電磁場課程在電氣工程及其自動化專業(yè)中的教學探索與實踐

電磁場課程在電氣工程及其自動化專業(yè)中的教學探索與實踐

一、教師難教、學難學課程《電動汽車》課程是電子表格化專業(yè)領域的一門重要專業(yè)課程。該課程的理論性和邏輯推理性強,向來被公認為是教師難教、學生難學的課程。筆者在該課程的教學實踐中,獲得了一些淺顯的心得,希望與同行交流。二、課程編制的內容電磁場作為一門課程,要想教師教好、學生學好首先就要明確該課程的教學地位及教學目的,以引起師生雙方的重視。鐘啟泉先生將課程定義為:課程是指在遵照教育目的指導學生的學習活動,由學校有計劃、有組織地編制的教育內容。從課程定義可見課程編制的立足點就在于對學生的“教育目的”,讓學生明確所學課程的教學地位?！峨姶艌觥氛n程是青島農業(yè)大學電自化本科專業(yè)的一門必修課程,是電工基本理論的主要組成部分之一。該課程旨在在大學物理電磁學的基礎上進一步闡述宏觀電磁現象的基本規(guī)律,介紹其在工程應用方面的基本知識,培養(yǎng)學生能應用場的觀點和方法對電工領域中的電磁現象、電磁過程進行定性、定量分析和判斷,為學生學習自動控制系統(tǒng)、電動機、接觸器、繼電器等電磁設備和器件的分析與設計及今后解決工程實際問題打下堅實基礎。三、安氏電磁學—分析教材體系作為教師選擇合適的教材是提高教學質量的重要要素。目前的教材在電磁場理論教學體系的組織上主要有兩種:一種是先靜態(tài)場后交變場體系,如高等教育出版社馮慈璋、馬西奎先生主編的《工程電磁場導論》教材,該教材從庫侖定律、畢奧—薩伐爾定律及法拉第電磁感應定律出發(fā),逐一介紹靜電場、恒定電場、恒定磁場、時變電磁場。這是一種傳統(tǒng)的電磁理論體系,體現了從特殊到一般的認知規(guī)律,其特點是起點低、易接受,但與普通物理學中電磁學部分內容相似,教學過程中學生易產生厭煩情緒。另一種是先交變場后靜態(tài)場,從麥克斯韋方程組出發(fā),先論述時變電磁場,后把靜態(tài)場理解為其特殊情況。這種體系體現的是從一般到特殊的認知規(guī)律,其特點是壓縮了靜態(tài)場,充實了時變場,但起點高,不易接受。無論選用哪種體系的教材,對教師來說,至關重要的是如何整合教學內容,如何組織教學。四、綜合課程和教育內容(一)特殊函數與矢量分析、場論和電磁矢量分析與場論是用來研究電磁場的重要工具。學生在本課程之前所學過的關于矢量分析、場論及其電磁場所用到的一些特殊函數等知識已忘得差不多。所以要想學好這門課程,筆者認為是必須要先打好矢量分析與場論知識基礎的,否則,在后續(xù)解析電磁場問題時學生會一頭霧水。(二)電磁學知識介紹。對于電磁學知識的課以往電磁場理論教學中靜態(tài)場學時比例偏大,其基本概念學生在電磁學知識中已學過,所以這部分中我們以壓縮形式介紹重點知識,以免學生產生厭煩情緒。(三)時變場教學的拓展學習該課程前學生對時變場知識僅限于簡單的電磁感應現象,我們壓縮靜態(tài)場學時后時變場教學得以充實,內容從電磁感應、麥克斯韋方程組、波動方程直到平面波和輻射,使學生較全面地了解了電磁場理論體系,掌握了時變場的分析計算方法。(四)選擇適用的內容電磁場數值分析方法正日漸滲入到許多交叉領域和新興學科。然而,經典的電磁場理論中并不包括這部分內容,例入的一些教材也往往只作為備選內容。筆者認為這部分知識應該有選擇的給學生講授,我們選擇了有限差分和有限元兩種方法,結合例題介紹本部分知識,使學生了解這兩種方法的基本思想、理論依據和求解過程,為進一步學習其它電磁場數值方法打下基礎。(五)天線技術方面的問題在現代大型自動化控制系統(tǒng)中,越來越多地使用無限傳輸與控制技術。