論電磁場教學(xué)方法論文
一、引言
“電磁場”是電子/通信/電氣工程專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程。設(shè)置本課程的目的是讓學(xué)生從整體上掌握電磁場的基本理論和基本分析方法，了解電磁場的理論在電氣信息類的應(yīng)用，是通往后續(xù)專業(yè)課的橋梁,也是電類學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新的理論基石。但“電磁場”課程理論強(qiáng)、公式多,要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象力、抽象思維能力和邏輯推理能力，歷來被電類專業(yè)的學(xué)生認(rèn)為是“天書”,導(dǎo)致還未開課就已經(jīng)產(chǎn)生了懼怕情緒。近年來,我國高校綜合素質(zhì)教育要求的不斷提高，專業(yè)基礎(chǔ)課程普遍存在學(xué)時(shí)壓縮的情況，隨之出現(xiàn)了“電磁場”教學(xué)內(nèi)容多而課時(shí)數(shù)少的矛盾。對教師來講，如何在短學(xué)時(shí)里使教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)清晰、能突出復(fù)雜工程問題中的理論基礎(chǔ),如何在短學(xué)時(shí)內(nèi)的理論教學(xué)過程中，激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和動手能力極其關(guān)鍵。
二、建立立體化教材
面對學(xué)時(shí)壓縮的壓力，課時(shí)量和教學(xué)內(nèi)容的矛盾是首先要解決的矛盾，而教材的選取顯得尤為重要。在教材的選取過程中，“電磁場”課程組在研讀經(jīng)典的電磁場理論方面的教材《電磁場與電磁波》(謝處方/饒克謹(jǐn)著)B]、《工程電磁場導(dǎo)論》(馮慈璋/馬西奎著)H、《工程電磁場(英文職》(HaytW.H著0的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合本校電類專業(yè)的特點(diǎn),對“電磁場”課程的教材資源進(jìn)行整合,配合武漢大學(xué)出版了《工程電磁場(第—頗,2007》。隨后,又出版了《工程電磁場(第二頗,2011》3],此教材以充分結(jié)合工程應(yīng)用為主，教材結(jié)構(gòu)安排和知識點(diǎn)闡述清晰簡潔便于學(xué)生自學(xué),教材中重點(diǎn)內(nèi)容設(shè)置完整，與授課學(xué)時(shí)匹配。隨后課程組提供了的《工程電磁場》立體化教材，包括光盤、課程網(wǎng)站等,列出每節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)方法，提供教學(xué)大綱及授課教案、指導(dǎo)教材及電子課件、疑難解答、主講教師的授課錄像等。近兩年，在立體化教材基礎(chǔ)上，著重進(jìn)行“電磁場”資料庫的建設(shè)，包括電磁場的發(fā)展歷史、對電磁學(xué)發(fā)展有突出貢獻(xiàn)的人物傳記(例如：《麥克斯韋：改變一切的人》、法拉第(科學(xué)家傳記)等、當(dāng)前的電磁學(xué)的研究熱點(diǎn)期刊/著作/視頻、利用電磁學(xué)理論的手工制作(例如：萊頓瓶、電磁炮、特斯拉線圈等)，擬建成一個(gè)以學(xué)生為中心,豐富多彩的教學(xué)資源為基礎(chǔ)的開放型網(wǎng)絡(luò)資源共享平臺。
三、以學(xué)生為主的教學(xué)方法的探討
(一)第一堂課的重要性
文獻(xiàn)M中提到“每門功課都應(yīng)該這樣開始。使它能引起學(xué)生的真正愛好，向他們證明它是如何美好、有用、快意、是如何需要”，第一堂課的重要性不言而喻。在“電磁場”的教學(xué)中我們從以下幾個(gè)方面，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為目的開展第一堂課：
從大家熟知的生活用品，到國防領(lǐng)域,到各種炫酷的高科技產(chǎn)品或體驗(yàn),讓學(xué)生切身感受到電磁場理論在生活中的無處不在。拿出初高中乃至小學(xué)就涉及到的簡單的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn),讓大家各抒己見談?wù)剬﹄姶艑W(xué)的認(rèn)識以及對生活中的其他電磁現(xiàn)象進(jìn)行舉例,讓學(xué)生對這門課感到熟悉。
