《电磁场与电磁波》课程教学大纲

《电磁场与电磁波》教学大纲课程名称：电磁场与电磁波（ElectromagneticFieldandWave）课程编码：1501ZY019课程类别：工程基础-必修学分：3分总学时：48学时，其中，理论学时：48学时；适用专业：电子信息工程先修课程：高等数学、线性代数、大学物理、电路分析、信号与系统一、课程性质本课程是电子信息工程专业的工程基础必修课。学生通过本课程的学习，掌握工程电磁场与电磁波的基本概念、基本理论及基本分析方法，培养分析问题和解决实际问题的能力，为学习后续的通信原理、微波技术与天线等有关课程打下基础。二、课程目标（一）育人目标从培养学生的辩证思维方式，爱国教育、社会责任、人生领悟、民族自信等方面入手，将育人要素和电磁场与电磁波专业知识嵌入到课堂中教学，凝聚学生对社会主义核心价值观的共识。通过科学家故事学习科学精神，通过课程概念原理学习系统论、工程论、科学思维，利用电磁场与电磁波实际应用研究学习科技自信及爱国主义情怀，师生互动进行“三观”教育和学习方法指导，培养学生的专业素质和职业道德，全面提高学生缘事析理、明辨是非的能力，培养学生成为德才兼备、全面发展的人才。（二）知识和能力目标1、掌握电场、磁场、电磁波的基本概念、基本理论等基础知识，将其应用于电子信息工程中的信息传输问题，运用电磁现象基本原理和平面电磁波传播特性对电磁工程问题进行准确识别、表达、建模与分析（毕业要求1.2）；2、能够将电磁场与电磁波基本理念与工程应用实际问题相结合，例如5G移动通信中多天线阵列、电磁兼容及电磁对抗等，军事领域中相控阵雷达探测及隐身飞机涂层等复杂问题，能够理解和评价电子信息复杂问题的工程实践对社会的发展和影响（毕业要求7.2）。课程目标与毕业要求指标点对应关系课程目标毕业要求指标点课程目标1毕业要求1.2，能运用数学、自然科学的基本原理，运用电磁现象基本原理和平面电磁波传播特性对电磁工程问题进行准确识别、表达、建模与分析课程目标2毕业要求7.2，能够认识并理解电磁场与电磁波与实际工程应用的紧密结合，利用所学专业知识或文献调研提高电子信息复杂问题的工程实践能力和分析解决问题的能力三、基本要求本课程的教学是以现代电磁工程为背景、以电磁场基础理论和平面电磁波基本原理为主线，讲述电场、磁场、电磁波的基本原理，使学生理解电磁场基本理论麦克斯韦方程组，特别是静电场、电流场、恒定磁场及时变电磁场的基本计算方法，通过课程学习，帮助学生建立电磁场与电磁波的概念，着重培养学生能对实际简单电磁工程问题进行抽象建模和分析的能力。本课程主要内容包括矢量分析、电磁场的基本规律、静态电磁场及边值问题的解、时变电磁场、均匀平面波在无界空间中的传播和均匀平面波的反射与透射等章节。教学过程中要注意与先修课程基础知识的联系，掌握电磁场与电磁波的基本概念、基本原理、主要特性、基本分析方法。在电磁场与电磁波的讲述中，注意培养学生综合运用所学知识的能力，掌握电磁场与电磁波中麦克斯韦方程组、散度特性、旋度特性、高斯定理、斯托克斯定理、安培环路定理、法拉第电磁感应定律，坡印廷定理等方面的计算，能够对电磁工程问题进行推理和分析。掌握电磁场与电磁波的基本特性，并能够运用其基础理论与方法分析和表达电子信息的复杂问题，并评价电子信息复杂问题的工程实践对社会的发展和影响。四、教学内容分章节说明教学内容，课时安排，并说明教学重点、主要教学模式（包括授课、自学、实验、课堂讨论、作业等）。章节教学内容授课学时思政元素教学模式对应课程目标1矢量分析8分析电磁场与电磁波中的数学工具时，通过数学建模和分析，使学生建立数学现象和物理本质的联系，培养学生将工程问题抽象成数学模型的能力。课堂授课，课后练习8题课程目标12电磁场的基本规律10引导学生分析电磁场发展及面临挑战的深层次原因，并思考自己未来职业规划。课堂授课，课堂讨论、课后练习10题课程目标13静态电磁场及边值问题的解14讲述电磁场理论与实际应用相结合的特点、发展现状和中国面临的挑战，培养学生家国情怀、职业认同感和责任担课堂授课，课堂讨论、课后练习14题课程目标1/2当4时变电磁场4可采用案例教学法，引入傅里叶变换等经典理论，解读时变电磁场理论下的准则，引导学生建立“发现问题—系统简化—数学建模—问题求解—系统设计”这一系统设计的基本思想。