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摘要：“电磁场与电磁波”是电子信息类专业和通信工程类专业一门重要的专业基础课，也是“微波技术”、“光纤通信”等后续课程的理论基础。根据“电磁场与电磁波”课程的特点，结合教学实践，就该课程的教学内容、教学方法等方面阐述了教学改革的思路，并对如何培养学生的综合能力进行了探索和实践。
关键词：电磁场；电磁波；教学改革；综合能力
作者简介：周庆华（1977-），男，湖南吉首人，长沙理工大学物理与电子科学学院，讲师。（湖南 长沙 410004）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0174-02
“电磁场与电磁波”课程是电子信息类专业和通信工程类专业一门重要的专业基础课。在大学物理电磁学的基础上，进一步阐述电磁场与电磁波的基本概念、理论和基本分析方法，运用上述原理和方法对工程实际中的电磁问题进行初步分析和计算，并为“微波技术”、“光纤通信”等后续的专业课程以及今后的工作奠定基础，在基础课与专业课之间起着承前启后的作用。该课程的内容在移动通信、微波通信、光纤通信、射频电路、电磁兼容、高速集成电路等相关领域有着广泛而深入的应用，同时它也是边缘科学、交叉科学（环境电磁学、生物电磁学等）的生长点。因此，该课程对电子类与通信类专业人才的培养至关重要。[1]
该课程的理论性较强，数学基础要求较高，物理概念抽象，难以理解，学生对这门课普遍感觉难学。因此，如何使课堂教学生动形象，激发学生的学习兴趣，培养学生的综合能力，是教师面临的重要问题。本文就这些问题进行了研究与探索。
一、教学内容体系的改革
1.夯实数学基础
“电磁场与电磁波”课程的数学基础要求高，涉及到矢量分析、微积分、微分方程等数学工具，方法灵活。学生虽然在大学一、二年级学习过高等数学等相关课程，但是到了三年级学习本课程时相应的数学知识已经比较生疏，无法达到学习本课程要求。从以往的教学经验来看，很多学生之所以在学习本课程时感到困难，就是因为数学基础不牢。因此在课程开始的时候必须强化学习一些必要的数学知识，尤其是散度、旋度、梯度等矢量场分析的内容以及微分方程求解方面的知识，并注意将这些数学知识和本课程中的物理概念联系起来，为本课程的学习打下扎实的基础。
2.整合电磁场教学内容
电磁场部分教学的传统顺序是：静电场、恒定电场、恒定磁场、时变电磁场，从特殊场到一般电磁场。[2]这样的体系比较容易接受，但是与大学物理电磁学重复较多，学生易厌烦，花费学时也比较多，必将挤压电磁波部分的学时。
因此在本课程的教学中，可以合理整合教学内容，从亥姆霍兹定理出发，将电磁场的散度和旋度作为核心问题，在大学物理电磁学的基础上，逐一分析静态电磁场和时变电磁场的散度和旋度方程，以此引入麦克斯韦方程。然后利用麦克斯韦方程分析时变电磁场的基本规律，并最终把静态场归结为时变场的一种特殊形式。这样的内容体系，既充分利用了学生已有的电磁学基础，节省了学时，又可以深化对亥姆霍兹定理、麦克斯韦方程的认识，有利于学生高屋建瓴的掌握电磁场的一般规律。
3.更新教学内容，激发学生兴趣
“电磁场与电磁波”课程虽然理论性很强，但是也具有明确的工程应用背景。[3]在教学中可以将基础理论和应用背景结合起来，把电磁场理论的应用实例引入教学，充实工程应用实例，这样既可以使学生接触到工程电磁学的最新发展，又可以激发学生学习基础理论的兴趣。
例如在学习电磁波在介质中传播时，可以介绍煤矿井上下无线通信，以及潜艇无线通信的方式。学习电磁波极化时，可以讨论中波天线、电视接收天线、卫星天线各自的形状与极化方式之间的关系。学习趋肤效应时，可以介绍它在微波炉屏蔽、金属表面淬火中的应用等。
二、教学方法的改革
1.多媒体课件与传统教学方法相结合
“电磁场与电磁波”课程中很多内容比较抽象，例如同轴电缆中的电场强度E和磁场强度H分布、驻波和行波等内容，用传统的黑板板书和语言描述的方式很难将它们表述清楚。如果利用多媒体课件，就可以采用图像、动画的方式把这些内容生动、形象、直观地演示出来，这样可以增强学生的学习兴趣，加深学生对这些内容的理解。
