Presentation 在“电磁场与电磁波”教学中的应用研究

汤红卫， 仲崇山， 孙小燕， 王　一

(中国农业大学 信息与电气工程学院, 北京 100083)



Presentation 在“电磁场与电磁波”教学中的应用研究

汤红卫， 仲崇山， 孙小燕， 王一

(中国农业大学 信息与电气工程学院, 北京 100083)

摘要：本文探讨了Presentation教学法在专业基础课“电磁场与电磁波”课堂教学中的适用性和特点。教学实践结果表明：课堂中采用Presentation教学法，调动了学生学习的自主性和积极性，实现了良好的教学效果，为学生后续课程的学习奠定了良好基础。

关键词：电磁场与电磁波；Presentation；学习自主性

0引言

Presentation是指在课堂教学中以学生个人或小组形式，就某一个专题或章节向全班学生和教师进行陈述、讲解的一种教学实践活动。Presentation是欧美等国家课堂教学中普遍采用的一种教学手段[1]。

从形式来讲，Presentation可分为个人和小组两种形式；从内容来讲，可分为：①教材中某一章节；②教师指定某个专题；③学生自主选择内容；从教学要求来讲，可分为评分的和不评分的。如果需要评分，教师可根据展示者对所展示内容的深度、理解程度、表达方式以及是否有创意等方面给予评分。

“电磁场与电磁波”课程有许多与先修的“大学物理”课程相似的知识点，无疑会降低学生对本课程的好奇心，影响学生对这门课程的学习兴趣。

笔者结合多年的教学经验，将Presentation教学法引入到“电磁场与电磁波”课堂中，探讨了该方法在专业基础课教学中的适用性和特点。教学实践结果表明：课堂中采用Presentation教学法，调动了学生学习的自主性和积极性，实现了良好的教学效果，为学生后续课程的学习奠定了良好基础。

1Presentation教学法的应用

1.1调整教案及内容

“电磁场与电磁波”是通信专业必修的一门重要专业基础课程，是一门难教、难学的课程，也是后续的“天线原理”、“移动通信”以及“微波工程”等课程的重要基础[2]。“电磁场与电磁波”课程的教案及内容，与所选择的教材有很大关系[3,4]。笔者从2001年起担任我院通信专业的“电磁场与电磁波”课程以来，最后选择了文献[5-8]作为教材，但在教学过程中，发现这些教材多少都有些不适应或不足之处，最后确定采用文献[9]作为本院的教材。这次调整前、后教学内容及学时安排见表1。

表1　调整前后教学内容及学时安排

从上表可以看出，调整后的课程教学内容及学时安排较之前有较大变化，而且通过后续设定的Presentation，要求围绕所授知识内容，结合学生各自的兴趣点，扩充相应知识，使得该课程讲授、学习的内容与通信工程专业后续的“天线原理”、“移动通信”、“微波工程”等课程结合得更紧密，从而为后续专业课程的学习打下坚实的基础。

1.2调整授课方式和考核方式

调整前授课方式是教师全程讲授，调整后为教师讲授和学生Presentation相结合。调整前考试期末成绩占70%，平时上课出勤、上课状态、作业等综合占30%；调整后考试占60%，平时上课出勤、上课状态、作业等综合占10%，Presentation占30%。

1.3Presentation形式和内容

1) Presentation形式

我院通信专业人数较少，一般20余人。在大学三年级(上、秋季)开设“电磁场与电磁波”课程，因此，Presentation采用学生个人形式进行。

2) Presentation内容

Presentation通常安排在课程末期，因为这个阶段，课程的内容基本已授完，尤其电磁波的传播理论，与“天线原理”、“微波工程”等课程的联系更紧密，有利于学生拓宽所学课堂知识，并与其它课程相结合来完成Presentation的内容。根据课程安排，教师提前2～3周给出若干备选内容。学生根据自己的情况，从教师给出的备选内容中选择其中一个自己感兴趣的，也可以自选一个跟课程内容相关的专题作为Presentation的内容。特别指出的是笔者未指定具体的题目，给出的备选内容相对宽泛，这样有助于发挥学生的主观能动性和自主创新性。笔者给出的备选内容具体如下：

