凌濱　宋夢(mèng)實(shí)　張耀生　王鐵濱

摘 要：目前全國(guó)各個(gè)大學(xué)正在逐步實(shí)施“相近專業(yè)類”的招生和培養(yǎng)。文章從“信通類專業(yè)”建設(shè)的現(xiàn)狀出發(fā)，提出對(duì)“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的教學(xué)內(nèi)容改革、教學(xué)方法改革和實(shí)驗(yàn)課程改革，并對(duì)改革進(jìn)行分析和實(shí)踐驗(yàn)證。實(shí)踐證明，這些改革，提高了教師的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，有助于“信通類專業(yè)”的改革創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)與電磁波； 信通類專業(yè)；相近專業(yè)類；改革創(chuàng)新

“電磁場(chǎng)與電磁波”是“信通類專業(yè)”的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電類技術(shù)的快速發(fā)展，這方面的工程師對(duì)“電磁場(chǎng)與電磁波”理論知識(shí)的需求越來(lái)越高。近幾年，科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，新理論和新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，寬口徑科技人才的需求越來(lái)越高。為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，給其他新出現(xiàn)的課程騰出時(shí)間，該課的課時(shí)一直在減少，所以需要調(diào)整該課的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)課程。

1 課程現(xiàn)狀分析

“電磁場(chǎng)與電磁波課程教學(xué)方法創(chuàng)新的研究”是東北林業(yè)大學(xué)教改課題?！半姶艌?chǎng)與電磁波”課程是東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 “信通類專業(yè)”（電子信息工程與通信工程）的一門專業(yè)必修課，現(xiàn)需要將64 學(xué)時(shí)減為40學(xué)時(shí)理論課和8學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)課。在40學(xué)時(shí)內(nèi)完成理論知識(shí)的教學(xué)，對(duì)老師而言，必須采用精簡(jiǎn)滿堂灌輸教學(xué)模式；對(duì)學(xué)生而言，上課時(shí)間必須一直保持專心聽(tīng)課的狀態(tài)，很少有時(shí)間當(dāng)場(chǎng)理解所聽(tīng)內(nèi)容，并且因?yàn)殡姶艌?chǎng)與電磁波的公式、定義等較為抽象，難以理解，因此，學(xué)習(xí)效果非常不好。雖然在學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)與電磁波之前，學(xué)過(guò)大學(xué)物理、電路和高等數(shù)學(xué)，已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)知識(shí)，但是大強(qiáng)度的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)知識(shí)的灌輸，讓學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)難度加大，這樣不利于“信通類專業(yè)”的建設(shè)和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

2 教學(xué)內(nèi)容、方法的改革

2.1 教學(xué)內(nèi)容的改革

2.1.1 矢量分析內(nèi)容改革

矢量分析主要包括：梯度、旋度、格林定理等內(nèi)容。由于這章內(nèi)容簡(jiǎn)單，容易理解，因此將這章的學(xué)時(shí)減為4學(xué)時(shí)，其中，課后習(xí)題等內(nèi)容的答疑在“數(shù)字東林”上進(jìn)行。

2.1.2 電磁學(xué)基本定律、靜態(tài)電磁場(chǎng)和時(shí)變電磁場(chǎng)的內(nèi)容改革

靜態(tài)場(chǎng)、恒定場(chǎng)、時(shí)變場(chǎng)為電磁場(chǎng)的三大場(chǎng)量。傳統(tǒng)教學(xué)模式是按照靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)與恒定磁場(chǎng)、時(shí)變電磁場(chǎng)這樣的順序進(jìn)行授課，這樣的授課方式較為耗時(shí)。麥克斯韋方程組囊括了靜態(tài)場(chǎng)、恒定場(chǎng)、時(shí)變場(chǎng)的電磁基本特性，是研究宏觀電磁場(chǎng)現(xiàn)象的理論基礎(chǔ)，是電磁學(xué)理論的核心。學(xué)生在學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了大學(xué)物理，這門基礎(chǔ)課含有電磁學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)。因此為了節(jié)省學(xué)時(shí)，同時(shí)增加學(xué)生對(duì)電磁學(xué)理論的掌握，采用在講解麥克斯韋方程組理論的過(guò)程中穿插講解靜電場(chǎng)、靜態(tài)電磁場(chǎng)和邊值問(wèn)題的方法。

