論電磁場(chǎng)教學(xué)方法論文
一、引言
“電磁場(chǎng)”是電子/通信/電氣工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修專(zhuān)業(yè)基礎課程。設置本課程的目的是讓學(xué)生從整體上掌握電磁場(chǎng)的基本理論和基本分析方法，了解電磁場(chǎng)的理論在電氣信息類(lèi)的應用，是通往后續專(zhuān)業(yè)課的橋梁,也是電類(lèi)學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng )新的理論基石。但“電磁場(chǎng)”課程理論強、公式多,要求學(xué)生具有較強的空間想象力、抽象思維能力和邏輯推理能力，歷來(lái)被電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生認為是“天書(shū)”,導致還未開(kāi)課就已經(jīng)產(chǎn)生了懼怕情緒。近年來(lái),我國高校綜合素質(zhì)教育要求的不斷提高，專(zhuān)業(yè)基礎課程普遍存在學(xué)時(shí)壓縮的情況，隨之出現了“電磁場(chǎng)”教學(xué)內容多而課時(shí)數少的矛盾。對教師來(lái)講，如何在短學(xué)時(shí)里使教學(xué)內容要點(diǎn)清晰、能突出復雜工程問(wèn)題中的理論基礎,如何在短學(xué)時(shí)內的理論教學(xué)過(guò)程中，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習和動(dòng)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(guò)程中，“電磁場(chǎng)”課程組在研讀經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論方面的教材《電磁場(chǎng)與電磁波》(謝處方/饒克謹著(zhù))B]、《工程電磁場(chǎng)導論》(馮慈璋/馬西奎著(zhù))H、《工程電磁場(chǎng)(英文職》(HaytW.H著(zhù)0的基礎上，充分結合本校電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn),對“電磁場(chǎng)”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(chǎng)(第—頗,2007》。隨后,又出版了《工程電磁場(chǎng)(第二頗,2011》3],此教材以充分結合工程應用為主，教材結構安排和知識點(diǎn)闡述清晰簡(jiǎn)潔便于學(xué)生自學(xué),教材中重點(diǎn)內容設置完整，與授課學(xué)時(shí)匹配。隨后課程組提供了的《工程電磁場(chǎng)》立體化教材，包括光盤(pán)、課程網(wǎng)站等,列出每節課的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)并根據教學(xué)內容設計相應的教學(xué)方法，提供教學(xué)大綱及授課教案、指導教材及電子課件、疑難解答、主講教師的授課錄像等。近兩年，在立體化教材基礎上，著(zhù)重進(jìn)行“電磁場(chǎng)”資料庫的建設，包括電磁場(chǎng)的發(fā)展歷史、對電磁學(xué)發(fā)展有突出貢獻的人物傳記(例如：《麥克斯韋：改變一切的人》、法拉第(科學(xué)家傳記)等、當前的電磁學(xué)的研究熱點(diǎn)期刊/著(zhù)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(xiàn)圈等)，擬建成一個(gè)以學(xué)生為中心,豐富多彩的教學(xué)資源為基礎的開(kāi)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M中提到“每門(mén)功課都應該這樣開(kāi)始。使它能引起學(xué)生的真正愛(ài)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(chǎng)”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)習興趣為目的開(kāi)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,讓學(xué)生切身感受到電磁場(chǎng)理論在生活中的無(wú)處不在。拿出初高中乃至小學(xué)就涉及到的簡(jiǎn)單的電磁學(xué)實(shí)驗,讓大家各抒己見(jiàn)談?wù)剬﹄姶艑W(xué)的認識以及對生活中的其他電磁現象進(jìn)行舉例,讓學(xué)生對這門(mén)課感到熟悉。
