《电磁场与电磁波C》教学大纲

《电磁场与电磁波C》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：06131471课程性质：学科基础必修课学分：4学分学时：64学时（理论52学时，实验12学时）先修课程：大学物理、高等数学、线性代数等后续课程：医用传感器原理及应用、数字信号处理B等适用专业：医学信息工程本科开课单位：电子信息工程学院一、课程说明《电磁场与电磁波C》是医学信息工程专业的一门学科基础必修课，本课程主要讲解电磁基本理论以及电磁波在空间传播的基本规律，为学习其他有关课程及研究与解决各类电磁场与电磁波的实际工程问题奠定理论基础。本课程注重基本理论知识的深入学习，强调培养运用基础理论知识解决实际工程问题的能力，兼顾新技术及其发展方向的介绍，培养能够适应区域经济发展的高素质应用型人才。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：掌握电场与磁场的基本定律以及电磁场的基本性质和理论，熟练掌握麦克斯韦方程组及其应用，掌握均匀平面电磁波的基本理论，具有应用专业基础知识解决基本工程问题的能力。课程目标2：使学生能够通过数学方法分析一些基本和实际问题，对实际工程问题进行抽象建模，应用数学、电磁场和电磁波知识分析实际的工程问题并提出相应解决方案，提高分析和解决光电信息科学与工程领域工程问题的能力。课程目标3：运用电磁场中的基本原理和专业知识，能够分析和解释工程中的实际问题及实验数据，通过数据分析能够得到有效的问题解决方案，培养学生分析研究问题的能力。课程目标4：引导学生学习科技发展历程，树立科技强国观念，感受中国在医学信息工程领域的先进成果，树立科学的世界观、人生观。同时，培养学生良好的思想品德、道德修养及敬业爱岗、热爱劳动的品质，激励学生自觉融入到实现中华民族伟大复兴的中国梦进程中。

三、课程目标与毕业要求《电磁场与电磁波C》课程教学目标对医学信息工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3掌握医学信息工程所需的专业知识，并能将其综合应用于解决复杂医学信息工程问题。课程目标1：掌握电场与磁场的基本定律以及电磁场的基本性质和理论，熟练掌握麦克斯韦方程组及其应用，掌握均匀平面电磁波的基本理论，具有应用专业基础知识解决基本工程问题的能力。课程目标4：引导学生学习科技发展历程，树立科技强国观念，感受中国在电子领域的先进成果，树立科学的世界观、人生观。同时，培养学生良好的思想品德、道德修养及敬业爱岗、热爱劳动的品质，激励学生自觉融入到实现中华民族伟大复兴的中国梦进程中。H2.问题分析2.3能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，并通过文献研究，证实问题分析的合理性。课程目标2：使学生能够通过数学方法分析一些基本和实际问题，对实际工程问题进行抽象建模，应用数学、电磁场和电磁波知识分析实际的工程问题并提出相应解决方案，提高分析和解决光电信息科学与工程领域工程问题的能力。课程目标4：引导学生学习科技发展历程，树立科技强国观念，感受中国在电子领域的先进成果，树立科学的世界观、人生观。同时，培养学生良好的思想品德、道德修养及敬业爱岗、热爱劳动的品质，激励学生自觉融入到实现中华民族伟大复兴的中国梦进程中。M4.研究4.2能够基于科学原理并采用科学方法对器件、电路、功能模块、软件系统制定实验方案并实施。课程目标3：运用电磁场中的基本原理和专业知识，能够分析和解释工程中的实际问题及实验数据，通过数据分析能够得到有效的问题解决方案，培养学生分析研究问题的能力。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时实验学时对应的课程目标1矢量运算1.矢量代数2.三种正交坐标系3.标量场的方向导数和梯度4.矢量场的散度和旋度5.亥姆霍兹定理教学要求：使学生掌握标量、矢量以及标量场、矢量场的概念，掌握矢量运算、矢量线、散度、旋度、梯度的求解；了解直角坐标系、圆柱坐标系与球坐标系的建立和转换；理解亥姆霍兹定理的物理意义。重点：散度、旋度、梯度的求解。难点：圆柱坐标系与球坐标系。101、2、32电磁场的基本规律1.静电场的基本规律2.恒定磁场的基本规律3.媒质的电磁特性4.电磁感应定律和位移电流5.麦克斯韦方程组6.电磁场的边界条件教学要求：使学生掌握真空中静电场、恒定磁场的基本规律；了解介质的极化与磁化特性；掌握电磁感应定律和位移电流；能够熟练应用麦克斯韦方程；掌握边界条件。重点：麦克斯韦方程组。难点：极化特性，边界条件。1041、2、3、43静态电磁场及其边值问题的解1.静电场及恒定电场分析2.恒定磁场分析3.唯一性定理4.镜像法教学要求：掌握静电场、恒定磁场的基本方程，使学生理解边值问题解答的唯一性；掌握镜像法，能计算简单的场问题。重点：拉普拉斯方程，唯一性定理。难点：边值问题的求解。821、2、34时变电磁场1.波动方程2.电磁场的位函数3.电磁场能量守恒定律4.时谐电磁场教学要求：使学生了解电磁波的波动方程的物理意义；理解电磁场的位函数及满足的方程；掌握坡印廷定律；掌握时谐电磁场瞬时状态与复矢量状态的相互转换。重点：坡印廷定理，复矢量的表示。难点：波动方程的物理意义。821、2、35均匀平面波传播特性1.理想介质中均匀平面波2.导电媒质中均匀平面波3.电磁波的极化教学要求：使学生了解均匀平面波的概念；掌握均匀平面波在各种媒质中的传播特性；学会电磁波极化方式的判断；了解相速、群速与色散等概念。重点：均匀平面波传播特性，电磁波极化。难点：电磁波极化方式的判断。1041、2、3、46均匀平面波的反射和透射1.均匀平面波对理想导体的垂直入射2.均匀平面波对理想介质的垂直入射3.均匀平面波的反射和折射规律教学要求：使学生理解均匀平面波垂直入射的传播特性；理解均匀平面波的反射和折射规律；掌握均匀平面波垂直入射问题的分析方法。重点：均匀平面波垂直入射的规律。难点：反射波和透射波的计算。61、2、3、4合计52122.实验部分实验部分的教学内容、基本要求与学时分配见表3。表3实验项目、实验内容与学时实验项目实验内容和要求实验学时对应的课程目标1.静电场的模拟测绘实验实验内容：测量静电场场量及分布规律。实验要求：掌握恒定电流法描绘等势线，模拟静电场的方法。22、3、42.位移电流的仿真、测试及计算实验内容：位移电流的仿真、测试及计算。