(1)电磁波的速度

(2)电磁波的极化应用

(3)通信频率的选择

(4)微波炉的工作原理

(5)磁悬浮列车的工作原理

(6)静电场的应用

以上每项内容，学生仅仅依靠课堂传授内容和书本知识是不能很好完成Presentation的，必须在充分了解课上传授的基本知识的基础上，查阅一定数量的相关文献资料并进行深入探讨和思考，才能很好完成。在展示前，要求每个学生将Presentation内容做成PPT，并打印成纸质文档材料上交，对字数、参考文献、内容深度等都有明确要求。

1.4学生对Presentation教学法的体会

开展Presentation教学以来，学生普遍反映很好，举一个例子，通信专业有位学生表示：在“电磁场与电磁波”课程中引入Presentation教学法，使我能对课程感兴趣的部分做深入的研究。这样很大程度上激发了我学习的积极性，而且也让我将课上学习的东西落到实处，还锻炼了演讲、展示的能力，既能让自己通过查阅大量文献学习到更深更多的知识，也能让同学们一起分享自己学到的知识，感受分享学习成果的快乐。通过Presentation也让我体会到教师上课的不易，着实是台上一分钟，台下十年功，为了短短几分钟的Presentation，在台下花费了7、8个小时，收集资料，整理文档，演练。正如之前教师所说，只有自己真正弄明白了，才能上台为大家讲解清楚。

2Presentation教学法的优点

在教学过程中引入学生Presentation，其优点显著。不仅使课堂教学的形式和内容丰富了，也提高了学生对本课程的兴趣和自主性，并使课堂内容得以延伸和扩展。

比如，关于波的相速与群速问题，课堂上未做详细讲述。试验班有学生在Presentation中对此做了细致的探讨。

该学生首先说明相速度是指单一频率的正弦波等相位面移动的速度。在有耗煤质(色散煤质)中相速与频率有关，频率不同，相速不同。实际中的电磁波都不是单一频率的正弦波，而是由多种频率的波合成的正弦波，例如图1所示的调制波。对于调制波(合成波)，就需要引入群速的概念。

图1　调制波(合成波)示意图

接着，该生的Presentation就以两个频率相近(ξ1和ξ2)的等振幅简谐波的合成波的传播为例，用图示进一步说明群速度的概念以及群速与相速的关系(如图2所示)。

图2　群速度概念分解示意图

图2自上而下列出四幅波形图。第1幅和第3幅表示在t1和t2时刻，两个频率相近的简谐波形；第2幅和第4幅表示在t1和t2时刻，合成波波形。

由此可见，群速比相速慢。通过以上图文并茂的阐述，细致且生动，有利于理解和掌握群速与相速的概念以及两者之间的关系，大大促进了学生自主学习的兴趣。再者，波的强度与场量平方成正比，在波群传播过程中，波能量的绝大部分被振幅最大部分所携带，因而当包络的最大值传到观察者时，观察者才接收到波。所以群速也是波的能量的传播速度。

另外，课堂上详细讨论了波在有耗媒质中传播的特点之一：波的频率越高，衰减越快。由此提出问题：潜艇通信应选择3 kHz还是选择30 MHz的频率进行通信为佳？有学生在课堂所学知识基础上，查阅文献，在其presentation上，扩展了潜艇通信相关内容如下：

传统的通信方式为长波通信：甚低频( VLF )波段非常适用于潜艇通信。无线电波对海水的穿透力和频率有关，频率越低，穿透海水深度越深。超长波的频率范围在3～30 kHz之间，大多数潜艇常装有两种天线来接收VLF信号。长波通信的缺点是：发射超长波的天线尺寸非常大，按四分之一波长计算其长度也在2.5～25 km范围内。潜艇上不可能安装这样的发射电台，只能安装一个体积较小，结构简单的长波接收机。潜艇要发送信息，就要浮出海面或在接近海面的深度放出浮标式天线，以中短波信号进行通信。超长波在单位时间内传送的信息量少，通讯速度很慢。

激光是极高频、频段在10兆赫以上(波长 3～30微米)的电磁波。其穿透海水能力强，可实现与下潜400 m以上的潜艇通信。

上述两例生动地说明，学生明显对Presentation感兴趣，其优秀率达到30%以上。

3Presentation教学法存在问题

任何教学手段、方法都有其适用的场合和对象，Presentation也不例外。从实践Presentation教学法效果看，存在如下问题：

1)适用性问题

Presentation方法更适合在学生人数不太多的小班(50人以下或者更少)进行，在学生人数过多的大班、合班的使用效果受到一定的影响。如果遇到大班的情况，每个学生上讲台进行Presentation显然很不现实。