课堂授课，课堂讨论、课后练习4题课程目标15均匀平面波在无界空间中的传播6可引入对5G移动通信的关键技术和中国5G移动通信的发展的介绍，拓宽学生的行业视野，增加学生的专业认同感，培育学生“爱国、敬业”的社会主义核心价值观。课堂授课，课堂讨论、课后练习6题课程目标1/26均匀平面波的反射与透射6可通过不同应用场景下电磁波传播这一现象，引导学生在解决复杂工程问题过程中充分考虑各种影响因素和各项边界条件，建立全面思考、系统均衡的全局性的工程思维。课堂授课，课堂讨论、课后练习6题课程目标1/2第一章矢量分析1、矢量代数2、三种常用的正交坐标系3、标量场的梯度4、矢量场的通量与散度5、矢量场的环流与旋度6、无旋场与无散场7、拉普拉斯运算与格林定理8、亥姆霍兹定理本章重点：理解直角坐标系、椭圆坐标系、球坐标系的基本性质掌握散度定理、斯托克斯定理、格林定理、亥姆霍兹定理掌握梯度、散度、旋度、拉普拉斯算子的计算能力：能够应用三种坐标系推导标量场梯度、矢量场散度与旋度公式，且熟练应用行列式进行计算。第二章电磁场的基本规律1、电荷守恒定律2、真空中静电场的基本规律3、真空中恒定磁场的基本规律4、媒质的电磁特性5、电磁感应定律和位移电流6、麦克斯韦方程7、电磁场的边界条件本章重点：理解电场、磁场的散度特性和旋度特性理解介质的极化、磁化、传导特性掌握电场强度、磁感应强度的计算掌握麦克斯韦方程组的微分、积分形式及其应用能力：能够应用高斯定理计算静电场电场强度、安培环路定理计算恒定磁场的磁感应强度，且能够应用麦克斯韦方程组进行电磁场的分析和计算。第三章静态电磁场及边值问题的解1、静电场分析2、导电媒质中的恒定电场分析3、恒定磁场分析4、静态场的边值问题及解的唯一性定理5、镜像法6、分离变量法本章重点：理解静态场边值问题及唯一性定理掌握静电场、恒定电场、恒定磁场基本方程和边界条件的计算掌握接地导体、导体球面、导体圆柱面、介质平面的镜像法计算掌握直角坐标系分离变量法的计算了解圆柱坐标系、球坐标系分离变量法的原理能力：能够应用麦克斯韦方程组结合实际工程问题进行电磁场的分析和计算，且应用镜像法对不同导体进行表达。第四章时变电磁场1、波动方程2、电磁场的位函数3、电磁能量守恒定律4、唯一性定理5、时谐电磁场本章重点：理解电磁场的波动方程、达朗贝尔方程的特性理解电磁能量守恒定律及能流密度的概念掌握平均坡印廷和复坡印廷矢量的计算掌握时谐电磁场麦克斯韦方程组形式及计算能力：能够应用电磁能量守恒定律对坡印廷矢量进行分析和表达，对时谐电磁场的复数形式和瞬时形式进行相互转换。第五章均匀平面波在无界空间中的传播1、理想介质中的均匀平面波的传播2、电磁波的极化3、均匀平面波在导电媒质中的传播4、色散与群速本章重点：理解弱电媒质、导电媒质均匀平面波的传播特性理解色散与群速的性质掌握均匀平面波的传播特性及计算掌握直线极化波、圆极化波、椭圆极化波的性质及计算能力：能够应用均匀平面波在不同媒质的传播特点进行电场强度、磁场强度、坡印廷矢量等物理量的分析和计算，能够进行椭圆极化波、圆极化波、线极化波的计算。第六章均匀平面波的反射与透射1、均匀平面波对分界平面的垂直入射2、均匀平面波对多层介质分界平面的垂直入射3、均匀平面波对理想介质分界平面的斜入射4、均匀平面波对理想导体平面的斜入射本章重点：理解均匀平面波对多层介质分界平面垂直入射的传播特性掌握均匀平面波对理想导体、理想介质、导电媒质垂直入射的传播特性及计算掌握反射定律及折射定理的性质及计算了解垂直极化波、平行极化波对理想导体斜入射的传播特性能力：能够应用斯奈尔反射定律进行反射系数、透射系数的分析和计算，并对均匀平面波在异性媒质的传播特点进行电场强度、磁场强度的综合表达和计算。五、教学方法本课程以“以学生为中心，以OBE培养目标”为教学理念。为了提高教学质量，增强学生综合分析能力，采用理论教学、课堂、课后习题与课堂研讨等相结合的教学方式方法，达到使学生掌握电磁场基本理论和电磁波基本原理的教学目标。主要教学环节包括课堂教学、课堂研讨、课堂和课后习题练习以及课后自学。