電磁波的發(fā)射、接收方面的問題已是電自化專業(yè)的學生不可逃避的;而天線是電磁波發(fā)射與接收的重要部件,是電磁波出入硬件系統(tǒng)的“門戶”,對于電自化專業(yè)其后續(xù)課程沒有相關知識攝入。為此,我們加強本部分內容的講授,為學生今后的工程實踐打下必要的基礎。五、教學方法不斷完善電磁場課程教師感覺難教,學生感覺難學,此現象的出現,關鍵在于,電磁場課程物理概念抽象,邏輯推理性強。正因為如此,該課程可以說是一門培養(yǎng)學生能力的課程,對培養(yǎng)學生形成正確的思維方法和嚴謹的科學態(tài)度大有幫助。用科學的教學方法傳授知識易于被學生有效接授和消化,同時其解決問題的思維方法也在教學過程中潛移默化地被學生吸納,并轉變?yōu)橐环N潛在的能力。筆者在教學過程中,以教學大綱為準繩,結合筆者多年來的教學經驗,充分發(fā)揮所選用教材的優(yōu)勢,又不局限于教材本身,對于教材的教學內容和教學思想進行合理的整合,通過不斷的教學,實踐—反饋—修正、再實踐—再反饋—再修正,使教學方法不斷完善。筆者在從事電磁場教學過程中,經常與學生做溝通,學生有這樣幾個典型的反饋:“都是些數學推導,而且還那么難!”“聽課時感覺明白了,一做題就不會!”“概念太抽象了!”“學這些理論將來哪能用上?”。針對這幾種常見情況,筆者有一些體會,再結合多年的電磁場教學實踐經驗,希望與同行們在教學方法上進行交流。(一)“未學先擔”:簡化數學推導,重點強調思路分析電磁場理論用到高等數學、復變函數、數理方程和場論等既多又難的數學知識。當學生拿到教材看到滿篇繁瑣的數學推導時,勢必會產生畏懼感,“未學先懼”成為歷屆學生存在的普遍現象。針對這一問題筆者采用的是簡化數學推導,注重思路分析,重點強調結論的方法。簡化數學推導并不是全面回避數學內容,而是詳略得當,以重點例題詳講,重視總結歸納各章內容中數學分析方法的相同點。力爭“一處講透,別處類比,理清思路,重析結論”。(二)用戶課程內容多為矛盾,但內容較少“感覺明白,不會做題”這也是歷屆學生反映出的問題。這正說明了應用電磁場理論解決問題不是單純的數學能力,還需要弄清物理概念。我們在教學中,盡可能多地講解例題,歸納解題方法。但對電磁場這門課程,往往存在學時較少而內容較多的矛盾,不可能有充裕的時間進行全面系統(tǒng)的解題訓練。針對這個矛盾問題我們采取的措施是,在有限的課堂授課時間內盡量精講典型例題;每章結束時做小結,提煉本章重點和難點,適當安排習題課,并通過布置不同深度的課外作業(yè)、小測試等方式,加強學生的解題基本功訓練,提高學生分析解決問題的能力。(三)從教學中用實例隨著科技飛速發(fā)展,電磁場理論在工程實踐、科學研究和日常生活中應用越來越廣泛和深入。如果,在教學過程中我們能有意識地善用教學實例,強化這一點就可以消除學生的“學這些理論將來哪能用上?”的疑問。不僅有助于學生理解電磁場基本原理、基本方法,而且擴大學生的知識面同時激發(fā)學生的學習興趣。(四)教學手段的選擇電磁場理論難教難學關鍵在于計算復雜、概念抽象,過去在黑板上很難講清楚的問題和那些書寫量很大的問題,現在可以采用多媒體教學手段來解決。這樣既可擴展講課視野,又可使學生能夠所聞有所見,所見有所得。將抽象的場用計算機軟件仿真出來是電磁場教學的一大趨勢,也是我們在教學手段上急需解決的問題。理論教學與實驗教學相結合,可以使學生增加對場和波的感性認識,并熟悉工程測量方法。六、建立課程教學管理體系近些年電磁場課的一個最薄弱的環(huán)節(jié)就是教學環(huán)節(jié)的管理、教學資料的積累和教學經驗的總結與教學方法的研究,為了適應新的教學大綱和新的教學手段,我們努力建立適合自己專業(yè)的的課程教學管理體系;建立完善的考核方法,(下轉260頁)(上接259頁)建立電磁場理論習題庫和試題庫。同時,加強與兄弟院校的交流與合作,努力