《电磁场理论》课程教学大纲

《电磁场理论》教学大纲课程名称：电磁场理论英文名称：ElectromagneticFieldTheory课程编号：D098091051学分：3.5总学时/课内实践学时：56课程性质：专业方向与拓展开课单位：数理科学与工程学院物理系基层教学组织适应对象：光电信息科学与工程专业一、课程简介《电磁场理论》是为光电信息科学与工程专业学生开设的专业必修课，在教学培养计划中列为基础课，56课时，3.5学分，考核方式为期末考试。通过本门课程的学习，能够系统地掌握电磁场相关的基本概念，基本性质，基本规律以及了解电磁波的应用领域；培养理性思维及应用数学方法求解电磁场基本问题的能力，以及提升综合应用知识能力和增强创新意识。为进一步学习后续课程打下坚实基础，同时为以后从事本领域或相关领域工作、深造、研究作好准备。在授课过程中，通过融入我国当前先进电信技术（5G）的发展，增强学生的民族意识、爱国情怀。二、课程目标思政目标：在课堂授课过程中，融入“中美贸易战”，“5G技术发展”，“北斗导航系统”，“FAST天眼”等当前时政、科技热点，增强学生的爱国主义情怀，增强民族自信，加强品德修养，增长知识见识，培养拼搏奋斗精神。知识目标：掌握电磁场的基本理论知识，了解电磁场的主要应用领域及其原理；能力目标：训练学生，分析问题、归纳问题的能力，用电磁场理论的相关知识来分析解决生产生活中所遇到的相应的实际问题。素质目标：培养学生的团队合作精神、语言表达能力、自学能力、竞争意识、爱国情怀等综合素质。三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对计算机科学与技术专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：①具有爱国主义情操，尊重生命，关爱他人，主张正义，具有人文知识、思辨能力、处世能力和科学精神。②了解国情，理解社会主义核心价值观，维护国家利益，具有推动民族复兴和社会进步的责任感。1毕业要求2：①掌握电子电路、单片机原理及接口等工程基础知识，能将其用于解决电子电路相关的工程问题，具备从事光信息处理、光电检测和处理系统技术工作的能力。②掌握光电信息科学与工程的专业基础知识，并能将其用于解决光信息处理、光电检测和处理工程领域的综合性工程实践和复杂工程问题。2毕业要求3：①应用光电信息科学与工程领域所需的数学、自然科学知识，具备对系统进行识别和分析的能力。②掌握光电信息科学与工程领域所需的专业基础知识和基本原理，具备选择合适工程技术，分析具体问题的能力。3毕业要求4：①了解专业的国内外技术现状，具有就光电信息科学与工程复杂问题能与业界同行及社会公众进行有效沟通、交流与协作，能够结合复杂工程问题撰写报告、设计文稿，清晰陈述观点和回答问题的能力。②具有自主学习和终身学习的意识，能够持续跟踪光电信息科学与工程学科前沿的发展动态，具有自主学习和终身学习的能力。4四、课程教学安排课程共有7项教学内容，具体安排如下。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1绪论科学精神培养、职业教育和爱国教育4042矢量分析与场论8083静电场科学精神培养8084恒定电流场100105恒定电磁场改革创新精神培养100106静态场的解8087时变电磁场808合计56056五、教学安排1.绪论教学要求：了解电磁场理论的发展史和当前的主要技术应用，了解电磁场理论的应用领域。教学内容：电磁场理论的基本内容及研究前景；电磁场理论的地位与作用；电磁场理论的学习方法、教学要求；参考读物。重难点：电磁场的应用领域。思政元素：讲授电磁场路轮的科学发展史，培养学生的科学精神；讲授电磁场的应用领域及未来行业发展，对学生进行职业教育；讲授“中美贸易战”和“5G技术”等当前时政、科技热点，培养学生的爱国主义情怀、增强学生的危机意识和民族自豪感。2.矢量分析与场论教学要求：掌握矢量代数运算，掌握梯度、散度、旋度的定义及相关运算。教学内容：矢量代数；矢量分析；场；数量场的方向导数和梯度；矢量场的通量和散度；矢量场的环量及旋度；几种重要的矢量场。重难点：梯度、散度、旋度的定义及相关运算。3.静电场教学要求：掌握静电场的基本方程及其边界条件，能够运用基本概念计算电场、电容。并能够解决相关问题。教学内容：库仑定律与电场强度；高斯定理；静电场的基本方程；电偶极子；静电场中的物质；边界条件；静电场中的储能；电力线；导体系统的电容。重难点：高斯定理；静电场的基本方程；边界条件。思政元素：通过讲授静电场的发现和应用，培养学生发现问题到解决问题的科学素养。4.恒定电流场教学要求：掌握电流连续性方程，掌握焦耳定律及其应用，了解恒定电场的边界条件，能够熟悉应用静电比拟法。教学内容：电流密度；导体的电阻；电流连续性方程；焦耳定律；恒定电场的边界条件；恒定电场与静电场的比拟；电动势。重难点：电流连续性方程；恒定电场的边界条件；恒定电场与静电场的比拟。5.恒定电磁场教学要求：掌握恒定磁场的基本方程；矢量磁位；磁介质中的场方程；恒定磁场的边界条件；标量磁位。教学内容：磁感应强度；恒定磁场的基本方程；矢量磁位；磁偶极子；磁介质中的场方程；恒定磁场的边界条件；标量磁位；互感和自感；磁场能量；磁场力。重难点：恒定磁场的基本方程；矢量磁位；磁介质中的场方程；恒定磁场的边界条件；标量磁位。思政元素：通过讲授实验发现磁场的过程及恒定电磁场理论的建立，培养学生的科学精神和改革创新精神。6.静态场的解教学要求：了解边值问题的分类和唯一性定理，掌握镜像法和分离变量法。教学内容：边值问题的分类；唯一性定理；镜像法；分离变量法；复变函数法；有限差分法。重难点：三种坐标系中的分离变量法。7.时变电磁场教学要求：教学内容：法拉第电磁感应定律；位移电流；麦克斯韦方程组；电磁场的边界条件；坡印廷定理；正弦电磁场；波动方程；标量位和矢量位。重难点：麦克斯韦方程组；电磁场的边界条件；坡印廷定理。六、课内实践教学内容及要求无。七、课程考核与评价表4：成绩评定方式表考核环节分值考核/评价细则出勤10课堂出勤率再按10%10计入总成绩。课堂表现20考核学生上课回答问题情况以及课堂PPT演讲考核，根据课堂表现给与5-20分，计入期末成绩。期末测试70主要考核电磁场理论的基本概念、基本方程以及工程应用的计算求解等；闭卷考试，以卷面成绩的70%计入课程总成绩合计100课程学习资源教材：马海武，《电磁场理论》，清华大学出版社，2016。参考书目：柯亨