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摘要:对“电磁场与电磁波”课程难教难学的现状进行了一些思考,并从教学大纲、教材资料建设、教学方法与手段、考核方式等方面进行了一系列的改革与实践,取得了较好的教学效果。
关键词: 教学改革;教学手段;创新能力培养;考核方式;电磁场与电磁波
作者简介:董建峰(1964-),男,浙江余姚人,宁波大学信息科学与工程学院,教授,工学博士,主要研究方向:电磁场与微波技术;徐键(1965-),男,江西南昌人,宁波大学信息科学与工程学院,教授,工学博士,主要研究方向:电子信息材料与器件。(浙江 宁波 315211)
“电磁场与电磁波”课程是电子信息科学与技术专业和通信工程专业本科生必修的一门重要的专业核心基础课。它所涉及的内容既是电子信息类专业学生应具备的知识结构的必要组成部分,又是众多相关交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础(如计算电磁学、负折射率介质等),在电子信息类专业中占有重要的地位。掌握好本课程的理论,对于学生从场与波的角度理解和掌握后续专业课程内容(特别是关于微波、光波方面),更深入地分析与解释物理现象的本质具有极大的帮助,学好“电磁场与电磁波”课程会使学生对相关学科中不断出现的新发展有更好的理解能力,并将增强学生的创新能力。但是,由于本课程理论性很强,概念抽象,对学生的数学知识及其应用能力要求很高,所以不论是教师的“教”,还是学生的“学”都有较大的难度。本课程教学效果的好坏将直接影响后续专业课程能否更好地展开,因此,“电磁场与电磁波”课程在电子信息科学与技术专业建设中有着重要的意义。
针对“电磁场与电磁波”课程难教难学的现状,我们认为应该从教师和学生的角度来改进该课程的教学。从教师方面讲,应该把课程的目标定位搞清楚,就是既要使学生掌握电磁场与电磁波的知识,更要注重各种能力如逻辑推理、科学思维、创新意识等能力的培养。加强教师本身的能力和素质,认真准备课程,使用多种教学方式,强化场与波的基本概念和基本理论,并通过各种方法充分调动学生的学习积极性,引导学生认识课程的重要性,把学生的主观能动性发挥出来。针对该课程概念抽象、理论公式繁杂、知识点多、学时紧张等特点,我们认为应该制定合适的教学大纲要求,选定合适的教材,采用合适的教学方法和手段以及考核方式,来完成课程既传授知识又培养能力的目标。从学生方面讲,应该教育学生充分认识到电磁场与电磁波理论在现代电子信息和通信中的极端重要性,努力克服困难来掌握电磁场与电磁波的基本理论知识,培养自己的各种能力,才能在未来的学习和工作中具备优势。
我们在“电磁场与电磁波”优秀课程建设中,从教学大纲、教材资料建设、教学内容、教学方法与手段、电子教案建设、考核内容与方法等方面进行了一系列的改革与建设,取得了良好的效果。
一、教学大纲的修订
我们主要从以下几个着眼点出发来展开教学大纲的修订工作:(1)结合信息科学与工程学院平台加模块这一办学特色;(2)参考借鉴兄弟院校本课程的教学大纲;(3)考虑与后续专业课程的良好衔接以及本课程理论与实际应用的有效结合。我们对原有教学大纲做了仔细的分析与讨论。经过仔细斟酌,最终我们认为:根据电气信息类专业未来的发展趋势,将传输线理论部分加入教学大纲是必要的,因为随着无线通信容量的增加,无线通信频率已进入射频、微波波段,而传输线理论是分析、计算、设计射频、微波电路的基础理论,而且传输线理论容易与实际应用相结合。我们修订和完善了“电磁场与电磁波”课程的教学大纲,按新的教学大纲组织教学内容,主要内容包括:(1)矢量分析(给学生以相应的数学基础);(2)传输线基本理论(給学生解决电磁波问题的一种较容易的方法);(3)麦克斯韦方程(让学生了解电磁场和电磁基本规律);(4)平面电磁波(让学生了解电磁波,在学习用分离变量法解偏微分方程的基础上,重点让学生掌握电磁波传播问题与传输线理论的衔接);(5)平面电磁波的反射和折射(让学生了解从理想情况往实际情况走一步,要面对的不均匀性或界面的问题,学习和掌握对问题的处理方法和基本结果);(6)波导及天线(让学生再往解决实际问题方向走下去,了解和运用(4)和(5)的知识来解决两个典型实际应用问题);共约50学时。