实验要求：了解位移电流的定义，建立仿真模型，掌握位移电流在电介质中的分布特性，定性体验电磁场中感应电流的存在，定量测试感应电流的大小。41、2、3、43.电磁波在不同媒质中传播仿真实验内容：电磁波在理想媒质和导电媒质中的传播仿真。实验要求：了解电磁波传播特点，分别绘制在理想媒质和导电媒质中的传播波形，分析媒质对电磁波传播的影响。22、34.电磁波的传播特性测试及分析实验内容：测试电磁波的传播特性。实验要求：了解极化的定义，通过改变天线的极化方式，掌握天线的极化特性；掌握电磁波波节、波腹、驻波的测试方法。41、2、3、4合计12五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式教学和案例教学等，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；以“少而精”为原则，精选教学内容，精讲多练；安排习题课，巩固课堂所学知识；本课程为省级精品在线开放课程，为学生提供灵活的自主学习平台，结合信息化的教学手段培养学生的自主学习能力、创新思维意识。实验教学着重讲授如何用科学的手段来完成理论的验证；如何组织实验、处理数据和分析实验现象；在实验前学生应复习和掌握与本实验有关的教学内容、认真阅读实验指导书；在实验中要严格遵守实验纪律，按操作规程使用仪器；实验结束后，按规定对仪器进行维护保养；每完成一项实验，要认真完成一份实验报告。六、课程资源1.推荐教材（1）谢处方等.《电磁场与电磁波》（第5版）.2020年.2.参考书（1）郭辉萍.《电磁场与电磁波》（第4版）.西安电子科技大学出版社.2019年.（2）王家礼.《电磁场与电磁波》.西安电子科技大学出版社.2018年.（3）路宏敏.《电磁场与电磁波基础》.科学出版社.2016年.3.期刊（1）电波科学学报，中国电子学会（2）电子学报，中国电子学会（3）遥感学报，中国科学院遥感应用研究所（4）IEEE Microwave and Guided Wave Letters，the Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.'s (IEEE) Microwave Theory and Techniques SocietyIEEE Antennas & Propagation，the Institute of Electrical and Electronics Engineers' (IEEE) Antennas and Propagation Society4.网络资源（1）电磁场与电磁波，/course/NJTU-1002535019.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表4。表4课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标1234过过程性考核课课堂表现15（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√6324线线上成绩15（1）按要求及时完成线上每个章节的任务点，满分100分；（2）线上任务点主要包括：考勤、章节内容学习、线上讨论、线上测试等。（3）以线上成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√4326实实验10（1）根据每个实验的实验操作完成情况和实验报告质量单独评分，满分100分；（2）每次实验单独评分，取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以实验成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√3124作作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√√3214期末考核期末考核50（1）卷面成绩100分，以卷面成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）主要考核矢量运算、静电场和恒定磁场的基本规律、边值问题的解、麦克斯韦方程组的应用、时变电磁场中坡印廷矢量、均匀平面波的传播规律、电磁波的极化、反射与透射规律等内容。（3）考试题型为：选择题、填空题、简答题、判断题和分析计算题等。√√√√1841018合计：100分34131736八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、线上成绩、实验、作业、期末考试等方式进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末试卷成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末试卷成绩为100分（权重50%），试题类型为填空题、选择题、判断题、简答题和分析计算题等类型，试卷中基本知识、基本理论、基本技能的试题分值不超过50%，综合应用题、分析题不低于50%；课堂表现、线上成绩、实验、作业等过程性考核成绩为100分（权重50%）；过程性考核和考试试题分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表5。表5过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现30积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，偶尔参与教学活动。上课不认真，不参与教学活动。线上成绩30按时参与完成各项任务包括线上任务，考勤、章节学习、章节测试、线上讨论等，准确率大于90%。按时参与完成各项任务包括线上任务，考勤、章节学习、章节测试、线上讨论等，准确率大于80%。按时参与完成各项任务包括线上任务，考勤、章节学习、章节测试、线上讨论等，准确率大于70%。未按时参与完成各项任务包括线上任务，考勤、章节学习、章节测试、线上讨论等，准确率大于90%。基本不参与完成各项任务包括线上任务，考勤、章节学习、章节测试、线上讨论等，准确率大于90%。实验20实验预习认真，能够熟练掌握方法与步骤，实验操作过程熟练、规范，遵规守纪、团结协作，实验结果详实、结论清晰、讨论合理。实验前