电磁场与电磁波课程教学方法

摘 要 电磁场与电磁波是电子、信息类专业的重要技术基础课程.其概念抽象,理论性强,涉及的知识面较宽,一直以来是一门难学难教的课程.本文总结分析该课程的特点及在教学中存在的问题,并提出相应的教学方法,以改进教学质量.

关 键 词 电磁场 电磁波 教学方法

中图分类号：G642 文献标识码：A

0 引言

电磁场与电磁波是电子类、通信等专业的一门重要的专业基础课,以Maxwell方程组为基础,利用矢量和场论的数学工具来研究电磁场与电磁波的运动、与物质的相互作用规律及其应用等.①②该课程是微波原理与技术、移动通信技术、光纤通信、天线原理与设计等相关课程的基础课程,可见其在电子类专业教育体系中的重要性.但是电磁场理论内容多,概念抽象,学生普遍感觉难学难懂,部分学生容易产生畏惧心理,缺乏学习兴趣,平时在课堂上表现很消极,课后没有及时、积极学习,最终形成为应付考试而学习的境况.如何提高学生的学习兴趣,结合电磁场理论的特点,改进教学方法显得尤为重要.

1.电磁场与电磁波课程的特点及在教学中存在的问题

1.1 课程特点

电磁场与电磁波这门课,与大学物理、高等数学、矢量分析、场论等都有关联,内容涉及很广,要学好这门课,必须熟练掌握以上工具课程中相关的概念、理论、运算和应用.本课程理论性强,概念多且抽象,并常伴有复杂的计算公式,不管是记忆、理解、掌握,还是具体运用,都有一定的难度.课程中涉及的公式,不仅复杂不易记忆,推导还很复杂,计算难度大,数学功底不好的学生,学起来很不容易.

此外,本课程中涉及到大量的随时间和空间变化的场分布图,包括电场、磁场、等位线、电流线、梯度等,这些图形对应的函数表达式非常复杂,很多情况下在平面上画出场的图形非常困难,一般来说只有通过编程或专门的仿真软件才能得到.③

1.2 教学中存在的问题

本课程理论性强、概念抽象、公式多、推导复杂,历来被认为是难教、难学的课程.在教学过程中,教师主要讲解数学公式的推导和物理意义,而电磁场看不见摸不着,计算上常用的坐标变换,微积分,边界条件的应用等,学生感到枯燥无味,④理不出头绪,对学习没有兴趣,理论公式等难以理解、掌握.此外,电磁场和电磁波的某些特性的内容很抽象,对学生在空间想象、抽象思维和逻辑推理等方面的能力有较高的要求,但在教学过程中由于传统教学手段方式有限,使教师无法生动、形象地展示给学生,这些都使得许多学生无法深入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.

本课程的特点决定了在教与学的过程中,会有一定难度,而另一方面,随着教学改革的不断深入和发展,要求学习的课程门数不断增加,同时还要提高实践学时量,而总学时不变,必然导致每门课程的平均学时量减少,尤其是理论课学时.在这么少的学时里,在教学内容不变的情况下,只有增加每堂课的教学内容,精简习题课,同时只深入讲解某些重点章节.如此这般,加重了学习负担,增加了教学难度.

2.教学方法的探讨

在课程教学过程中,经常会有学生提出一些问题：学习这门课有什么用；做作业的时候,明明习题听明白了,怎么自己动手又不会了；习题都是特定条件下的问题,实际的问题也是如此吗,等等.这些问题产生的原因有一部分是课程本身的特点决定的,另一部分与学生的学习能力有关.因此,针对学生的情况,选择合适的教材,因材施教显得十分必要,在教学过程中更需要针对课程特点进行施教,使教学更加形象化、通俗化、趣味化,让学生学习起来更加轻松、有趣味.

2.1 挑选合适的教材,精选教材内容

根据不同专业的课程要求,挑选合适的教材,有针对性地选择,便于教师指导及学生学习.比如电子信息工程专业宜选择理论较简单偏应用的教材,而通信工程专业则宜选择理论性较强的教材.由于课时少,应结合专业特点根据课程在课程体系中的地位、作用和任务来精选教材内容,少讲或是不讲与本专业相关性不大的内容.此外,要注意补充教材的不足,适时更新教学内容,与时代紧密结合,增加本学科的最新进展与应用,以提高学生的学习兴趣.⑤

2.2 板书与多媒体教学相结合

电磁场与电磁波的某些问题涉及大量的数学推导和复杂的计算,如果只在幻灯片上播放,学生不容易跟上思路,师生之间没有交流,但是通过板书教学,可以很好地实现师生间的思路同步,课堂互动性好.虽然教学进度慢一点,但是能让学生更好地参与进来,提高学生学习的积极性,加深学生对知识点的掌握,课堂气氛活跃.

但是仅靠板书的语言教学是不够的,因为书中涉及到许多的抽象图形,这些图形无法用语言来表达清楚它本身的含义,如果结合多媒体手段,可以很轻松地表现出来,使学生感兴趣,提高学生的学习效率.而且使用多媒体教学,可以增加每节课的信息量,很好地解决学时量减少的问题,同时可以提供大量的课外材料供学生分析,让学生了解除理论知识以外的,实践方面的应用知识.

2.3 采用实例教学,激发学习兴趣

电磁场与电磁波是一门基础课程,理论性强,在应用方面讲解不多,学生在学习的过程中,觉得课程不重要,没有学习兴趣.因此,教师在教学时,可以列举一些实例,将电磁理论在工程实践和日常生活等领域的应用引入课堂的理论教学中,让学生从中受到启迪,能够举一反三,从烦琐的记忆中摆脱出来,培养逻辑思维与创新思维能力.在课堂上,要适时适度地提出实例,不可一味地为增加趣味性而只讲实例,列举的实例要有一定的理论深度,能够激发学生的学习兴趣,同时又可以调动学生的学习积极性,让学生对这些问题进行自由讨论.通过讨论和教师适当的提示,学生理解了相关的知识,教师再进一步总结归纳相关理论,可以达到较好的教学效果.⑥

2.4 采用启发式教学,增加交流互动

电磁场看不见摸不着,概念抽象,在教学的过程中,可以尽可能多地向学生提出问题,引导学生主动思考,分析问题,加深对知识的理解,发挥学生的主动性,使课堂生动活泼.教师在运用启发式教学时,要针对学生的学习情况,教学的具体内容,提前进行合理的教学设计.在设计问题时,要多设计一些让学生能思考的问题,而不是简单的是非判断.另外,讲解某些与实际联系比较紧密的问题时,可以提出一些实例,引起学生的求知欲,通过对相关知识的学习,明白了原理,也提高了学习兴趣.同时,在教师提问的过程中,与学生之间的互动更频繁了,更容易把握学生的学习情况,从而改善教学方法,提高教学质量.