电磁场与电磁波课程的教学探索
李小燕1，郑金魁2
（1.福建江夏学院 电子信息科学学院，福建 福州；2.福建商学院 继续教育学院，福建 福州）
摘 要： 根据电磁场与电磁波课程教学内容的特点，提出了“引导式”讲授、“直观式”演示、“开放式”模拟等教学模式与思路，对该课程的教学方法进行创新性的探索，致力于激发学生学习热情，提高学生专业创新思维，增强教学效果。
关键词： 电磁场与电磁波；教学方法；教学改革
一 引言
针对高等学校电子信息类专业本科生而言，“电磁场与电磁波”是一门专业必修基础课，是该专业学生应具备知识结构的重要组成部分，因此让学生能够更好的掌握课程的教学内容是教学的重点。然而该门课程具有理论性强、概念复杂且抽象及数学推导繁多等多个特点，被认为是一门教师难教且学生难学的一门课程。为此，如何提高该课程的教学质量和教学效果 , 一直是教学改革探索和实践中的重要课题。
教学方法包括教授方法和学习方法两个方面，是教学过程中教师与学生为实现教学目的和教学任务要求，在教学活动中所采取的行为方式的总称。它的一个本质特点是受到特定教学内容的制约。因此，本文根据电磁场与电磁波课程教学内容的特点，提出了“引导式”讲授模式，“直观式”演示方法，“开放式”的模拟实验等教学模式与思路，对该课程的教学方法进行创新性的探索，以期吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣，从而提高该课程的教学质量与效果。
二 “引导式”讲授模式
电磁场与电磁波课程教学内容多，多数院校课时安排为 48～56 学时，时间非常紧凑。因此，教师如何在较紧时间内做到讲好讲完教学内容且让学生容易掌握呢？教育学认为课堂上教师是处于主导地位，讲授法是教师教学中必用的教学方法之一。所谓讲授法是教师通过口头语言向学生传授知识、培养能力、进行思想教育的方法，不能笼统的认为该方法就是“填鸭式”的方法，如何实施好讲授法达到教学效果才是关键：一是考虑教学内容的特点；二是考虑讲授的技巧。以电磁场与电磁波课程中第一章矢量分析为例，该章节可谓是全书学习的一个辅助，是后期求解电磁场问题的数学方法，很多概念是需要教师通过讲授的方法讲解透彻，并选择适量的讨论课题或习题加以辅助学生掌握。如该章中等值面与方向导数这两个概念，若只简单复述“在标量场中，使标量函数U 取得相同数值的点构成一个空间曲面，称为标量场的等值面”以及“方向导数是标量场U在点M 处沿着L 方向对距离的变化率”这两个概念[1-3]，很难让学生对其概念有清晰的认识。实际上两个概念有联系，讲解过程中需引导学生思考两者之间的关联。教学过程中可以设置两个问题进行引导，一是“刚才所定义的等值面它随空间的变化情况是怎么样的？”，起到把等值面这个概念过渡到方向导数这个概念的作用；二是“我们为什么对上面这个问题感兴趣？”，可以举例来阐述清楚这其中的物理意义，如“很多物理现象就是发生在不同的等值面之间，如重力做功以及气象学中的等温面等”；让学生更好地掌握这两个概念。再如第五章中第二节“电磁波的极化”， 教师适当抛出 “什么是波的极化？为什么要研究波的极化？怎样描述波的极化？怎么样辨别波的极化方式？”这四个关键的问题，层层递进引导，让学生充分掌握这节课的教学目标。另外教师必须在有限的课堂教学时间内组织好教学，掌握好讲授的节奏。讲授过程中要留给学生思考的空间，或者让学生参与问题讨论，可一定程度提高学生的学习兴趣。
表 1 电磁场与电磁波教学内容应用实例演示
三 “直观式”演示方法
很多学生都有这样的问题“这门课我学来做什么？我不知道它们有什么用”，导致学生对该门课程的学习兴趣锐减。电磁场与电磁波课程教学内容抽象，纯粹采用理论教授，学生容易陷入上述问题的怪圈当中。如何解决这个问题？可多呈现理论知识的应用性。
电磁场与电磁波的应用广泛，按照用途可分为三大类应用，一是能量传递，如电机、变压器等；二是信息传输，如计算机网络、通信网络等；三是未知探测手段，如导航、遥感等。教学过程中可以理论结合实际，巧用实例教学，增强教学效果[4]。根据章节内容选择合适的实例（如表1），辅以多种演示方式，让学生有直观的理解和掌握。另外，教师应注意科技发展前沿，将最新的研究动态和研究成果补充到教学中去，以增强相关教学内容的系统性和前沿性。
四 “开放式”的模拟实验
多媒体技术是近年来教学中不可缺少的一种教学手段，而其中计算机软件辅助教学又是其中之热门。对于理论性较强的电磁场与电磁波课程而言，适当并灵巧地使用相关的软件，（如Matlab，Flash 等）进行教学活动是提高教学质量和效果的有效手段。同时，采用开放式的课堂，让学生参与编程计算与实验模拟，可以对所学知识有直观的感受，能够提高学生的实践能力以及学习兴趣。
例如矢量分析中散度、旋度等的计算。利用Matlab 软件中运算函数计算，辅助学生掌握矢量分析方法。
例如静电场中电势和电场强度分布的模拟。利用MATLAB 中提供了梯度指令算符gradient 可以简单的算出电场强度的梯度，给出电势分布图；quiver 画出矢量图形象描述了电场强度方向[5,6]。图1 为电偶极子的电场线和等势线，表明了空间电偶极子电势分布和电场强度矢量分布。
将取样后的环刀下部用4层纱布包裹后放进塑料盆中，加水至环刀上边缘，浸泡24 h后去除底部纱布称重，记为m2；将带土环刀放在铺有一层滤纸的沙土上，用重物压实8 h后，称量环刀与土重，记为m3；最后将环刀与土样放入烘箱中于105 ℃烘干至质量不变后称重，记为m4；单一环刀质量记为m1，环刀体积记为v。按照以下公式计算各项指标：
如三个矢量
，利用Matlab 几个基本的矢量运算函数：点积dot(A,B)、叉积cross(A,B)、求模运算norm(A)等即可很容易得到 以及 的值。通过Matlab编程运行结果如：