二、教材选定和教材资料建设
教材是教学内容改革的载体,教学大纲任务如要顺利完成,选择合适的教材是关键。在教材的选定方面,在与教学大纲制定的指导思想基本一致的情况下,我们查阅了大量近几年出版的教科书,其中包括获国家优秀奖、教育部一等奖,以及面向21世纪高等学校信息工程类专业系列教材等诸多优秀教材。经过仔细分析与筛选,并结合宁波大学信息科学与工程学院教学的实际,结合教学实践并考虑与后续专业课程内容上的有效衔接,我们选择了普通高等教育“十五(十一五)”国家级规划教材,高等教育出版社出版的陈抗生教授的《电磁场与电磁波》作为教材。该教材的教学内容精选,充分结合和利用了“大学物理”电磁学部分的知识基础,讲解直接从电磁场的普遍规律麦克斯韦方程组出发,可以节省学时。教材中微波与光波并重、场和路结合,有利于学生建立起电磁场与波的整体概念,更深刻地理解和掌握电磁场的性质和规律,并且强调与实际应用、与日常经历和今后可能从事的工作领域结合,可以提高学生的学习自觉性和积极性。该教材还有专门的网站,学生可以直接从网上下载课件和其他相关学习材料,观看在线演示。我们还选择了《应用电磁学基础》(2001年多媒体版,F·T·Ulaby著)(英文影印版)、《电磁场与电磁波》英文第2版,B·S·Guru,H·R·Hiziroglu著)等两本英文辅助教材,附有多媒体光盘。
在资料建设方面,我们进行了多媒体课件的建设,改进了与教材配套的课件,并且收集了大量与课程内容相关的其他视频、动画、图片等素材,及时地在上课时使用,效果较好。
三、教学方法与手段改革
我们在教学过程中以学生为主体,教师为主导,采用各种现代教育技术手段实施灵活多样的教学方法,课堂上充分调动学生的学习自主性和积极性,注重学生探究性学习和创新能力的培养,取得了较好的教学效果。
1.多媒体授课并适当结合板书
采用了现代化教学多媒体手段进行教学,包括电子教案、视频、FLASH动画、实物照片等。使用配合教材的“电磁场与电磁波”多媒体演示系统网站和英文辅助教材附带的多媒体光盘,对教学难点和重点进行多媒体演示,将抽象的电磁场与电磁波问题用计算机三维动画显示技术形象、动态、直观地展示出来,以帮助学生更好地理解抽象的概念,充分激发学生的学习兴趣和热情。对难点采用多种方式、多种媒体、从多个不同角度进行讲解,使绝大多数学生能够透彻理解掌握。同时要求学生课后直接查看与该教材配套的专门网站,充分利用网上的丰富资源,并在课后提供给学生有关电磁场与电磁波的教学课件,使学生能够在课后更好地复习和预习,学生反映效果良好。
注重多媒体与“粉笔加黑板”的有机结合,对重要定理、公式的详细推演过程结合黑板进行讲解。
2.采用启发式教学
以前的课件多采用一页一页展示,效果不够好,我们对此进行了改进,使得讲解内容分段或分行显示,与黑板的效果类似,这样既减少了教师讲课时的工作强度,又让学生的注意力集中于教师讲解的内容。针对学生的情况,采用启发式教学,讲解中概念准确,条理清楚,重点突出,详略得当,快慢适中,对重要的公式和定理给出详细的数学推导,而对一些复杂繁琐的公式等不作推导,只对主要公式进行必要说明,把讨论重点放在物理概念、物理模型和思维方法上,并穿插一些电磁科学发展史小故事,增加学生的学习兴趣。授课时使用无线鼠标自动翻页,教师讲课时就站在学生面前或中间,增强师生之间的互动。
