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摘要：“工程电磁场”课程是电气工程及其自动化专业的重要专业基础课程。随着科学的发展和时代的要求，该课程迫切需要进行教学改革。本文在教学内容、教学方法等方面进行改革、探索与研究，提出开设综合性实验和设计性实验等实验课程。“工程电磁场”课程的教学改革不仅能够提高教师教学水平，而且能够培养和提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。
关键词：工程电磁场；教学方法；综合性实验；设计性实验
作者简介：倪有源（1976-），男，安徽合肥人，合肥工业大学电气与自动化工程学院，讲师；鲍晓华（1972-），男，湖北麻城人，合肥工业大学电气与自动化工程学院，副教授。（安徽 合肥 230009）
基金项目：本文系合肥工业大学电气与自动化工程学院教研项目（项目编号：0906）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）07-0073-02
“工程电磁场”课程是电气工程及其自动化专业的重要专业基础课程，安排在“高等数学”、“物理学”和“电路”等基础课程之后学习。该课程涉及的是实际工程电磁场问题，系统地阐述静电场、恒定电场、恒定磁场以及时变场等内容。通过该课程的学习，不仅为学生进一步学习专业课程如“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”等后续课程做好准备，而且也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。
但是，“工程电磁场”理论性强、抽象概念非常多，涉及的基础理论和知识面很广，涉及电、磁、热、力、运动等综合知识，教师感到难教，学生感到难理解、难掌握，甚至厌学。因此需要对以前传统的教学方式进行改革，需要精选教学内容，创新教学方法，激发学生的学习兴趣，以适应教学改革的整体要求。
实验教学在理工科学生培养方面具有非常重要的作用。以教学质量为主线，以培养创新人才和提高实践能力为目的，学生通过实验环节，能够理解和巩固理论知识，达到具体的研究目标，提高实践能力和综合素质。开设“工程电磁场”实验课程，将会使学生理论联系实际，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。因此，“工程电磁场”课程教学改革的研究具有重要的作用和意义。
一、教学内容改革的研究
1.“工程电磁场”教学大纲的修订
电磁场问题的求解需要对物理现象有深刻的理解以及具有较强的抽象思维能力；同时，还必须熟练掌握数学工具和一定的数学技巧。矢量分析是重要的数学工具之一，在现行的高等数学教学大纲中已有删节，不属于教学内容范围。但是在“工程电磁场”教学内容中涉及的梯度、散度、旋度、通量、环量等很多内容实际上都属于矢量分析的范畴，因此应该首先补充矢量分析这部分基础内容。
“工程电磁场”课程包括静电场、恒定电场、恒定磁场、时变场、边值问题等章节内容。对这些具体内容的选择应该遵循“少而精”的原则，注重基本概念、基本原理和基本规律。目前绝大多数教材都只强调经典的理论知识，缺乏有应用背景和紧密跟踪最新前沿发展的内容。学习该课程的最终目的是为能够解决实际工程问题奠定基础。因此，该课程教学内容还应该包括工程应用专题。工程应用专题应该反映当今工程电磁场领域新的科研成果和发展方向，比如磁悬浮列车、移动通信、飞机雷电电磁防护等具体工程应用。这样有利于激发学生的学习兴趣，引导学生对工程实际进行探索。
