《電磁場理論》課程教學(xué)大綱

《電磁場理論》教學(xué)大綱課程名稱：電磁場理論英文名稱：ElectromagneticFieldTheory課程編號：D098091051學(xué)分：3.5總學(xué)時/課內(nèi)實踐學(xué)時：56課程性質(zhì)：專業(yè)方向與拓展開課單位：數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院物理系基層教學(xué)組織適應(yīng)對象：光電信息科學(xué)與工程專業(yè)一、課程簡介《電磁場理論》是為光電信息科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)必修課，在教學(xué)培養(yǎng)計劃中列為基礎(chǔ)課，56課時，3.5學(xué)分，考核方式為期末考試。通過本門課程的學(xué)習(xí)，能夠系統(tǒng)地掌握電磁場相關(guān)的基本概念，基本性質(zhì)，基本規(guī)律以及了解電磁波的應(yīng)用領(lǐng)域；培養(yǎng)理性思維及應(yīng)用數(shù)學(xué)方法求解電磁場基本問題的能力，以及提升綜合應(yīng)用知識能力和增強創(chuàng)新意識。為進一步學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下堅實基礎(chǔ)，同時為以后從事本領(lǐng)域或相關(guān)領(lǐng)域工作、深造、研究作好準(zhǔn)備。在授課過程中，通過融入我國當(dāng)前先進電信技術(shù)（5G）的發(fā)展，增強學(xué)生的民族意識、愛國情懷。二、課程目標(biāo)思政目標(biāo)：在課堂授課過程中，融入“中美貿(mào)易戰(zhàn)”，“5G技術(shù)發(fā)展”，“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)”，“FAST天眼”等當(dāng)前時政、科技熱點，增強學(xué)生的愛國主義情懷，增強民族自信，加強品德修養(yǎng)，增長知識見識，培養(yǎng)拼搏奮斗精神。知識目標(biāo)：掌握電磁場的基本理論知識，了解電磁場的主要應(yīng)用領(lǐng)域及其原理；能力目標(biāo)：訓(xùn)練學(xué)生，分析問題、歸納問題的能力，用電磁場理論的相關(guān)知識來分析解決生產(chǎn)生活中所遇到的相應(yīng)的實際問題。素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神、語言表達能力、自學(xué)能力、競爭意識、愛國情懷等綜合素質(zhì)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系本課程的課程目標(biāo)對計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點的支撐情況如表1所示：表1課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)畢業(yè)要求1：①具有愛國主義情操，尊重生命，關(guān)愛他人，主張正義，具有人文知識、思辨能力、處世能力和科學(xué)精神。②了解國情，理解社會主義核心價值觀，維護國家利益，具有推動民族復(fù)興和社會進步的責(zé)任感。1畢業(yè)要求2：①掌握電子電路、單片機原理及接口等工程基礎(chǔ)知識，能將其用于解決電子電路相關(guān)的工程問題，具備從事光信息處理、光電檢測和處理系統(tǒng)技術(shù)工作的能力。②掌握光電信息科學(xué)與工程的專業(yè)基礎(chǔ)知識，并能將其用于解決光信息處理、光電檢測和處理工程領(lǐng)域的綜合性工程實踐和復(fù)雜工程問題。2畢業(yè)要求3：①應(yīng)用光電信息科學(xué)與工程領(lǐng)域所需的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)知識，具備對系統(tǒng)進行識別和分析的能力。②掌握光電信息科學(xué)與工程領(lǐng)域所需的專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本原理，具備選擇合適工程技術(shù)，分析具體問題的能力。3畢業(yè)要求4：①了解專業(yè)的國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀，具有就光電信息科學(xué)與工程復(fù)雜問題能與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通、交流與協(xié)作，能夠結(jié)合復(fù)雜工程問題撰寫報告、設(shè)計文稿，清晰陳述觀點和回答問題的能力。②具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識，能夠持續(xù)跟蹤光電信息科學(xué)與工程學(xué)科前沿的發(fā)展動態(tài)，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的能力。