng)典內(nèi)容為主，注重電磁場的基本概念、基本規(guī)律和基本的分析計算方法，但更加注意理論與實踐的結(jié)合，重視工程問題的電磁模型的建立和定性分析，有意識地培養(yǎng)學(xué)生從定性的方法入手提出問題和分析問題的能力。通過更新教材，可以與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的聯(lián)系更加緊密，不僅保證了其先進性，而且還可以使本學(xué)科充滿活力、生氣勃勃，激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、主動性和創(chuàng)造性。

三、教學(xué)內(nèi)容改革

為了培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，講好緒論尤其重要。這門課是學(xué)科選修課，以往第一次課都是介紹數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識——矢量分析?？墒怯行?shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生一見到梯度、散度、旋度，以及環(huán)量、通量這些概念中眾多的求偏導(dǎo)、積分符號，馬上就會對該課產(chǎn)生畏懼心理，嚴(yán)重?fù)p害了學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的信心。為此，本校在第一次授課中重點做好電磁場緒論的介紹。在電磁場緒論中，筆者先介紹電場、磁場、時變電磁場和電磁波的基本概念，進而介紹場與媒質(zhì)的相互作用現(xiàn)象，場與源的關(guān)系，接下來是歷史的回顧，引出重要的電磁場定律——電磁感應(yīng)定律，以及著名的電磁場方程組——麥克斯韋方程組。最后介紹電磁場與波的應(yīng)用，其中靜電復(fù)印、靜電除塵以及靜電噴漆等技術(shù)都是基于靜電場對于帶電粒子具有力的作用；電磁鐵、磁懸浮軸承以及磁懸浮列車等，都是利用磁場力的作用；當(dāng)今的無線通信、廣播、雷達、遙控遙測、微波遙感、無線因特網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、衛(wèi)星定位以及光纖通信等信息技術(shù)都是利用電磁波作為媒介傳輸信息的；B2隱形轟炸機應(yīng)用了反射定律；立體電影利用了電磁波極化特性；全球定位系統(tǒng)（GPS）是信息載體的應(yīng)用；等等。種種電磁場實際應(yīng)用一下子就抓住了同學(xué)們的眼球，激發(fā)起同學(xué)們對學(xué)習(xí)電磁場課程的興趣。電磁場看不見、摸不著，但在生活中又實實在在地存在。如果在課堂上只講理論，不但枯燥，而且學(xué)生也不知學(xué)來有何用處，會影響學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的自覺性。因此，必須把理論聯(lián)系實際的教學(xué)理念貫穿于整個電磁場的教學(xué)過程中。

在課程內(nèi)容的選擇上遵循由淺入深、循序漸進的認(rèn)識規(guī)律，突出重點內(nèi)容。本校的電磁場課程先介紹靜態(tài)場，后介紹時變場，重點加強對時變場的教學(xué)。靜態(tài)場主要包括靜電場、恒定電場和恒定磁場，在介紹完這三章的內(nèi)容后，會進一步進行教學(xué)對比并做出總結(jié)，以便于加深學(xué)生對前三章內(nèi)容的了解與掌握，比如“靜電比擬”、“三種場基本方程的比較”、“靜電場與恒定磁場分界面上銜接條件的對比”、“鏡像法在靜電場與恒定磁場中的應(yīng)用比較”等，這一系列的對比讓學(xué)生能更加全面、系統(tǒng)地掌握靜態(tài)場的基本概念。之后重點介紹時變場的內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程前對時變場的認(rèn)識僅限于大學(xué)物理電磁學(xué)部分介紹的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，且更多的是定性認(rèn)識。內(nèi)容調(diào)整后，電磁場課程加強了時變場部分的內(nèi)容，包括電磁感應(yīng)定律、全電流定律、電磁場基本方程組和分界面上的銜接條件、正弦電磁場、波動方程直到平面波和輻射，使學(xué)生可以更深入地掌握時變場的分析計算方法，了解電磁場理論的整個體系。

在整個課程學(xué)習(xí)中，在每一章的最后一節(jié)，都會介紹以本章理論知識為基礎(chǔ)的工程應(yīng)用實例，貫徹學(xué)以致用或者是理論聯(lián)系實際的教學(xué)觀點。課程內(nèi)容結(jié)束后，通常還會布置學(xué)生完成一篇有關(guān)電磁場的課程論文，論文題目可以自擬，也可以從教師給定的命題中任選。例如，筆者給學(xué)生擬定的課程論文題目主要有：“我身邊的電磁場”、“靜電場理論在實際中的應(yīng)用”、“恒定電場理論在實踐中的應(yīng)用”、“應(yīng)用恒定磁場理論的工程實例”、“電磁屏蔽在實踐中的應(yīng)用”等。每篇論文要求字?jǐn)?shù)不少于2000字，且要求有中英文摘要及關(guān)鍵詞，并要求附上參考文獻。論文成績計入平時成績，為避免學(xué)生完全抄襲，凡出現(xiàn)兩篇一模一樣的論文者，論文成績均判定為0分。在論文的寫作過程中，同學(xué)們不但要學(xué)會收集與整合資料，而且還要進一步加深對論文相關(guān)理論知識的認(rèn)識和理解，為今后科技論文的撰寫奠定堅實的基礎(chǔ)。

電磁場課程內(nèi)容多、學(xué)時緊，現(xiàn)在本校電氣工程及其自動化專業(yè)的電磁場課程學(xué)時為45學(xué)時，每學(xué)時40分鐘。為了在有限的時間內(nèi)講授完規(guī)定的內(nèi)容，在教學(xué)過程中必須以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，并充分發(fā)揮學(xué)生的積極主動性，這樣才能取得良好的教學(xué)效果。