2.“工程电磁场”实验大纲的制定
目前绝大部分高校并没有开设“工程电磁场”实验课程，相应地也就没有该课程的实验大纲。开设“工程电磁场”实验将有助于加深学生对理论知识的认识与理解。开设实验也应该遵循“少而精”的原则。以建设面向电气工程及其自动化专业课程的完整实验教学体系为目的，编写工程电磁场实验大纲。实验大纲中综合性实验和设计性实验突出系统性，以实践性和实用性为特色，具有资源性、交互性和个性化等特色。形成以学生为主体、教师为主导，分层次、模块化，实践教学与理论教学有机结合的科学体系，既加强专业理论基础，又重视知识应用，开创“多元化”的实验教学模式，开拓思维、培养能力、注重创新、提高素质。
开设预备性实验、综合性实验以及设计性实验的多层次实验，其中综合性实验（两个，共4学时）为必修实验，设计性实验（一个，2学时）为选修实验。
两个综合性实验分别是分片均匀导电媒质内恒定电场测定和两线圈间互感的测定。一个设计性实验并不限定题目和具体内容，由学生自行设计实验方案，方案得到教师认可后，自己完成电磁场设计实验。
二、教学方法改革的研究
1.采用启发、引导、探讨式的教学方法
在授课过程中，要避免“满堂灌、填鸭式”教学，打破传统的“老师讲、学生听”的被动教学模式，以学生为主体，围绕教学内容，灵活运用讨论法以及质疑等，进行启发式教学。注意激发学生探索求知的欲望，提高其学习兴趣，指导学生在发现问题、提出问题、分析问题以及解决问题过程中培养创新思维能力。教师讲的内容不限于现有教材的内容，要理论联系实际，横向与纵向比较；不以完成任务为导向，要以培养学生的动手能力和创造性思维为目的；而且要留给学生足够的思考空间，促使学生由被动学习转为主动学习。比如，电场强度与磁场强度、电位移矢量与磁感应强度、介电常数与磁导率、极化强度和磁化强度等电场中和磁场中重要物理量的类比。
在讲授中，一定要注重引导学生“在学习中探索，在探索中学习”，使学生学会学习，学会发问，启发学生的问题意识、发散思维，注重激发学生的好奇心、激情和创造欲。这样的讲授，必然会呈现出师生思维交流、互动，教学相长，课堂氛围活跃、生动。
2.多媒体课件与板书相结合的教学方式
“工程电磁场”多媒体软件的制作与完善，会使原本枯燥的教学内容变得生动、活泼，许多抽象难以理解的电磁能量转换过程和电磁场分布都可以生动地显示，能够加强学生对基本概念和基本理论的理解。教师在课堂上可以利用有限元商用分析软件ANSYS或Ansoft进行电磁场演示，学生可以清楚地看到电力线分布、磁力线分布、等位线分布等，不仅加深了印象，而且有利于激发学生的学习兴趣。
单纯地只使用多媒体课件教学，学生感觉就像放电影一样，没有收获。单纯地只使用板书教学，课堂就显得枯燥无味。将多媒体教学手段与传统的板书教学相融合，可以充分发挥多媒体信息量大、形象、直观的优势，同时保留板书教学逻辑严密、交互性强的优势。该课程中公式很多，对于典型的公式推导，应该采取板书的方式，教师一步一步完成推导过程，一边板书一边解释，使学生真正理解公式推导过程。
3.开展分层次、多手段的教学模式
学生的知识水平和综合能力等各方面实际上参差不齐。针对这种情况，需要有针对性地开展分层次教学。第一，将课堂教学向前延伸，首先进行预备性实验，学生可以在基础平台选做实验题目，起到填平补齐的作用。第二，课堂教学主要在综合平台完成。教师以引导为主，学生采用三人一组制，主要掌握实验的基本方法和技能，相互讨论，开拓思路，提高实际动手能力。第三，对学有余力的学生，可以利用研究平台开展设计性研究实验。学生也可提出自己的实验内容，与教师共同探讨研究题目，以自主实验为主。设计性实验作为学生的选修实验，从而实现在实践环节上的分层次教学。
