[電磁場與電磁波的教學改革與實踐] 電磁場與電磁波

來源:公文書信 發布時間:2019-08-17 04:49:38 點擊:

  摘 要:電磁場與電磁波課程是公認的難教難學的課程。分析癥結,對癥下藥,采用適當的方式提高學生學習興趣,增加學生對抽象理論知識的感性認知,并通過做實驗、參與一些科研項目來輔助學生學習這門課程,對于改變教學的被動局面,提高教學效果都會有不錯的幫助。
  關鍵詞:電磁場與電磁波教學;實踐教學;教學改革
  《電磁場與電磁波》、《電動力學》、《電磁場工程導論》等等課程都是以電磁場與電磁波理論為核心內容的課程,盡管名稱不一致,但教學內容大體一致。“電磁場與電磁波”是電子信息類本科專業的一門專業基礎課程。課程的主要研究對象是電磁場的基本屬性及其運動規律。波與物質的相互作用及信息的提取,電磁場系統的計算方法、仿真技術以及工程技術應用中的電磁場理論問題。通過本課程的教學,闡明電磁場的基本概念,基本規律和基本分析方法,掌握電磁場與電磁波的基本理論。獲得應用理論解決問題的能力,以及相關的分析、計算方法[1]。該課程是公認的難教難學的課程,學生覺得內容枯燥,理論抽象,數學公式繁多,物理現象看不見,摸不著,想不到。通常是老師不愿意教,學生不愿意學,是工科教學中的老大難問題。而這門課又是一門非常重要的課程,是之后《天波傳播》、《微波技術》等課程的前導課,而且其中的分析、 推理方法對于后續的科研研究,尤其是基礎研究都非常有幫助。
  這么重要的課程,學生學習和重視的程度常常僅出于完成教學任務。通常開學幾次課下來,學生變會覺得索然無趣,提不起精神,對這門課充滿了畏懼和厭煩,一學期過得混混噩噩,疲于應付作業、考試,整門課結束后一無所獲。對于這樣的結果,既有這門課內在的原因,也有學生的外在原因,主要表現在如下幾條:
  (1) 這門課程理論性較強,揭示事物的底層規律,與現實中實際現象相距較遠,學生感性認知度較差,增加了學習難度。
  (2) 理論推導較多,需要用到微積分、極限定理等工程數學理論和一些矢量運算知識,如果前期課程中都沒有解決好的話,那么這門課中又被賦以特定的含義,及相應的邊值條件,學生就會學得更加混亂不堪了。
  (3) 學生有急功近利的想法。學生想在短時間內學一門有用的技能,而電磁場更多的是講述基本原理,提供一種思維方法。其實這些都是很重要的知識,但是距離實際的應用似乎很遙遠,它帶來的一種潛在的思維方式和理念不被學生所理解和認知。基于這種原因,學生對這門功課的重視程度都不夠,或其重視程度只停留在是否可以通過考試,而不在于能否學到有用的東西。
  (4) 教學手法過于單一。由于教學改革,目前這類課程的課時都有所壓縮。在短時間要完成大量教學內容,因此課堂教授內容很緊湊。目前教學以教師為主導,課堂上也不可能為某個學生做過多的停留。學生一旦有知識點沒有銜接上,就很容易無法繼續下去,這樣聚少成多,最后就導致無法為繼的事態。
  (5) 缺乏理論驗證與實踐相結合的過程。純理論研究分析過程中,那些理論基礎好,抽象思維能力強,數學基礎好,可以較容易理解,反之則較為吃力。
  針對以上學習《電磁場與電磁波》這門課程出現的問題,如果能夠輔以科學的教學方法和相應的手段,對于改變教學的被動局面,提高教學效果都會有不錯的幫助,具體改進方法如下:
  (1) 對于這門課所涉及的數學工具,例如高等數學中的知識和矢量運算知識,要有專門時間復習。這雖然占用了一定課時,但是非常必要,正所謂“磨刀不誤砍柴功”。如果在不能很好地運用這些數學工具來分析電磁場知識時,強行推進,會影響學生對知識的理解,或者對于一些知識強記硬背,導致對問題了解不透徹,學習不扎實,影響學習效果和興趣。因此拿出一定課時專門來強調數學知識是非常有必要的。
