《電磁場與電磁波》教學(xué)總結(jié)

1、電磁場與電磁波教學(xué)總結(jié) 任宇輝 2017年11月一、課程簡介：“電磁場與電磁波”是高等學(xué)校電子信息和通信等電子類專業(yè)本科生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程是微波技術(shù)與天線、高等電磁理論等后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。課程所包含的內(nèi)容是這些專業(yè)本科學(xué)生應(yīng)具備的知識結(jié)構(gòu)的重要組成部分。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對宏觀電磁場與電磁波的基本概念和規(guī)律有深入完整的理解；掌握麥克斯韋方程組的含義及其應(yīng)用；了解媒質(zhì)的電磁特性及電磁邊界條件；學(xué)會定量計(jì)算典型電磁場的方法；掌握電磁場邊值問題的基本解法；具備對簡單工程電磁問題的分析能力；鍛煉實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。二、歷史沿革2005年以前，由于師資等原因我院并未專門開設(shè)“

2、電磁場與電磁波”課程。當(dāng)時(shí)由高寶建副教授主講“微波技術(shù)與天線”課程，其中大概用810個(gè)課時(shí)來介紹電磁場的基本原理。2004年以來，課程獲得了校級教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目的資助，我們加大了對“電磁場與電磁波”課程的改革與建設(shè)。通過系統(tǒng)地研究與探索，重點(diǎn)進(jìn)行了課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、現(xiàn)代化教學(xué)手段、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面的研究和實(shí)踐。學(xué)校也對通信工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行投入，購置“電磁場與微波”相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使得課程實(shí)驗(yàn)的條件進(jìn)一步改善。自2005年起，學(xué)校修訂培養(yǎng)方案，由高寶建、任宇輝老師為我院通信工程、電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)三個(gè)本科專業(yè)同時(shí)開設(shè)“電磁場與電磁波”課程。其中通信工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為

3、“學(xué)科方向課”，共54課時(shí)。電子信息工程專業(yè)為“專業(yè)選修課”，共36課時(shí)。但此次培養(yǎng)方案調(diào)整后，我們不再為本科生開設(shè)“微波技術(shù)與天線”課程。2011年，學(xué)校再一次修訂培養(yǎng)方案?！半姶艌雠c電磁波”被確認(rèn)為通信工程、電子信息工程、電子信息科學(xué)與技術(shù)三個(gè)本科專業(yè)的“學(xué)科平臺課程”，并且為通信工程專業(yè)后續(xù)學(xué)生開設(shè)“微波技術(shù)與天線”課程。至此，“電磁場、微波技術(shù)與天線”課程體系在我院本科生的培養(yǎng)中占有了重要的地位。目前，“電磁場與電磁波”課程由任宇輝講師主講，高寶建副教授督導(dǎo)。我們將以這次培養(yǎng)方案的修訂為契機(jī)，繼續(xù)加強(qiáng)課程體系的建設(shè)，不斷深化教學(xué)改革，積極投身和參與全國各種教學(xué)、教研和教改活動，形成溝通

4、國內(nèi)同行、及時(shí)把握教學(xué)前沿動態(tài)的良好渠道，進(jìn)而推動 “電磁場與電磁波”課程建設(shè)的持續(xù)進(jìn)步和發(fā)展。三、教學(xué)特色1.鮮明的教學(xué)主導(dǎo)思想當(dāng)前教學(xué)改革主要有兩種思路，其一是把教學(xué)方法放在第一位，即重視課件、動畫等多媒體方法的運(yùn)用；其二是片面強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的充實(shí)、豐滿，卻忽視各種現(xiàn)代教學(xué)方法的輔助作用，即認(rèn)為“提高教學(xué)質(zhì)量和效果第一位的問題在于講課的內(nèi)容和水平，其次才是方法”。而通過多年的實(shí)踐和總結(jié)，我們認(rèn)為：教學(xué)內(nèi)容是根本，是“紅花”；教學(xué)方法則是輔助，是“綠葉”。只有充實(shí)、豐滿的內(nèi)容，配以鮮活、生動的方法，才能提高學(xué)習(xí)興趣，保證教學(xué)質(zhì)量，二者缺一不可。2.合理的教學(xué)內(nèi)容目前，“大學(xué)物理”課程是理工科高

5、等院校必開的一門通修基礎(chǔ)課程，其中的“電磁學(xué)”部分和“電磁場與電磁波”課程中的靜態(tài)場內(nèi)容完全重復(fù)。這使得在“電磁場與電磁波”在授課時(shí)，課程內(nèi)容科學(xué)取舍尤為重要。根據(jù)調(diào)研和實(shí)踐的結(jié)果，我們大幅度的壓縮了靜態(tài)場的教學(xué)課時(shí)。這樣做既符合該課程的側(cè)重點(diǎn)和應(yīng)用方向，又符合電子信息類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)要求。同時(shí)還可以帶來如下好處：1) 節(jié)約課時(shí)。這樣我們可為時(shí)變電磁場、傳輸線、電磁波傳播、及電磁技術(shù)應(yīng)用等內(nèi)容的教學(xué)留出較多的課時(shí)，增加教學(xué)的靈活性；2) 避免重復(fù)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；3) 突出時(shí)變電磁場及其各種應(yīng)用的重要性。3. 豐富的應(yīng)用背景介紹電磁場理論具有廣泛的應(yīng)用背景，尤其是在通信、軍事、航空航天等領(lǐng)