4.在实验教学过程中，注意充分发挥学生的主观能动性
在实验内容的选取上注意与工程实践相结合。实验教学由验证性实验教学转变为综合性、设计性实验教学，为创新性实验教学提供平台，培养有动手能力的高素质人才。
两个综合性实验的目的是使学生在充分理解电场和磁场基本原理的基础上，综合运用所掌握的基本理论知识、基本实验技能以及各种测量原理和方法，设计实验方案，进行实验测试，并最终独立地完成综合性实验任务，撰写实验报告。
此外，在完成综合性实验的基础上，开设设计性实验。鼓励学有余力的学生根据自己已有的知识和兴趣爱好自行设计电磁场实验项目和实验内容。设计性实验并不规定题目和内容，而是让学生自由发挥，充分发挥学生的主观能动性，关键要体现新颖性。原则是实验的材料、仪器设备易得。学生在做设计性实验的过程中，可以借助计算机辅助分析，进一步理解常用的电磁场数值计算方法，如有限元法和有限差分法。学生可以借助电磁场数值分析软件求解各类复杂的电磁场边值问题，也可以利用MATLAB软件自己编制程序，形象地绘出各种实际电磁场的场图，建立形象、直观的概念，加强对理论知识的理解。
在开展综合性、设计性实验的过程中，需要从学生的认识规律和实际水平出发，根据电气工程及其自动化专业的特点，建立以学生为中心，以学生自我训练为主的教学模式。实验安排由浅到深，由简单到综合，并能充分调动学生学习的主动性。学生通过实验教学掌握基本实验操作方法，能够正确使用仪器设备，准确地采集实验数据，具备正确记录、处理数据和表达实验结果的能力。学生通过认真观察实验现象进行分析判断、逻辑推理，最后得出结论。正确设计实验，通过查阅手册、工具书及上网等获得信息，提高学生解决实际问题的能力。通过综合性、设计性实验的开设，不仅能够加强学生对理论知识的认识与理解，而且能够提高学生的动手能力，增强学生的工程实践意识，培养学生相互协作的团队精神以及勇于开拓的创新意识。
三、结论
实施“工程电磁场”课程教学内容、教学方式等方面的教学改革，采用启发、引导、探讨式的教学方法，开展分层次、多手段的教学模式，提出开设综合性实验和设计性实验等实验课程。该课程的教学改革有利于培养符合时代需要的创新型专业人才，充分调动学生学习的积极性，培养学生敏锐观察、丰富想象、求异思考、个性化表达等良好的思维品质，激发学生的学习兴趣和创新意识，提高学生的自学能力、观察能力以及实验操作能力，增强学生的创造思维能力和创造实践能力。
实施“工程电磁场”课程教学改革，会达到以下目的和效果：
（1）满足该课程的教学要求，有利于提高该课程的教学质量，特别是与后续课程的衔接，满足电气工程及其自动化专业教学改革的需要。
（2）通过该课程教学改革的研究，进一步转变传统的教育思想和教学观念，建立起新的教育价值观、课程观、教学观和人才质量观。
（3）有利于全面培养学生的科学作风和实验技能，培养和提高学生发现问题、综合分析问题和解决问题的能力，促进学生知识、能力、思维和素质的全面协调发展。
“工程电磁场”是一门公认的难教、难学的课程。因此，“工程电磁场”课程教学改革是一项长期而艰巨的复杂系统工程，还需要不断地总结、研究和探索。
参考文献：
[1]冯慈璋,马西奎.工程电磁场导论[M].北京:高等教育出版社,2000.
[2]冯慈璋,马西奎.简介《工程电磁场导论》教材的编写[J].电气电子教学学报,2000,22(4):64-66．
[3]冯慈璋.电磁场实验与演示[M].北京:高等教育出版社,1987.
[4]苏利捷.工程电磁场课程改革初探[J].中国电力教育,2009,(8):98-99.