强调与过去“大学物理”(电磁学、光学)、“信号与系统”等课程内容的内在联系,如讲解极化时提到光的偏振,因为实际上光就是一种电磁波,极化即偏振;讲到临界角、布儒斯特角时可以说明,这些公式实际上完全可以从麦克斯韦方程推导出来,这样电磁场与电磁波的基本规律就解释了原来光学中的重要物理现象;求解电磁场的标量位和矢量位时,非齐次亥姆霍兹方程的解实际上就是源和格林函数的卷积,而卷积概念是“信号与系统”里的重要概念。还可以指出电基本振子、线天线等理想模型,与“大学物理”中的质点、点电荷和“信号与系统”中的单位冲击信号等理想模型的思维方式是一致的等等。这样既把以前学的知识更加深化了,也可以加深对电磁场与电磁波规律的理解。另外,在教學中安排了几次习题课,讲解学生所做过的习题中容易出错的部分,以便学生加深理解和掌握本课程的基本概念、定律、公式和应用。
3.结合实际应用和学科前沿
首先在教学大纲中加入了可以将复杂场问题简化为工程技术人员熟悉的路问题的传输线理论内容,选用了强调与应用、日常经历和学生今后可能从事的工作领域结合的教材。在教学过程中,密切结合实际例子介绍基本概念和原理,对于提高学生兴趣非常有效。例如讲解电磁波在介质中的透射、穿透深度时,结合目前在日常生活中普遍应用的微波炉,微波对食物加热的原理是:多数食物如牛排等对于微波为有耗介质,微波穿透这些食物时,在食物内部的微波损耗就转变为热量;讲解极化时,结合无线通信系统,为了增加频带内的通信容量,某些通信系统使用两个正交的线极化,能使通常单极化的系统容量增加一倍;还有潜艇之间的通信、电离层、手机(天线)等等。
在教学中,还结合学科的发展,注重反映与本课程有关的学科前沿,例如在讲解平面电磁波的传播时,引申出最近出现的国际上非常热门的负折射率介质研究、电磁波的隐身技术(像《哈利·波特》中出现的隐身斗篷)等,并把我们自己科研中的一些相关结果如平面波导集成光路设计的FDTD方法仿真、负折射材料构成的各种波导中电磁波的反向传播等奇异特性进行介绍,大大激发了学生的学习兴趣。
4.注重创新意识和创新能力的培养
在教学中,注重培养学生的创新意识和创新能力,例如在进行平面电磁波传播的教学时,让学生根据电磁波中电场和磁场关系的公式,大胆假设介电常数和磁导率同时为负,那么就直接从麦克斯韦方程出发从理论上得到了电场、磁场和波矢量的左手关系,而通常的介质,这三者的关系是右手关系,这时再设问是否存在这种左手关系的介质。实际上左手介质或负折射率介质在自然界中是不存在的,但最近,人工合成的左手介质(负折射率介质)已经得到了实验证实,被美国《科学》杂志评为2003年的十大科技突破之一,2006年基于左手介质设计实现的电磁波隐形又被美国《科学》杂志评为年度十大科技突破之一。目前,左手介质是电磁学界和科学界非常热门的研究前沿,并可能应用到亚波长分辨、电磁波隐身等技术中。通过这些引申和介绍,既激发了学生的想象能力,活跃了思维,又提高了学生的学习兴趣,培养了学生的创新能力,取得了非常好的教学效果。仅一届毕业生中就有10多位学生选择了“电磁波在负折射率材料中的传播” 这方面的研究课题作为毕业设计的题目。
四、考核方式改革
考核方式也是课程教学的指挥棒,如何采用合适的考核方式将对课程的教学带来很大的影响。以前往往采用闭卷考试,需要记忆大量的理论公式和定理,造成许多学生养成了死记硬背的学习习惯,而开卷考试看起来又会降低课程的要求。因此需要进行改革,以使考核方式与教学过程和教学目标相一致。
因课程对数学要求高、公式太多,为了使学生集中于电磁场与电磁波基本概念、基本理论的理解掌握与应用,利于学生进行研究性学习,因此在前几届考试中在试卷后面列出了主要的参考公式,从2005年开始采用“一页开卷”考试,有益于学生创新素质的培养和提高。所谓“一页开卷”,就是允许学生在考试时携带事先由学校统一发放的一张A4大小的“一页开卷”专用纸,学生在复习期间可以在这张纸上抄写任意与课程有关的内容,正反面都可以写,这张纸不能打印和复印,里面内容必须自己手写,考试前必须填写真实姓名和学号,考试中不得与其他同学传递交流,考试结束要连同试卷一起上交。学生可以把课程的主要公式和重点、难点写在上面,这一方面可以改变死记硬背的学习习惯,另一方面也是学生全面系统复习、整理、归纳、总结、梳理知识体系的一个有效方式。有的学生在一页纸上写得密密麻麻,可以说是浓缩的笔记,充分利用了这张“一页开卷”专用纸。
