《工程电磁场》课程教学大纲

ADDINCNKISM.UserStyle《工程电磁场》课程教学大纲（理论课程）一、课程基本信息课程号3023D05031开课单位国际学院课程名称（中文）工程电磁场（英文）EngineeringElectromagneticFields课程性质必修考核类型考试课程学分2课程学时34课程类别学科基础课程（学科拓展课）先修课程《高等数学》《大学物理》《电路》适用专业（类）电气工程及其自动化二、课程描述及目标（一）课程简介《工程电磁场》电类专业(不包括无线电技术类)的一门技术基础课。在普通物理电磁学的基础上，通过本课程的学习，使学生进一步熟悉宏观电磁场的基本性质和基本规律；对电气工程中的电磁现象和电磁过程，能用场的观点进行初步分析；对一些简单的问题能进行计算；为学习专业或进一步研究电磁场问题，准备必要的理论基础。《工程电磁场》课程是本专业（类）的一门专业基础课程，旨在通过理论教学，使学生掌握：标量函数的梯度概念和计算、矢量函数的散度概念和计算、矢量函数的旋度概念和计算、散度定理和斯托克斯定理；静电场环路定理、高斯通量定理、静电场中的导体、电介质的极化、媒质分界面衔接条件、高斯通量定理积分形式在具有对称性和均匀性问题中的应用、电位表示的静电场边值问题；电流连续性定理、媒质分界面衔接条件、电流连续性定理积分形式在具有对称性和均匀性问题中的应用、电位表示的恒定电流场边值问题；磁通连续性定理、安培环路定理、媒质的磁化、媒质分界面衔接条件、安培环路定理积分形式在具有对称性和均匀性问题中的应用、矢量磁位表示的静电场边值问题；电磁感应定理、全电流定理、麦克斯韦方程组、媒质分界面衔接条件；一维泊松方程解析积分法、静电场关于导体球面和平面的镜像法、静电场关于两种电介质分界面的镜像法、恒定磁场关于两种媒质分界面的镜像法，为《电力系统分析》、《高电压技术》等后续课程奠定必要的理论基础。为进一步学习专业课程和从事专业工作奠定坚实基础。（二）教学目标通过本课程，学生将掌握静电场、恒定电流电压场和动态电磁场运行方面的的基本知识和实验技能。课程将思政内容无痕融入课程教学内容，培养学生的“情怀”“责任”“求实”和“工程伦理”。始终坚持立德树人根本任务，培养学生的良好道德，通过实际的案例潜移默化的影响学生的人生观，帮助学生树立正确的人生观和价值观。教学设计中针对课程内容，增加学生学习乐趣，增加学生社会责任感、专业荣誉感和职业使命感。在课程内容中设计针对性的案例，培养学生的创新思维和团队意识、培养求真务实、不信谣不传谣，敢实践和敢创新的精神。注重强化工程伦理教育，能够采用场观点，分析并评价场的工程实践和工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律及文化的影响，并理解应承担的责任。课程目标1：理解电流，电荷，电场强度，磁感应强度，位移电流的概念；了解矢量分析，场论基础;掌握电流的连续性，麦克斯韦方程组。课程目标2：掌握静电场的基本方程，静电场的有散、无旋性；掌握电场强度，电位的概念及相互关系，会根据给定的电荷分布计算电场；掌握静电场中的导体和电介质的特点，分界面上的边界条件，电位移，高斯通量定理；了解电偶极子的电场，极化强度；理解静电场的泊松方程和拉普拉斯方程，边值问题，直接积分法，分离变量法，解的唯一性；掌握镜像法，包括电荷对导电平面的镜像，电荷对两种介质分界面的镜像，点电荷对球形导体面的镜像。课程目标3：掌握导电媒质中恒定电场的基本方程，欧姆定律的微分形式，恒定电流的连续性；掌握分界面上的边界条件，拉普拉斯方程；了解导电媒质中恒定电场与介质中静电场的相似性；掌握恒定磁场的基本方程，恒定磁场的无散、有旋性。磁通连续性原理；能根据电流分布计算磁场，了解矢量磁位，标量磁位，矢量磁位的泊松方程和拉普拉斯方程；掌握电磁场能量，坡印亭矢量及其通量，为进一步学习专业课及从事电气专业工作奠定理论基础。三、课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标权重1-1能将数学、自然科学、工程科学的语言工具用于工程问题的表述；2-1能运用相关科学原理，识别和判断复杂工程问题的关键环节；7-1：知晓和理解环境保护和可持续发展的理念和内涵；课程目标1课程目标2课程目标340%30%30%四、教学方式与方法教学方式：本课程采用课堂讲授、作业评述、部分章节的PBL教学方式进行教学。课堂讲授：采用多媒体和板书相结合。在课堂教学过程中，指出每章的重点和难点部分，在上课时适当提出一些问题，活跃课堂气氛，提高课堂教学质量，集中学生的注意力。作业评述：鉴于本课程理论性强，是各专业课的重要理论基础，因此作业量较大，根据情况适当增加作业评述。