[5]于艳,等.电气工程及其自动化专业电磁场课程教学内容整合及教学方法研究[J].科教论坛,2008,(6):259-260．
[6]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):65-67．
[7]吴明赞.工程电磁场中静电场的研究型教学实践[J].电气电子教学学报,2009,31(6):104-105．
[8]刘仕兵,刘子英.电气工程专业电磁场课程教学改革探索[J].华东交通大学学报,2006,(23):70-71．
[9]王仲奕,等.本科电磁场综合性实验的意义和设制[J].高校实验室工作研究,2001,(2):4-5．
[10]刘靖纳,等.“电磁场理论”课程教学改革的探索与实践[J].石家庄铁道学院学报(社会科学版),2008,2(2):105-108．
[11]肖春燕.电磁场课程教学改革的研究[J].电气电子教学学报,2010,32(1):29-31．
[12]吴良美.电磁场与波课堂教学方法浅谈[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2010,(2):128-129．
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：工程电磁场；教学方法；综合性实验；设计性实验
作者简介：倪有源（1976-），男，安徽合肥人，合肥工业大学电气与自动化工程学院，讲师；鲍晓华（1972-），男，湖北麻城人，合肥工业大学电气与自动化工程学院，副教授。（安徽 合肥 230009）
基金项目：本文系合肥工业大学电气与自动化工程学院教研项目（项目编号：0906）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）07-0073-02
“工程电磁场”课程是电气工程及其自动化专业的重要专业基础课程，安排在“高等数学”、“物理学”和“电路”等基础课程之后学习。该课程涉及的是实际工程电磁场问题，系统地阐述静电场、恒定电场、恒定磁场以及时变场等内容。通过该课程的学习，不仅为学生进一步学习专业课程如“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”等后续课程做好准备，而且也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。
但是，“工程电磁场”理论性强、抽象概念非常多，涉及的基础理论和知识面很广，涉及电、磁、热、力、运动等综合知识，教师感到难教，学生感到难理解、难掌握，甚至厌学。因此需要对以前传统的教学方式进行改革，需要精选教学内容，创新教学方法，激发学生的学习兴趣，以适应教学改革的整体要求。
实验教学在理工科学生培养方面具有非常重要的作用。以教学质量为主线，以培养创新人才和提高实践能力为目的，学生通过实验环节，能够理解和巩固理论知识，达到具体的研究目标，提高实践能力和综合素质。开设“工程电磁场”实验课程，将会使学生理论联系实际，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。因此，“工程电磁场”课程教学改革的研究具有重要的作用和意义。
一、教学内容改革的研究
1.“工程电磁场”教学大纲的修订
电磁场问题的求解需要对物理现象有深刻的理解以及具有较强的抽象思维能力；同时，还必须熟练掌握数学工具和一定的数学技巧。矢量分析是重要的数学工具之一，在现行的高等数学教学大纲中已有删节，不属于教学内容范围。但是在“工程电磁场”教学内容中涉及的梯度、散度、旋度、通量、环量等很多内容实际上都属于矢量分析的范畴，因此应该首先补充矢量分析这部分基础内容。
“工程电磁场”课程包括静电场、恒定电场、恒定磁场、时变场、边值问题等章节内容。对这些具体内容的选择应该遵循“少而精”的原则，注重基本概念、基本原理和基本规律。目前绝大多数教材都只强调经典的理论知识，缺乏有应用背景和紧密跟踪最新前沿发展的内容。学习该课程的最终目的是为能够解决实际工程问题奠定基础。因此，该课程教学内容还应该包括工程应用专题。工程应用专题应该反映当今工程电磁场领域新的科研成果和发展方向，比如磁悬浮列车、移动通信、飞机雷电电磁防护等具体工程应用。这样有利于激发学生的学习兴趣，引导学生对工程实际进行探索。