但是在使用多媒体教学时，教师应该避免坐在讲台上盯着电脑屏幕“照本宣科”，缺乏与学生的交流。而是应该将多媒体课件与传统教学手段相结合，适度的使用多媒体手段。尤其是在本课程的理论推导部分，如果完全采用多媒体课件，将推导过程直接在屏幕上打出来，学生以旁观者的角度把整个过程看一遍，往往对教学内容印象不深，课上似乎能看懂，课下很快就忘了。因此可以保留传统黑板板书教学的方式，虽然速度较慢，但是加强了与学生之间的交流互动，增强了学生的参与意识，发挥了学生学习的主动性，这样才能取得较好的教学效果。
2.营造网络化的自主学习环境
“电磁场与电磁波”是一门理论性很强的课程，在教学过程中缺少与学生个别交流的机会，辅导答疑时间有限，难以照顾学生的个体差异，无法满足学生的个别需求。另外，学生在进行预习、复习这些自主学习环节时，由于缺乏参考资料，通常只能把教材和少数几本参考书作为知识的唯一来源。这对激发学生的学习兴趣，提高学习主动性十分不利。[4]
随着现代信息技术的发展，教学模式及学习方式也应该随之改变。可以在校园网环境下建立教学辅导网站，将本课程的教学大纲、教案、习题、参考资料和多媒体课件放在网上，由于网络教学资源具有信息容量大、资料更新快、生动形象的优点，有利于学生开展自主学习，提高学习的主动性。
三、学生综合能力的培养
教学的目的不仅仅是向学生传授知识，更重要的是通过教学培养和发展学生的综合能力。在以往的教学中，往往对学生的解题能力和应试能力比较重视，却忽视对学生综合能力的培养。“电磁场与电磁波”课程对学生综合能力的培养可以从以下几个方面入手。
1.培养学生的科学思维
“电磁场与电磁波”的理论推导过程中，重要的并不是让学生记住整个推导过程，而是让学生学会蕴含在其中的分析问题、解决问题的科学方法。通过对科学方法的介绍，培养学生的科学思维。这一点对于提高学生综合能力至关重要。
2.培养工程意识，提高计算机应用能力
在学习基本理论、基本方法的时候，可以引入相关的工程应用实例和应用性的习题，培养学生运用理论解决实际问题的能力和初步的工程意识。
在本课程以往的教学中，比较注重解析解法的技巧。但是这些方法具有一定的局限性，一般的工程问题常无法用解析法来求解。例如静态场边值问题，如果遇到复杂场源、不规则边界，就无法用解析法来求解；在分析非均匀介质波导、非均匀传输线时解析法也无能为力。这就给学生解决实际工程问题带来了很大的障碍。因此很有必要在课程教学中介绍一些电磁场与电磁波的数值计算方法，例如有限差分法、有限元法等，并且布置一些数值计算的习题要求学生用C语言或MATLAB等进行编程计算。另外，还可以向学生介绍一些利用MATLAB工具箱或者专业软件（例如Ansoft Ensemble、Ansoft HFSS）进行电磁场与电磁波仿真的方法，提高学生应用计算机解决实际问题的能力。
3.改进考核手段，真实反映综合能力
本课程的考核目前是以期末闭卷考试成绩和平时作业成绩为主，进行综合评分，这样的考核方式往往难以全面反映学生的综合能力。容易形成学生在考试前死记硬背公式例题，考试结束后又很快忘掉的怪圈。为了避免出现这种情况，应该从以下两方面着手对考核手段进行改进。
首先，考核方式应当更灵活，学生可以在老师的指导下，根据自己的能力和課程的要求，对“电磁场与电磁波”中一些自己感兴趣的领域开展专题研究性的学习。学生可以自行查阅资料，独立思考或进行小组讨论，完成小论文。最后根据学生在研究性学习过程中的态度，研究能力以及研究成果的获得情况进行评分，并计入期末的综合评分。如此更能反映个人的综合能力。
其次，在期末考试命题方面，应该建设一个高水平的试题库，试题重点突出，题型多样化，避免出偏题、怪题。为了使学生在复习备考时能集中精力加深对教学内容的理解，而不是把主要精力用在死记硬背上，可以把考试中用到的一些较复杂公式在试卷上列出，这样的命题方式才能有效地考查学生的综合能力。
参考文献：
[1]丁兰,卢建隆.精品课程建设与电磁场与电磁波教学改革[J].内蒙古师范大学学报(教育科学版),2006,19(7):119-121．
[2]谢处方.电磁场与电磁波(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[3]晁立冬.面向新世纪电磁场课程教学改革[J].电气电子教学学报,