  (2) 理論聯系實際,提高學生學習興趣。針對電磁場學習較為抽象,學生感官認知度較低,主要原因是課程所講授的知識離實際生活特別遙遠。主講老師不妨從這里入手,找一些我們身邊乃至自然界,科技界與這門課程中的知識相關聯的地方,讓這些摸不著,看不見的理論與看得見,摸得著事實相關聯,闡述其工作原理,解釋自然現象。讓學生從表面現象看到本質。然后由此深入闡述知識點,這樣就比較容易抓住學生好奇的心理,帶他們進入理論氛圍,真正從嚴謹科學的角度解釋問題。通過這種手段,學生通常也會有恍然大悟的滿足感,會有激發他們進行更深入探討學習的欲望。這就要求教師本身要事前下工夫,多收集一些資料,加以整理和歸納。也可以通過調動學生的積極性,讓他們也去生活中挖掘事例,用課堂學到的理論知識來闡述,或者讓他們就一些經典案例進行課堂或課外討論等。通過這種方式讓學生不再認為這門課是玄而又玄,高深莫測的課程,也不是老師一個人的獨角戲,減少他們的心理抵觸,讓他們能夠積極參與到課堂教學過程中來。
  (3) 適當地根據課程內容,將一些適宜學生進行仿真實驗的知識通過使用計算機輔助手段,讓學生們自己把相應知識通過圖形數值表現出來。并通過修改參數來體會由此引來的結論的變化,更深切地讓學生體會電磁場知識之間的因果關聯,從而從多種途徑理解消化知識點所闡明的道理。計算機輔助手段是一種方便、易用的教學輔助手段,讓學生很直觀地得到一些結論、結果,而省去了中間復雜的計算過程。當有輸入條件變化時,它也會很快給出相應的結果,能夠讓學生很容易領會電磁場中的邊界條件,介質環境、電磁方向等因素給結果帶來的影響,也就較容易把這些難懂,易混淆的概念區分開來。而且編程搭建數學模型的過程也是一個很好的梳理知識點,整理思路的過程,學生會在這樣的仿真實驗中有所收獲。
  (4) 與科研項目相結合,提高學生學習課程的信心。針對學生缺乏對這門課程對今后的專業培養,以及專業生涯有何幫助的了解時,如果教師能將一些科研項目同學生學習結合起來,將一些科研項目上的研究成果介紹給大家,甚至能將科研項目中難度較低,與教學知識點相關的項目內容提煉出來,讓學生參與解決,就會讓學生對這門課程有新的認識,不再以為這門課是對職業發展沒有任何關系或幫助的課程,從而也激發學生學習這門課程的熱情。
  電磁場學習對于培養電信理論知識,學習分析處理方法,提升專業素養,并為后續的發展奠定堅實的基礎。尤其是新的科技發展越來越高端,對現象的分析越來越深刻細致,我們越來越要追求事物本質現象,如果能把電磁場學好,學扎實,對將來的高端科技的基礎研究是大有裨益的。
  因此我們在教學過程中,除了要在本職工作中再下苦工,熟練我們的業務,還要了解目前電磁場課存在的問題,分析原因,并想出良好的解決對策。通過引入一些新的元素,例如實例、實踐環節,科研項目引入等等來激發學生學習的興趣,主動參與這門課程的學習,只有提升學生的學習熱情,鼓勵學生的積極參與,才能與教師形成良性互動,保證學生能夠愉快地參與這門課程的學習,并有所斬獲。
  [參考文獻]
  [1] 陳宇,崔煒,趙爽.“電磁場與電磁波”課程教學方法探討[J]. 教育與職業, 2011年4月下,第12期: 167-168

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