《电磁场理论基础》课程深层次改革的思考和对策

刘涵 李平辉 赵妍卉 赵淼

摘要：本文分析了《电磁场理论基础》课程面对的主要困难和挑战，有针对性的从课程内容的层次化组织、教学方法的综合运用和教学过程全程化管理与评估三个方面，进行深入思考和具体实践的尝试，力求提高课堂效率，提升学生学习动力和取得更好的教学效果。

关键词：电磁场理论；教学方法；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）48-0219-02

一、研究现状

《电磁场理论基础》课程是通信类电气类专业的基础核心课程。电磁场理论是一门具有浓厚高等数学与物理学色彩的课程，它理论性强、概念抽象、数学推导烦琐，历来被公认为是一门难教和难学的课程。学生理解和掌握起来有一定的难度，容易导致厌学、怕学的情绪，针对本门课程的特点，需要进行深层次的教学改革的探索与研究实践[1，2]。《电磁场理论基础》教学的挑战[3]主要包括以下几个方面。

1.公式多，对数理基础要求高。按照教材[4]的一般要求，必需掌握的原理和定律以及核心公式数量很多。同时电磁现象规律的表达和描述对数理基础知识有很大依赖，需要熟练掌握的数学运算能力包含微分（方程）、偏微分（方程）、线积分、面积分以及极限与级数展开、各种坐标系的变换等。

2.信息量大，物理概念多。尽管宏观电磁现象可由麦克斯韦方程统一表达，但根据对时间、频率的不同依赖关系，分别形成相对独立的物理规律，包括静电问题、时谐问题、电磁波传输问题、传播问题及辐射问题等。此外，不同属性的电磁问题与实际生活中大量存在的各类物理现象，涉及到很多物理概念，如：静电感应与静电平衡、电磁感应与涡流、场理论与电路理论、辐射与信息收发等。

针对本门课程的一系列挑战，针对性的从课程内容的层次化组织，教学方法的综合运用和教学过程全程化管理与评估三个方面，进行深入思考和具体实践的尝试。

二、教学内容的组织

针对课程信息量大，从教学内容的组织方面，研究教学内容的内在联系，层次化、模块化构建教学内容。从整门课程的知识体系安排，到不同章节内容的模块化处理，再到每节课的知识点、教学内容的构建，一体化整合内容，以利于教学有效的实施。

1.针对课程的知识体系，由于课时量有限，围绕麦克斯韦方程组主要采用演绎的研究思路，先学习麦克斯韦方程组的一般规律，再由一般到特殊，推广到静态场、电磁波的内容。这样的教学脉络清晰，理论演绎严谨，而且所需课时少。当然，在章、节内则灵活采用归纳、演绎、归纳演绎相结合等多种研究思路。

2.针对不同章节内容分类，将电磁场理论的知识模块化，便于学生理解和分类。如何将课程内容模块化以及各模块内的知识点的提炼都是必须认真研究的。典型的教学内容安排包括：矢量分析、静电问题、恒定问题、时变问题、时谐问题、电磁波传输问题、传播问题及辐射问题等。在模块化基础上还要分析其内在的联系、前后关系等。

3.在整体思路和模块化的成果基础上，对每节课的内容组织也力求逻辑性和结构化，内容多但结构清晰，便于学生掌握知识框架和重点内容。在众多知识点中，区分难点和重点，有针对性地对各模块中的相关内容进行细致的设计。

三、教学方法的综合运用

课程内容公式多、概念抽象，对数理基础要求高，学生学习起来容易产生畏难情绪，教学实施中需要有针对性的采用最有效的教学方法，并辅以多样化的教学方法。

1.电磁场的公式多是其一大特点，但是公式作为电磁规律的数学描述是非常重要的，例如宏观电磁学的基本规律就是麦克斯韦方程组。教学中需要注意：让学生通过理解掌握公式。掌握公式绝不是要学生死级硬背几个数学表达式，而是通过公式能清楚的描述它所表示的物理含义，反过来真正理解后才能形成牢固的记忆。把握知识点前后的关联，枯燥的公式背后也有其内在的联系，在基础性的核心公式上多花时间，在拓展性的公式上引导、讨论。