“一页开卷”考试的实行,不仅能促使学生系统地复习整理所学内容,使学生把主要精力集中于理解、掌握与应用所学的知识,而不是死记硬背一些概念、定理和公式,而且还促使教师不断提高教学水平和命题质量,要求教师在教学中引导学生把主要心思和精力放到提高自己对知识的理解、分析和运用上来,注重培养学生运用知识分析与解决问题的能力,试卷题目也要注重考核对知识的理解分析和灵活运用。我们有较为系统的试卷库,而且实行了统一的考核制度,每学期末进行试卷分析。试卷分为选择、填空、名词解释、计算等部分,考核的内容既有理论性较强的,也有与实际应用相关的,既注重考核对基本概念以及知识的运用,又考核学生的思维方法和能力等,效果较好。
总之,本文对“电磁场与电磁波”课程难教难学的现状进行了一些思考,并在教学过程中进行了采用新的教学手段和方法、改进考核方式等教改实践,提高了教学质量,培养了学生的创新意识和能力,取得了良好的效果。
参考文献:
[1]陈抗生.电磁场与电磁波(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2007.
[2]曹斌照,许福永,梅中磊,李月娥.关于“电磁场理论”课程建设的探索与实践[J].高等理科教育,2007,(5):43-45.
[3]田雨波,张贞凯.“电磁场理论”教学改革初探[J].电气电子教学学报,2008,30(1):11-13.
[4]邵小桃.美国MIT的电磁波教学启示[J].电气电子教学学报,2008,
30(3):103-105.
[5]姜宇.在“电磁场与电磁波”课程中建立创新理念[J].电气电子教学学报,2009,31(1): 95-96.
(责任编辑:苏宇嵬)
关键词: 教学改革;教学手段;创新能力培养;考核方式;电磁场与电磁波
作者简介:董建峰(1964-),男,浙江余姚人,宁波大学信息科学与工程学院,教授,工学博士,主要研究方向:电磁场与微波技术;徐键(1965-),男,江西南昌人,宁波大学信息科学与工程学院,教授,工学博士,主要研究方向:电子信息材料与器件。(浙江 宁波 315211)
“电磁场与电磁波”课程是电子信息科学与技术专业和通信工程专业本科生必修的一门重要的专业核心基础课。它所涉及的内容既是电子信息类专业学生应具备的知识结构的必要组成部分,又是众多相关交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础(如计算电磁学、负折射率介质等),在电子信息类专业中占有重要的地位。掌握好本课程的理论,对于学生从场与波的角度理解和掌握后续专业课程内容(特别是关于微波、光波方面),更深入地分析与解释物理现象的本质具有极大的帮助,学好“电磁场与电磁波”课程会使学生对相关学科中不断出现的新发展有更好的理解能力,并将增强学生的创新能力。但是,由于本课程理论性很强,概念抽象,对学生的数学知识及其应用能力要求很高,所以不论是教师的“教”,还是学生的“学”都有较大的难度。本课程教学效果的好坏将直接影响后续专业课程能否更好地展开,因此,“电磁场与电磁波”课程在电子信息科学与技术专业建设中有着重要的意义。
