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电气工程及其自动化专业“工程电磁场”课程教学

改革探索

工程电磁场是电类专业一门重要的、理论性较强的专业基础课

程，它所涉及的内容是相关专业本科学生知识结构的必要组成部

分。本门课程的理论性较强，物理概念较抽象，要求的数学知识较

多，该课程的突出特点是理论严谨和体系完整，在逻辑推理和数

学分析上都具有一定的典型性，它不仅为专业课程提供了必备的基

础知识，而且培养学生正确的思维方式并掌握科学分析问题的方

法，为学生解决实际的工程问题奠定初步的理论基础。[1]

一、根据专业新特点调整教学内容电气工程及其自动化专业学

习的专业课程主要是我们所谓的“强电”，其后续课程中与工程电

磁场有关的是电机学及电力拖动技术、电力电子技术、电磁兼容

技术等电磁设备和器件的分析与设计。因此，学生感觉工程电磁场

这门课用处不大，学习积极性不高，在课程内容安排上，还是以静

电场为主，虽然上课时反复强调该课程与普通物理等课程中的相关

内容在教学上不同，但仍然容易使学生产生内容重复的感觉。

专业认证教学计划调整后，我校的电气工程及其自动化专业的

工程电磁场这门课学时调整为32学时，但随着科学技术的发展和

不同专业间的相互渗透，大型自动控制系统中涉及的电磁场问题越

来越多，电磁场理论与电气工程及其自动化专业的关系也更加密

切，这就从客观上要求学生掌握更多的电磁场理论知识，原来的教

学内容必须拓宽。这就形成了内容增加和学时减少的矛盾，为了解

决这个矛盾，对课程内容做了如下调整：

1.删减静电场内容工程电磁场这门课大多数在教学内容安排上

遵循先静电场，后时变场的思路，并且静电场所占比例较大，但

从这部分内容的基本概念考虑，学生在大学物理中就有所接触。因

此，我们不按照静电场、稳恒电场、稳恒磁场，这样的模式组织静

电场内容，从开始就直接进入到时变电磁场中，即首先引入麦克斯

韦方程组，讨论时变电磁场的基本运动规律，因为麦克斯韦方程组

可以解释电磁场的一切宏观现象。在麦克斯韦方程组教授时将静电

场作为一种特殊情况引出，用较少的学时介绍其特殊性以及与时变

电磁场在理论上的一致性。这样既节省了学时，保证了理论的完

整性，又可避免学生在学习静电场时产生的厌烦心理。[2]

2.增加应用背景内容工程电磁场这门课具有广泛的应用背景，

尤其在工程实践、科学研究以及日常生活当中。但目前绝大多数教

材都没有相关内容的简介，而对电磁现象的应用背景介绍会激发学

生对其产生强大的兴趣。比如在课堂上和学生讨论微波炉中为什么

不能用金属器皿;短波收音机为什么晚上会收到更多的台但干扰大

的问题;

医院的核磁共振设备是依靠什么原理检查人体的状况等，使学生意

识到该课程的重要性，提高学习的积极性。[3]

3.加强时变电磁场理论的教学内容

学习本课程之前，学生对于时变电磁场的知识仅限于简单的电

磁感应现象，更多的只是定性认识，但在现代社会中的广泛应

用，时变电磁场是工程电磁场这门课的教学重点。通过静电场内容

的科学删减，用于该部分内容的课时可达16学时。在内容讲解

上，可直接由麦克斯韦方程组推出亥姆霍兹及波动方程，并且可以

适当的增加时变电磁场理论的具体应用和发展状况，帮着学生理解

相关概念，可以提高教学质量。[4]

二、教学手段的改革

1.简化数学推导过程，注重结论认识工程电磁场理论这门课概

念抽象、理论性强、用到数学知识多，这是电气学生的共同感

受。主要是表现在对矢量分析等知识方面。教材中满篇的点乘、叉

乘、矢量符号就厌倦了，未学先惧是学生存在的普遍现象。那么，

如果在授课过程中进行大量的数学推导，一方面学时有限，另一

方面必定会加剧学生对本门课程的畏惧。所以要简化数学推导，只

要讲清分析思路，将重点放在结论认识上。[5]

简化数学推导并不是完全回避数学内容，而是要详略得当。一

处详讲后，以此类推，只进行分析思路的讲解，直接拿结论来用。

例如，麦克斯韦方程组是研究一切宏观领域电磁现象的理论来源，

为此从相关的法拉第电场感应定律、高斯定理、安培环路定律、磁

通连续性原理等学生已有的物理概念入手，逐步归到麦克斯韦方程

组上来，并对方程组的物理意义作详细的讲解。这部分内容要从

数学、物理两个方面仔细讲授，让学生真正掌握麦克斯韦方程组

的实质，认识到它的重要