《电磁场与电磁波》课程教学思考

摘要：《电磁场与电磁波》课程是电子信息类学生专业基础课，针对这门课程难学又难教的现状，文章分析了目前《电磁场与电磁波》教学中存在的问题，针对这些问题，提出了几条课程改革思路，以便学生更好更快地掌握《电磁场与电磁波》的基本理论、基本规律，训练分析问题、归纳问题的科学方法，培养用数学方法解决实际问题的能力。

关键词：电磁场与电磁波；电子信息工程；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）14-0227-02

一、引言

《电磁场与电磁波》这门课程是电类专业学生必修的技术基础课，是电气工程师必备的基础知识，而且《电磁场与电磁波》这门课程知识非常系统，学好这门课程对学生分析问题解决问题的能力有很好的训练作用，培养学生用数学方法解决实际问题的能力。电磁理论在我们生活中各个方面有广泛的应用，电磁场作为能量的一种形式，是当今世界最重要的能源，电磁波作为信息传输的载体，成为当今人类社会和获取信息、探测未知世界的重要手段。但是要学好这门课程要求学生的数学基础要好，由于很多同学高等数学和数学物理方程的基础太差，导致他们在学习这门课程时难度很大，以至于大多数同学感觉这门课程太难，被同学们称为理工科学生的“四大名补”之一。实际上这门课程知识非常系统，掌握住课程的主线，掌握住解决问题的固定步骤，学习起来并不难。

二、《电磁场与电磁波》教学存在问题

目前我校电子信息工程和电子科学与技术两个专业开设《电磁场与电磁波》这门课程，安排的大三上学期，学生大一、大二两年学完了高等数学、大学物理、复变函数与积分变换、数学物理方程等课程，为学习《电磁场与电磁波》这门课程储备了一定的数学和物理知识。但是由于部分学生数学基础打得不牢固，而且又间隔了一年左右的时间，造成再用这些知识的时候不能得心应手。《电磁场与电磁波》这门课程理论性强、概念抽象、公式繁多，需要掌握的定理和定律20个以上，重要公式40个以上，这些公式和定理如果不掌握，《电磁场与电磁波》的题目就无从下手，而且教材上电磁场的基本规律都是严格意义上的数学推导而得到的物理场的数学规律，继而对数学物理模型的解析解和数值解进行定性、定量分析，最终得出电磁场的物理性质。在推导过程中，不仅要求具有基本的物理知识，还要能灵活地运用高等数学、复变函数和数学物理方程中的一些经典性的解法。此外，由于传统教学手段的限制，电磁场的三维特性和电磁波的波动性等抽象内容无法生动、形象地展示给学生，使得许多学生无法理解从这些模型中建立起来的许多概念，从而影响整个课程的学习。总体说来，这门课程对学生来说难度很大，造成学生缺乏学习兴趣，考试不及格率较高。

三、课堂教学改革探索

1.联系实际生活激发学习兴趣。这门课程的第一节课我都要先讲一个绪论，讲这门课程的用处，讲电磁场理论的发展历史，讲电磁场电磁波在生活中的应用。讲电磁场理论的发展历史的时候，讲到学生曾经在中学物理和大学物理中见过的很熟悉的名字，他们会觉得很有意思，名人重大发现的经历同时也是对学生的很大的激励。讲电磁场理论的应用时，讲到电话、电报、电视、广播、卫星通信、GPS定位、3D电影等技术，更是和我们的生活息息相关，同学们很容易产生浓厚的兴趣。讲到第二章中一节媒质的电磁特性时，我们生活中的电器微波炉就是利用电介质的极化特性实现食物的加热，理论联系实际一方面激发了学生的学习兴趣，另一方面加深了其对内容的理解。

2.及时总结发现规律。《电磁场与电磁波》里有太多的定理和公式需要记忆，这也是同学们学不好这门课程的重要原因，如果这些定理和公式根本都记不住就更不要提应用，大学生们到了大三，都对自己的将来有了规划――考研或者工作，考研的学生对考研的课程学习非常认真深入，其他课程过关就好，找工作的学生更多关注学什么能对找到好工作有帮助，考研的课程里面考《电磁场与电磁波》这门课程的专业很少，所以大部分同学学习这门课程的目的都是为了学分，不愿意下很大的功夫深入学习。所以要求老师对基础知识及时总结，通过不断地总结发现里面的规律。比如真空中电磁场的基本规律和媒质中电磁场的基本规律，方程的形式类似，有了这些基本规律得出麦克斯韦方程顺理成章。

《电磁场与电磁波》中的习题都有一定的难度，但里面都有规律可循，比如已知电荷分布求电场，经常要用到高斯定理，找到电场分布的对称性，找到高斯面，问题的求解迎刃而解。第五章均匀平面波在无界空间中的传播中，解决问题的时候也是，首先写出波函数的一般表达式，然后根据条件分别求出电场的振幅、初位相和传播因子，根据电场和磁场的关系求出相伴的磁场。