提出問題，讓學(xué)生總結(jié)一些這些基本的實(shí)驗(yàn)與之前生活中的各種應(yīng)用之間到底具有怎樣的相同點(diǎn)?是什么樣的東西存在,使得所有的這些看似不掛鉤的應(yīng)用卻具有相同的本質(zhì)?給出解釋,現(xiàn)象與理論之間是靠建立物理模型建立起聯(lián)系。而如何將這些應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砟Ｐ捅闶潜菊n程的主要研究的內(nèi)容。隨后引出學(xué)習(xí)電磁場理論所需要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)(場論，適量分析)以及學(xué)習(xí)方法(類比法,舉例法等),最后列出本課程的總體框架圖(場和源的關(guān)系，時(shí)變與時(shí)不變的聯(lián)系)。
(二)強(qiáng)調(diào)本課程與其他課程的聯(lián)系
“電磁場”與“數(shù)學(xué)”的聯(lián)系。“電磁場”之所以難學(xué),很大程度上是因?yàn)閿?shù)學(xué)占了很大的比例。例如在講解矢量場的散度和旋度時(shí)，如果只講數(shù)學(xué)概念，學(xué)生會覺得很枯燥。若將這些數(shù)學(xué)概念有機(jī)地與物理模型相結(jié)合,例如在講解散度時(shí)提出散度是描述一個(gè)場中的實(shí)驗(yàn)電荷是否會受到源電荷對它的排斥或吸引作用，而旋度則是描述實(shí)驗(yàn)電荷是否會圍繞源進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動,深挖數(shù)學(xué)和“電磁場”概念之間內(nèi)在邏輯關(guān)系,使之從繁雜的數(shù)學(xué)公式中明確主要的物理概念。
“電磁場”與“電路”的聯(lián)系。“電磁場”是研究微觀電荷的作用。“電路”則強(qiáng)調(diào)路中電流、電壓,是一種宏觀的描述。雖然表現(xiàn)形式不同，實(shí)質(zhì)上相互補(bǔ)充相互聯(lián)系。例如在講解恒定電場中，從兩個(gè)基本方程可以推導(dǎo)出電路中的基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律。而時(shí)變場中的坡印廷定理,很好的解釋了電路中的能量傳輸問題。
(三)激發(fā)學(xué)生總結(jié)歸納的能力大學(xué)前的教育
學(xué)生習(xí)慣于被動的接收知識，這就導(dǎo)致學(xué)生缺乏總結(jié)歸納的能力，而這種總結(jié)歸納能力怡巧能體現(xiàn)學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況。而電磁場課程概念、公式多，如果學(xué)生能理解課程中的知識脈絡(luò)結(jié)構(gòu)和知識點(diǎn)之間的因果關(guān)系,對于后續(xù)概念的吸收以及公式的推導(dǎo)會起到有事半功倍的效果。在本課程的教學(xué)過程,應(yīng)該有意的激發(fā)大家的這種歸納總結(jié)的能力。例如，在第一堂課最后,對整個(gè)電磁場的理論用—個(gè)框架進(jìn)行描述,如圖1所示，圖中通過用直線和虛線代表時(shí)不變和時(shí)變，用箭頭表示相互之間的生成關(guān)系。在后續(xù)每章的教學(xué)過程中，為了加強(qiáng)有關(guān)知識點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，也可以充分利用框圖來表示知識之間的銜接關(guān)系，如圖2所示的第一章靜電場的框架圖，清晰的列出了本章知識點(diǎn)之間的銜接關(guān)系,體現(xiàn)了教學(xué)過程中從理論到工程實(shí)踐的過渡。由于場分析的相似性，在后續(xù)的幾章中鼓勵(lì)學(xué)生自己畫出類似的框圖,對所學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)進(jìn)行歸納整理。
四、結(jié)束語
本文以“電磁場”立體化教材為基礎(chǔ)，探討了“電磁場”理論與先修和后續(xù)課程的聯(lián)系。在具體的教學(xué)方法中，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生自己進(jìn)行知識總結(jié)，目的在于激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)性。但電磁場理論博大精深,我們還需不斷努力以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的艱巨任務(wù)。
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