提高“工程电磁场”课程教学效果的方法研究

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摘要：“工程电磁场”是高校电气工程专业一门重要的专业基础课程。在学习其他高校教学理论的基础上，结合“工程电磁场”课堂教学的实践经验和体会，针对“工程电磁场”课程的理论性强、抽象、数学推导较多等特点，研究传统课堂教学的方法。以实际讲例为导向进行分析讲授，从而激发学生的学习兴趣，提高课堂教学的教学效果，并且为了“工程电磁场”课程后期的进一步发展。

关键词：工程电磁场；课程；特点；教学

作者简介：熊炜（1980-），男，湖北宜昌人，三峡大学电气与新能源学院，讲师；粟世玮（1979-），女，湖北宜昌人，三峡大学电气与新能源学院，讲师。（湖北 宜昌 443002）

中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0042-01

“工程电磁场”课程是高校电气工程专业的一门基础专业课程，很多高校都是作为必修课之一。这门课程对于学生来说，无论是其他后续专业课程的学习，如“电机学”、“电机控制”、“电力系统分析”、“电力系统继电保护”、“直流调速控制系统”等，还是毕业后的深造和工作都十分重要，为他们将来从事工程设计、设备安装及维修、系统调试等方面的工作打下坚实的基础。因此，“工程电磁场”课程在电气工程及其自动化专业教学中具有举足轻重的作用。高校和讲授这门课程的教师都十分重视这门课程的教学效果，许多教师都针对“工程电磁场”这门课程的改革和教学方法做了许多研究，通过教学方法的研究提高教学效果，[1]通过仿真工具建立实验辅助学生理解，[2，3]还有从教学内容上入手探讨课程的教学。[4]本文针对“工程电磁场”这门课程内容上的特点，结合实际应用探讨在教学中如何提高学生的兴趣，从而提高教学效果的方法。

一、“工程电磁场”课程绪论的作用

由于“工程电磁场”课程特点，学生上课的效果很不好，对知识点的理解不深，对课程内容缺乏兴趣，进而导致课堂练习和课后练习抄袭现象严重，造成历届学生在这门课程的一次通过率并不高。每一届学生在这门课程开始之前，就已经在往届学生那里听说这门课程有多么难，有多少人没有通过等等，于是就有了畏难情绪。通过绪论的介绍，以轻松的聊天形式，让学生了解这门课程的特点，知道如何学好这门课程，从而激起学生的学习兴趣。

绪论课的重要作用是开拓学生相关知识的视野。与学生聊生活中的一些应用实例，如电磁波的传播、通讯、电磁屏蔽等等，让学生像听故事一样了解电磁场相关知识。讲好绪论课要求教师既要熟悉掌握教学的内容，又要阅读有关杂志、文献，了解最新的发展动态，收集大量资料。此外教师要善于表达，发挥讲授艺术充实学生内心世界，才能激发学生学习热情，对工程电磁场的学习产生求知欲。

另外，教师以聊天的形式和学生交流往届学生学这门课程的一些趣事，打消学生学习的顾虑，培养与学生之间的感情，让学生对授课教师的习惯有一定了解，对于后面授课时的交流有很大帮助。

二、课程抽象性与多媒体、仿真工具的应用

学生学习“工程电磁场”难的一个主要原因就是抽象。工程学科的很多课程是有实物对照的，如电机、变压器，学生在实习和实践环节中都能够有实物观看。但是电磁场是看不见摸不着的，只能让学生想象点电荷周围的电场是怎么样，通电直导线周围磁场是怎么样的。

在课堂上演示相关问题仿真结果成为了提高教学效果的一种重要方法。那么，一方面可以通过多媒体辅助教学的大量图片和视频，使抽象场形象化、可视化。在课堂以图形展示的形式解释“工程电磁场”课程中的一些基本概念，让学生从视觉上感受场的存在。如图1，为单根直导线周围磁场情况，学生就能很清晰形象地了解导线周围磁场的分布。另一方面，利用MATLAB、ANSYS等仿真软件做出实际效果图，让学生自己动手，更为清晰地了解相关概念。可在期中布置一次大作业，实践显示大部分学生通过作业亲自编程对概念有了较深入的理解。当然问题是如何增强辅导力度以提高学生仿真作业质量，避免抄袭现象，使学生真正掌握MATLAB和 ANASYS 两种软件，为将来的专业课学习和工程实践奠定基础。

