| 标题 | 信息类本科专业“电磁场理论”的教学难点与解决方法探讨 |
| 范文 | 徐国雄 摘 要 电磁场理论是信息类本科专业的一门重要的专业基础课程。本文结合电磁场理论课程的教学现状，分析了该课程的教学难点，并从学生的学习兴趣培养、习题课教学、课后答疑辅导等三个方面，对如何解决电磁场理论课程的教学难点提出了一些思路与建议。 关键词 电磁场理论 教学现状 矢量分析 中图分类号：G424? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.10.050 Abstract Electromagnetic field theory is an important basic course for undergraduate majors in information science. Based on the current teaching situation of electromagnetic field theory course， this paper analyzes the teaching difficulties of this course， and from three aspects， such as students interest training， exercise course teaching， and after-school question and answer counseling， some ideas and suggestions on how to solve the teaching difficulties of electromagnetic field theory course are put forward. Keywords electromagnetic field theory; teaching situation; vector analysis 0 引言 电磁场理论以大学物理、复变函数、高等数学等为基础，以麦克斯韦方程组为核心，是一门理论性很强的课程，它是电类各专业本科大学生必修的重要专业基础课之一。[1-2] 对于电子信息、通信工程等信息类本科专业来说，电磁场理论课程显得尤为重要。[3]该专业开设的很多重要课程都与电磁场理论息息相关。比如，“微波技术与天线”、“电磁干扰与电磁兼容”、“移动通信”、“卫星通信”等传统专业课程，以及前沿课程“未来无线通信技术”、“大规模MIMO技术”等等，都是以電磁场理论为基础的。[4]因此，学好电磁场理论课程，是信息类本科学生学好其他专业课程的前提。讲好电磁场理论课程，是对教师对该课程教学的基本要求。 1 电磁场理论课程的教学现状与难点分析 1.1 教学现状 电磁场理论以矢量分析、微积分等高等数学知识以及大学物理为基础，以库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律等三大实验定律为出发点，建立起麦克斯韦方程组，揭示出电磁场的场源关系和电磁波的传播特性等。[5]内容广泛、概念抽象、理论性强、分析方法复杂是电磁场理论课程的主要特点。 电磁场理论课程是一门教师难教、学生难学，理论性很强的专业基础课程。[6][7]从教师的教学情况来看，电磁场理论课程教学课时偏少，难点内容多，数学推导过程复杂且繁琐，因此，教师在有限的时间内完成教学内容普遍感到比较困难，对教学难点比较难以把握，教学效果往往不尽如人意。从学生的学习情况来看，学生对电磁场理论所用到的矢量分析等高等数学知识比较陌生，对学好电磁场理论课程信心不足，缺乏学习的动力和兴趣，积极性不高。许多学生课堂上听不懂老师的讲课，也看不懂课本内容，对老师布置的课后作业，采取敷衍态度，作业抄袭现象严重，考试压力大，担心考试不通过会影响自己的学业等等。电磁场理论课程难教难学的教学现状，使电磁场理论课程的课堂教学显得比较沉闷，往往一堂教学课几乎成了老师的独角戏，缺乏良好的师生互动氛围。诚然，造成这种状况的原因有老师的一部分责任，比如教师备课不充分，教学方法单一，缺乏讲课激情等。但笔者认为，学习内容难度大、理论性强、概念抽象、数学基础要求高，是电磁场理论课程难教难学的重要原因。 1.2 电磁场理论课程的教学难点 （1）对矢量分析等高等数学知识要求高。按照目前通用的电磁场理论教材编排顺序，电磁场理论课程的学习总是从矢量分析等数学知识开始的，这表明矢量分析在电磁场理论课程中具有十分重要的作用，与电磁场理论具有密不可分的联系。矢量分析是高等数学的重要内容之一，是对场源关系进行理论分析的重要工具。尽管矢量分析是电磁场理论课程的先修内容之一，但在高等数学的学习中，学生对矢量分析这部分内容的学习并没有投入太大的精力，也没有真正理解并掌握好这部分内容，因此在学习电磁场理论课程时，一开始就在心理上产生了畏惧情绪，学习热情也因而降低了。尽管教师在电磁场理论课程教学时，对矢量分析等数学知识进行了充分的复习和扩展，但有限的教学课时安排不足以使学生充分理解矢量分析的内容与应用，教师出于教学整体安排考量，也不可能在课堂上花费更多的时间来讲授这部分内容，否则，其他教学内容就会受到影响。 （2）数学推导多，占用课堂的学时量大，影响教学进度。电磁场理论课程的教学难点还表现在复杂繁琐的数学推导上。推导过程实际上是利用数学等知识探究电磁场规律的过程。通过推导，学生不仅能够得到科学思维的锻炼，而且能够更加明确由推导过程所得到的物理规律的实质。因此，教师在课堂上不可忽视对推导过程的讲解。 在电磁场理论课程中，很多公式和定律都是在三大实验定律的基础上，利用矢量分析和微积分等数学知识，通过复杂繁琐的推导来得到的。比如，静电场的基本方程为，表明静电场是有源无旋场。