针对“电磁场与电磁波”课程难教难学的现状,我们认为应该从教师和学生的角度来改进该课程的教学。从教师方面讲,应该把课程的目标定位搞清楚,就是既要使学生掌握电磁场与电磁波的知识,更要注重各种能力如逻辑推理、科学思维、创新意识等能力的培养。加强教师本身的能力和素质,认真准备课程,使用多种教学方式,强化场与波的基本概念和基本理论,并通过各种方法充分调动学生的学习积极性,引导学生认识课程的重要性,把学生的主观能动性发挥出来。针对该课程概念抽象、理论公式繁杂、知识点多、学时紧张等特点,我们认为应该制定合适的教学大纲要求,选定合适的教材,采用合适的教学方法和手段以及考核方式,来完成课程既传授知识又培养能力的目标。从学生方面讲,应该教育学生充分认识到电磁场与电磁波理论在现代电子信息和通信中的极端重要性,努力克服困难来掌握电磁场与电磁波的基本理论知识,培养自己的各种能力,才能在未来的学习和工作中具备优势。
我们在“电磁场与电磁波”优秀课程建设中,从教学大纲、教材资料建设、教学内容、教学方法与手段、电子教案建设、考核内容与方法等方面进行了一系列的改革与建设,取得了良好的效果。
一、教学大纲的修订
我们主要从以下几个着眼点出发来展开教学大纲的修订工作:(1)结合信息科学与工程学院平台加模块这一办学特色;(2)参考借鉴兄弟院校本课程的教学大纲;(3)考虑与后续专业课程的良好衔接以及本课程理论与实际应用的有效结合。我们对原有教学大纲做了仔细的分析与讨论。经过仔细斟酌,最终我们认为:根据电气信息类专业未来的发展趋势,将传输线理论部分加入教学大纲是必要的,因为随着无线通信容量的增加,无线通信频率已进入射频、微波波段,而传输线理论是分析、计算、设计射频、微波电路的基础理论,而且传输线理论容易与实际应用相结合。我们修订和完善了“电磁场与电磁波”课程的教学大纲,按新的教学大纲组织教学内容,主要内容包括:(1)矢量分析(给学生以相应的数学基础);(2)传输线基本理论(給学生解决电磁波问题的一种较容易的方法);(3)麦克斯韦方程(让学生了解电磁场和电磁基本规律);(4)平面电磁波(让学生了解电磁波,在学习用分离变量法解偏微分方程的基础上,重点让学生掌握电磁波传播问题与传输线理论的衔接);(5)平面电磁波的反射和折射(让学生了解从理想情况往实际情况走一步,要面对的不均匀性或界面的问题,学习和掌握对问题的处理方法和基本结果);(6)波导及天线(让学生再往解决实际问题方向走下去,了解和运用(4)和(5)的知识来解决两个典型实际应用问题);共约50学时。
二、教材选定和教材资料建设
教材是教学内容改革的载体,教学大纲任务如要顺利完成,选择合适的教材是关键。在教材的选定方面,在与教学大纲制定的指导思想基本一致的情况下,我们查阅了大量近几年出版的教科书,其中包括获国家优秀奖、教育部一等奖,以及面向21世纪高等学校信息工程类专业系列教材等诸多优秀教材。经过仔细分析与筛选,并结合宁波大学信息科学与工程学院教学的实际,结合教学实践并考虑与后续专业课程内容上的有效衔接,我们选择了普通高等教育“十五(十一五)”国家级规划教材,高等教育出版社出版的陈抗生教授的《电磁场与电磁波》作为教材。该教材的教学内容精选,充分结合和利用了“大学物理”电磁学部分的知识基础,讲解直接从电磁场的普遍规律麦克斯韦方程组出发,可以节省学时。教材中微波与光波并重、场和路结合,有利于学生建立起电磁场与波的整体概念,更深刻地理解和掌握电磁场的性质和规律,并且强调与实际应用、与日常经历和今后可能从事的工作领域结合,可以提高学生的学习自觉性和积极性。该教材还有专门的网站,学生可以直接从网上下载课件和其他相关学习材料,观看在线演示。我们还选择了《应用电磁学基础》(2001年多媒体版,F·T·Ulaby著)(英文影印版)、《电磁场与电磁波》英文第2版,B·S·Guru,H·R·Hiziroglu著)等两本英文辅助教材,附有多媒体光盘。
在资料建设方面,我们进行了多媒体课件的建设,改进了与教材配套的课件,并且收集了大量与课程内容相关的其他视频、动画、图片等素材,及时地在上课时使用,效果较好。
三、教学方法与手段改革
