《电磁场与电磁波》和《大学物理·电磁学》教学探讨

1、 电磁场与电磁波和大学物理电磁学教学探讨 刘咏梅【摘 要】大学物理和电磁场与电磁波都是电子信息类各专业的必修课程，这两门课程在电磁学部分有一定重叠。本文针对两门课程的特点，结合学生的实际情况，从分析方法的引入、教学内容衔接、教学方法建议等方面对这两门课程进行教学探讨。【Key】大学物理；电磁学；电磁场与电磁波0 引言大学物理和电磁场与电磁波是电子信息类各专业的必修课程，在教学环节中起着非常重要的作用。两门课程在电磁学部分有一定重叠，但不是简单的重复，前者为后者的先修课程，后者以前者为基础，对电磁学理论及应用进行深入研究与探讨。1 课程性质不同大学物理是理工科各专业必修的基础课，受众面广，内容为

2、力学、热学、电磁学、光学和原子物理五部分，为后续专业基础课和专业课程的学习打下基础；电磁场与电磁波是电子信息类各专业的专业基础课，是后续专业课（如微波技术与天线等）的理论基础，其主要分为电磁场（静态场）与电磁波（时变场）部分，其中静态场部分与大学物理电磁学部分内容有一定重叠，但不是简单的重复，内容的深度和广度都有较大的拓展。2 理论和分析方法区别大学物理作为基础课程，引入知识由学生容易接受的物理现象入手，通过实验得到相关理论，以电磁学理论的开篇点电荷之间的作用力为例，直接引用实验结果描述库仑定律：其他重要定理如：安培力定律、电磁感应定律等，也都是直接引用实验结果描述相关理论公式；比较起来，电磁

3、场与电磁波的理论性更强，首先以一定篇幅讲述矢量分析方法，引入电磁学内容时，从电磁场的“源”电荷与电流出发，特别注重以散度源和旋度源区分静电场和恒定磁场：图1 电磁场典型散度源与旋度源矢量线分布引入理论计算公式时，理论更为严谨。大学物理电磁学中解决问题的方法，较多以积分形式表示，比如通过上式（1），得到真空中的高斯定理：可以看出，电磁场与电磁波更注重理论公式的推导，一般理论均以积分和微分两种形式提出，其中微分形式更能体现矢量场与源的关系。在矢量运算时， 大学物理电磁学一般以直角坐标进行描述；而电磁场与电磁波更多在圆柱坐标系和球坐标系中进行矢量运算。3 基本内容的区别大学物理电磁学分别对静电场和恒

4、定磁场进行说明后，引入电磁感应定律和位移电流密度概念，以麦克斯韦方程组的建立作为结束：并以麦克斯韦方程组为出发点，展开理论的应用，研究时变电磁场的特性：建立无源区的波动方程；研究平面波在介质和导电媒质中的传播、均匀平面波的反射与透射等；研究导行电磁波、电磁辐射等。在静态场部分，电磁场与电磁波通过求解二阶微分方程：以标量电位作为中间量，通过电场强度与电位的梯度关系求解电场。以唯一性定理为依据，用镜像法、分离变量法、有限差分法等多种方法解决静态场边值问题。4 改进教学方法之探讨大学物理是学生学习的第一门与专业直接相关的基础课，学生学习热情较高，加之大学物理涉及的物理现象在中学阶段基本有所了解，电磁

5、学部分以静态场分析为主，学时设置较充足，学生接受起来比较容易；电磁场与电磁波是在学生已具备矢量分析与静态场基本计算的前提下，对电磁场进行深入的分析，特别是对时变场进行分析运算，学生需要更深入的数学知识：空间分析能力与矢量微积分运算、二阶微分运算与微分方程求解能力；理论难度相应增加，作为专业基础课，面临难度大、课时少等问题，同时学生反映理论枯燥、推导繁琐，难以接受。在教学中，课堂教学是最重要的环节。课堂教学必须以学生为主体、教师为主导，师生互动，知识传授与能力培养相结合。在电磁场与电磁波课程的教学中，不一定总是从理论推导入手，也可以从实际问题或实验演示引入问题，或者以大学物理已有的结论作为出发点

6、，应用理论知识进行推导和演绎并进行归纳总结，得到相应的结论，如上述真空中高斯定理，可以直接引述式（2），通过矢量散度定理：同样得到上述式（6）。对于与后续课程（微波技术与天线等）有内容重叠的导行电磁波、电磁辐射等部分，可以只选讲部分内容，留待后续课程进行深入探讨。这样既可以突出重点、节约理论课程的时间，又能使学生巩固先期理论，对理论的发展和应用有更为深入的认识，使得教学达到更好的效果。在实际教学中，根据学生的实际情况和对理论的掌握程度，大学物理和电磁场与电磁波两门课程不断进行教学改革，总的改革思想为打好基础和提高实践教学学时的比例。大学物理设置了单独的实验课程。电磁场与电磁波也探讨减少理论学时

7、、增设实验实践内容等改革措施。针对电磁场与电磁波理论抽象、计算难度大等特点，探索采用仿真软件（如Matlab等）进行辅助教学，丰富教学手段，提升学生的学习兴趣；计划建设相关专业实验室，使学生通过实践教学，直观认识电磁现象并进行专业操作与测试，使得电磁学相关课程教学衔接更为顺畅，更为学生今后从事相关技术工作打下基础。5 结语大学物理和电磁场与电磁波都是电子信息类专业的必修课程。本文针对两门课程的特点，结合学生的实际情况，从分析方法的引入、教学内容衔接、教学方法建议等方面对这两门课程进行教学探讨。课程改革是一项长期的任务，任课教师必将克服困难、开拓创新，进一步完善教学手段、实践环节等诸多要素，以期达到更好的教学效果，为培养技术应用型综合人才贡献力量