基于Mathematica的电磁场与电磁波课程辅助教学改革研究.pdf

U b 年 上 月 教 百 教 学 论 坛 Jan．2O16 第 1期 EDUCAT10N TEACHING FORUM NO．1 基于Mathematica的 “电磁场与电磁波” 课程辅助教学改革研究 林志立 (华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021) 摘要：针对 “电磁场与电磁波”课程的 “计算繁琐、模型抽象、时空分布复杂”等教学难题 ，提出借助Mathe— matica专业数学软件平台开展课堂辅助教学，详细探讨了辅助教学的 目的、意义和步骤，以全面提升学生的科 学计算、公式推导和图形可视化仿真等学习和实践能力，加深学生对电磁理论的直观化形象化理解。基于经典 电磁理论与现代计算工具的有机结合 ，开展该类辅助教学改革探索和实践将使课堂教学形象生动，教学手段 更加丰富，有利于提高课堂教学效果，增加学生对课程的学习兴趣。 关键词：电磁场与电磁波；教学改革；Mathematica数学软件；辅助教学 中图分类号：G642．0 ， 文献标志码：A 文章编号：1674—9324(2016)01—0086—02 “电磁场与电磁波”是电子、通信等信息类理工科 导、时谐场的复数运算和偏微分方程的特殊函数求 本科专业的一门基础必修课程，是教育部电子信息类 解 ，特别是矢量分析几乎贯穿在整个电磁场问题的求 工程教育专业论证指定课程之一。随着现代信息技术 解过程中。 的飞速发展，从事各类信息技术的人员必须通晓和掌 2．模型抽象。各种电磁场都具有复杂的矢量空间 握电磁场与电磁波的基本理论、分析方法及其技术应 分布，同时非可见光频段的电磁波具有不可见和不可 用。同时，现代化课程教学手段和工具也在发生着巨 触摸的特性，只能进行抽象的空间想象，或者借助昂 大的变化，伴随着多媒体教室的推广和个人计算机的 贵的仪器进行测量。 普及，各种专业软件在课堂教学的应用具备了硬件条 3．时空分布复杂。电磁波是电场与磁场相互激发 件支撑，成为了一类重要的辅助教学工具。特别地 ，以 的结果，它在不同位置不同时刻都在发生变化。为更 Mathematica符号计算和MATLAB数值计算为典型代表 好地描述电磁波的性质，绘制出空变化的动画图形是 的专业数学软件已在许多课程教学中得到大量应用。 十分必要 的。如果按照传统手工画图的课堂教学方 它们不仅可以进行微积分、矢量分析和坐标系变换之 式，对于复杂问题 的求解和分析不仅耗时费力 ，容易 类的符号运算以及大型复杂矩阵运算 、偏微分方程求 出错，而且不能得到美观精确的三维图形演示。 解等科学计算，而且还具有丰富的可视化能力，可以 以上这些不足极大影响了学生对该课程的学习 描绘出各类复杂的二 、三维图形或动画图形 ，为辅助 兴趣，不利于教学工作的顺利开展。因此 ，在教学中我 求解电磁场问题提供了方便。将专业数学软件引入到 们应在熟练掌握Mathematica数学软件所具备的强大 课堂的辅助教学中，有利于帮助学生理解和掌握电磁 计算能力以及出色的图形展示能力的基础上，深入分 场与电磁波的特点与规律 ，对于提升课堂教学质量 ， 析 “电磁场与电磁波”课程内容 、教学重点与难点，选 提高教学效果具有重要意义。 择和设计典型电磁场与电磁波问题作为范例，全面、 一 、 教改 目的 系统地开发对应的辅助教学配套讲义和程序包 ，并在 “电磁场与电磁波”课程是一门具有浓厚数学与 该课程的辅助教学实践中不断