我们在教学过程中以学生为主体,教师为主导,采用各种现代教育技术手段实施灵活多样的教学方法,课堂上充分调动学生的学习自主性和积极性,注重学生探究性学习和创新能力的培养,取得了较好的教学效果。
1.多媒体授课并适当结合板书
采用了现代化教学多媒体手段进行教学,包括电子教案、视频、FLASH动画、实物照片等。使用配合教材的“电磁场与电磁波”多媒体演示系统网站和英文辅助教材附带的多媒体光盘,对教学难点和重点进行多媒体演示,将抽象的电磁场与电磁波问题用计算机三维动画显示技术形象、动态、直观地展示出来,以帮助学生更好地理解抽象的概念,充分激发学生的学习兴趣和热情。对难点采用多种方式、多种媒体、从多个不同角度进行讲解,使绝大多数学生能够透彻理解掌握。同时要求学生课后直接查看与该教材配套的专门网站,充分利用网上的丰富资源,并在课后提供给学生有关电磁场与电磁波的教学课件,使学生能够在课后更好地复习和预习,学生反映效果良好。
注重多媒体与“粉笔加黑板”的有机结合,对重要定理、公式的详细推演过程结合黑板进行讲解。
2.采用启发式教学
以前的课件多采用一页一页展示,效果不够好,我们对此进行了改进,使得讲解内容分段或分行显示,与黑板的效果类似,这样既减少了教师讲课时的工作强度,又让学生的注意力集中于教师讲解的内容。针对学生的情况,采用启发式教学,讲解中概念准确,条理清楚,重点突出,详略得当,快慢适中,对重要的公式和定理给出详细的数学推导,而对一些复杂繁琐的公式等不作推导,只对主要公式进行必要说明,把讨论重点放在物理概念、物理模型和思维方法上,并穿插一些电磁科学发展史小故事,增加学生的学习兴趣。授课时使用无线鼠标自动翻页,教师讲课时就站在学生面前或中间,增强师生之间的互动。
强调与过去“大学物理”(电磁学、光学)、“信号与系统”等课程内容的内在联系,如讲解极化时提到光的偏振,因为实际上光就是一种电磁波,极化即偏振;讲到临界角、布儒斯特角时可以说明,这些公式实际上完全可以从麦克斯韦方程推导出来,这样电磁场与电磁波的基本规律就解释了原来光学中的重要物理现象;求解电磁场的标量位和矢量位时,非齐次亥姆霍兹方程的解实际上就是源和格林函数的卷积,而卷积概念是“信号与系统”里的重要概念。还可以指出电基本振子、线天线等理想模型,与“大学物理”中的质点、点电荷和“信号与系统”中的单位冲击信号等理想模型的思维方式是一致的等等。这样既把以前学的知识更加深化了,也可以加深对电磁场与电磁波规律的理解。另外,在教學中安排了几次习题课,讲解学生所做过的习题中容易出错的部分,以便学生加深理解和掌握本课程的基本概念、定律、公式和应用。
3.结合实际应用和学科前沿
首先在教学大纲中加入了可以将复杂场问题简化为工程技术人员熟悉的路问题的传输线理论内容,选用了强调与应用、日常经历和学生今后可能从事的工作领域结合的教材。在教学过程中,密切结合实际例子介绍基本概念和原理,对于提高学生兴趣非常有效。例如讲解电磁波在介质中的透射、穿透深度时,结合目前在日常生活中普遍应用的微波炉,微波对食物加热的原理是:多数食物如牛排等对于微波为有耗介质,微波穿透这些食物时,在食物内部的微波损耗就转变为热量;讲解极化时,结合无线通信系统,为了增加频带内的通信容量,某些通信系统使用两个正交的线极化,能使通常单极化的系统容量增加一倍;还有潜艇之间的通信、电离层、手机(天线)等等。
在教学中,还结合学科的发展,注重反映与本课程有关的学科前沿,例如在讲解平面电磁波的传播时,引申出最近出现的国际上非常热门的负折射率介质研究、电磁波的隐身技术(像《哈利·波特》中出现的隐身斗篷)等,并把我们自己科研中的一些相关结果如平面波导集成光路设计的FDTD方法仿真、负折射材料构成的各种波导中电磁波的反向传播等奇异特性进行介绍,大大激发了学生的学习兴趣。
4.注重创新意识和创新能力的培养