2000,(3):18-19．
[4]贡福海,王莉.试论高校精品课程建设[J].黑龙江高教研究,2004,117
(1):126-128．
（责任责任：麻剑飞）
关键词：电磁场；电磁波；教学改革；综合能力
作者简介：周庆华（1977-），男，湖南吉首人，长沙理工大学物理与电子科学学院，讲师。（湖南 长沙 410004）
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）30-0174-02
“电磁场与电磁波”课程是电子信息类专业和通信工程类专业一门重要的专业基础课。在大学物理电磁学的基础上，进一步阐述电磁场与电磁波的基本概念、理论和基本分析方法，运用上述原理和方法对工程实际中的电磁问题进行初步分析和计算，并为“微波技术”、“光纤通信”等后续的专业课程以及今后的工作奠定基础，在基础课与专业课之间起着承前启后的作用。该课程的内容在移动通信、微波通信、光纤通信、射频电路、电磁兼容、高速集成电路等相关领域有着广泛而深入的应用，同时它也是边缘科学、交叉科学（环境电磁学、生物电磁学等）的生长点。因此，该课程对电子类与通信类专业人才的培养至关重要。[1]
该课程的理论性较强，数学基础要求较高，物理概念抽象，难以理解，学生对这门课普遍感觉难学。因此，如何使课堂教学生动形象，激发学生的学习兴趣，培养学生的综合能力，是教师面临的重要问题。本文就这些问题进行了研究与探索。
一、教学内容体系的改革
1.夯实数学基础
“电磁场与电磁波”课程的数学基础要求高，涉及到矢量分析、微积分、微分方程等数学工具，方法灵活。学生虽然在大学一、二年级学习过高等数学等相关课程，但是到了三年级学习本课程时相应的数学知识已经比较生疏，无法达到学习本课程要求。从以往的教学经验来看，很多学生之所以在学习本课程时感到困难，就是因为数学基础不牢。因此在课程开始的时候必须强化学习一些必要的数学知识，尤其是散度、旋度、梯度等矢量场分析的内容以及微分方程求解方面的知识，并注意将这些数学知识和本课程中的物理概念联系起来，为本课程的学习打下扎实的基础。
2.整合电磁场教学内容
电磁场部分教学的传统顺序是：静电场、恒定电场、恒定磁场、时变电磁场，从特殊场到一般电磁场。[2]这样的体系比较容易接受，但是与大学物理电磁学重复较多，学生易厌烦，花费学时也比较多，必将挤压电磁波部分的学时。
因此在本课程的教学中，可以合理整合教学内容，从亥姆霍兹定理出发，将电磁场的散度和旋度作为核心问题，在大学物理电磁学的基础上，逐一分析静态电磁场和时变电磁场的散度和旋度方程，以此引入麦克斯韦方程。然后利用麦克斯韦方程分析时变电磁场的基本规律，并最终把静态场归结为时变场的一种特殊形式。这样的内容体系，既充分利用了学生已有的电磁学基础，节省了学时，又可以深化对亥姆霍兹定理、麦克斯韦方程的认识，有利于学生高屋建瓴的掌握电磁场的一般规律。
3.更新教学内容，激发学生兴趣
“电磁场与电磁波”课程虽然理论性很强，但是也具有明确的工程应用背景。[3]在教学中可以将基础理论和应用背景结合起来，把电磁场理论的应用实例引入教学，充实工程应用实例，这样既可以使学生接触到工程电磁学的最新发展，又可以激发学生学习基础理论的兴趣。
例如在学习电磁波在介质中传播时，可以介绍煤矿井上下无线通信，以及潜艇无线通信的方式。学习电磁波极化时，可以讨论中波天线、电视接收天线、卫星天线各自的形状与极化方式之间的关系。学习趋肤效应时，可以介绍它在微波炉屏蔽、金属表面淬火中的应用等。
二、教学方法的改革
1.多媒体课件与传统教学方法相结合
“电磁场与电磁波”课程中很多内容比较抽象，例如同轴电缆中的电场强度E和磁场强度H分布、驻波和行波等内容，用传统的黑板板书和语言描述的方式很难将它们表述清楚。如果利用多媒体课件，就可以采用图像、动画的方式把这些内容生动、形象、直观地演示出来，这样可以增强学生的学习兴趣，加深学生对这些内容的理解。
