《電磁場與電磁波C》教學大綱

《電磁場與電磁波C》教學大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：06131471課程性質(zhì)：學科基礎(chǔ)必修課學分：4學分學時：64學時（理論52學時，實驗12學時）先修課程：大學物理、高等數(shù)學、線性代數(shù)等后續(xù)課程：醫(yī)用傳感器原理及應用、數(shù)字信號處理B等適用專業(yè)：醫(yī)學信息工程本科開課單位：電子信息工程學院一、課程說明《電磁場與電磁波C》是醫(yī)學信息工程專業(yè)的一門學科基礎(chǔ)必修課，本課程主要講解電磁基本理論以及電磁波在空間傳播的基本規(guī)律，為學習其他有關(guān)課程及研究與解決各類電磁場與電磁波的實際工程問題奠定理論基礎(chǔ)。本課程注重基本理論知識的深入學習，強調(diào)培養(yǎng)運用基礎(chǔ)理論知識解決實際工程問題的能力，兼顧新技術(shù)及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)能夠適應區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的高素質(zhì)應用型人才。二、課程目標通過本課程的學習，使學生達到如下目標：課程目標1：掌握電場與磁場的基本定律以及電磁場的基本性質(zhì)和理論，熟練掌握麥克斯韋方程組及其應用，掌握均勻平面電磁波的基本理論，具有應用專業(yè)基礎(chǔ)知識解決基本工程問題的能力。課程目標2：使學生能夠通過數(shù)學方法分析一些基本和實際問題，對實際工程問題進行抽象建模，應用數(shù)學、電磁場和電磁波知識分析實際的工程問題并提出相應解決方案，提高分析和解決光電信息科學與工程領(lǐng)域工程問題的能力。課程目標3：運用電磁場中的基本原理和專業(yè)知識，能夠分析和解釋工程中的實際問題及實驗數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析能夠得到有效的問題解決方案，培養(yǎng)學生分析研究問題的能力。課程目標4：引導學生學習科技發(fā)展歷程，樹立科技強國觀念，感受中國在醫(yī)學信息工程領(lǐng)域的先進成果，樹立科學的世界觀、人生觀。同時，培養(yǎng)學生良好的思想品德、道德修養(yǎng)及敬業(yè)愛崗、熱愛勞動的品質(zhì)，激勵學生自覺融入到實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢進程中。

三、課程目標與畢業(yè)要求《電磁場與電磁波C》課程教學目標對醫(yī)學信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學目標與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標支撐強度1.工程知識1.3掌握醫(yī)學信息工程所需的專業(yè)知識，并能將其綜合應用于解決復雜醫(yī)學信息工程問題。課程目標1：掌握電場與磁場的基本定律以及電磁場的基本性質(zhì)和理論，熟練掌握麥克斯韋方程組及其應用，掌握均勻平面電磁波的基本理論，具有應用專業(yè)基礎(chǔ)知識解決基本工程問題的能力。課程目標4：引導學生學習科技發(fā)展歷程，樹立科技強國觀念，感受中國在電子領(lǐng)域的先進成果，樹立科學的世界觀、人生觀。同時，培養(yǎng)學生良好的思想品德、道德修養(yǎng)及敬業(yè)愛崗、熱愛勞動的品質(zhì)，激勵學生自覺融入到實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢進程中。H2.問題分析2.3能夠應用數(shù)學、自然科學和工程科學的基本原理，并通過文獻研究，證實問題分析的合理性。課程目標2：使學生能夠通過數(shù)學方法分析一些基本和實際問題，對實際工程問題進行抽象建模，應用數(shù)學、電磁場和電磁波知識分析實際的工程問題并提出相應解決方案，提高分析和解決光電信息科學與工程領(lǐng)域工程問題的能力。課程目標4：引導學生學習科技發(fā)展歷程，樹立科技強國觀念，感受中國在電子領(lǐng)域的先進成果，樹立科學的世界觀、人生觀。同時，培養(yǎng)學生良好的思想品德、道德修養(yǎng)及敬業(yè)愛崗、熱愛勞動的品質(zhì)，激勵學生自覺融入到實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢進程中。M4.研究4.2能夠基于科學原理并采用科學方法對器件、電路、功能模塊、軟件系統(tǒng)制定實驗方案并實施。課程目標3：運用電磁場中的基本原理和專業(yè)知識，能夠分析和解釋工程中的實際問題及實驗數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析能夠得到有效的問題解決方案，培養(yǎng)學生分析研究問題的能力。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配1.理論部分理論部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表2。