2.“工程电磁场”实验大纲的制定
目前绝大部分高校并没有开设“工程电磁场”实验课程，相应地也就没有该课程的实验大纲。开设“工程电磁场”实验将有助于加深学生对理论知识的认识与理解。开设实验也应该遵循“少而精”的原则。以建设面向电气工程及其自动化专业课程的完整实验教学体系为目的，编写工程电磁场实验大纲。实验大纲中综合性实验和设计性实验突出系统性，以实践性和实用性为特色，具有资源性、交互性和个性化等特色。形成以学生为主体、教师为主导，分层次、模块化，实践教学与理论教学有机结合的科学体系，既加强专业理论基础，又重视知识应用，开创“多元化”的实验教学模式，开拓思维、培养能力、注重创新、提高素质。
开设预备性实验、综合性实验以及设计性实验的多层次实验，其中综合性实验（两个，共4学时）为必修实验，设计性实验（一个，2学时）为选修实验。
两个综合性实验分别是分片均匀导电媒质内恒定电场测定和两线圈间互感的测定。一个设计性实验并不限定题目和具体内容，由学生自行设计实验方案，方案得到教师认可后，自己完成电磁场设计实验。
二、教学方法改革的研究
1.采用启发、引导、探讨式的教学方法
在授课过程中，要避免“满堂灌、填鸭式”教学，打破传统的“老师讲、学生听”的被动教学模式，以学生为主体，围绕教学内容，灵活运用讨论法以及质疑等，进行启发式教学。注意激发学生探索求知的欲望，提高其学习兴趣，指导学生在发现问题、提出问题、分析问题以及解决问题过程中培养创新思维能力。教师讲的内容不限于现有教材的内容，要理论联系实际，横向与纵向比较；不以完成任务为导向，要以培养学生的动手能力和创造性思维为目的；而且要留给学生足够的思考空间，促使学生由被动学习转为主动学习。比如，电场强度与磁场强度、电位移矢量与磁感应强度、介电常数与磁导率、极化强度和磁化强度等电场中和磁场中重要物理量的类比。
在讲授中，一定要注重引导学生“在学习中探索，在探索中学习”，使学生学会学习，学会发问，启发学生的问题意识、发散思维，注重激发学生的好奇心、激情和创造欲。这样的讲授，必然会呈现出师生思维交流、互动，教学相长，课堂氛围活跃、生动。
2.多媒体课件与板书相结合的教学方式
“工程电磁场”多媒体软件的制作与完善，会使原本枯燥的教学内容变得生动、活泼，许多抽象难以理解的电磁能量转换过程和电磁场分布都可以生动地显示，能够加强学生对基本概念和基本理论的理解。教师在课堂上可以利用有限元商用分析软件ANSYS或Ansoft进行电磁场演示，学生可以清楚地看到电力线分布、磁力线分布、等位线分布等，不仅加深了印象，而且有利于激发学生的学习兴趣。
单纯地只使用多媒体课件教学，学生感觉就像放电影一样，没有收获。单纯地只使用板书教学，课堂就显得枯燥无味。将多媒体教学手段与传统的板书教学相融合，可以充分发挥多媒体信息量大、形象、直观的优势，同时保留板书教学逻辑严密、交互性强的优势。该课程中公式很多，对于典型的公式推导，应该采取板书的方式，教师一步一步完成推导过程，一边板书一边解释，使学生真正理解公式推导过程。
3.开展分层次、多手段的教学模式
学生的知识水平和综合能力等各方面实际上参差不齐。针对这种情况，需要有针对性地开展分层次教学。第一，将课堂教学向前延伸，首先进行预备性实验，学生可以在基础平台选做实验题目，起到填平补齐的作用。第二，课堂教学主要在综合平台完成。教师以引导为主，学生采用三人一组制，主要掌握实验的基本方法和技能，相互讨论，开拓思路，提高实际动手能力。第三，对学有余力的学生，可以利用研究平台开展设计性研究实验。学生也可提出自己的实验内容，与教师共同探讨研究题目，以自主实验为主。设计性实验作为学生的选修实验，从而实现在实践环节上的分层次教学。
4.在实验教学过程中，注意充分发挥学生的主观能动性
在实验内容的选取上注意与工程实践相结合。实验教学由验证性实验教学转变为综合性、设计性实验教学，为创新性实验教学提供平台，培养有动手能力的高素质人才。
两个综合性实验的目的是使学生在充分理解电场和磁场基本原理的基础上，综合运用所掌握的基本理论知识、基本实验技能以及各种测量原理和方法，设计实验方案，进行实验测试，并最终独立地完成综合性实验任务，撰写实验报告。