总之，音乐作为是一种特殊的艺术语言，能对交感神经产生作用，可以引起患者的共鸣，分散患者注意力，从而达到干预个人情绪的作用［29-31］。目前，音乐疗法在临床应用还有限，但随着音乐疗法基础研究的开展，对其原理的进一步阐明，将更加有助于这种非药物疗法在临床抗焦虑方面的广泛应用［32-33］。
日前，我国满载6.15万吨LNG的“Gaslog Singapore”号顺利抵达中国海油粤东LNG接收站。这意味着我国进口LNG窗口一站通首期试点产品进入船货交割阶段，标志着我国实现了LNG接收站向第三方公平开放。进口LNG窗口一站通产品是中国海油气电集团与上海石油天然气交易中心共同推出的国内首个对外开放的窗口期产品。该产品的试点于9月20日在交易中心平台完成线上交易，由振华石油和胜通能源组成的联合体通过公开竞价购得。
例如电磁波的极化特性的模拟。电磁波的极化是电磁理论中的一个重要概念，它表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性，并用电场强度矢量的端点随时间变化的轨迹来描述[1]。利用matlab 中的movie 函数可以实现物理现象的动态化可视。图3 为左旋圆极化波动画示意图。在学生动手编程的过程中，即能够将学生所学的计算机编程知识结合应用，同时能够将电磁场与电磁波知识视图化，有助于学生对知识的理解和掌握，有效增强教学效果。
五 结束语
图1 电偶极子的电场线和等势线
图2 左旋圆极化波
电磁场与电磁波具有独特的课程特点，将“引导式”讲授、“直观式”演示、“开放式”模拟教学方法与具体实例有机结合，有助于抽象思维形象化，开拓学生视野，激发学生学习兴趣，提升教学质量。近年来，随着网络时代的高速发展，为了更好增强学生理论联系实际能力，增强知识转化能力，课堂教学模式应与时代的发展相结合，未来应进一步探索出更多适合学情并能发挥学生创造性的教学方法，使该门专业必修课在电子信息工程专业学生的知识体系上真正成为创新能力培养的重要一环。
参考文献
[1] 谢处方,饶克谨.电磁场与电磁场（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2006.
[2] 刘平. 电磁场理论应用[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学出版社,2013.
[3] 谢亚楠.电磁场理论[M].北京:高等教育出版社,2011.
[4] 周宏威,张少如,黄晓舟,王金聪,孙丽萍. 电磁场课程理论及实践教学改革[J]. 实验室研究 与探索,2013,32 (8):371-374.
[5] 薛定宇,陈阳泉.基于MATLAB/Simulink 的系统仿真技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.
[6] 李小燕,张禹.基于 Matlab 实现电磁场与电磁波模拟[J].电气电子教学学报,2016,38(4): 144-147.
Research on Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave Teaching
LI Xiao-yan1, ZHENG Jin-kui2
(1.College of Electronics and Information Science, Fujian Jiangxia University, Fujian, China；2.School of Continuing Education, Fujian Business University, Fujian, China)
Abstract： The characteristics of the teaching contents of electromagnetic field and electromagnetic wave are analyzed in this paper. Then the teaching model and thought of teaching, demonstration and simulation were discussed. This innovative exploration of curriculum teaching methods can stimulate students’ enthusiasm for learning, improve students’ professional innovative thinking, and enhance the teaching effect.
Key words： Electromagnetic field and electromagnetic wave; Teaching methods; Teaching reform
本文引用格式： 李小燕，等.电磁场与电磁波课程的教学探索[J].教育现代化,2019,6(79):277-279.
DOI： 10.16541/j.cnki.2095-8420.2019.79.101
基金项目： 福建江夏学院教育教学改革项目（J2018B016，基于 PBL 的电磁场与电磁波课程教学改革研究）；福建江夏学院校外实践教学基地重点建设项目（19jxjd08；19jxjd09）。
作者简介： 李小燕，女，福建省漳州市，博士在读，副教授，从事电磁学教学和光电材料与器件研究。
标签：电磁场与电磁波论文; 教学方法论文; 教学改革论文; 福建江夏学院电子信息科学学院论文; 福建商学院继续教育学院论文;