电磁场理论课程教学的几点思考

摘 要 “电磁场理论”是通信工程、电子工程等电类专业的一门重要技术基础课，课程理论性强、概念抽象。本文从教学内容、教材选择、教学方法三方面进行分析，讨论如何激发学生的学习兴趣、提高学生的学习效果。

关键词 电磁场理论 教学方法 类比

中图分类号：G424 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2015.07.033

Discussion on Teaching Electromagnetic Field Theory Course

ZHAO Yanhui， DING Weiping， ZHU Weigang， LIU Han

（Engineering Institute of Corps of Engineers， PLA Univ. of Sci & Tech， Nanjing， Jiangsu 210007）

Abstract Electromagnetic field theory course is an important fundamental course for electronic and other specialties with theory and abstract content. This article analyzed form three aspects of the teaching content， textbook selection and teaching methods to stimulate students’ learning interest and improve students’ learning outcomes.

Key words electromagnetic field course; teaching method; analogy

“电磁场理论”是高等学校工科通信工程、电子工程等电类专业的一门技术基础课，占有重要的学科地位，同时又是一些交叉领域的学科生长点和新兴边缘学科发展的基础。学好这门课有利于增强学生的适应能力和创新能力。然而，电磁场理论课程理论性强、概念抽象和数学推导繁多。因此，如何提高该课程的教学质量和教学效果，一直是老师们探索和思考的课题。本文从教学内容、教材选择、教学手段方法三方面进行分析，讨论如何进行电磁场理论课程教学改革，以激发学生的学习兴趣。

1 教学内容安排

电磁场理论课程知识点很多，并且理论性和实践性都很强，但是内容思路却很明确。课程以麦克斯韦方程组为核心，分析了静态电磁场的基本理论和均匀平面波在自由空间中与导电媒质中的传播规律。课程内容主要包括以下部分：

（1）矢量分析。矢量分析为学习本门课程数学基础，有的教材将其作为第一章，有的教材只在附录中作了简单介绍。这部分内容之前可能学过，但普遍掌握的不好，应该根据实际情况选择教学的详略。在教学的过程中要注重物理分析，而不能单纯的讲数学公式，并要联系电磁场理论的具体内容，让学生对电磁场先有一个简单的认识。

（2）三种静态电磁场的基本性质以及边值问题的求解方法。这部分内容在教学过程中要多联系实际，比如：分布电容、分布电导和电分布感的求法，无感电阻的绕法，植物保鲜原理，电法选矿原理，磁法选矿原理等。

（3）时变场下的普遍运动规律――麦克斯韦方程组。这是本门课程的核心也是最重要的内容。教学过程中可介绍一些这些方程被发现时的小故事，并由此激发学生学习探索的兴趣。

（4）均匀平面电磁波的传播规律，导行电磁波，均匀传输线理论等。当今世界，各种电子信息系统都是利用电磁波传递信息进行工作的，掌握电磁波传播的规律和电磁波辐射的机理非常重要。

2 教材选择

电磁场理论方面的教材有很多，但如何选择一本适合所授专业学生的教材呢？

首先，应注重教材的基础性，注重基本概念、基本规律和基本的分析计算方法，使学生对基础知识牢固掌握、灵活运用。

其次，要针对不同的专业有不同的选择。有的教材侧重工程，有的教材则侧重理论，有的教材侧重静态场，有的教材则侧重时变场（也就是电磁波）。电气工程与自动化类专业的学生比较侧重工程的学习，对电磁波的要求不高;电子、通信类专业的学生则比较侧重电磁波的学习，对静态场的要求不高。

另外，不同的讲法也要选择不同的教材。这门课通常有两种讲法：一种先从大家比较熟悉的静态场开始介绍，讲完静态场后给出麦克斯韦方程组再引出电磁波，遵循由特殊到一般、由简单到复杂、循序渐进的原则，便于学生理解;另一种先给出电磁场基本方程――麦克斯韦方程组，然后以麦克斯韦方程组为核心推导出特例――静态场的情况，再根据麦克斯韦方程组分析均匀平面波的传播规律，这种讲法思路清晰，节省课时，符合有些院校改革缩减课时的需要。

市面上的教材虽然很多，但不一定适合自己专业的学生，最好能根据自己学生的特点自行编写教材，真正做到因材施教。当然，编写教材并不是一件容易的事情，需要笔者有丰富的专业知识和教学经验，还需要有一个团队的大力支持，否则教材编的不好，反到不利于教学。