PBL（Problem-basedLearning）是问题导向式教学模式，强调小组学习，本课程中选取两个章节“导体和电介质”和“自由空间中的磁场”，首先让学生根据上传到网络平台上的课件自学这两个章节的内容，根据老师事先提出的问题，通过各种方式查找相关资料，以小组的形式采用软件对所提问题进行仿真，提交报告并最后通过小组答辩，在答辩过程中教师加以指导，使学生对本章节的内容掌握的更加牢固，这样的方式可以培养学生分析问题、解决问题、团队合作以及表达能力，从而有利于培养学生的自主学习能力。教学方法：根据课程特点，该课程以课堂教学为主，通过课本的知识与工程实际的案例分析相结合。通过以下方式方法，丰富教学过程：1．课前预习：布置与课程内容相关的引导性预习题目，启发学生自主发现问题，进而寻求解决问题的方法，为课堂授课的顺利进行，成功互动做好准备。2．相关案例分析：讲课堂讲授的知识结合当前电力工程的实际情况，选取典型案例分析基础理论的运用和解决问题的方法，提高学生分析问题、解决问题的能力。3．网络平台讨论：建立课程论坛，提出综合性、设计性题目，在学生掌握基本知识的基础上，培养学生独立思考、互相沟通和协作解决问题的能力。五、教学重点与难点（一）教学重点（1）标量函数的梯度概念和计算、矢量函数的散度概念和计算、矢量函数的旋度概念和计算、散度定理和斯托克斯定理。（2）静电场环路定理、高斯通量定理、静电场中的导体、电介质的极化、媒质分界面衔接条件、高斯通量定理积分形式在具有对称性和均匀性问题中的应用、电位表示的静电场边值问题。（3）电流连续性定理、媒质分界面衔接条件、电流连续性定理积分形式在具有对称性和均匀性问题中的应用、电位表示的恒定电流场边值问题。（4）磁通连续性定理、安培环路定理、媒质的磁化、媒质分界面衔接条件、安培环路定理积分形式在具有对称性和均匀性问题中的应用、矢量磁位表示的静电场边值问题。（5）电磁感应定理、全电流定理、麦克斯韦方程组、媒质分界面衔接条件、动态位的达朗贝尔方程及其解答、准静态电场边值问题、准静态磁场边值问题。（6）一维泊松方程解析积分法、静电场关于导体球面和平面的镜像法、静电场关于两种电介质分界面的镜像法、恒定磁场关于两种媒质分界面的镜像法。（7）静电场能量分布、恒定电流场损耗分布、恒定磁场能量分布、坡印亭定理、电磁力虚位移法原理。（8）部分电容计算、电阻和电导计算、接地电阻计算、电感计算。（二）教学难点（1）从标量函数的方向导数到梯度概念引入过程、从矢量函数的通量到散度的引入过程、从矢量函数的环量和环量面密度到旋度的引入过程。（2）静电场环路定理的导出、高斯通量定理的导出、电介质极化等效模型、电位移矢量的引入、媒质分界面衔接条件的推导、不同坐标系统中应用高斯通量定理积分形式、边值问题中边界条件、唯一性定理证明。（3）电源的电动势、不均匀到电媒质内部积累自由体电荷、不用导电媒质分界面积累自由面电荷、不同坐标系统中应用电流连续性定理积分形式、边值问题中的边界条件。（4）磁通连续性定理的导出、安培环路定理的导出、媒质磁化等效模型、磁场强度矢量的引入、媒质分界面衔接条件的推导、不同坐标系中应用安培环路定理积分形式、库伦规范、边值问题中边界条件、唯一性定理证明。（5）感应电动势的不同形式、位移电流假设的引入、正弦稳态电磁场的表述、达朗贝尔方程的导出和求解、洛伦兹规范，准静态场的分类、单元辐射子电磁辐射分区简化。（6）关于导体球面镜像法的推导、两种媒质分界面镜像法的推导、有效区域和无效区域概念。（7）静电场能量密度的导出、恒定磁场能量密度的导出、坡印亭定理的推导和解释、虚位移法的实施。（8）部分电容矩阵的推导、电感矩阵的推导、内磁链和内电感概念的理解、单口网络交流阻抗参数的理解。六、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容基本要求学时教学方式对应课程目标1第1章电磁场的数学物理基础理解电流，电荷，电场强度，磁感应强度，位移电流的概念；了解矢量分析，场论基础;掌握电流的连续性，麦克斯韦方程组。6讲授课程目标12第2章静态电磁场I：静电场掌握静电场的基本方程，静电场的有散、无旋性；掌握电场强度，电位的概念及相互关系，会根据给定的电荷分布计算电场；掌握静电场中的导体和电介质的特点，分界面上的边界条件，电位移，高斯通量定理；了解电偶极子的电场，极化强度；理解静电场的泊松方程和拉普拉斯方程，边值问题，直接积分法，分离变量法，解的唯一性；掌握镜像法，包括电荷对导电平面的镜像，电荷对两种介质分界面的镜像，点电荷对球形导体面的镜像；理解电轴法，二线输电线的电场；了解多导体系统中电位与电荷间的关系，部分电容，会进行两导体系统电容的计算；掌握电场能量及其分布，电场力及其计算；14讲授课程目标2、33第3章静态电磁场II：恒定电流的电场和磁场掌握导电媒质中恒定电场的基本方程，欧姆定律的微分形式，恒定电流的连续性；理解焦耳-楞次定律的微分形式，局外场的作用；掌握分界面上的边界条件，拉普拉斯方程；了解导电媒质中恒定电场与介质中静电场的相似性；会进行电导、接地电阻及其计算；掌握恒定磁场的基本方程，恒定磁场的无散、有旋性。