※ 教學內容

※ 辦學定位與人才培養

※ 知識模塊及對應學時

※ 課程重、難點及解決方法

※ 實踐教學的設計思想與效果

※ 辦學定位與人才培養

    哈爾濱理工大學是黑龍江省屬規模最大的理工大學，學校的培養目標是為地方和國家培養應用型、復合型、創新型人才，學生來自全國29個省和直轄市。《電磁學與電動力學》是本校電子科學與技術、光信息科學與技術、應用物理、材料物理等專業的專業基礎課程，本課程目標與學校的定位和人才培養目標相一致，即為培養理工結合、基礎扎實、知識面寬、能力強、素質高的高級應用型、復合型、創新型科技人才提供堅實的理論基礎。通過本課程的學習，使學生在中學電磁知識基礎上，對電磁場的基本運動規律、電磁場與帶電體系的相互作用等理論與實驗有一個比較全面的認識，深刻理解電磁場理論在信息時代的重要作用；通過與其相配的實驗，進行基本技術、方法和手段訓練，為學習后繼課、新理論、新技術和進行其他實驗與研究奠定必要的理論基礎；通過專題使學生了解電磁場理論與技術發展現狀及與其他學科的聯系（如電磁場與能源、電磁場與材料以及電磁場與通信技術）、交叉和滲透，擴展知識面，進一步了解本課程對科技發展和社會進步的影響，使學生具有在工程實踐及日常生活中能夠運用所學的觀點和電磁學與電動力學知識分析問題和解決問題的能力。  

※ 知識模塊及對應學時

　　本課程由電磁實驗現象及規律、電磁場理論和狹義相對論等內容組成，分為十二章：靜電場的基本特征、靜電場中的導體和電介質、穩恒電流、穩恒磁場、電磁感應和暫態過程、磁介質、電磁現象的普遍規律、靜電場的求解方法、靜磁場的求解方法、電磁波傳播、電磁波輻射、狹義相對論。其知識模塊和對應學時如下：

1. 靜電場規律及求解方法     34學時   知識擴展2學時    軟件仿真電場分布

2. 靜磁場規律及求解方法     18學時   知識擴展2學時    靜磁多媒體演示

3. 電磁感應和暫態過程        8學時   知識擴展2學時    麥克斯韋方程組建立專題講座

4. 電磁波的傳播與輻射       18學時   知識擴展2學時    電磁波的傳播多媒體演示

5. 狹義相對論               8學時   知識擴展2學時    狹義相對論發展史專題講座

 

※ 課程重、難點及解決方法

     本課程重點是：電場與電荷、磁場與電流、電荷與電流、電場與磁場之間關系、電磁場對帶電體系的作用及求解穩恒電磁場和變化電磁場的方法。

其中各模塊重點如下：

1. 靜電場規律及求解方法

靜電場概念及性質、高斯定理及環路定理、導體和電介質性質、邊界條件、求解靜電場方法（點電荷電場疊加、電位方法、分離變量法、鏡像法、多極展開方法）；

2. 靜磁場規律及求解方法

靜磁場概念及性質、磁場高斯定理及環路定理、磁介質性質、邊界條件、求解靜磁場方法（電流元磁場疊加、磁矢勢方法、分離變量法、鏡像法、多極展開方法）；

3. 電磁感應和暫態過程

法拉第定律、感應電場、自感和互感、暫態過程；

4. 電磁波的傳播與輻射

定態電磁波、平面電磁波特性、亥姆霍茲方程、電磁波在介質界面反射與折射、電磁波在導體中傳播特性、電磁波在有界空間傳播特性、達朗貝爾方程，推遲勢的物理意義、偶極輻射場、電磁場能量和動量；

5. 狹義相對論

洛侖茲變換關系、相對性原理、光速不變原理、相對論時空理論、四維物理量概念及變換關系。

難點來自三方面：

1. 物理概念抽象，一些物理量如電場、磁場及電四極矩是用矢量、張量表示，不容易理解；

2. 數學工具多，涉及矢量、張量運算及求解微分方程；

3. 如何理解電磁場運動規律與微分方程之間關系。

解決辦法：

由于授課對象既有理科學生又有工科學生，為了使學生掌握電磁場理論基礎，教學中重點培養學生邏輯思維能力，并通過典型工程事例講述電磁場應用，提高工科學生理論思維和分析問題、解決問題能力，擴展理科學生工程應用背景知識。考慮到本課程的特點，再結合學生的實際情況，主要采取如下解決辦法：

1. 在教學方法上，采用了啟發式和討論式的教學方法來調動學生學習的主動性和努力探索的積極性；側重物理概念講解，淡化數學推導，側重結果分析，培養學生抽象思維能力；

2. 在教學手段上，通過知識擴展及 CAI 課件多媒體的動畫演示等方法，變抽象概念為直觀物理圖像，保證教學效果；

3. 在教學內容上，增加一些趣味性強的實際例子，介紹與本課程相關的前沿知識及教師的科研成果，激發學生的學習興趣；

在課后練習留一些與實際結合緊密且學生比較感興趣的典型工程思考題，進一步提高學生運用電磁場理論解決實際問題的能力。

 

※ 實踐性教學的設計思想與效果

    電磁學與電動力學實踐教學主要通過習題、實驗及介紹課程內容實際應用背景來進行，在抽象概括的理論教學同時，精心選擇具體生動的實例配合理論教學，使兩者互相補充，提高學生的學習水平。如講解電磁場能量時，通過示意圖、例題使學生掌握電纜中電磁場分布規律和能量、能流密度矢量之間的關系。在講解電磁波在金屬中傳播衰減規律時，先使學生理解金屬可以作為波導管的管壁，將電磁波限制在有限空間，可以進行微波信號定向傳播，再進行有關微波波導傳輸和參數測量實驗。同時，通過多媒體課件的動畫效果，演示電磁波傳播、輻射規律。借助本科生畢業論文工作，指導學生利用flash軟件制作了電磁波反射、折射和衍射規律的課件。上述課件有助于學生掌握抽象的電磁場。狹義相對論是教學的難點，通過相對論效應實驗使學生理解抽象的時空理論和物理量的四維形式使學生在理論和實踐兩個層面加深對相關問題的理解，收到良好效果。