《电磁场》教学大纲

《电磁场》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：06140361课程性质：学科基础必修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：大学物理、高等数学、线性代数等后续课程：电力电缆结构设计、通信电缆设计与制造等适用专业：电缆工程本科开课单位：电子信息工程学院一、课程说明《电磁场》是电缆工程本科专业的学科基础必修课，课程内容涉及电磁常基本理论，主要研究场论和电磁场的源与场的关系。电磁场理论是一些交叉领域的学科生长点和新兴边缘学科发展的基础，学好电磁场理论将增强学生的适应能力和创造能力。本课程的作用不仅是为进一步学习准备必要的基础，更为深远的是关系到所培养学生的基本素质。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：熟练掌握标量场与矢量场中梯度、散度、旋度的物理意义与计算方法、矢量场的散度定理与斯托克斯定理、拉普拉斯运算与亥姆霍兹定理；掌握真空中静电场的基本规律、真空中恒定磁场的基本规律、媒质的电磁特性、电磁感应定律的微分与积分表示形式，理解位移电流的物理意义与修正的安培环路定律，掌握电磁场理论的核心内容：麦克斯韦方程组和边界条件，并能熟练运用麦克斯韦方程组和边界条件求解电磁场；掌握三种静态场的基本方程和性质，掌握标量位和矢量位的含义与表达式，理解电容、电感、电磁能量的计算方法，理解静态场的边值问题及唯一性定理，理解镜像法的原理和应用；掌握时变电磁场的波动方程、位函数、达朗贝尔方程、电磁能量守恒定律，及时谐电磁场的概念和相关计算方法。课程目标2：使学生能够通过数学方法分析一些基本的实际问题，对实际工程问题进行抽象建模，应用数学、电磁场和电磁波知识分析实际的工程问题并提出相应解决方案，培养学生解决和研究问题的能力，并具有较好的沟通和团队协作能力。课程目标3：具有与电缆工程实践相关的人文、历史、环境、法律、安全、伦理等知识，能够在电缆工程领域的工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。具有良好的专业素质，掌握科学的思维方法和科学研究方法，恪守并践行实事求是、开拓创新、勤奋敬业的科学精神。三、课程目标与毕业要求《电磁场》课程教学目标对电缆工程专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.3能够将电缆工程基础知识用于分析智能制造相关复杂工程问题并提出解决方案。课程目标1：熟练掌握标量场与矢量场中梯度、散度、旋度的物理意义与计算方法、矢量场的散度定理与斯托克斯定理、拉普拉斯运算与亥姆霍兹定理；掌握真空中静电场的基本规律、真空中恒定磁场的基本规律、媒质的电磁特性、电磁感应定律的微分与积分表示形式，理解位移电流的物理意义与修正的安培环路定律，掌握电磁场理论的核心内容：麦克斯韦方程组和边界条件，并能熟练运用麦克斯韦方程组和边界条件求解电磁场；掌握三种静态场的基本方程和性质，掌握标量位和矢量位的含义与表达式，理解电容、电感、电磁能量的计算方法，理解静态场的边值问题及唯一性定理，理解镜像法的原理和应用；掌握时变电磁场的波动方程、位函数、达朗贝尔方程、电磁能量守恒定律，及时谐电磁场的概念和相关计算方法。H2．问题分析2.1能应用数学、自然科学和工程科学的基本原理和标准规范，识别与表达电缆工程相关的复杂工程问题。课程目标2：使学生能够通过数学方法分析一些基本的实际问题，对实际工程问题进行抽象建模，应用数学、电磁场知识分析实际的工程问题并提出相应解决方案，培养学生解决和研究问题的能力，并具有较好的沟通和团队协作能力。课程目标3：具有与电缆工程实践相关的人文、历史、环境、法律、安全、伦理等知识，能够在电缆工程领域的工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。具有良好的专业素质，掌握科学的思维方法和科学研究方法，恪守并践行实事求是、开拓创新、勤奋敬业的科学精神。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标矢量运算1.矢量代数2.三种正交坐标系3.标量场的方向倒数和梯度4.矢量场的散度和旋度5.亥姆霍兹定理教学要求：使学生掌握标量、矢量以及标量场、矢量场的概念，掌握矢量运算、矢量线、散度、旋度、梯度的求解；了解直角坐标系、圆柱坐标系与球坐标系的建立和转换；理解亥姆霍兹定理的物理意义。重点：散度、旋度、梯度的求解。难点：圆柱坐标系与球坐标系。81、2、3电磁场的基本规律1.静电场的基本规律2.恒定磁场的基本规律3.媒质的电磁特性4.电磁感应定律和位移电流5.麦克斯韦方程组6.电磁场的边界条件教学要求：使学生掌握真空中静电场、恒定磁场的基本规律；了解介质的极化与磁化特性；掌握电磁感应定律和位移电流；能够熟练应用麦克斯韦方程；掌握边界条件。