研究生高等电磁场理论研究生课程“高等电磁场理论”的教学改革探索与实践

研究生高等电磁场理论研究生课程“高等电磁场理论”的教学改革探索与实践 摘要：本文从课程定位、教学内容设置、改进教学方法和考核方式这些问题切入，对研究生专业基础课程高等电磁场理论的教学改革做了一些初步探索，给出了一些经验总结。 关键词：研究生课程 高等电磁场理论 教学改革 高等电磁场理论是我校电磁场与微波技术专业和物理电子学专业研究生的一门专业基础课程。通过该课程的学习，要求研究生在掌握电磁场基本理论的基础上，具备应用宏观电磁理论研究电磁场与电磁波规律、设计微波及光波器件的能力。笔者从xx年以来一直负责该课程的教学工作，在课程的定位、教学内容的设置、教学方法和考核方式的改进等方面进行了初步的实践探索，取得了一些经验和体会。 一、顺应教育发展形式，准确把握课程定位 研究生专业基础课程是联系本科课程和研究生专业课程的纽带，是通识教育向高层次专门人才培养的铺垫。当前我国高等学校本科教育趋向于通才的培养（也称通识教育），要求本科生具有相对较宽口径的基础知识和基本技能。因此，本科阶段的专业设置不断被淡化，一个本科专业通常对应一个大的学科，课程数量大为增加，单门课程的学时数不断被压缩。另外，当前学科专业的划分越来越细，每个具体科学需要研究的深度也越来越深。本科课程学时数的限制导致目前许多学生在本科阶段所学知识过于泛泛，难以直接用于专业研究。研究生专业基础课程的开设目的是进一步提高学生的理论水平，使他们能够较顺利地阅读有关的专业文献以及从事相关的理论或应用基础性研究。 我校电磁场与微波技术专业和物理电子学专业的研究生主要通信和物理两个本科专业，所学与研究生阶段有关的课程是大学物理、电磁场理论和微波技术等。这些课程在本科阶段均为独立开设，学时数的限制又导致课堂教学中不得不省略一些原理性的推导过程，而这些推导过程本身就是对学生逻辑思维能力和分析问题能力的训练过程。因此，本科毕业生往往难以自如地综合运用这些课程所学的电磁场知识去分析和求解一些简单的电磁场应用问题，比如金属波导和光纤中电磁波传输的基本原理等。有鉴于此，我校集中开设“高等电磁场理论”这门研究生专业基础课程，它是大学物理、电磁场理论、微波技术等本科课程的提升和应用，以为研究生建立宏观电磁场基本理论和求解电磁场问题的基本数学分析方法为基础，通过将它们应用于金属波导、介质波导、弱耦合系统和周期系统中电磁场的研究，着力培养研究生应用宏观电磁场的理论和研究方法，分析和研究电磁波在不同媒质中的传播特征和研发集成微波器件、光波器件的能力。 二、课堂教学改革与建设 1.合理设置课程的教学内容 现代科技的高速发展以及新兴交叉学科的不断涌现使得加强研究生基础理论知识的教学显得尤为重要，因为基础理论具有相对稳定性和广泛适用性，只有具备了扎实深厚的基础理论知识才能做到以不变应万变。因此，研究生专业基础课程的教学内容应该侧重于基础理论和分析问题的基本思路和方法上。根据这一原则，笔者结合近年来教学经验和研究工作的体会，采用清华大学张克潜与李德杰两位教授所著的微波与光电子学中的电磁理论作为教材，确定高等电磁场理论课程的教学内容。对于该教材中一些分析、推导过程省略较多的原理性内容，笔者将详细的分析过程编写成讲义分发给学生，以便于学生更好地掌握教材内容。 本课程的教学内容主要包括三个方面：电磁场与电磁波的基本概念与定律、数学分析工具和典型应用。在讲授宏观电磁理论的基本定律时，以麦克斯韦方程组为出发点，强调边界条件的重要性和时变电磁场的波动性。在讲授电磁波的基础理论时，着重分析均匀平面电磁波在导体界面和介质界面发生反射和透射时电磁场的分布特征，以便让学生理解和掌握电磁波在金属波导、介质波导中传输的基本原理。对于电磁场与电磁波问题的数学分析工具，讲授的重点放在求解时变电磁场矢量亥姆霍兹方程的博格尼斯函数法和求解标量亥姆霍兹方程的分离变量法。在应用方面，主要讲授如何利用博格尼斯函数法分析在有边界限制情况下的电磁波传播规律，即导波系统中的电磁波形态。根据边界类型的不同，分别讨论导体边界、介质边界和周期性边界三种导波系统中的电磁波传播规律。 2改进教学方法，引导学生主动思维 高等电磁场理论课程中公式定律多、推导过程繁杂，若采用“教师板书授课，学生笔记记录”的传统模式，师生之间缺乏互动，课堂气氛沉闷，易使学生丧失学习的主动性和积极性，无法达到理想的教学效果。由于研究生已具备一定的专业知识和自学能力，笔者在课堂教学中参考国外教学方式，在教学方法上进行了大胆改革。课堂讲授重点放在难点、重点内容上，对于教材中一些分析过程比较详细的理论推导内容，课堂上仅介绍分析方法、思路以及结果的应用，具体推导过程留给学生课后通过自学掌握。通过合理安排精讲和自学内容，达到提高学生学习主动性、培养学生独立学习能力的目的。为了活跃课堂气氛，多采用提问、学生小组讨论和回答的方式。在课堂上经常布置难易程度适中的书面练习，要求学生在5分钟内完成，以激发他们的学习兴趣和参与热情。 3合理设置考核方式，着重考察学生掌握知识的能力 研究生课程考核的本质目的是督促学生更好地掌握本课程的基础知识和应用技能，因此考察的重点是学生掌握本门课程知识的能力。在高等电磁场理论课程的考核中，笔者主要通过综合学生的多方面表现给出考核成绩。这些因素包括：课堂参与程度、课后作业成绩和期末考试成绩等。此外，为了使学生集中于电磁场基本理论和分析方法的掌握和应用，训练学生综合应用所学知识的能力，使学生不把精力用于公式、定律的死记硬背上，期末考试时在试卷后面列出了主要参考公式。考核的内容既有理论性较强的，也有与实际应用相关的，既重视考核学生对基本知识的应用，又考核学生分析问题的方法和能力。 三、结束语 笔者根据研究生教育和高等电磁场理论课程的自身特点，经过几年的不断探索与实践，在教学内容、教学方法和考核方式等方面下工夫，帮助研究生打牢专业知识基础，激发学生学习的主动性和积极性，使他们的学习能力得到显著提高，为