“电磁场与电磁波”精品课程建设的探索与实践

摘要：以先进的教学理念为指导，在遵循教学规律的基础上，从教学内容、教学方法等多方面对“电磁场与电磁波”课程教学进行了改革，经过教学实践，在提高教师教研水平和学生综合素质方面取得了良好的效果。

关键词：电磁场与电磁波；课程建设；教学改革；教学实践

作者简介：周雪芳（1976-），女，江西丰城人，杭州电子科技大学通信工程学院，讲师；钱胜（1976-），男，安徽合肥人，杭州电子科技大学通信工程学院，讲师；李齐良（1965-），男，湖南衡阳人，杭州电子科技大学通信工程学院，教授。（浙江 杭州 310018）

中图分类号：G642.3     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）04-0068-02

“电磁场与电磁波”是杭州电子科技大学（以下简称“我校”）通信工程学院（以下简称“我院”）通信工程专业、信息对抗专业、信息工程专业和信息安全专业的一门专业主干课，因为所有的信息都是通过电磁场和电磁波来传递的，所以电磁波技术不仅广泛应用于通信技术、广播电播、电视技术、雷达测试技术、遥测遥控监测技术等众多领域中，同时信息安全技术问题、电磁兼容、电子对抗和电磁屏蔽等技术问题的研究也必须依赖于电磁场理论。首先，一些重要的发现和发明都是以电磁场理论的研究为基础的，如指南针、电话、电报、电动机和发电机等，特别是无线电技术，完全是在电磁场理论研究的基础上发明、发展起来的。而且，随着我国信息科学技术的迅速发展，电磁场理论与微波技术在通信工程专业、信息工程专业、信息对抗专业和信息安全专业等人才的培养过程中显得尤为重要。

“电磁场与电磁波”的前身是“电磁场理论与微波技术”，于2007年获批为我校精品课程，该课程的主要内容包括：静态电磁场的概念、基本方程、分析方法和相关应用；动态电磁场的概念、原理、分析方法和相关应用；电磁波的产生、辐射和传播规律，是一门难度系数较大的课程，与前期相关课程联系紧密，如求解场的大小和方向时涉及到高等数学和大学物理学的知识，同时还要求学生具有一定的空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能力。为了更好地激发学生的学习积极性和学习的主动性，使学生更好地理解和掌握这门课，在此课程的精品课程建设过程中，从如何提高课堂教学质量和如何更好培养学生综合素质能力这两方面做了很多工作。

一、课程建设和改革的总体思路

纵观国内外成功教学案例，在某一课程的教学建设与改革过程中，先进的、活跃的、与时俱进的教育教学思想至关重要，首先它要与现代科学技术发展步调一致，其次要与社会的进步和发展一致，最后要与学生素质的全面发展要求一致。“电磁场与电磁波”课程建设的重点是首先抓好学生的素质教育，在实践教育教学开展过程中主要从教材、教学内容和方法、教学手段以及考核方式等四个方面展开。通过修改教学大纲、增补教学内容、方法和教学手段，更好地丰富和完善了“电磁场与电磁波”课程的CAI课件；建设了该课程的网络教学网站，提供更强大的网络资源，加强网上教学质量；并增加了“电磁场与电磁波”课程的题库建设；与此同时还补充了很多课外资源，有该课程的仿真软件学习，更好地帮助学生理解这门课程的抽象电磁波知识，不断提高本课程的本科教学质量。

二、课程建设与改革的具体内容

1. 教材选择

我院通信工程专业“电磁场理论与电磁波技术”课程使用的教材是冯恩信编写并由西安交通大学出版社1999年9月出版的《电磁场与波》。在我院课程改革的过程中，“电磁场理论与微波技术”课程改为“电磁场与电磁波”，教材改用郭辉萍、刘学观编著并由西安电子科技大学出版社2003年出版的《电磁场与电磁波》，该教材是面向21世纪高等学校信息工程类专业系列教材。2007年7月由西安电子科技大学出版社出版了《电磁场与电磁波》（第二版），新版教材被定为普通高等教育“十一五”国家规划教材，是面向21世纪高等学校信息工程类专业规划教材。只有将理论联系实际才能取到事半功倍的效果，2010年9月，本课程选用清华大学出版社出版的邹澎和周晓萍编著的《电磁场与电磁波》，该教材属于“十一五”普通高等教育国家规划教材，也是教育部高等学校电子电气基础课程教学指导委员会推荐教材。与原教材相比，该教材除保持了电磁场与电磁波基础理论的系统性、完整性外，还对基本概念、基本方法力求讲深讲透，更重要的一点是增加了应用与发展性专题，适当介绍电磁场与电磁波的应用和电磁科学研究领域中新的进展，兼顾教学内容的基础性与先进性，注重培养学生的创新思维。

2.教学内容

从2004年到2010年本课程经过两次修订，在教学大纲和教学进度上做了比较大的修改。首先是教学内容方面，主体框架还是与原教学内容体系结构一致，如图1所示，但注意避开与前期课程如“大学物理”和“电磁学”的重复，增加了一些新的实际应用方面的内容，激发学生的学习兴趣。如静电场的应用方面的案例，静电除尘、静电复印和静电屏蔽等；恒定电场方面的应用案例，磁屏蔽、磁记录和等离子体的磁约束等。同时还结合科研情况适时地补充一些前沿学科内容，譬如电子对抗技术、电磁兼容技术等。