磁通连续性原理；能根据电流分布计算磁场，了解矢量磁位，标量磁位，矢量磁位的泊松方程和拉普拉斯方程；了解媒质的磁化，磁偶极子的磁场，磁化强度，磁场强度，磁场的边值问题，磁场的镜像法；掌握安培环路定律，分界面上的边界条件；会进行自感和互感的计算，了解诺以曼公式；掌握磁场能量及其分布，磁场力及其计算。10讲授课程目标2、34第4章动态电磁场I：基本理论与准静态电磁场掌握分界面上的边界条件，电磁场能量，坡印亭矢量及其通量。4讲授课程目标2、3合计34七、实验内容、基本要求与学时分配（如有实验，则需再按以下格式继续填写）序号实验项目名称实验内容与要求学时类型对应课程目标1演示性课程目标12验证性课程目标23设计性课程目标34探究性课程目标1其他……合计注：实验要求包括必修、选修；实验类型包括“演示性”、“验证性”、“设计性”、“探究性”、“其它”等。八、学业评价和课程考核（一）考核类型：考试考查（二）考核方式：开卷考试闭卷考试课程论文课程报告其它：（三）成绩评定：考核依据建议分值（百分比）考核/评价细则对应课程目标过程考核50%课堂互动30%学习通发布主题讨论，全体学生参与：考查学生课堂上参与主题讨论的积极性；围绕每第1章、第2章、第3章的基本概念和基本理论。第1章—第3章中每一章至少发布主题讨论2次，总计3章共计6次。每参与一次课程评价记为1分，共计4次（1次诊断性评价，2次形成性评价、1次终结性评价），记为4分。少一次扣除1分。主题讨论的学生回复准确性评价细则：A：学生的回复被点赞一次得1分；B：没有点赞的记为0.5分；C：没有回复的记为0分；课程目标1-3作业40%主要考核对课程知识点的理解和掌握程度。多角度考量记录评价分为三个等级。第1~4章分别留作业，分为4次，每次占10%。第1章考察梯度、散度、旋度以及麦克斯韦方程组；第2章考察静电场基本方程、边界条件、镜像法；第3章考察恒定电场和恒定磁场基本方程、边界条件、电感；第4章考察动态电场场基本方程、边界条件、坡印廷定理。A，能够熟练掌握知识点，并相应推广：10-15分：能够至少从设计者、生产者、销售者、使用者3-4个角度对系统进行分析；B，能够掌握知识点：5-9分：能够从1-2个角度对系统进行分析；C，大概了解知识点：0-4分：少量相关度不大的分析或者没有分析。课程目标1-3小测30%主要考核对课程知识点的理解和掌握程度。多因素考量记录评价分为三个等级。小测分2次进行，分别在第2章结束和第3章结束后开展小测，每次占25%。第1次小测主要考察麦克斯韦方程组微积分形式、静电场的源场关系、镜像法、电容、电场能量；第2次小测主要考察恒定电场和恒定磁场的基本方程、场的特性，源场关系、电感、磁场能量。A，能够熟练掌握知识点：10-15分：能够至少从社会需求、经济、社会、健康、安全、法律、文化以及环境等4-5个非技术因素维度进行系统的分析；B，能够掌握知识点：5-9分：能够从2-3个非技术因素维度对系统进行分析；C，大概了解知识点：0-4分：少量相关度不大的分析或者没有分析。课程目标2期末考核50%（10%）填空题：考核学生对基本概念和基本理论的理解深度与广度。自问自答题共包括4-5道题，每道大题2-3分，共计10分。每个问题的评价分三个等级细则：A.2-3分：回答正确给2-3分。B：1-2分：回答不正确酌情扣分。C.0分：回答不正确都给0分。课程目标1（30%）选择，判断题：基于工程电磁场学到的基本理论与相关知识分析并判断与之密切相关的生活、生产实际中的一些常见现象，揭示表象背后深层次的因果关系。考核学生是否能够透过表象看到事物发生发展的机理，引领学生对自然、对科学的探究，从探究中激发思考。每小题2分，共计15个小题，30分。每小题的评价细则：A：2分：能够给分析出现象和机理之间清晰的逻辑关系表述，并能对问题做出正确的选择和判断。B：0分：不能够分析现象和机理之间一定的逻辑关系。做出错误选择和判断。课程目标2（40%）问答题：考核学生对基本概念和基本理论的理解深度与广度，增强学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。自问自答题共包括4道大题，每道大题10分，共计10分。每个问题回答的评价分三个等级细则