提出問(wèn)題，讓學(xué)生總結一些這些基本的實(shí)驗與之前生活中的各種應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用卻具有相同的本質(zhì)?給出解釋,現象與理論之間是靠建立物理模型建立起聯(lián)系。而如何將這些應用轉變?yōu)槲锢砟Ｐ捅闶潜菊n程的主要研究的內容。隨后引出學(xué)習電磁場(chǎng)理論所需要的數學(xué)基礎(場(chǎng)論，適量分析)以及學(xué)習方法(類(lèi)比法,舉例法等),最后列出本課程的總體框架圖(場(chǎng)和源的關(guān)系，時(shí)變與時(shí)不變的聯(lián)系)。
(二)強調本課程與其他課程的聯(lián)系
“電磁場(chǎng)”與“數學(xué)”的聯(lián)系�！半姶艌�(chǎng)”之所以難學(xué),很大程度上是因為數學(xué)占了很大的比例。例如在講解矢量場(chǎng)的散度和旋度時(shí)，如果只講數學(xué)概念，學(xué)生會(huì )覺(jué)得很枯燥。若將這些數學(xué)概念有機地與物理模型相結合,例如在講解散度時(shí)提出散度是描述一個(gè)場(chǎng)中的實(shí)驗電荷是否會(huì )受到源電荷對它的排斥或吸引作用，而旋度則是描述實(shí)驗電荷是否會(huì )圍繞源進(jìn)行的旋轉運動(dòng),深挖數學(xué)和“電磁場(chǎng)”概念之間內在邏輯關(guān)系,使之從繁雜的數學(xué)公式中明確主要的物理概念。
“電磁場(chǎng)”與“電路”的聯(lián)系�！半姶艌�(chǎng)”是研究微觀(guān)電荷的作用�！半娐贰眲t強調路中電流、電壓,是一種宏觀(guān)的描述。雖然表現形式不同，實(shí)質(zhì)上相互補充相互聯(lián)系。例如在講解恒定電場(chǎng)中，從兩個(gè)基本方程可以推導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(chǎng)中的坡印廷定理,很好的解釋了電路中的能量傳輸問(wèn)題。
(三)激發(fā)學(xué)生總結歸納的能力大學(xué)前的教育
學(xué)生習慣于被動(dòng)的接收知識，這就導致學(xué)生缺乏總結歸納的能力，而這種總結歸納能力怡巧能體現學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握情況。而電磁場(chǎng)課程概念、公式多，如果學(xué)生能理解課程中的知識脈絡(luò )結構和知識點(diǎn)之間的因果關(guān)系,對于后續概念的吸收以及公式的推導會(huì )起到有事半功倍的效果。在本課程的教學(xué)過(guò)程,應該有意的激發(fā)大家的這種歸納總結的能力。例如，在第一堂課最后,對整個(gè)電磁場(chǎng)的理論用—個(gè)框架進(jìn)行描述,如圖1所示，圖中通過(guò)用直線(xiàn)和虛線(xiàn)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。在后續每章的教學(xué)過(guò)程中，為了加強有關(guān)知識點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，也可以充分利用框圖來(lái)表示知識之間的銜接關(guān)系，如圖2所示的第一章靜電場(chǎng)的框架圖，清晰的列出了本章知識點(diǎn)之間的銜接關(guān)系,體現了教學(xué)過(guò)程中從理論到工程實(shí)踐的過(guò)渡。由于場(chǎng)分析的相似性，在后續的幾章中鼓勵學(xué)生自己畫(huà)出類(lèi)似的框圖,對所學(xué)習的知識點(diǎn)進(jìn)行歸納整理。
四、結束語(yǔ)
本文以“電磁場(chǎng)”立體化教材為基礎，探討了“電磁場(chǎng)”理論與先修和后續課程的聯(lián)系。在具體的教學(xué)方法中，引導和鼓勵學(xué)生自己進(jìn)行知識總結，目的在于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習性。但電磁場(chǎng)理論博大精深,我們還需不斷努力以實(shí)現培養創(chuàng )新人才的艱巨任務(wù)。
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