此外，在完成综合性实验的基础上，开设设计性实验。鼓励学有余力的学生根据自己已有的知识和兴趣爱好自行设计电磁场实验项目和实验内容。设计性实验并不规定题目和内容，而是让学生自由发挥，充分发挥学生的主观能动性，关键要体现新颖性。原则是实验的材料、仪器设备易得。学生在做设计性实验的过程中，可以借助计算机辅助分析，进一步理解常用的电磁场数值计算方法，如有限元法和有限差分法。学生可以借助电磁场数值分析软件求解各类复杂的电磁场边值问题，也可以利用MATLAB软件自己编制程序，形象地绘出各种实际电磁场的场图，建立形象、直观的概念，加强对理论知识的理解。
在开展综合性、设计性实验的过程中，需要从学生的认识规律和实际水平出发，根据电气工程及其自动化专业的特点，建立以学生为中心，以学生自我训练为主的教学模式。实验安排由浅到深，由简单到综合，并能充分调动学生学习的主动性。学生通过实验教学掌握基本实验操作方法，能够正确使用仪器设备，准确地采集实验数据，具备正确记录、处理数据和表达实验结果的能力。学生通过认真观察实验现象进行分析判断、逻辑推理，最后得出结论。正确设计实验，通过查阅手册、工具书及上网等获得信息，提高学生解决实际问题的能力。通过综合性、设计性实验的开设，不仅能够加强学生对理论知识的认识与理解，而且能够提高学生的动手能力，增强学生的工程实践意识，培养学生相互协作的团队精神以及勇于开拓的创新意识。
三、结论
实施“工程电磁场”课程教学内容、教学方式等方面的教学改革，采用启发、引导、探讨式的教学方法，开展分层次、多手段的教学模式，提出开设综合性实验和设计性实验等实验课程。该课程的教学改革有利于培养符合时代需要的创新型专业人才，充分调动学生学习的积极性，培养学生敏锐观察、丰富想象、求异思考、个性化表达等良好的思维品质，激发学生的学习兴趣和创新意识，提高学生的自学能力、观察能力以及实验操作能力，增强学生的创造思维能力和创造实践能力。
实施“工程电磁场”课程教学改革，会达到以下目的和效果：
（1）满足该课程的教学要求，有利于提高该课程的教学质量，特别是与后续课程的衔接，满足电气工程及其自动化专业教学改革的需要。
（2）通过该课程教学改革的研究，进一步转变传统的教育思想和教学观念，建立起新的教育价值观、课程观、教学观和人才质量观。
（3）有利于全面培养学生的科学作风和实验技能，培养和提高学生发现问题、综合分析问题和解决问题的能力，促进学生知识、能力、思维和素质的全面协调发展。
“工程电磁场”是一门公认的难教、难学的课程。因此，“工程电磁场”课程教学改革是一项长期而艰巨的复杂系统工程，还需要不断地总结、研究和探索。
参考文献：
[1]冯慈璋,马西奎.工程电磁场导论[M].北京:高等教育出版社,2000.
[2]冯慈璋,马西奎.简介《工程电磁场导论》教材的编写[J].电气电子教学学报,2000,22(4):64-66．
[3]冯慈璋.电磁场实验与演示[M].北京:高等教育出版社,1987.
[4]苏利捷.工程电磁场课程改革初探[J].中国电力教育,2009,(8):98-99.
[5]于艳,等.电气工程及其自动化专业电磁场课程教学内容整合及教学方法研究[J].科教论坛,2008,(6):259-260．
[6]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):65-67．
[7]吴明赞.工程电磁场中静电场的研究型教学实践[J].电气电子教学学报,2009,31(6):104-105．
[8]刘仕兵,刘子英.电气工程专业电磁场课程教学改革探索[J].华东交通大学学报,2006,(23):70-71．
[9]王仲奕,等.本科电磁场综合性实验的意义和设制[J].高校实验室工作研究,2001,(2):4-5．
[10]刘靖纳,等.“电磁场理论”课程教学改革的探索与实践[J].石家庄铁道学院学报(社会科学版),2008,2(2):105-108．
[11]肖春燕.电磁场课程教学改革的研究[J].电气电子教学学报,2010,32(1):29-31．
[12]吴良美.电磁场与波课堂教学方法浅谈[J].安徽工业大学学报(社会科学版),2010,(2):128-129．
（责任编辑：麻剑飞）