課程教學(xué)的大致方向?yàn)椋菏紫认到y(tǒng)地講解電磁場(chǎng)理論的一些基礎(chǔ)知識(shí)；接著由電磁場(chǎng)的基本方程導(dǎo)出麥克斯韋方程組，并進(jìn)行分析；最后對(duì)電磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律和基本定律進(jìn)行分析，了解電磁場(chǎng)的主要內(nèi)容。

具體的課程教學(xué)順序?yàn)椋菏紫戎v解電荷守恒定律及相關(guān)知識(shí)、靜電場(chǎng)的基本規(guī)律及相關(guān)知識(shí)、恒定磁場(chǎng)的基本規(guī)律及相關(guān)知識(shí)、媒介的電磁特性及相關(guān)知識(shí)；接著講解法拉第電磁感應(yīng)定律和位移電流等理論知識(shí)；然后綜合以上電磁場(chǎng)理論知識(shí)，導(dǎo)出麥克斯韋方程組，并進(jìn)行講解；最后講解電磁場(chǎng)的邊界條件及相關(guān)知識(shí)。該部分課程內(nèi)容擬安排12 學(xué)時(shí)。電磁場(chǎng)規(guī)律可用表1表示。

時(shí)變電磁場(chǎng)這部分的課程講解相比傳統(tǒng)教學(xué)變更不大。該部分主要講解波動(dòng)方程、電磁場(chǎng)的位函數(shù)及相關(guān)知識(shí)、電磁能量守恒定律、唯一性定理、時(shí)諧電磁場(chǎng)及相關(guān)知識(shí)。該部分課程內(nèi)容擬安排8 學(xué)時(shí)。

2.1.3靜態(tài)電磁場(chǎng)及其邊值問(wèn)題解的內(nèi)容改革

關(guān)于靜電場(chǎng)、恒定電場(chǎng)、恒定磁場(chǎng)的靜態(tài)電磁場(chǎng)的分析和其邊值求解問(wèn)題在實(shí)際工程項(xiàng)目中有著廣泛的應(yīng)用。因?yàn)檫@部分內(nèi)容較難理解，單獨(dú)將其作為麥克斯韋方程組的一個(gè)特殊形式進(jìn)行授課。該部分課程內(nèi)容擬安排4學(xué)時(shí)。為了節(jié)省課堂的教學(xué)時(shí)間，對(duì)于該部分的鏡像法，通過(guò)“數(shù)字東林”的習(xí)題答疑進(jìn)行講解。

2.1.4均勻平面波的傳播、反射與透射的內(nèi)容改革

因?yàn)閷W(xué)時(shí)少，以及后續(xù)課程微波與天線會(huì)講解有關(guān)電磁波的知識(shí)，因此這部分的課程教學(xué)內(nèi)容主要為：均勻平面波及其相關(guān)知識(shí)、電磁波的極化及其相關(guān)知識(shí)、均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播及其相關(guān)知識(shí)、色散與群速、均勻平面波的反射與透射。該部分課程內(nèi)容擬安排12 學(xué)時(shí)。

2.2 教學(xué)方法的改革

為了提升教學(xué)質(zhì)量，在教學(xué)內(nèi)容改革的基礎(chǔ)上，優(yōu)化教學(xué)方法，使之更為貼近改革后的教學(xué)內(nèi)容。優(yōu)化教學(xué)方法，主要包括以下三個(gè)方面：教材選用、教學(xué)方式選擇、考核資源建設(shè)。

2.2.1教材選用

選用高等教育出版社出版，謝處方編著的《電磁場(chǎng)與電磁波》作為教材，其內(nèi)容難度適中，邏輯性好，易于講解，學(xué)生容易理解，符合課程改革后教材選用的要求。

2.2.2 教學(xué)方式選擇

隨著科技的進(jìn)步，人的意識(shí)發(fā)生改變，傳統(tǒng)板書的教學(xué)方式不再適合當(dāng)今課程教學(xué)的需要，多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)方式適應(yīng)時(shí)代的潮流，利于老師課程的講解，也利于同學(xué)課上課下的學(xué)習(xí)?！半姶艌?chǎng)與電磁波”課程理論知識(shí)多而復(fù)雜，并且需要推導(dǎo)的數(shù)學(xué)公式和定理多，需要耗費(fèi)老師大量的上課時(shí)間進(jìn)行板書，采用多媒體技術(shù)完全可以避免這個(gè)現(xiàn)象的發(fā)生；一些理論知識(shí)抽象，難以理解，如均勻平面電磁波的傳播、極化波等，難以用通俗易懂的語(yǔ)言解釋明白，但是利用多媒體技術(shù)通過(guò)動(dòng)畫可以對(duì)之進(jìn)行動(dòng)態(tài)的演示，讓學(xué)生更加容易的理解。不過(guò)對(duì)于課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)，還是采用板書的方式進(jìn)行授課，放慢速度，重點(diǎn)講解，提高學(xué)生的聽(tīng)課效率。對(duì)于課程中的重點(diǎn)難點(diǎn)采用板書授課的教學(xué)方式，對(duì)于抽象的理論采用多媒體進(jìn)行演示的教學(xué)方式，二者的相互結(jié)合方便了老師的授課，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.2.3 考核資源建設(shè)