四、教學(xué)手段與方法改革

電磁場的課程特點決定了單純使用一種教學(xué)手段不會有好的教學(xué)效果。因此，本校采取了傳統(tǒng)教學(xué)手段與現(xiàn)代教學(xué)手段有機結(jié)合的辦法。對于一些繁雜的公式推導(dǎo)以及例題講解，一般采用傳統(tǒng)的“黑板加粉筆”來逐步講授，這個過程進度會比較慢，但教師可以對學(xué)生的思路進行一定的引導(dǎo)，并隨時互動，有利于學(xué)生理解和消化某些知識點。而對于一些復(fù)雜的場圖要在黑板上精確繪制則是很不方便，此時利用先進的多媒體教學(xué)設(shè)備則可以有效地解決這個問題。圖1為兩根細(xì)導(dǎo)線的場圖。

利用先進的多媒體教學(xué)設(shè)備，采用PPT授課，文字、圖片、視頻、Flash動畫甚至Matlab仿真演示交叉使用，圖文并茂，形象直觀，在學(xué)生腦海里建立起立體概念，可以有效幫助學(xué)生對理論內(nèi)容的理解。

在教學(xué)方法的改革中，我們在課堂上嘗試采用PI理論的協(xié)同教學(xué)法。Peer-Instruction理論是哈佛大學(xué)著名教授Eric Mazur創(chuàng)立的，變傳統(tǒng)的單一講授為基于問題的自主學(xué)習(xí)和學(xué)習(xí)之間的合作探索。在講解某些重要知識點前，教師先給學(xué)生出一些概念測試題目，由學(xué)生分組思考作答，若小組成員間答案不統(tǒng)一，則相互討論說服同伴并給出最終答案，之后再由教師對各組答案進行一定的點評與解析，并給出正確答案，同時講解關(guān)鍵知識點。教師在整個教學(xué)過程中講述內(nèi)容的重點、難點和關(guān)鍵點，啟發(fā)學(xué)生進行思考，營造出一個學(xué)生互動、師生協(xié)同教學(xué)的環(huán)境。通過某些能夠影響學(xué)生認(rèn)知能力的問題來調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，引導(dǎo)學(xué)生合作學(xué)習(xí)、積極討論，培養(yǎng)其批判性思維，并使學(xué)生在獲得知識的同時學(xué)會思考與團結(jié)合作，最后完全理解問題本質(zhì)。電磁場的理論知識本就晦澀枯燥，引進協(xié)同教學(xué)法可以極大地提高師生間的互動，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生學(xué)習(xí)與思考的積極性與主動性，打破了傳統(tǒng)教學(xué)中教師“滿堂灌”的教學(xué)模式，教學(xué)效果十分明顯。

五、考核方式的改革

考試方式的改革包括提高平時成績的比例，且擴大了平時成績包含的項目。本校將期評成績中平時成績的比例由原來的30%加大到40%，期評成績=平時成績×40%+期考成績×60%。平時成績部分包括作業(yè)、2次小測驗、考勤、課程論文和課堂表現(xiàn)及答疑情況，由以上各項按照下式算出原始平時成績：原始平時成績=（作業(yè)總平均成績+2次測驗成績之和×2+考勤成績+課堂表現(xiàn)與答疑成績×2+課程論文成績）÷9。由于原始平時成績普遍偏低，有時一個班有50%的學(xué)生低于60分，本校就將原始平時成績在班上從高到低排序，并按高分到低分及其下表比例來評定學(xué)生的平時成績。

期評成績中加大了學(xué)生平時成績所占的比例，且最終平時成績評定也引入到了競爭機制中，這樣就會促使學(xué)生更加重視學(xué)習(xí)過程，在平時的課程學(xué)習(xí)中投入更多的精力，其學(xué)習(xí)效果也會更扎實、更有效。

六、鼓勵學(xué)生參與各類實踐項目，學(xué)以致用

電磁場理論在實際生活中無處不在，為了培養(yǎng)學(xué)生的科研實踐及創(chuàng)新性思維能力，本校鼓勵學(xué)生積極參與各種大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目、全國大學(xué)生電工數(shù)學(xué)建模競賽以及教師的各類科研項目，幫助學(xué)生運用理論知識來解決實際問題，在實踐中實現(xiàn)教學(xué)相長。近年來學(xué)生參與的科研項目主要有：基于電磁感應(yīng)式手機無線充電技術(shù)研究、高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器電場計算及設(shè)計、永磁無刷直流電動機電磁計算和優(yōu)化設(shè)計、500kV同塔雙回緊湊型輸電線路電場計算、釹鐵硼永磁無刷直流電動機電磁場有限元分析等。參與項目的學(xué)生在實踐中得到了極大的鍛煉，收獲頗豐，同時其在實踐中碰到的電磁問題也進一步豐富了教師的教學(xué)案例。

七、結(jié)論

電磁場課程的特點是難學(xué)、難教，而修讀該課程對學(xué)生后續(xù)專業(yè)課的學(xué)習(xí)又是極為重要的。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，本校在教材、課程內(nèi)容、教學(xué)手段與方法、考核方式以及鼓勵學(xué)生參與科研項目等方面嘗試做了些改革，實踐證明，這些措施對提高電磁學(xué)的教學(xué)質(zhì)量是十分明顯的。

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