表2教學內(nèi)容、基本要求與學時分配教學內(nèi)容教學要求，教學重點難點理論學時實驗學時對應的課程目標1矢量運算1.矢量代數(shù)2.三種正交坐標系3.標量場的方向?qū)?shù)和梯度4.矢量場的散度和旋度5.亥姆霍茲定理教學要求：使學生掌握標量、矢量以及標量場、矢量場的概念，掌握矢量運算、矢量線、散度、旋度、梯度的求解；了解直角坐標系、圓柱坐標系與球坐標系的建立和轉(zhuǎn)換；理解亥姆霍茲定理的物理意義。重點：散度、旋度、梯度的求解。難點：圓柱坐標系與球坐標系。101、2、32電磁場的基本規(guī)律1.靜電場的基本規(guī)律2.恒定磁場的基本規(guī)律3.媒質(zhì)的電磁特性4.電磁感應定律和位移電流5.麥克斯韋方程組6.電磁場的邊界條件教學要求：使學生掌握真空中靜電場、恒定磁場的基本規(guī)律；了解介質(zhì)的極化與磁化特性；掌握電磁感應定律和位移電流；能夠熟練應用麥克斯韋方程；掌握邊界條件。重點：麥克斯韋方程組。難點：極化特性，邊界條件。1041、2、3、43靜態(tài)電磁場及其邊值問題的解1.靜電場及恒定電場分析2.恒定磁場分析3.唯一性定理4.鏡像法教學要求：掌握靜電場、恒定磁場的基本方程，使學生理解邊值問題解答的唯一性；掌握鏡像法，能計算簡單的場問題。重點：拉普拉斯方程，唯一性定理。難點：邊值問題的求解。821、2、34時變電磁場1.波動方程2.電磁場的位函數(shù)3.電磁場能量守恒定律4.時諧電磁場教學要求：使學生了解電磁波的波動方程的物理意義；理解電磁場的位函數(shù)及滿足的方程；掌握坡印廷定律；掌握時諧電磁場瞬時狀態(tài)與復矢量狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。重點：坡印廷定理，復矢量的表示。難點：波動方程的物理意義。821、2、35均勻平面波傳播特性1.理想介質(zhì)中均勻平面波2.導電媒質(zhì)中均勻平面波3.電磁波的極化教學要求：使學生了解均勻平面波的概念；掌握均勻平面波在各種媒質(zhì)中的傳播特性；學會電磁波極化方式的判斷；了解相速、群速與色散等概念。重點：均勻平面波傳播特性，電磁波極化。難點：電磁波極化方式的判斷。1041、2、3、46均勻平面波的反射和透射1.均勻平面波對理想導體的垂直入射2.均勻平面波對理想介質(zhì)的垂直入射3.均勻平面波的反射和折射規(guī)律教學要求：使學生理解均勻平面波垂直入射的傳播特性；理解均勻平面波的反射和折射規(guī)律；掌握均勻平面波垂直入射問題的分析方法。重點：均勻平面波垂直入射的規(guī)律。難點：反射波和透射波的計算。61、2、3、4合計52122.實驗部分實驗部分的教學內(nèi)容、基本要求與學時分配見表3。表3實驗項目、實驗內(nèi)容與學時實驗項目實驗內(nèi)容和要求實驗學時對應的課程目標1.靜電場的模擬測繪實驗實驗內(nèi)容：測量靜電場場量及分布規(guī)律。實驗要求：掌握恒定電流法描繪等勢線，模擬靜電場的方法。22、3、42.位移電流的仿真、測試及計算實驗內(nèi)容：位移電流的仿真、測試及計算。實驗要求：了解位移電流的定義，建立仿真模型，掌握位移電流在電介質(zhì)中的分布特性，定性體驗電磁場中感應電流的存在，定量測試感應電流的大小。41、2、3、43.電磁波在不同媒質(zhì)中傳播仿真實驗內(nèi)容：電磁波在理想媒質(zhì)和導電媒質(zhì)中的傳播仿真。實驗要求：了解電磁波傳播特點，分別繪制在理想媒質(zhì)和導電媒質(zhì)中的傳播波形，分析媒質(zhì)對電磁波傳播的影響。22、34.電磁波的傳播特性測試及分析實驗內(nèi)容：測試電磁波的傳播特性。實驗要求：了解極化的定義，通過改變天線的極化方式，掌握天線的極化特性；掌握電磁波波節(jié)、波腹、駐波的測試方法。41、2、3、4合計12五、教學方法及手段本課程以課堂講授為主，采用啟發(fā)式、討論式教學和案例教學等，促進學生積極思考，開發(fā)學生的潛能，培養(yǎng)學生思考問題、分析問題和解決問題的能力；以“少而精”為原則，精選教學內(nèi)容，精講多練；安排習題課，鞏固課堂所學知識；本課程為省級精品在線開放課程，為學生提供靈活的自主學習平臺，結(jié)合信息化的教學手段培養(yǎng)學生的自主學習能力、創(chuàng)新思維意識。實驗教學著重講授如何用科學的手段來完成理論的驗證；如何組織實驗、處理數(shù)據(jù)和分析實驗現(xiàn)象；在實驗前學生應復習和掌握與本實驗有關(guān)的教學內(nèi)容、認真閱讀實驗指導書；在實驗中要嚴格遵守實驗紀律，按操作規(guī)程使用儀器；實驗結(jié)束后，按規(guī)定對儀器進行維護保養(yǎng)；每完成一項實驗，要認真完成一份實驗報告。六、課程資源1.推薦教材（1）謝處方等.《電磁場與電磁波》（第5版）.2020年.2.參考書（1）郭輝萍.《電磁場與電磁波》（第4版）.西安電子科技大學出版社.2019年.（2）王家禮.《電磁場與電磁波》.西安電子科技大學出版社.2018年.（3）路宏敏.《電磁場與電磁波基礎(chǔ)》.科學出版社.2016年.3.