---介绍信电学院张楠楠老师《工程电磁场》课程建设与教学实践
督导员 王玺
近日，我听了信电学院张楠楠老师为2023级电气工程及其自动化专业同学讲授的《工程电磁场》课程。那次课程的授课内容主要是关于静电场高斯通量定理的讲解。一堂课的时间，我深深被张老师的课程吸引，教室里的同学们也都跟随着老师的节奏学习。张老师不疾不徐地娓娓道来，将基本理论与经典案例有效结合起来，且通过工程实例的现场图片讲解，让同学们对抽象的理论问题有了直观印象，有效加深了理解，并为同学们埋下了处理工程问题应具备思路的种子。
课后和张老师交流时了解到，张老师讲授该门课程已有十余年，多年来她在课程建设上不断反思持续改进，在重要知识点的教学方法做了很多的探索。尤其是近年来电气工程及其自动化专业将开展国际工程专业认证，需要进一步加大改革力度。现将张老师的一些主要做法介绍如下。
一、领会课程性质特点，支撑专业人才培养
《工程电磁场》是电气工程及其自动化专业的学科基础必修课之一。设置该课程的目的是让学生从整体上掌握电磁场的基本定律、基本理论和基本分析方法，了解电磁场边值问题的表述以及数值计算方法，了解电磁场基本分析方法在电气工程中的应用，为后续课程的学习和解决工程电磁场问题打下良好的基础。
《工程电磁场》课程是学生普遍认为较难的专业基础课，该课程的学习过程需要在大学物理的基础上，进一步深入分析其性质，在分析过程中，必须综合应用微分、积分、矢量计算、坐标变换的理论知识。因此，“工程电磁场”课程所涉及的问题符合电气工程及其自动化专业培养人才的要求，即具备电气工程及其控制的专业基础知识，用于对电气工程及其控制系统分析、设计、试验中的电磁与电路、检测与控制复杂工程问题进行建模与求解。
在《工程电磁场》课程学习过程中，要求学生能够将数学和自然科学的基本知识、模型及典型方法应用到对不同场的分析中，建立不同场在特定条件下的抽象数学模型，然后对场进行分析和求解。通过课程的学习使学生从会计算层次提升到在特定条件进行合理的近似计算; 从掌握数学建模方法层次提升到会对实际问题进行建模。因此《工程电磁场》课程所涉及的问题符合电气工程及其自动化专业毕业要求，即借助专业文献，选择与利用恰当的分析方法，能够应用数学、物理、电气工程基本原理，解决电气工程及其控制系统分析、设计、试验中的电磁与电路、检测与控制复杂工程问题。
二、优化课程教学内容，重视改进教学方法
既然《工程电磁场》课程所涉及的内容及问题与培养学生解决复杂工程问题的能力关系密切。优化《工程电磁场》课程教学内容，应注重基础理论结合实际工程问题，更好地培养学生解决复杂电气工程问题的能力。在课程中，张老师主要融入以下四方面的因素，进行教学改革与探索：
1.优化课程教学内容，注重学科历史发展动态
重视培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，促进学生的自主学习。教学内容覆盖包括介绍本学科的发展历史和发展动向，以扩大学生的知识面。在各个章节第一环节中张老师都会进行本章节架构的梳理，梳理过程中有效融入相关物理学家所提出物理学实验定律，并对该定律出现的整个思考过程和实验过程进行介绍，引导学生站在当时物理学家的视角去体会这一实验定律的推出在领域中所引起的巨大反响和对后世的深远影响，以此激发学生的学习热情，让学生们能够进入意境中想象每一位物理学定律的出现过程，培养学生的独立思考意愿和思考能力。
2.灵活运用教学手段，注重提高课堂教学效果
在教学过程中，张老师根据不同的教学内容选择采用多媒体课件、板书、电子教案或必要的实物模型教具等不同方式方法，增强教学的直观性和课堂教学的信息量，使学生能更好地融入课堂教学，从而提高教学效果。比如，在讲授纯理论以及其他重点、难点等内容时往往多用板书，循序渐进地进行重点阐述，在讲授基础理论的应用内容时，则会更多地利用课件或实物模型，使得教学信息形式丰富多彩，有利于学生的理解和提升学习兴趣。如静电场基本原理的高斯通量定理，会涉及到很多的算例，其中进行同轴电缆的电场分析过程中，张老师会利用课件给学生们展示多种不同场景下的真实电缆横截面图，基于这些应用场景，让学生们真正把所学知识与运用场景有效结合起来，明确了解所学理论是如何指导实践的，进而调动同学们的学习兴趣。
3.精心设计课后作业，注重及时认真批改答疑
通过强化课后作业的高质量完成，培养学生场论理论思维方法和应用能力。作业是《工程电磁场》课程平时成绩的主要依据之一，但张老师布置作业并不是简单的“留作业、判作业、评定成绩”，而是根据教学内容整体上精心设计，既要保证作业内容涵盖主要教学重点和难点，同时通过作业及时发现问题及时解决，保证作业的高质量完成，从而整体上提高教学质量，切实达成传授知识和培养能力的目的。每个章节过后及时收取学生的作业进行批改，平均面向所有学生提供不少于3次课程作业的评阅和1次课上小测试，其中每次作业至少涵盖两个章节不少于10道计算分析题目。为了提高作业的完成质量，建立qq群，加强和学生的联系，课内提问和课外答疑相结合，每次课后及时答疑。通过对课程作业和课上测试的评阅，及时掌握学生的学习成效，针对学生掌握情况薄弱的知识点，通过课后时间进行线上或线下及时答疑、解决，通过作业使学生对授课内容的理解与掌握得到巩固与提高。
4.课程结合仿真实训，注重解决工程实践问题
理论教学与仿真实验训练相结合，强化学生工程观点的建立和工程分析能力的培养。该门理论课程与后续实践课程“电气仿真实训”相结合，理论课程学习如何建模、提出问题、分析问题，实践课程给出所提问题的求解思路、过程和软件应用案例。鼓励学生先尝试使用femm小软件，进行二维电场、磁场问题的分析；之后可以尝试使用商用软件如Maxwell、Ansys等进行电磁场问题的建模与求解，如分析螺线管磁场、电缆接头电场等。同时，建议学生们分小组进行数值计算软件的学习和应用，有效提升学生间共同学习的意愿和分工合作的能力，为今后走上工作岗位，解决工程实践问题垫底一定的基础。
经过多年的建设与实践，“工程电磁场”这门课程已经构建出一套适合我校电气工程及其自动化专业本科生的理论、实习交叉式教学体系。通过“线上线下相结合、理论实践相结合”的“电磁场”教育教学改革新思路与方法，教学质量得到明显提升，也为电气工程及其自动化专业的工程认证奠定了基础。
