电磁场与电磁波课程教学方法论文

　　摘要：电磁场与电磁波是一门难度较大的重要专业基础课。在教学过程中，可以根据学科特点，综合利用各种教学资源，充分调动学生学习兴趣，提高学生对知识的深入理解，以达到更好的教学效果。
　　关键词：电磁场与电磁波;教学方法;学习兴趣
　　根据光电信息科学与工程专业的培养要求，电磁场与电磁波[1-2]课程是该专业的基础必修课。该课程要求学生掌握电磁场的有关定理、定律、麦克斯韦方程等的物理意义及数学内涵，并用所学的知识理解电磁场与电磁波的相关规律，培养学生正确的思维方式和分析问题的能力，为后续课程打下坚实的理论基础。该课程课时少，任务重，概念抽象，数学推导繁琐，是一门难教、难学的课程。然而学生在浏览课本目录时往往觉得知识点很熟悉而掉以轻心，导致在学习的过程中出现看似简单却无从下手的窘境。该课程需要较好的高等数学及大学物理知识，又是后续课程如应用光学、光电信息物理基础、物理光学、激光原理与技术、光电子学、信息光学等课程的重要理论基础，是一门承上启下的关键课程。因此如何把握课堂教学，使学生在课堂上对知识体系建立深刻而又良好的印象，最大限度地激发学生的学习兴趣，培养学生的学习能力至关重要。本文从以下几方面着手以提高学生学习积极性。
　　一、对比已经学过的知识，掌握新内容的核心要点
　　电磁场与电磁波教学内容丰富而抽象，是大学物理部分电磁学内容的升华，并且使用高等数学工具多，方法灵活。学生在初学时往往停留在旧的认识处理水平而不能深入理解。因此在教学过程中需借鉴已经学过的知识，进行对比分析，找出异同，重点突破，才能提高效率。例如矢量分析部分，有的同学就误以为只是高中的向量运算和高数中的多重积分相关知识。教学时可以通过对比找出该课程中的新知识，温习旧知识，拓展新内容，重点深入理解剖析、加强物理内涵知识的练习。电磁场部分也是深入学习的重点，通过对比高中物理、大学物理和本课程中对同一定律研究手段的深入可以发现，从结合微积分手段到充分利用矢量分析，可以解决的问题更加丰富全面，要求也更高。学习中也可以对电场和磁场部分进行对比分析学习[3]，既能方便地记忆众多基本公式，又能体会科学理论中的对称美，激发学习兴趣。由于学生已有一定的大学物理基础，教师可以在讲授新知识时对比回顾已学内容，加深学生对相应知识的理解深度，也让学生明白该课程的学习要求。如在学习导体的静电感应现象、电介质的＂电极化过程、磁介质的磁极化过程中可以发现，对比学习可以帮助学生更好地理解各个过程进而对相应的类似公式有了深入理解，也就不易记错内容。学习中新旧知识相结合，温故知新，举一反三，既能降低学习入门难度，还可以明确课程核心内容，避免学生产生自己全会的错觉。此外还可以充分利用已经学习过的其他知识来深入理解探讨学习中的疑问。例如学生在大学物理中重点学习了动生电动势，然而在麦克斯韦方程的推导过程中却只考虑了感生电动势因素。如果学生的疑问得不到解惑可能会让他失去对科学严谨性的信任。然而关于麦克斯韦方程组的相对论变换内容不在该课程的教学大纲中，可以诱导学生利用学习过的狭义相对论知识进行探索，甚至可以尝试推导低速情况下的近似表达式，这样即使不能完全理解也能消除心中疑惑，又加深了对已学知识的认识，激发了对科学的兴趣。
　　二、综合运用各种多媒体、互联网资源，丰富教学手段
　　电磁场与电磁波内容抽象、公式繁多，通常我们运用多种现代多媒体资源组成的幻灯片进行教学，既可以使课堂形象生动又能节约时间提高教学效率。在教学中，我们发现多媒体资源在唤起学生的关注度方面，文字的不如图片的，黑白的不如彩色的，静态的不如动态的，无声的不如有声的，严肃的不如诙谐的。我们可以选用多种相关的软件绘制生动的演示文件，例如使用数学软件Matlab、Mathematica等绘制场的传播曲线，使用VB等软件编写可视化、可调的程序，可使诸如不同偏振与传播方向之间的特点等抽象的内容清晰明了。如今信息传播方便快捷的时代，想要课堂教学的精彩度超过学生手中手机游戏的吸引力，光靠教师一个人的力量是不够的，可以充分利用互联网上其他教师分享的教学课件等资源。网络上存在的一些有关知识的flash动画、gif动图等言简意赅、诙谐生动，可降低学生对该课程枯燥乏味的感受。强大便捷的移动互联网也可以加强师生互动，及时了解学生的学习情况。多数学生比较羞涩不敢积极回答课堂提问，可以鼓励学生在学习交流QQ群内匿名探讨学习，以便形成良好的学习交流气氛。还可积极鼓励学生对心中疑问进行及时网络搜索解疑，当形成良好的学习习惯后就会把手机作为可以解决疑问的工具，降低手机游戏的诱惑。学习中的疑问及时解答则提高学习兴趣，越积越多则产生厌学心理，网络化的及时沟通可以非常快速地解决这一难题。此外，教学过程中不能忽视传统板书现场书写的重要作用，尤其是教师熟练的公式推导过程不仅不会使学生对公式感到厌烦，还可深入地认识理清公式推导过程中的细节，加深对相应知识的理解。