但这两个基本方程是在库仑定律的基础上，利用矢量分析的散度、旋度以及微积分等数学知识，再经过复杂的公式变换和推导过程而得出的。在整个推导过程中，教师需要讲清每一步的推导与运算，往往讲完整个推导过程，需要30分钟以上，占用了很多课时量。由于推导过程复杂繁琐，用到的高等数学知识多，许多学生在课堂上稍一走神，就跟不上老师讲课的节奏，听不懂老师讲的内容。此外，在学习电磁场理论课程时，有些学生把过多的精力花在推导过程上，而对经过推导而得出的物理结论与规律不进行充分的理解，不知不觉就把电磁场理论作为一本数学书来学习了。这样下来，学生在电磁场理論的学习上花费的时间不少，但学习效果并不明显，从而影响了学生学习的兴趣。 （3）概念抽象，理论性强，对学生空间想象力和抽象思维能力要求高。电磁场理论是一门公认的难教难学的专业基础课程，其中一个重要的原因是课程内容理论性强，概念抽象，对学生的空间想象力和抽象思维能力要求高。比如电磁场理论中的麦克斯韦方程组，它是一组通过数学形式表达电场与磁场以及场源之间关系的方程。这组方程完整地反映了宏观电磁理论与基本规律，对推动电磁场理论的发展与应用起到了十分重要的作用。然而，麦克斯韦方程组所表达的基本规律，由于理论性强，学生往往理解困难，更由于方程组中出现的散度、旋度、通量、环流量等概念的抽象性，使得学生难以真正理解麦克斯韦方程组的实质，也就不会运用麦克斯韦方程组来分析时变电磁场和电磁波了。 2 解决电磁场理论课程教学难点的思路与建议 （1）培养学生学习兴趣，激发学生学习热情，引导学生积极思考问题。兴趣是学习的动力和源泉，因此，在课堂教学中，教师要以培养学生学习兴趣为切入点，充分调动学生的学习积极性，激发他们的学习热情，鼓励他们积极思考问题。一方面，教师应精心备课，合理设计教学方案，组织好课堂教学，并把握好上课节奏。另一方面，教师要改变“一人唱独角戏”的枯燥教学模式，应以问题为导向，在教学中引导学生积极思想问题，对难点问题展开讨论，并通过师生互动，营造浓厚的课堂氛围。比如，在讲授均匀平面波的概念时，教师首先向学生提出“什么是平面波和球面波？”“‘均匀的含义是什么？”“在均匀平面波中电场和磁场随时间作正弦变化吗？是否同相变化？振幅是否不变？”等问题，然后让学生带着问题听老师的讲课。这样，学生在听老师讲课的过程中，逐渐明白了这些问题，对均匀平面波的概念也就在不知不觉中理解了。教师应鼓励学生在听课的同时，不断思考问题，并就听课中不懂的问题随堂请教老师。这样，学生的学习积极性就被调动起来了，师生互动的课堂氛围也形成了。学生在课堂上就更易理解老师所讲的内容，难点问题也逐步化解了，从而提高了课堂教学质量。 （2）以习题课为平台，解决教学难点。课堂教学结束后，教师应向学生布置适量的课后作业，以使学生及时巩固所学的内容。布置的课后作业应确保难易有度，并有针对性地布置一些与教学难点有关的习题，使学生在解题中进一步理解和掌握电磁场理论课程的难点内容。教师应及时认真批改学生作业，通过对学生作业对错率的分析，了解学生对所学知识的掌握以及对难点内容的理解情况，找出学生学习中的薄弱环节，并在习题课中帮助学生进一步理解所学知识和难点内容。此外，习题课中，教师应通过一些典型例题的讲解，来帮助学生掌握解题方法，提高解题技巧。教师也应适度补充一些与电磁场工程应用有关的例题和习题，以培养学生初步的工程应用能力。 （3）加强课后辅导，解决学生学习中的疑难问题。课后答疑是学生理解难点内容的重要途径。由于课堂教学受到时间和地点的客观限制，教师不可能在课堂上解决学生在电磁场理论学习上遇到的所有疑惑。因此，教师应建立起课后答疑和辅导的有效渠道。一方面，教师根据学生课后时间情况，确定电磁场理论课程固定的课后答疑和辅导时间，在指定地点对学生进行面对面的答疑与辅导。另一方面，教师可通过网络，建立QQ或微信答疑群，学生通过答疑群在线提出学习中遇到的问题，教师及时解答学生的提问。此外，教师要充分利用答疑群，引导学生在群中对学习中遇到的一些难点问题展开讨论。这样，既增进了师生感情，也营造了良好的学习氛围，激发了学生的学习热情。 3 结束语 电磁场理论是电子信息、通信工程等信息类专业必修的重要专业基础课程之一，它具有理论性强、概念抽象、难点内容多等特点，是一门公认的教师难教、学生难学的课程。笔者结合多年来对电磁场理论课程的教学经验，对电磁场理论课程的教学现状进行了分析，指出了课程教学的难点，针对教学难点，提出了解决教学难点的思路与建议。 基金项目：中原工学院教学改革与研究项目——信息类专业电磁场理论课程教学改革探索 参考文献 [1] 贾雁飞，刘柏生，刘岩，邹青宇，邢砾云.新工科背景下“电磁场理论”课程的教学与实践[J].无线互联科技，2018（19）：58-59. [2] 孙晓东，朱笛，缪竟鸿.“电磁场与电磁波”课程教学改革与实践[J].当代教育实践与教学研究，2018（9）：68-69. [3] 蔡立晶，尚廷义，耿晓琪等.“电磁场与电磁波”课程在通信工程专业教学改革的探讨与研究[J].教育教学论坛，2017（17）：115-116. [4] 赵杰，许丽.“电磁场与电磁波”课程教学研究[J].中国电力教育，2014（21）：10-11. [5] 谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波（第4版）[M].北京：高等教育出版社，2006. [6] 肖骁琦.“电磁场与电磁波”课堂教学方法研究[J].科学大众·科学教育，2017（10）：134. [7] 郝树宏，莫绪涛.电磁场与电磁波课程教学方法探索[J].安徽工业大学学报（社会科学版），2017.34（4）：71-72. |
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