期刊（1）電波科學學報，中國電子學會（2）電子學報，中國電子學會（3）遙感學報，中國科學院遙感應用研究所（4）IEEE?Microwave?and?Guided?Wave?Letters，the?Institute?of?Electrical?and?Electronics?Engineers?Inc.'s?(IEEE)?Microwave?Theory?and?Techniques?SocietyIEEE?Antennas?&?Propagation，the?Institute?of?Electrical?and?Electronics?Engineers'?(IEEE)?Antennas?and?Propagation?Society4.網(wǎng)絡資源（1）電磁場與電磁波，/course/NJTU-1002535019.七、課程考核對課程目標的支撐課程成績由過程性考核成績和期末考核成績兩部分構(gòu)成，具體考核/評價細則及對課程目標的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對課程目標的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評價細則課程目標1234過過程性考核課課堂表現(xiàn)15（1）根據(jù)課堂出勤情況和課堂回答問題情況進行考核，滿分100分。（2）以平時考核成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭獭?324線線上成績15（1）按要求及時完成線上每個章節(jié)的任務點，滿分100分；（2）線上任務點主要包括：考勤、章節(jié)內(nèi)容學習、線上討論、線上測試等。（3）以線上成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭獭?326實實驗10（1）根據(jù)每個實驗的實驗操作完成情況和實驗報告質(zhì)量單獨評分，滿分100分；（2）每次實驗單獨評分，取各次實驗成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以實驗成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。√√√√3124作作業(yè)10（1）主要考核學生對各章節(jié)知識點的復習、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績。（3）以作業(yè)成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績?！獭獭獭?214期末考核期末考核50（1）卷面成績100分，以卷面成績乘以其在總評成績中所占的比例計入課程總評成績。（2）主要考核矢量運算、靜電場和恒定磁場的基本規(guī)律、邊值問題的解、麥克斯韋方程組的應用、時變電磁場中坡印廷矢量、均勻平面波的傳播規(guī)律、電磁波的極化、反射與透射規(guī)律等內(nèi)容。（3）考試題型為：選擇題、填空題、簡答題、判斷題和分析計算題等?！獭獭獭?841018合計：100分34131736八、考核與成績評定1.考核方式及成績評定考核方式：本課程主要以課堂表現(xiàn)、線上成績、實驗、作業(yè)、期末考試等方式進行考核評價?？己嘶疽螅嚎己丝偝煽冇善谀┰嚲沓煽兒瓦^程性考核成績組成。其中：期末試卷成績?yōu)?00分（權(quán)重50%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡答題和分析計算題等類型，試卷中基本知識、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應用題、分析題不低于50%；課堂表現(xiàn)、線上成績、實驗、作業(yè)等過程性考核成績?yōu)?00分（權(quán)重50%）；過程性考核和考試試題分值分配應與教學大綱各章節(jié)的學時基本成比例。2.過程性考核成績的標準過程性考核方式重點考核內(nèi)容、評價標準、所占比重見表5。表5過程性考核方式評價標準考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60課堂表現(xiàn)30積極參與教學活動，踴躍回答問題，準確率大于90%。認真參與教學活動，回答問題準確率大于80%。偶爾參與教學活動，回答問題準確率大于70%。上課不認真，偶爾參與教學活動。上課不認真，不參與教學活動。線上成績30按時參與完成各項任務包括線上任務，考勤、章節(jié)學習、章節(jié)測試、線上討論等，準確率大于90%。按時參與完成各項任務包括線上任務，考勤、章節(jié)學習、章節(jié)測試、線上討論等，準確率大于80%。按時參與完成各項任務包括線上任務，考勤、章節(jié)學習、章節(jié)測試、線上討論等，準確率大于70%。未按時參與完成各項任務包括線上任務，考勤、章節(jié)學習、章節(jié)測試、線上討論等，準確率大于90%?；静粎⑴c完成各項任務包括線上任務，考勤、章節(jié)學習、章節(jié)測試、線上討論等，準確率大于90%。實驗20實驗預習認真，能夠熟練掌握方法與步驟，實驗操作過程熟練、規(guī)范，遵規(guī)守紀、團結(jié)協(xié)作，實驗結(jié)果詳實、結(jié)論清晰、討論合理。實驗前