三、课程理论性强、数学性强与教学重点的选择

“工程电磁场”课程安排在“高等数学”和“电路”等基础课程之后学习。课程对数学基础要求比较高，理论性强，讲解时比较抽象，没有实物观看，包含内容也比较广泛。教材一般包含几大部分内容：一部分是场的基本原理，包含静电场、恒定电场、恒定磁场、时变场；一部分是一些分析计算方法，包含镜像法等等；还有一部分是电磁波、工程方面等相关内容。其中数学性比较强的，基本上贯穿整门课程的都是梯度、散度、旋度，以及线积分、面积分、体积分，所以学生把教材粗略一翻，一般都会觉得很难。

那么在课程讲解的时候，分清主次，分清重点。在“工程电磁场”中，这门课程主要是需要学生了解相关基本原理，并且着重于基本原理的应用，所以在授课中，可以不需要介绍太多的数学推导，让学生知道能够用，怎么用才是重点。

例如讲解静电场的基本原理时，重点当然是高斯通量定理，见公式（1）。高斯通量定理是在静电场中计算电场强度的主要手段，公式左边是电场强度的闭合曲面面积分，右边是电荷与介电常数的比值。由于高斯通量定理的重要性，教材一般都花了大量篇幅对其进行了推导，但是通过几届学生的教学来看，效果并不好。那么这部分推导可以让有兴趣的学生自己看，不懂再问。教师可以重点讲授如何用这个定理解决问题，一方面解释清楚等式左边原则上闭合面可以做任意曲面，但是为了让电场强度的方向与面的方向一致，为了计算简便，从经验上看，一般做球面。另一方面等式右边是闭合面包围住的电荷量。从这两个方面和学生详细地解释清楚，学生理解了，就能够用定理去计算去解决问题了。还可以告诉学生，虽然定理表面上是计算曲面积分，但就目前学习基本原理的层次来说，只要面做得合适，很多情况无须计算积分，实际上演变成简单的乘除计算了。这样学生就会感觉，书本看起来难，学起来其实不难。

四、结合相关课程和实例分析提高教学效果

“工程电磁场”作为与“电路”同等地位的两门专业基础课之一，二者有相同之处，也有不同之处。电路趋向于集总电路，趋向于理想化，但是“工程电磁场”趋向于分布参数电路。对于三种基本电路元件、电阻、电容、电感也从电磁场方面做了计算，并且对于“电路”中的基尔霍夫电流定律从另一方面做出了解释，即电流连续性定理，见公式（2）。由于电流密度散度为零，即电流连续，那么流入电流等于流出电流。

（2）

“工程电磁场”与“高电压技术”在极化和接地电阻这部分内容交叉比较多。例如在分析静电场中的电介质情况来说明极化电荷时，可以结合“高电压技术”中的转向极化这部分内容来给学生讲授。在接地电阻的计算中，可以结合“高电压技术”中接地电阻存在的意义和工程现场实际中的考虑向学生介绍，这样可以开拓学生视野，提高学生学习的系统性。

五、结束语

“工程电磁场”课程一直是学生认为难学、难懂、难通过的一门电气专业基础课程。教师必须通过教学方法、教学手段的研究和改革来提高学生的学习兴趣，让学生更加容易理解。通过多媒体、仿真工具辅助教学，结合实际工程应用和相关课程的交叉激发学生的学习热情，并且在教学中注意主次分明，重点突出，让学生能够更好地理解书本，便于以后能够更好更快地应用于工作之中。

参考文献：

[1]吴明赞.“工程电磁场”课程研究式教学的实践[J].电气电子教学学报，2008，30（4）：65-66.

[2]卢斌先.“工程电磁场”课程教学方法探讨[J].电气电子教学学报，2012，34（3）：96-98.

[3]黄辉，.ANSYS在“工程电磁场”教学中的应用[J].电气电子教学学报，2005，27（4）：88-91，

[4]倪有源，鲍晓华，张学.“工程电磁场”课程教学改革研究[J].中国电力教育，2011，（7）：73-74.