中国教育

　　四、电磁场类

　　电磁场类课程的教学具有很大的挑战性。首先，是它所需要的数学知识深奥，物理量也很抽象；其次，是电磁场无处不在，但是人们却很难直接感受到它；再次，是学生对此课程有畏难情绪，觉得它是一门很难学习的课程。但是，电磁场类课程又是一门非常重要的技术基础课程，它涉及的领域非常广泛，尺度从纳米到千米，电压从微伏到兆伏，功率从微瓦到亿瓦，频率从直流到光频等。它不仅为后续课程奠定理论基础，也为学生毕业后从事科学研究和技术创新提供理论支撑。

　　在调研中，我们访问了美国九所大学和英国五所大学电磁场类课程的网站，并对两年中与国外同行的教学交流了解到的情况进行了总结，参考了英国南安普顿大学Jan Sykulski教授2008年来华北电力大学讲学和在西安市第四届"'电子电气'课程报告论坛"上的演讲："英国'电磁场理论'课程的过去、现在和未来"中的一些思考和观点。

　　1．国外情况

　　本次调研的电磁场类课程涉及的美国九所大学是：麻省理工学院（MIT）、俄亥俄州立大学（OSU）、伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）、加州大学伯克利分校（UC Berkeley）、克莱姆森大学（Clemson University）、佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）、弗吉尼亚理工大学（Virginia Polytechnic Institute and State University）、伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）和德州A&M大学（Texas A&M University），英国五所大学是：剑桥大学（University of Cambridge）、艾塞克斯大学（Essex University）、萨里大学（Surrey University）、南安普敦大学（Southampton University）、曼彻斯特大学（University of Manchester）。

　　（1）课程体系

　　首先，美国和英国大学电磁场类课程的名称比较混乱，大多数学校用"电磁学"命名课程，也有一些学校用"电磁场"或"电磁场与波"命名课程。为论述方便，本报告暂用"电磁学"表述美国和英国大学电磁场类课程。

　　其次，我们可以将美国和英国大学电磁学类课程大致分为电磁学基础课程、电磁学核心课程、电磁学扩展课程三大类。由于美国和英国大学均实行宽口径的学分制，这种分类也不是十分严格和准确。在一些大学中，它们之间又呈现着不同程度的交叉。尽管如此，本报告仍然按照这种分类进行讨论。

　　第一类为电磁学基础课程。主要讲授电磁现象最基本的物理规律和特性。一般从点电荷相互作用的静电学讲起，一直讲到麦克斯韦方程组的积分形式。主要是为学生提供电磁学的基础知识，为电路和电子学等后续课程奠定初步的物理基础。这类课程通常被称为"电磁学"或"电磁学I"，与我国"大学物理"课程中"电磁学"的内容基本相同。

　　第二类为电磁学核心课程。主要讲授电磁场的基本理论，一般包括矢量分析、静态电磁场、动态电磁场、平面电磁波、导行电磁波、线天线等内容。主要为学生提供电磁场的基本理论、基本分析方法，为后续课程的学习奠定良好的电磁场基础。这类课程通常被称为"电磁学"、"应用电磁学"、"电磁学II"、"工程电磁场"、"电磁场与波"等。这类课程与我国"电磁场"、"电磁场与电磁波"课程的内容基本相同。可以看出，美国和英国大学的这类课程的名称比较混乱，不像我国那样规范，如果不看课程教学内容，很容易与第一类电磁学基础课程的名称混淆。比较而言，我国"电磁场"、"电磁场与电磁波"课程的名称和内涵更加明确和规范。

　　第三类为电磁学扩展课程。不同学校和不同专业，这类课程的内容也不相同，有的侧重于天线和微波，有的侧重于传播与光纤、有的侧重于电磁场的计算机辅助分析与设计等。这类课程与我国"微波技术基础"、"天线与传播"、"电磁场数值计算"等课程类似。

　　（2）主要教学内容

　　对于"电磁场"类课程，国外大学无论采用什么样的课程名称，其教学内容主要集中在电磁场的基本理论和电磁波的传播特性两个方面。具体来说，主要内容包括：矢量分析、静态电磁场、动态电磁场、麦克斯韦方程组、平面电磁波、导行电磁波（含传输线）、线天线等。

　　不同学校和不同专业，课程的学时和教学内容有所不同。与过去相比，不仅学时呈现下降趋势，教学深度和要求也呈现下降趋势，一般授课学时在30～40之间。有的学校安排较多学时的实验，有的学校则几乎没有实验，一般学校都能安排4～6学时不等的演示实验、物理实验和仿真实验。在课程讲授方法方面，有的采用归纳法，即从库仑定律、毕奥-萨伐定律、法拉第电磁感应定律讲起；有的采用演绎法，即从麦克斯韦方程组讲起。

　　近10多年来，在美国和英国的大学中，无论是电气工程系、电气与电子工程系，还是电气与计算机科学系、电子工程系，偏重电能类的专业越来越少，大部分都侧重于信息类专业。"电气"一词只作为反映该系发展历史的一个"学术"术语出现在它的系名中。这种偏向于信息类专业的办学方向也导致了美国和英国大学"电磁学"类课程的主要内容更偏重于动态电磁场和电磁波的传播特性，而静态电磁场的内容越来越少。很多学校都把传输线的内容放到了电磁学类课程中进行讲授，这样做的好处是不仅使学生加深了对传输线的认识，实现了与电磁波内容的有机联系，还将传输线作为电磁场理论的一个应用实例，进一步增强了学生对电磁场理论在工程应用中的认识。

　　（3）其他方面

　　美国和英国大学在电磁学类课程的讲授过程中，每次授课基本上都要有与内容相关的动画演示，也更加注重应用电磁场理论解释电路类等课程中的一些基本概念以及日常和工程中的实例，以提高学生的学习兴趣。

　　美国和英国大学电磁学类课程的讲授主要是通过师生互动过程完成的，这与我国的教学过程完全不同。师生互动过程包括讲座（lecture）、讨论（recitation）、指导（tutorial）和网络学习四个环节。以美国麻省理工学院的"电磁学及其应用"课程为例，每周授课2次（每次1小时），每周讨论2次（每次1小时），每周指导1次（每次1小时），2009年该课程共有24次讲座，27次讨论，这两部分加在一起总计51小时。

　　美国和英国大学的电磁学类课程一般都有一套较严格的考试制度，学生的成绩主要由平时作业、随堂测验、期末考试三部分组成。教师很重视平时作业和随堂测验的成绩，其比重一般要高于期末考试。这种成绩评价方法更注重学生平时对知识的理解和掌握情况，督促学生平时必须认真学习。一般而言，学生平时很忙，除了做作业，就是要忙于准备每隔2、3周左右一次的随堂测验。

　　通过与美国克莱姆森大学和英国南安普顿大学同行的教学交流，了解到他们的电磁学类课程的教学内容和体系基本稳定。这一点还可以从互联网上下载的美国克莱姆森大学和伦斯勒理工学院的"电磁场"课程介绍、内容及课件中看出来。例如，2009年电磁学类课程的教学课件还在使用2005年甚至更早些时间制作的课件。