3.多媒体授课结合板书。电磁场的量大部分都是矢量，有大小又有方向，大小和方向随空间和时间变化，对矢量的数学处理复杂度远远超过标量，遇到矢量的面积分、线积分学生无从下手。教材中关于均匀平面波在无界空间中的传播、波的极化和驻波、行波等，对于学生来讲是很抽象和难想象的。利用多媒体课件具有生动、直观、形象的优点，以动画、图形的形式将抽象枯燥的内容变得形象生动，使复杂的物理过程变得更加简单直观，这样大大提高了学生的学习兴趣。多媒体授课作为一种新技术有很多的优势，每堂课的知识量大，授课方式较为单调。不知不觉老师就讲了太多的知识，学生长时间连续听讲，易形成枯燥的情绪和疲劳的心态，为缓解学生听课的紧张度和疲劳度，不仅要求教师授课运用丰富的教学技能和教学语言，同时也要求教师用课堂教学常用的示范法、教练法等各种教学技能去配合多媒体课件的使用。做好多媒体授课和黑板板书的合理结合。采用黑板板书的形式，板书课堂教学内容的框架及重点，同时为学生做好课堂笔记赢取时间。并通过生动、富有感染力的教学语言去激发、引导和配合学生的思维活动，既锻炼学生的基础思维，又注意培养学生的创造性思维和批判性思维。所以教师平时要注意加强形象化知识的积累，比如收集图表、动画，制作Flas，不断丰富完善多媒体课件。

4.多讲例题加深理解。电磁场与电磁波的基本规律、公式非常多，为了加深对公式的理解，应该多做题加深理解，每个知识点都选择典型的例题进行详细的讲解，并归纳出解题思路规律。例如为了加深学生对高斯定理的理解，这方面的例题一定要精讲，让学生通过电荷的分布形式找到电场分布的某种对称性，找到容易进行积分的高斯面，这类题目的关键是找到高斯面，通过解这类题目，学生更好地理解了电位移矢量对封闭面的通量仅仅和该封闭面所包含的电荷量有关。恒定磁场中的安培环路定理也是描述磁场的一个非常重要的规律，由电流的分布分析磁场分布的某种对称性，找到所要积分的环路，这一步是确定磁场的关键，通过积分确定磁场。通过解这类题目，学生更深刻地理解到磁场强度对闭合曲线的环流仅仅由该闭合曲线所铰链的电流决定。

另外，利用课外时间定期对学生进行答疑，电磁场电磁波教材的内容非常多，在课堂上能够讲的例题非常有限，基本上每个知识点最多1～2道，仅仅利用上课的90分钟要让同学们都理解很难做到，如果学生在课下看书或者做题是经常会遇到不会或者不懂的地方，如果不及时地解决，学生慢慢地就会掉队，导致最后放弃这门课程的学习。所以老师应该多抽时间采取各种途径及时解决学生的疑问，比如电话交流、网上交流或者电子邮件交流等等，加强师生之间的沟通，老师可以及时发现同学们的问题，了解他们的学习状态，鼓励他们好好学习，通过这样的沟通相信同学们学习这门课程的兴趣会更浓厚，老师也能在和同学们的交流中改进自己的教学方法，丰富自己的教学经验，更好地服务于学生。

5.尝试开设新实验。受实验条件的限制，大部分高校都没有开设相关的实验内容，我校开设的《电磁场与电磁波》课程54个学时，全部为理论学时，目前很多高校尝试开设《电磁场与电磁波》的实验。但是硬件实验设备大都为单台套，仅适合实验演示，实验过程程序化呆板，学生动手机会少，缺乏手脑互动，因此虽然投资大，但收益少。利用软件仿真可以实现“少投入，高收效”的建设目标，并能够激发学生学习热情和兴趣，促进学生自主分析、解决问题能力的培养；比如利用Ansoft Maxwell软件进行静电力、静磁力、电容、电感等的计算，并与理论结果相比较。学生可以通过仿真实验，学习边值问题的求解，学会如何加载源和边界条件，从而加深对电磁场的理解。Maxwell软件提供了非常形象直观的电力线分布和磁力线分布矢量图，学生可以通过自己设计的仿真程序观察到电磁场分布的情况。所以我们《电磁场与电磁波》课程建设的下一步的目标是增加课内实验内容，通过实验验证并巩固所学理论知识，激发学生的学习兴趣，进一步增强学生的创新能力。

四、结论

通过分析电磁场电磁波这门课程目前存在的问题，提出了几个教学改革探索的方向，通过联系实际激发学生的学习兴趣、及时总结发现规律、把多媒体教学和板书有机结合、多讲例题加深理解和开设实验，最终让学生能够愿意学习这门课程，并且能够学好这门课程。面对《电磁场与电磁波》这门公认的难教又难学的课程，我们要发挥知难而进的精神，多下功夫，多探索，多创新，相信功到自然成，有付出也必然有收获，用自己对待工作的精神感悟学生，所谓教书育人的道理就在这里。

参考文献：

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