3 教学方法改革

老师应充分利用信息化教学资源和现代化教学手段，使课堂活跃起来，不应该只是一味的讲述，而不管学生的学习效果。

3.1 突出学生的主体地位

转变以老师为中心的传统思维、以灌输式教学为主的教学方式，应注重学生主体作用的发挥，注重学生学习创新能力的培养，把教学目标转化为学生的自觉认识和自主行动，以全面提升教学效果。

首先，良好的课堂环境有助于发挥学生的主体地位，使学生乐于学习。课堂上应建立平等、互尊互爱的师生关系。课堂教学中学生往往会产生分歧，老师应让他们大胆发表自己的观点，并因势利导地组织讨论，在讨论的气氛中将分歧和难点、重点一一化解。

其次，要培养学生自主学习的能力。引导学生自己查找文献，独立思考解决问题。

3.2 板书与多媒体的结合尺度

多媒体可使抽象的理论教学变得具体而形象。然而有些老师过于依赖多媒体，教学中大量使用多媒体，虽然增加了信息量却忽视了学生的学习效果。学生往往忙于应付记笔记，而无法认真听课、无法进行思考。

根据本门课程的特点，课程的数学推导比较多，理论性强，所以课程教学应以板书为主，同时辅以多媒体演示教学。而不应该过多的依赖多媒体，使学生的学习变成走马观花。在教学时应首先理论锻炼学生的思维能力，然后借助多媒体教学加强学生的感性和理性认识。多媒体只是一种教学的辅助手段，而不应以多媒体为主。

3.3 丰富教学方法

互动是教学过程中一个非常必要和重要的环节，课堂教学中应始终让学生思考可能产生疑问的知识点。怎样产生互动呢？教学方法应灵活多样，可采用启发式、类比式、探究式、案例式、问题式、研讨式等教学方法，并根据内容的不同选择不同的教学方法。以下给出教学方法应用的例子。

例1：矢量分析中通量和散度的教学。如果按照教材，先给出定义，再介绍物理概念，并不会引起学生多少思考，也不容易记忆。这里可采用启发式、问题式教学方法激发学生的思考。可由“如何刻划通过一个曲面S的水流量？”类似地引入通量的概念。先提出问题让学生思考，再让学生列举类似的物理现象，最后由老师引导让学生总结得出通量的定义及数学表达式。散度与通量的关系要讲清楚，不应直接给出散度的定义而忽视它们的关系。可让学生思考“当通量积分的闭合曲面的面积趋近于零而变为一个点时的情况”或者“如何描述一个点上的通量源情况”类似地引入散度的概念。例1的教学方法适合这种定义和物理概念比较明确的知识点，对这种知识点可尽量先讲问题、物理现象，后提出概念、结论。

例2：三种静态电磁场的教学。三种静态场既有区别又有联系，可采用类比式、启发式、研讨式、理论联系实践等多种教学方法。类比是其中最重要的一个运用，比如：恒定电场与静电场的类比，可从场量、场源、电位函数、电容与电导几个方面进行类比;磁矢位与电位的类比，可从引入位函数的依据、位场的关系、满足的微分方程、位与源的关系几个方面进行类比;电偶极子与磁偶极子的类比：可从模型、极矩、场图三个方面进行类比。通过类比大家会发现这些概念有很多相通的地方，通过对一个概念的理解很容易就能掌握另一个概念，因而可以使复杂的问题变得简单。例如讲磁矢位的时候，磁矢位是一个矢量，表达式很复杂，如果用矢量恒等式去推导很容易让学生产生畏难的心里，进而厌倦学习。可先提问让学生回忆电位的方程和表达式;然后把磁矢位的方程与电位的方程进行比较，让学生找出它们的联系;引导学生将磁矢位按三个坐标轴进行分解，分解后每一坐标分量满足的方程与电位的方程是相同的;引导学生思考它们是否满足相同的边界条件;最后得出磁矢位三个分量的表达式，它们与电位的表达式是相似的。

4 结语

以上激发学习兴趣和提高学习效果的方法，在教学实践中收到了良好的效果，既建立了良好的师生关系，又使学生学到了知识，同时也培养了学生自主学习的能力。

参考文献

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[2] 肖春燕.“电磁场”课程教学改革的研究[J].电气电子教学学报，2010.32（1）.

[3] 吕文俊，徐立勤.“电磁场数学方法”课程中的类比教学法[J].电气电子教学学报，2010.32（5）.

[4] 王增和，丁卫平，李平辉.电磁场与电磁波[M].北京：机械工业出版社，2007.