但是在使用多媒体教学时，教师应该避免坐在讲台上盯着电脑屏幕“照本宣科”，缺乏与学生的交流。而是应该将多媒体课件与传统教学手段相结合，适度的使用多媒体手段。尤其是在本课程的理论推导部分，如果完全采用多媒体课件，将推导过程直接在屏幕上打出来，学生以旁观者的角度把整个过程看一遍，往往对教学内容印象不深，课上似乎能看懂，课下很快就忘了。因此可以保留传统黑板板书教学的方式，虽然速度较慢，但是加强了与学生之间的交流互动，增强了学生的参与意识，发挥了学生学习的主动性，这样才能取得较好的教学效果。
2.营造网络化的自主学习环境
“电磁场与电磁波”是一门理论性很强的课程，在教学过程中缺少与学生个别交流的机会，辅导答疑时间有限，难以照顾学生的个体差异，无法满足学生的个别需求。另外，学生在进行预习、复习这些自主学习环节时，由于缺乏参考资料，通常只能把教材和少数几本参考书作为知识的唯一来源。这对激发学生的学习兴趣，提高学习主动性十分不利。[4]
随着现代信息技术的发展，教学模式及学习方式也应该随之改变。可以在校园网环境下建立教学辅导网站，将本课程的教学大纲、教案、习题、参考资料和多媒体课件放在网上，由于网络教学资源具有信息容量大、资料更新快、生动形象的优点，有利于学生开展自主学习，提高学习的主动性。
三、学生综合能力的培养
教学的目的不仅仅是向学生传授知识，更重要的是通过教学培养和发展学生的综合能力。在以往的教学中，往往对学生的解题能力和应试能力比较重视，却忽视对学生综合能力的培养。“电磁场与电磁波”课程对学生综合能力的培养可以从以下几个方面入手。
1.培养学生的科学思维
“电磁场与电磁波”的理论推导过程中，重要的并不是让学生记住整个推导过程，而是让学生学会蕴含在其中的分析问题、解决问题的科学方法。通过对科学方法的介绍，培养学生的科学思维。这一点对于提高学生综合能力至关重要。
2.培养工程意识，提高计算机应用能力
在学习基本理论、基本方法的时候，可以引入相关的工程应用实例和应用性的习题，培养学生运用理论解决实际问题的能力和初步的工程意识。
在本课程以往的教学中，比较注重解析解法的技巧。但是这些方法具有一定的局限性，一般的工程问题常无法用解析法来求解。例如静态场边值问题，如果遇到复杂场源、不规则边界，就无法用解析法来求解；在分析非均匀介质波导、非均匀传输线时解析法也无能为力。这就给学生解决实际工程问题带来了很大的障碍。因此很有必要在课程教学中介绍一些电磁场与电磁波的数值计算方法，例如有限差分法、有限元法等，并且布置一些数值计算的习题要求学生用C语言或MATLAB等进行编程计算。另外，还可以向学生介绍一些利用MATLAB工具箱或者专业软件（例如Ansoft Ensemble、Ansoft HFSS）进行电磁场与电磁波仿真的方法，提高学生应用计算机解决实际问题的能力。
3.改进考核手段，真实反映综合能力
本课程的考核目前是以期末闭卷考试成绩和平时作业成绩为主，进行综合评分，这样的考核方式往往难以全面反映学生的综合能力。容易形成学生在考试前死记硬背公式例题，考试结束后又很快忘掉的怪圈。为了避免出现这种情况，应该从以下两方面着手对考核手段进行改进。
首先，考核方式应当更灵活，学生可以在老师的指导下，根据自己的能力和課程的要求，对“电磁场与电磁波”中一些自己感兴趣的领域开展专题研究性的学习。学生可以自行查阅资料，独立思考或进行小组讨论，完成小论文。最后根据学生在研究性学习过程中的态度，研究能力以及研究成果的获得情况进行评分，并计入期末的综合评分。如此更能反映个人的综合能力。
其次，在期末考试命题方面，应该建设一个高水平的试题库，试题重点突出，题型多样化，避免出偏题、怪题。为了使学生在复习备考时能集中精力加深对教学内容的理解，而不是把主要精力用在死记硬背上，可以把考试中用到的一些较复杂公式在试卷上列出，这样的命题方式才能有效地考查学生的综合能力。
参考文献：
[1]丁兰,卢建隆.精品课程建设与电磁场与电磁波教学改革[J].内蒙古师范大学学报(教育科学版),2006,19(7):119-121．
[2]谢处方.电磁场与电磁波(第4版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
[3]晁立冬.面向新世纪电磁场课程教学改革[J].电气电子教学学报,
2000,(3):18-19．
[4]贡福海,王莉.试论高校精品课程建设[J].黑龙江高教研究,2004,117
(1):126-128．
（责任责任：麻剑飞）