6、域。但是，目前絕大多數(shù)教材都沒有相關(guān)內(nèi)容的介紹。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們大大加強(qiáng)了這方面內(nèi)容的介紹。例如，我們專門開設(shè)3個(gè)課時(shí)的緒論內(nèi)容，利用電磁場的基本理論和學(xué)生一起討論GSM手機(jī)與CDMA手機(jī)那個(gè)是綠色手機(jī)；提問學(xué)生飛機(jī)為什么會隱身；微波爐中為什么不能用金屬器皿；短波收音機(jī)為什么晚上收到的臺多且干擾大等諸多問題，使學(xué)生充分認(rèn)識該課程的重要性，提高學(xué)習(xí)的主動性，取得了良好的教學(xué)效果。4. 升華課程內(nèi)容，注重科學(xué)的方法論的總結(jié)任何自然規(guī)律的認(rèn)識過程，都要經(jīng)過一個(gè)必然的、科學(xué)的過程（見圖1），電磁學(xué)的發(fā)展也不物理現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)研究理論升華指導(dǎo)實(shí)踐圖1例外。從1820奧斯特發(fā)現(xiàn)“電學(xué)”和“磁學(xué)”之間

7、的聯(lián)系開始，到1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象， 1865年麥克斯韋總結(jié)出麥克斯韋方程組，再到1887年赫茲證明電磁波的存在，最終到今天的廣泛應(yīng)用，正是這一過程的具體體現(xiàn)。對這些內(nèi)容的介紹，不僅可以提高學(xué)生的興趣，而且可以引導(dǎo)學(xué)生積極思考這一過程中的科學(xué)方法論對稱性思想。這對他們?nèi)蘸蟮墓ぷ鳌?shí)踐具有強(qiáng)大的指導(dǎo)意義。5.生動的多媒體教學(xué)手段教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)水平?jīng)Q定整體教學(xué)質(zhì)量，而多媒體教學(xué)手段的應(yīng)用，則可以有效提高相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)效果，二者是統(tǒng)一的。在幾年的教學(xué)過程中，我們制作了“電磁場與電磁波”電子教案。教案中既有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚撏茖?dǎo)，又有生動的動畫演示。比如，我們以動畫的方式演示了介質(zhì)中電磁場的特點(diǎn)、

8、空間中電磁波的極化方式、空間中行波與駐波的傳播特性等抽象的概念。電子教案在幾年的使用中不斷修改和完善，得到學(xué)生和督導(dǎo)組專家的一致好評。需要強(qiáng)調(diào)的是，充分利用各種多媒體教學(xué)手段，可以幫助我們提高工作效率，增強(qiáng)教學(xué)效果。但在教學(xué)過程中，我們也要把握好其作為“綠葉”的度，不能成為我們工作省事的一種手段，更不能成為課堂教學(xué)的主宰。6.多樣化的考核方式本門課程采取多種考核方式，包括：1）平時(shí)成績：占總成績20%，通過課堂提問、討論、考勤和平時(shí)作業(yè)考核；2）期中考試：占總成績20%，通過開卷考試或課程論文的形式考核；3）期末閉卷：占總成績60%，閉卷考試。我們的改革主要在期中考試部分。幾年的教學(xué)中，課程的

9、期中考試我們既采用過課程論文的形式，也采用過開卷考試的形式。自2011年起，我們的期中考試將采用課程論文的形式。在學(xué)期的開始，老師擬定和本課程相關(guān)的若干個(gè)方向，要求學(xué)生用10到12周的時(shí)間查閱資料、討論研究，找準(zhǔn)自己感興趣的切入點(diǎn)，以西北大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）寫作規(guī)范為綱，完成一篇課程論文。 通過這種方式，除了完成課程的期中考核之外，我們最希望達(dá)到的目的就是希望學(xué)生能夠在查閱文獻(xiàn)、討論研究的過程中，能夠產(chǎn)生創(chuàng)新性的想法，進(jìn)而為學(xué)生參加“大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃”、“挑戰(zhàn)杯”等活動開拓思路。四、存在問題和后續(xù)工作1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)嚴(yán)重不足 “電磁場與電磁波”、“微波技術(shù)與天線”的教學(xué)不能脫離實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。目前我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容嚴(yán)重不足，無法專門開設(shè)課程實(shí)驗(yàn)。2. 繼續(xù)加強(qiáng)課程體系的建設(shè)，不斷深化教學(xué)改革如前所述，我們課程的地位不斷加強(qiáng)，課程的體系也進(jìn)一步完善，這就要求我們老師繼續(xù)加