重点：麦克斯韦方程组。难点：极化特性，边界条件。81、2、3、4静态电磁场及其边值问题的解1.静电场及恒定电场分析2.恒定磁场分析3.惟一性定理4.镜像法教学要求：掌握静电场、恒定磁场的基本方程，使学生理解边值问题解答的唯一性；掌握镜像法，能计算简单的场问题。重点：拉普拉斯方程，唯一性定理。难点：边值问题的求解。81、2、3时变电磁场1.波动方程2.电磁场的位函数3.电磁场能量守恒定律4.时谐电磁场教学要求：使学生了解电磁波的波动方程的物理意义；理解电磁场的位函数及满足的方程；掌握坡印廷定律；掌握时谐电磁场瞬时状态与复矢量状态的相互转换。重点：坡印廷定理，复矢量的表示。难点：波动方程的物理意义。81、2、3合计32五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，采用启发式、讨论式教学和案例教学等，促进学生积极思考，开发学生的潜能，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；以“少而精”为原则，精选教学内容，精讲多练；安排习题课，巩固课堂所学知识；本课程为省级精品在线开放课程，为学生提供灵活的自主学习平台，结合信息化的教学手段培养学生的自主学习能力、创新思维意识。六、课程资源1.教材谢处方等.《电磁场与电磁波》（第5版）.2020年.2.参考书（1）郭辉萍.《电磁场与电磁波》（第4版）.西安电子科技大学出版社.2019年.（2）王家礼.《电磁场与电磁波》.西安电子科技大学出版社.2018年.（3）路宏敏.《电磁场与电磁波基础》.科学出版社.2016年.3.期刊（1）电波科学学报，中国电子学会（2）电子学报，中国电子学会（3）遥感学报，中国科学院遥感应用研究所（4）IEEE Microwave and Guided Wave Letters，the Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc.'s (IEEE) Microwave Theory and Techniques Society.IEEE Antennas & Propagation，the Institute of Electrical and Electronics Engineers'. (IEEE) Antennas and Propagation Society.4.网络资源（1）电磁场与电磁波，/course/NJTU-1002535019.（2）电磁场与电磁波，/course/NWPU-1002531018.七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现20（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分。（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√1064线上成绩20（1）按要求及时完成线上每个章节的任务点，满分100分；（2）线上任务点主要包括：考勤、章节内容学习、线上讨论、线上测试等。（3）以线上成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√1064作业10（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩。（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√523期末考核50（1）期末考核成绩100分，以考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。（2）采用随堂测验、大作业、课程论文等形式考核。√√√201515合计：100分452926八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、线上成绩、作业、期末考核等方式进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末考核成绩为100分（权重50%）；课堂表现、线上成绩、作业等过程性考核成绩为100分（权重50%）；过程性考核和期末考核分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60课堂表现40笔记完整，积极参与教学活动，踊跃回答问题，准确率大于90%。笔记完整，认真参与教学活动，回答问题准确率大于80%。笔记不完整，偶尔参与教学活动，回答问题准确率大于70%。上课不认真，上课不记笔记，偶尔参与教学活动。上课不认真，上课不记笔记，不参与教学活动。线上成绩40按时参与线上任务，考勤、章节学习、章节测试、线上讨论等内容及时完成，准确率大于90%。按时参与线上任务，考勤、章节学习、章节测试、线上讨论等内容及时完成，准确率大于80%。按时参与线上任务，考勤、章节学