课堂教学授课中以大学物理相关理论为基础引出本课程的知识点，根据教学计划中的教学内容将教学知识点进行梳理划分，对于重、难点部分主要以授课为主，对于拓展型知识点包括相关的技术应用主要以学生联想和讨论为主；课堂上对于电磁场与电磁波中抽象、深奥的问题与概念，采用图文并茂的多媒体课件代替板书，以形象、生动、直观的方式展现从而保证学生的听课效果。课堂、课后习题和自学课堂上采用多种教学方式吸引学生注意力，包括启发式教学、适时向学生提问题、引起学生的思考。教学内容包括课本知识点、课后习题和实际应用情况。针对课本知识点主要设置探究式问题，引导学生分析和解决问题，培养学生的自主思考及创新能力；针对课后习题首先仔细批改各章课后习题并对每份作业进行批注，然后在课堂上对学生共同问题进行详细讲解；针对实际应用情况主要采用学生自由讨论的方式，加深学生对知识点的理解。下课前对所学内容进行总结，并提醒学生课后预习的内容和重要性，加强学生的自学能力和学习方法。课堂研讨随着教学改革的深入，本课程开始研究型教学的探索，授课过程中采用学生课前自学、课堂讨论、教师总结、课后答疑的双向教学方式。六、考核与成绩评定方式及标准1．考核内容与成绩评定课程考核包括平时成绩、期末考试两个部分。平时成绩(百分制)，包括小作业、大作业等。平时成绩评价标准基本要求评价标准比例（%）优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目掌握电场、磁场、电磁概念清晰，分析主要概念清晰，基本概念基本基本概念未掌标波的基本概念、基本理得当。能够解决但部分分析有清晰，符号、单握，作业不完整1论；掌握电磁场与电磁问题，思路清误。主要思路、位等基本规范。或未交。波基本性质的分析方法；掌握静电场、电流晰，计算正确。独立完成作业，过程和计算过程正确。独立完成70场、恒定磁场及时变电书写工整、清作业，书写清晰，磁场的基本计算方法；晰，符号、单位主要符号、单位等符合规范。等符合规范。目认识并理解电磁场与熟悉电磁场与基本掌握电磁场电磁场与电磁电磁场与电磁波标电磁波与实际工程应电磁波理论体与电磁波的物理波基本概念较物理本质、基本2用的结合点，能够通过系、公式模型；本质、基本规律为清晰，能够理规律和基本分析资料查阅、文献调研检熟练掌握电磁和基本分析方解大部分电磁方法均较为模索和总结电磁场与电场与电磁波物法，能够简单利场与电磁波理糊，报告不完整磁波的相关工程应用理本质、基本规用电磁场与电磁论体系和公式或未交。30和发展趋势。律和基本分析波基本概念、原模型；能够基本方法，具有较强理和方法分析简查阅电磁场与的电磁问题分单工程问题。报电磁波的工程析能力。报告书告书写清晰、符应用情况。写工整、清晰。合规范。期末考试成绩(百分制)，采取闭卷考试方式，内容涵盖本课程的基本概念、基本理论和基本方法，特别地通过应用题考核学生综合分析问题和解决问题的能力。考试题型包括：填空题、单选题、判断题、简答题、计算题、应用题。课程考试考核内容与评价标准基本要求评价标准比例（%）优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）目标1掌握电场、磁场、电磁波的基本原理，尤其是静电场、恒定磁场及时变电磁场的基本特性；电磁场与电磁波基本概念回答、判断问题正确，电磁场与电磁波基本原理、基本分析方法正确。电磁场与电磁波基本概念回答、判断问题较正确，电磁场与电磁波的基本原理、基本分析方法较正确。电磁场与电磁波基本概念回答、判断问题基本正确，电磁场与电磁波的基本原理、基本分析方法基本正确。电磁场与电磁波基本概念回答、判断问题错误较多，电磁场与电磁波的基本原理、基本分析方法不正确。52掌握静态电磁场与边值问题的求解方法，电磁波传播特性的计算及应用，能够对电磁工程问题进行推理和分析。语言简练，图形规范。对实际电磁问题能够正确建模和分析。图形较规范，对实际电磁问题进行建模和分析较为正确。图形基本规范，对实际电磁问题进行建模和分析基本准确。图形不正确，对实际电磁问题进行建模和分析错误较多。48成绩评定为：考试成绩*70%+平时成绩*30%。2．课程目标达成评价《电磁场与电磁波》课程目标达成评价分析报告一、课程基本信息课程名称电磁场与电磁波课程性质学科通识，必修学时学分48/3开课学期专业班级考核方式考试，闭卷任课教师：评价人员：课程组长，命题教师，阅卷教师二、课