3.教学方法

在教学方法上，注重理论与实际结合的教学方法，引入计算机仿真软件加强对理论知识的理解、分析和应用。讲解抽象理论时强调对比方法，由浅入深，经典例题重点详细讲解。本课程的重点内容是时变电磁场的分析方法、均匀平面电磁波的传播规律和导行电磁波理论。对于重点内容在讲解过程中深入细致，占用学时数比较多，但如电磁波的辐射只能作简单的介绍。为了启发学生的独立思考问题能力，且让所学的知识融会贯通，对某些经典的例题或作业题采用一题多解的方法。例如计算无限长的线电荷周围任意一点的场强，可以采用三种方法，根据场强的定义求解、利用高斯定理求解和利用电位公式求解，通过分析比较三种不同方法的思路，找出它们的异同和难易程度，便于学生更好地掌握、记忆和灵活应用。又如在讲解无限长的线电荷和一个线电流周围的场时，分析所得的结果可以看到：它们的相同点是场强的大小与场源成正比、与距离成反比，同时满足叠加原理；不同之处是场强的方向不同，线电荷的场强的方向是沿着径向，而线电流的方向是沿着角速度方向等等。除此之外，改革过程中更注重于培养学生的创新能力。依托我校电子信息学院开设了电磁场与电磁波综合实验课程，配备有Ansoft电磁场计算机仿真软件。实验室针对专业培养的需要为学生提供了高要求的“电磁场与波”选作实验和开放实验，将设计型实验与验证型实验融为一体。学生可以自行设计实验和亲自动手制作实验装置，亲身去体验和探索研究电磁场与波在实际工程中的应用，培养了学生的创新能力。

4.教学手段

我校的“电磁场与电磁波”课程开始采用传统的板书教学，为激发大学生的学习兴趣，改善“台上讲得唾沫横飞，台下听得昏昏欲睡”的局面，从2000级开始使用传统教学和多媒体教学相结合的方式，经过几年的不懈努力、不断总结完善，电子教案几经修改，已经有较好的CAI课件，在实施多媒体教学过程中，采用黑板板书和多媒体播放相结合的方法。对于一些抽象的现象用Flash动画播放，对于一些复杂公式则在黑板上板书推导。如讲解经典的Maxwell方程组时，Maxwell方程组第二方程即法拉第电磁感应定律，借助一个Flash动画演示发电机的工作原理，生动形象，Maxwell方程组的第一方程提出了位移电流的假设，如果从理论上讲解会比较容易混淆，把Maxwell测试位移电流的实验用Flash动画或Ansoft Maxwell软件演示，学生一看就明白了，且调动了学生的学习兴趣。CAI课件和传统板书教学结合，给学生一个轻松愉快的学习环境，激发了学生的学习兴趣，取得较好的教学效果。

5.网络教学资源库建设

充分利用学校的网络教学平台，建设了本课程的教学网站，设立了教学队伍情况、课程负责人情况、课程描述、教学大纲、授课教案、讲课录像、网络课程、实验指导、作业习题、参考资料等栏目，为学生提供了一个良好的自主学习环境，让学生课前预习、课后复习。课程组考虑到见面答疑的时间比较少，充分利用网络教学这个平台，建立了较完善的网络交流互动，能及时方便解决学生的学习疑问，取得了较好的教学互动效果。

6.考核方式的改革

（1）考试方法改革。注重平时成绩。成绩由多部分组成，期末考试的笔试是一种重要的考试手段但不是唯一的手段。注重平时习题作业的训练，并适当提高平时作业的成绩所占比例，例如平时作业占总成绩的15%；组织课堂小测验，开展网络平台的教与学的交流等这部分成绩规定为15%。于是平时成绩占最后总成绩的30%，学生对于期末考试的压力将会大大地减少，平时学习也会倍感轻松自如。

（2）题库建设。迄今为止，“电磁场与电磁波”早年期末考试的试题A、B卷共有20套放在网络资源库里，并附有详细的解答，在以后的考试中同样的试题不会出现，从而使本课程的题库建设做到与时俱进。课程的主讲教师毕业于不同学校，学缘关系较理想。课程负责人是教授，毕业于西南物理研究院，其余主讲教师分别毕业于哈尔滨工业大学、上海交通大学、浙江大学、吉林大学、南京邮电大学和武汉理工大学，这使得整个教学队伍对电磁场与电磁波的本科教学在国内的状况有一个较为全面的了解，有助于制定较为合理的教学计划，主讲教师的学历分配合理，博士占71％，硕士占29％。

三、总结

经过10年来课题组成员不懈的努力，“电磁场与电磁波”课程建设改革已取得了初步成效，教学效果也得到了较为明显的提高，学生从以前的怕学、讨厌学这门课程转变为较喜欢学这门课程。考试通过率较以前有所提高。课题组成员们的努力也得到了学院学校领导的认可。“电磁场与电磁波”课程于2007年被我校评为校级精品课程，“电磁场与电磁波”CAI课件获校教学成果奖三等奖，自编教材也进入尾声。我们将在现有基础上不断更新和补充网络教学平台的电子课件，不断变换和提高教学手段，不断完善题库建设。与此同时，本课题组成员还要积极关注学院学校主管部门和上课学生反馈回来的意见和建议，不断地进行“电磁场与电磁波”课程改革。

参考文献：

[1]陈国良.发展为主题改革与开放为动力——新世纪中国高等教育展望[J].教育发展研究,2001,(2).

[2]郭辉萍,刘学观.电磁场与电磁波[M].西安:西安电子科技大学出版社,2007.

[3]谢处方,饶克勤.电磁场与电磁波[M].北京:高等教育出版社,1999.

（责任编辑：苏宇嵬）