考核資源的建設(shè)，指的是建設(shè)“電磁場(chǎng)與電磁波”課程相關(guān)習(xí)題的試題庫(kù)。

“電磁場(chǎng)與電磁波”的知識(shí)點(diǎn)多而雜，且公式概念等較為抽象，難以理解，僅僅通過(guò)課堂老師的講解，是很難掌握的，通過(guò)做大量的習(xí)題可以提高對(duì)公式概念的理解，有助于學(xué)習(xí)這門課程，因此，我們用網(wǎng)絡(luò)“慕課”制作了“電磁場(chǎng)與電磁波”試題庫(kù)。習(xí)題庫(kù)中，結(jié)合多本“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的相關(guān)書籍，針對(duì)課程中各個(gè)典型的問(wèn)題，整理了大量的參考習(xí)題。每節(jié)課結(jié)束后，給學(xué)生布置相關(guān)的課后習(xí)題，學(xué)生通過(guò)“數(shù)字東林”進(jìn)行解答，老師通過(guò)“數(shù)字東林”進(jìn)行批改和答疑，并將學(xué)生作業(yè)中好的習(xí)題解法填充到試題庫(kù)中。當(dāng)學(xué)生對(duì)一個(gè)知識(shí)點(diǎn)不理解時(shí)，可以通過(guò)做相關(guān)的習(xí)題，提高對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解程度，方便了學(xué)生的學(xué)習(xí)。本題庫(kù)同樣利于教師的教學(xué)，教師可以通過(guò)這個(gè)平臺(tái)掌握學(xué)生們的學(xué)習(xí)情況，并且可以通過(guò)對(duì)習(xí)題庫(kù)中的習(xí)題進(jìn)行篩選，得出一套可以高質(zhì)量的試卷。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

為了讓學(xué)生更加容易理解和掌握“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的相關(guān)知識(shí)，必須將理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)。

各類高校很少開(kāi)設(shè)“電磁場(chǎng)與電磁波”課程的實(shí)驗(yàn)課，目前東北林業(yè)大學(xué)“信通類專業(yè)”的學(xué)時(shí)要求只能容許開(kāi)設(shè)2個(gè)4學(xué)時(shí)的儀器操作實(shí)驗(yàn)，不能滿足教學(xué)大綱的要求。針對(duì)該現(xiàn)狀，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革，在實(shí)驗(yàn)課程中增加一些Matlab等軟件進(jìn)行仿真的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。電磁場(chǎng)與電磁波處于肉眼不可見(jiàn)的狀態(tài)，通過(guò)抽象的想象和儀器實(shí)驗(yàn)很難理解電磁理論和電磁現(xiàn)象。Matlab是一種科學(xué)計(jì)算軟件，能夠通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)一些現(xiàn)象進(jìn)行模擬。通過(guò)Matlab可以對(duì)一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在三維空間的分布進(jìn)行模擬，有助于學(xué)生們對(duì)電磁理論和電磁現(xiàn)象的理解。通過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，學(xué)生的觀察學(xué)習(xí)能力、綜合分析能力、實(shí)驗(yàn)編程能力都會(huì)得到大幅度的提高。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于教學(xué)內(nèi)容的改革，充分考慮前期課程和后續(xù)課程的安排，保證“信通類專業(yè)”課程設(shè)置的系統(tǒng)性。對(duì)于課程教學(xué)方法的改革，運(yùn)用了多媒體技術(shù)和板書相結(jié)合的教學(xué)方式。對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，增加了 Matlab仿真實(shí)驗(yàn)。這些課程的改革，讓學(xué)生更加容易理解和掌握“電磁場(chǎng)與電磁波” 課程的理論知識(shí)。通過(guò)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)課程的改革，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和教師的教學(xué)質(zhì)量。

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編輯/岳鳳