4四、課程教學(xué)安排課程共有7項教學(xué)內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學(xué)安排表序號教學(xué)內(nèi)容思政元素課堂教學(xué)學(xué)時實驗/實踐教學(xué)學(xué)時學(xué)時小計1緒論科學(xué)精神培養(yǎng)、職業(yè)教育和愛國教育4042矢量分析與場論8083靜電場科學(xué)精神培養(yǎng)8084恒定電流場100105恒定電磁場改革創(chuàng)新精神培養(yǎng)100106靜態(tài)場的解8087時變電磁場808合計56056五、教學(xué)安排1.緒論教學(xué)要求：了解電磁場理論的發(fā)展史和當(dāng)前的主要技術(shù)應(yīng)用，了解電磁場理論的應(yīng)用領(lǐng)域。教學(xué)內(nèi)容：電磁場理論的基本內(nèi)容及研究前景；電磁場理論的地位與作用；電磁場理論的學(xué)習(xí)方法、教學(xué)要求；參考讀物。重難點：電磁場的應(yīng)用領(lǐng)域。思政元素：講授電磁場路輪的科學(xué)發(fā)展史，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神；講授電磁場的應(yīng)用領(lǐng)域及未來行業(yè)發(fā)展，對學(xué)生進行職業(yè)教育；講授“中美貿(mào)易戰(zhàn)”和“5G技術(shù)”等當(dāng)前時政、科技熱點，培養(yǎng)學(xué)生的愛國主義情懷、增強學(xué)生的危機意識和民族自豪感。2.矢量分析與場論教學(xué)要求：掌握矢量代數(shù)運算，掌握梯度、散度、旋度的定義及相關(guān)運算。教學(xué)內(nèi)容：矢量代數(shù)；矢量分析；場；數(shù)量場的方向?qū)?shù)和梯度；矢量場的通量和散度；矢量場的環(huán)量及旋度；幾種重要的矢量場。重難點：梯度、散度、旋度的定義及相關(guān)運算。3.靜電場教學(xué)要求：掌握靜電場的基本方程及其邊界條件，能夠運用基本概念計算電場、電容。并能夠解決相關(guān)問題。教學(xué)內(nèi)容：庫侖定律與電場強度；高斯定理；靜電場的基本方程；電偶極子；靜電場中的物質(zhì)；邊界條件；靜電場中的儲能；電力線；導(dǎo)體系統(tǒng)的電容。重難點：高斯定理；靜電場的基本方程；邊界條件。思政元素：通過講授靜電場的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題到解決問題的科學(xué)素養(yǎng)。4.恒定電流場教學(xué)要求：掌握電流連續(xù)性方程，掌握焦耳定律及其應(yīng)用，了解恒定電場的邊界條件，能夠熟悉應(yīng)用靜電比擬法。教學(xué)內(nèi)容：電流密度；導(dǎo)體的電阻；電流連續(xù)性方程；焦耳定律；恒定電場的邊界條件；恒定電場與靜電場的比擬；電動勢。重難點：電流連續(xù)性方程；恒定電場的邊界條件；恒定電場與靜電場的比擬。5.恒定電磁場教學(xué)要求：掌握恒定磁場的基本方程；矢量磁位；磁介質(zhì)中的場方程；恒定磁場的邊界條件；標(biāo)量磁位。教學(xué)內(nèi)容：磁感應(yīng)強度；恒定磁場的基本方程；矢量磁位；磁偶極子；磁介質(zhì)中的場方程；恒定磁場的邊界條件；標(biāo)量磁位；互感和自感；磁場能量；磁場力。重難點：恒定磁場的基本方程；矢量磁位；磁介質(zhì)中的場方程；恒定磁場的邊界條件；標(biāo)量磁位。思政元素：通過講授實驗發(fā)現(xiàn)磁場的過程及恒定電磁場理論的建立，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和改革創(chuàng)新精神。6.靜態(tài)場的解教學(xué)要求：了解邊值問題的分類和唯一性定理，掌握鏡像法和分離變量法。教學(xué)內(nèi)容：邊值問題的分類；唯一性定理；鏡像法；分離變量法；復(fù)變函數(shù)法；有限差分法。重難點：三種坐標(biāo)系中的分離變量法。7.時變電磁場教學(xué)要求：教學(xué)內(nèi)容：法拉第電磁感應(yīng)定律；位移電流；麥克斯韋方程組；電磁場的邊界條件；坡印廷定理；正弦電磁場；波動方程；標(biāo)量位和矢量位。重難點：麥克斯韋方程組；電磁場的邊界條件；坡印廷定理。六、課內(nèi)實踐教學(xué)內(nèi)容及要求無。七、課程考核與評價表4：成績評定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則出勤10課堂出勤率再按10%10計入總成績。課堂表現(xiàn)20考核學(xué)生上課回答問題情況以及課堂PPT演講考核，根據(jù)課堂表現(xiàn)給與5-20分，計入期末成績。期末測試70主要考核電磁場理論的基本概念、基本方程以及工程應(yīng)用的計算求解等；閉卷考試，以卷面成績的70%計入課程總成績合計100課程學(xué)習(xí)資源教材：馬海武，《電磁場理論》，清華大學(xué)出版社，2016。參考書目：柯亨