目前采用的方法是小班内每个学生上讲台进行Presentation，如果对于大班，就要先分组，从小组中通过评比、推荐，选出表现比较好的指定数量的学生进行全班Presentation。但这种做法存在的弊端是，不被推荐的学生可能降低对自己的要求。如何解决这一问题有待进一步研究。

2)内容浅薄的问题

少数(大约不到四分之一)学生， Presentation内容相对浅薄，未做深入探讨，只是泛泛地提及一些新技术、新术语。在今后的教学中应采取一定措施尽可能规避这类问题出现。

4思考与讨论

“电磁场与电磁波”课程与“大学物理”课程联系紧密，很多基础知识在“大学物理”课程中有涉及，这些知识在本课程中讲解时的深度、难度的把握值得进一步探讨和研究。如静电场章节里，关于电场的求解，在“大学物理”中讲述过两种方法，一是对于有限分布电荷周围的电场可由矢量积分公式求解，二是对于对称分布电荷周围的电场由高斯通量定律求解。但是上述两种方法都存在一定适用限制，对于很多实际问题无法适用，如地面上方的点电荷周围的电场。在“电磁场与电磁波”课程中，就需要在上述两种方法基础上，引入泊松方程的方法，如果掠过前两种方法，势必会影响本课程的知识结构的完备性、系统性，另一方面再讲授前两种方法势必又会影响学生对本课程的好奇心。因此，需要深入研究、掌握适度，才能规避上述弊端。

5结语

本文将Presentation教学法应用于“电磁场与电磁波”课堂教学中，结合多年一线教学实践，探讨了Presentation教学法在专业教学中的适用性和特点，以及可能存在的问题。在教学中深入学习和探索新的教学方法，采用新的教学手段和方法，以提高教学质量，培养创新人才，这是当前教学改革的一项重要任务。

参考文献:

[1]范大昭，雷荣，Presentation 在“摄影测量学”教学中的应用研究[J] 哈尔滨：测绘与空间地理信息，Vol 36,No6，Jun，2013

[2]饶黄云，“电磁场与电磁波”课程的教学研究[J] 南昌：东华理工大学学报(社会科学版)，Vol.29，No.1，Mar，2010.

[3]刘国庆，“电磁场与电磁波”课程的教学研究[J] 北京：中国电力教育，2008，12总第126期.

[4]李文翔，熊庆国，“电磁场与电磁波”课程的教学改革方法研究[J] 北京：中国冶金教育，2007第6期.

[5]姚毅等，电磁场与电磁波 [M] 重庆：重庆大学出版社，2003年3月第1次印刷.

[6]钟顺时等，电磁场理论基础[M] 西安： 西安电子科技大学出版社，2003年1月第5次印刷.

[7]柯亨玉，电磁场理论基础[M] 北京：人民邮电出版社，2004年第1次印刷.

[8]王蔷等，电磁场理论基础[M] 北京：清华大学出版，2004年11月第4次印刷.

[9]汤红卫等，电磁场理论基础[M] 北京：中国电力出版社，2009年3月.

Study on Presentation Application for Electronic Field and Electronic Wave Teaching

TANG Hong-Wei, ZHONG Chong-Shan, SUN Xiao-Yan, WANG Yi

(CollegeofInformationandElectricalEngineering,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100083,China)

Abstract:The teaching method of presentation is used in the classroom teaching of Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave in this paper, According to teaching practice of many years, and this paper discusses the applicability and feature of presentation in professional teaching. The result of teaching practice proves: Adopting the presentation in classroom excites the autonomy and activity of students, realizes good teaching effect, and makes the solid foundation for follow-up courses.

Keywords:electronic field and electronic wave；presentation；learning autonomy

文献标识码：A

文章编号：1008-0686(2016)01-0095-04

中图分类号：G642

收稿日期:2015-04-29;修回日期:2015-10- 10基金项目：中国农业大学“电磁场与电磁波”课程教学改革方案研究项目[XD201408]

第一作者：汤红卫(1966-), 女, 博士，副教授，主要从事电磁场、电磁场与电磁波、电网络理论等课程的教学工作，和配电网规划、优化运行与控制方面，以及高电压技术与电磁场在农业中的应用方面的研究工作，E-mail：tang7643@163.com