2.针对抽象的物理概念，课堂授课综合运用多元复合式教学法，以导学启发、形象类比法[5]和计算的应用[6]等方法结合，帮助学生掌握和理解。同时将理论知识与实际应用广泛联系，让学生尝试分析和解决与电磁场知识密切相关的最新的应用问题，增强学生的感性认识和运用知识的能力。

四、教学过程全程化管理与评估

针对课程特点，将以上的层次化教学组织和教学方法的运用，深入贯穿整个教学过程，对教学的各个阶段进行全程管理[7]和实施效果的评估。

1.准备阶段。教学目标和教学大纲的编写，充分体现教学内容层次化、模块化的组织结构，同时以学生为本，了解学生的准备情况，包括知识基础（对本门课程来说就是高数和电磁学知识的水平）、学习风格（学生上课的模式，课外作业和自习情况）以及学生对本门课程的目标和预期等。在充分研究和了解教学对象的基础上拟定相应的进度、深度并实施教学。

2.实施阶段。教学实践最重要的阵地是每堂课的具体实现。第一，针对每堂课的具体内容和知识点，综合运用多种教学法，利用启发式、形象类比法等，重公式背后的物理含义的剖析与讨论，重解决问题思想的分析，培养分析问题的能力及想象力。第二，作业评分和测试环节。为了督促学生，可以对作业进行打分，但同时也不要过于重视分数，应该鼓励学生把不会的作业带来一起讨论完成，才能防止抄袭。课程中间的测评也是为了反馈教与学的阶段效果，对个别落后的学生更应该多加鼓励，而不是因为低分而自暴自弃。第三，课堂之外的互动，可以利用学校提供的教学网络平台、spoc平台等，引导学生自主学习，拓展课本以外的知识和辅助学习手段（科学计算软件和计算机仿真软件）。此外，真正关心学生和学生建立良好的沟通交流，也能从侧面提升学生的学习热情和动力。

3.教学评价阶段。对学习过程和效果进行全程跟踪分析、评估，为此拟改进考核方式，分阶段考核和期终考试相结合。试卷需要考察学生在课程学习中对知识的领悟理解和掌握程度，希望学生考核效果达标，因此分阶段考核和期终考试的内容与形式也是值得研究的内容。

4.课程设计的系统性分析。作为一门专业基础课，还可以对学生后续专业课的学习乃至后期的工作进行跟踪和分析，并积极反馈调整，形成学与用的良性互动。通过考试成绩、学生评教、后续的跟踪反馈等完整周期的结论，对整体的教学效果进行全面的分析和评估。

五、结语

在本门课程教学实践中，对课程内容进行层次化、模块化组织，将教学方法结合具体的知识点综合灵活的运用，在完整的教学周期内进行教学过程全程化管理与评估，实践和反馈教学改革的效果。这些教学理念一点一滴地渗透到教学实践中，落实到具体教学的每个环节，每一堂课上，和学生的学习过程紧密结合，并形成积极的反馈和调整，促进学习和教学效果的共同进步，也有利于教学研究的持续和深入进行。

参考文献：

[1]周希朗，何广强，王君艳，李旭光.浅谈“电磁场”平台课的教学改革与实践[J].电气电子教学学报，2012，（03）.

[2]胡江.美国MIT“电与磁”公开课的启示[J].电气电子教学学报，2012，（06）.

[3]潘锦.电磁场教学中的挑战与新实验建设[J].电气电子教学学报，2008，（05）.

[4]王增和，丁卫平，李平辉.电磁场与波[M].机械工业出版社，2007.

[5]刘涵，李平辉，倪为民，朱卫刚.类比教学法在电磁场理论课程中的应用[J].教育教学论坛，2015，（11）.

[6]薛红，李平辉，刘涵.Matlab在天线方向性教学中的应用[J].中国教育技术装备，2015，（08）.

[7]彼得 法林 教学的乐趣[M].上海：华东师范大学出版社，2009.