在教学中,注重培养学生的创新意识和创新能力,例如在进行平面电磁波传播的教学时,让学生根据电磁波中电场和磁场关系的公式,大胆假设介电常数和磁导率同时为负,那么就直接从麦克斯韦方程出发从理论上得到了电场、磁场和波矢量的左手关系,而通常的介质,这三者的关系是右手关系,这时再设问是否存在这种左手关系的介质。实际上左手介质或负折射率介质在自然界中是不存在的,但最近,人工合成的左手介质(负折射率介质)已经得到了实验证实,被美国《科学》杂志评为2003年的十大科技突破之一,2006年基于左手介质设计实现的电磁波隐形又被美国《科学》杂志评为年度十大科技突破之一。目前,左手介质是电磁学界和科学界非常热门的研究前沿,并可能应用到亚波长分辨、电磁波隐身等技术中。通过这些引申和介绍,既激发了学生的想象能力,活跃了思维,又提高了学生的学习兴趣,培养了学生的创新能力,取得了非常好的教学效果。仅一届毕业生中就有10多位学生选择了“电磁波在负折射率材料中的传播” 这方面的研究课题作为毕业设计的题目。
四、考核方式改革
考核方式也是课程教学的指挥棒,如何采用合适的考核方式将对课程的教学带来很大的影响。以前往往采用闭卷考试,需要记忆大量的理论公式和定理,造成许多学生养成了死记硬背的学习习惯,而开卷考试看起来又会降低课程的要求。因此需要进行改革,以使考核方式与教学过程和教学目标相一致。
因课程对数学要求高、公式太多,为了使学生集中于电磁场与电磁波基本概念、基本理论的理解掌握与应用,利于学生进行研究性学习,因此在前几届考试中在试卷后面列出了主要的参考公式,从2005年开始采用“一页开卷”考试,有益于学生创新素质的培养和提高。所谓“一页开卷”,就是允许学生在考试时携带事先由学校统一发放的一张A4大小的“一页开卷”专用纸,学生在复习期间可以在这张纸上抄写任意与课程有关的内容,正反面都可以写,这张纸不能打印和复印,里面内容必须自己手写,考试前必须填写真实姓名和学号,考试中不得与其他同学传递交流,考试结束要连同试卷一起上交。学生可以把课程的主要公式和重点、难点写在上面,这一方面可以改变死记硬背的学习习惯,另一方面也是学生全面系统复习、整理、归纳、总结、梳理知识体系的一个有效方式。有的学生在一页纸上写得密密麻麻,可以说是浓缩的笔记,充分利用了这张“一页开卷”专用纸。
“一页开卷”考试的实行,不仅能促使学生系统地复习整理所学内容,使学生把主要精力集中于理解、掌握与应用所学的知识,而不是死记硬背一些概念、定理和公式,而且还促使教师不断提高教学水平和命题质量,要求教师在教学中引导学生把主要心思和精力放到提高自己对知识的理解、分析和运用上来,注重培养学生运用知识分析与解决问题的能力,试卷题目也要注重考核对知识的理解分析和灵活运用。我们有较为系统的试卷库,而且实行了统一的考核制度,每学期末进行试卷分析。试卷分为选择、填空、名词解释、计算等部分,考核的内容既有理论性较强的,也有与实际应用相关的,既注重考核对基本概念以及知识的运用,又考核学生的思维方法和能力等,效果较好。
总之,本文对“电磁场与电磁波”课程难教难学的现状进行了一些思考,并在教学过程中进行了采用新的教学手段和方法、改进考核方式等教改实践,提高了教学质量,培养了学生的创新意识和能力,取得了良好的效果。
参考文献:
[1]陈抗生.电磁场与电磁波(第2版)[M].北京:高等教育出版社,2007.
[2]曹斌照,许福永,梅中磊,李月娥.关于“电磁场理论”课程建设的探索与实践[J].高等理科教育,2007,(5):43-45.
[3]田雨波,张贞凯.“电磁场理论”教学改革初探[J].电气电子教学学报,2008,30(1):11-13.
[4]邵小桃.美国MIT的电磁波教学启示[J].电气电子教学学报,2008,
30(3):103-105.
[5]姜宇.在“电磁场与电磁波”课程中建立创新理念[J].电气电子教学学报,2009,31(1): 95-96.
(责任编辑:苏宇嵬)