　　三、紧密结合现实生活，与高科技接轨，调动学习兴趣
　　电磁场与电磁波课程与我们日常生活的诸多方面息息相关，众多高科技应用均涉及相关理论。讲课的时候，可以从现实生活的角度出发，挑选生活中、新闻里大家普遍关注的科技背景，以激发学生学习热情。例如在讲解导体对电磁波的反射问题时，可以结合日常生活中大家熟悉的手机信号屏蔽问题，通过演示或者布置任务的方式让学生体会在不同大小孔洞的金属罩下手机信号的屏蔽情况，进而引导学生根据所学知识进行思考，体会2G、4G模式下不同波长电磁波的传播特性。在学习菲涅耳公式时，浅析隐形轰炸机的原理，让学生感受知识的重要应用价值，也可引起军迷爱好者的共鸣。又如在讲解电磁场的能量这一抽象概念时，利用微波炉的生活常识可以降低对这一概念的陌生感;在学习电磁波全反射知识时，结合光纤的工作原理进行讨论，可达到学以致用的效果，并能体会使用相关仪器时的注意事项。总之，教学时要紧密结合现实生活，与热点科技应用接轨，培养学生好学、创新和解决实际问题的能力。
　　四、加强实际演示观摩学习，培养学生动手操作能力
　　在教学过程中，单纯的口述讲解不足以充分调动学生的学习热情。电磁场与电磁波课程也是理论分析与实验现象紧密结合的课程，实验现象的演示观摩有助于学生对相关理论的深刻理解。然而出于总体培养方案的要求，光电信息科学与工程专业侧重于光电信息方面课程的学习，没有足够的时间再开设与本课程直接相关的实验内容。虽然其他光电类实验都或多或少地使用到本课程的相关内容，但是课时有一定滞后，对本课程的提升有限。例如在学习电磁波波包概念时，虽然可以使用多媒体课件进行演示，但是学生总感觉是数学仿真，体会不够深刻。我们可以引用学生在大学物理实验课程中都学习过的示波器，在课堂上直接演示两个不同频率的交流信号经过示波器的叠加显示结果，这样通过使用熟悉的仪器展示波的叠加、波包的传播特性等概念，可使学生得到真实深刻的体会。在引入新知识时，还可以利用一些饶有乐趣的现象激发学生探索欲望。如在讲解电磁波的知识时，我们知道电磁波波段是很宽泛的，而我们日常生活中的220V交流电也是一种50Hz的低频电磁波，可以使用示波器调节同步触发信号来进行探索。操作中我们会发现该微弱信号在用人体充当天线功能后瞬间放大，这些有趣现象的直观感受将刺激学生的求知欲。在实验过程中可以尝试用不同的方法调试各种情况，将抽象的理论转化为切身感受，从而达到较好的教学效果。此外还可以利用所学的知识分析以前实验中未深入理解的部分。还是熟悉的示波器，在观测李萨茹图像时，好多同学好奇为什么图像经常处于动态变化状态。利用学习到的波的叠加知识可以知道，我们可以把两叠加波频率差与时间因子的乘积作为整体相位差的一部分，即总的相位差在慢变，那么李萨茹图像也会随之同步变化，变化越慢也就意味着二者频率越接近。课堂上选用一些学生熟悉的仪器演示一些小知识，虽然不能做到每个学生都亲自操作学习，但也能达到活学活用、印象深刻的效果，也可以鼓励感兴趣的学生提出自己的新认识或者对其他疑问进行操作验证，提高学习乐趣。
　　五、提高作业学习质量，从练习中巩固引申知识点
　　由于题海战术等不良方法的长期熏陶，很多学生对课本内容、课堂知识讲解的重视度不足，而将例题、作业题当作应付考试的法宝。这样主次颠倒的做法不利于学生对知识的真正掌握。我们可以做出主动改变，让讲义与习题融为一体来提高学生的重视度。课堂知识点的讲解、证明等过程可以设置调整为例题的形式，并暗示学生可能为考题，或者要求学生将知识点自设题目进行考察复习;而对于习题的选取可以采用具有明确物理内涵、带有一定知识结论的习题，在理解中思考探索与巩固知识，练习中获得新知识。例如在练习电磁场波动方程知识时，引入熟悉的纵波概念，可以在练习中加深对纵波不满足波动方程知识的理解。又如在计算电磁波群速度的习题中可明确告知所练习的表达式是诸如驻波、波导等实际情况，得出的结论也即收获的知识点。讲解习题时告诫学生考题可能会对练习题目进行变动而非原题，要求学生一定要熟读课本，理解知识，不能存在靠背答案过关的侥幸心理。此外，可以安排学生结合自己的爱好及所长查阅资料，对某一感兴趣的问题进行研究，拓展知识涵盖面，写出自己的思考与收获，作为平时考核成绩的一部分。课堂教学不仅是传授知识的主要方式，更是师生思想与情感的交流平台。只有秉持理论联系实际，学以致用的教学理念，循循善诱激发学生兴趣，才能让学生掌握相关基础理论、专业知识和基本技能，进而灵活应用现代信息技术，获得分析和解决复杂工程问题的能力。
　　参考文献：
　　[1]谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].北京：高等教育出版社，2006.
　　[2]郭辉萍，刘学观.电磁场与电磁波[M].西安：西安电子科技大学出版社，2016.
　　[3]郭业才.通信工程专业《电磁场与电磁波》教学实践[J].科技情报开发与经济，2006(6)：247-248.