关于电磁场与电磁波课程思政的几点思考

严彬　张祥莉　黄田野

“课程思政”缘起于对习近平总书记关于“用好课堂教学这个主渠道，思想政治理论课要坚持在改进中加强，提升思想政治教育亲和力和针对性，满足学生成长发展需求和期待，其他各门课都要守 好一段渠、种好责任田，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”这一重要论述的深刻领会，植根于高校对思想政治工作规律、教书育人规律和学生成长规律的具体运用，现已成为国家教育行政部门和各高校进一步加强和改进新形势下思想政治工作的重要指挥棒，也正逐步成为学术界关注探讨和研究阐释的重点热点问题。课程思政是个新事物，目前仍处于起步起点阶段，其内涵边界、核心要义、规律特点、实践要求、建设路径、工作评价等还需要不断拓展和深化。因此，结合电子信息工程、通信工程及电气工程等专业的必修课电磁场与电磁波，展开了如下几点思考。

1 基于电磁发展史历史人物的课程思政

教学的目的是育人。人的榜样力量是无穷的。纵观电磁发展史，几个杰出人物的伟大贡献功不可没。1785年，法国科学家库仑在实验规律的基础上，提出了第一个电学定律（两个静止点电荷间的相互作用规律）：库仑定律，是静电学理论建立的实验基础，使电学研究走上了理论研究的道路。丹麦的科学家奥斯特从1807年开始研究电磁之间的关系。1820年，他实验发现电流以力作用于磁针，即电的磁效应，从此第一次将电和磁联系在一起。1820年底，法国科学家安培提出了磁力作用的规律——安培力定律，将奥斯特的发现上升为理论。英国实验物理学家法拉第敏锐地意识到，电可以对磁产生作用，磁也一定能够对电产生影响。1821年他开始探索磁生电的实验。经过10年艰辛的实验，直到1831年他偶然发现，当磁棒插入导体线圈时，导线圈中就产生电流。这表明：动磁产生了动电，即著名的电磁感应定律。并因此设计了世界上第一台感应发电机。

接着英国物理学家麦克斯韦（1831-1879）在法拉第等前人实验的基础上，总结了宏观电磁现象的规律。麦克斯韦电磁理论的基础是库仑定律、安培力定律 （或者毕奥-萨伐尔定律）及法拉第电磁感应定律等三大实验定律。他发现电流连续性方程与安培环路定律经过数学矢量分析推导存在矛盾。因此创造性地引入了“感生电场”、“位移电流”两个概念，其核心思想是：变化的电场也要产生变化的磁场，并因此预言了电磁波的存在。并于1864年提出了一套偏微分方程来表达电磁现象的基本规律，称为麦克斯韦方程组，是经典电磁场理论的基本方程。麦克斯韦方程组与牛顿第二定律完美地解释了物质的波粒二象性。他的学术成就使他成为与牛顿和爱因斯坦齐名的伟大物理学家。麦克斯韦电磁场理论的创立并不是偶然的，其哲学思 想和数学理论奠定了他坚实的科学研究基础，能够从自然规律中高度概括出整体与部分的辩证统一关系。正是这种外因和内因的碰撞，使麦克斯韦在创立电磁理论上获得了巨大成功。麦克斯韦的理论一经问世，并不被世人乃至于学者们理解。年仅48岁的麦克斯韦以短暂的生命为电磁学书写了不可磨灭的篇章，虽然他的功绩生前并不被人们重视，直到1888年才被德国物理学家赫兹验证。赫兹的电火花实验验证了电磁波的存在，为无线通信的发展奠定了基础。

纵观电磁发展史进展，基本都为欧洲发达国家科学家发现，激励我们要发愤图强，懂得科学研究的艰辛，领悟科学研究的规律。

2 基于科学观方法论的探索

科学的尽头是哲学，从科学观方法论的高度去引导学生，使学生从要我学转变为我要学。电磁场与电磁波这门课因为抽象性、公式繁多一直以来被老师、学生定义为难教难学。对该课程融入多年来教学经验的总结显得尤为重要。纵观电磁发展史历程，是一个“理论-实践-理论-实践...”的周而复始的螺旋式上升的过程。也可理解为毛泽东思想关于“实践、认识、再实践、再认识，循环往复以至无穷”的实践论论断。就场论而言，是特殊到一般的发现历程，符合人类的一般发展认知规律。首先静电场和静磁场相互独立，毫无关联，彼此对偶。接着陆续发展到动磁场产生动电场，动电场产生动磁场，二者相互联系，密不可分，并由场产生了波。波按照有无源可分为（无源）空间波、导行波和（有源）天线波。有源波的分析比无源波难。天线波的分析需要用到2个辅助动态位函数。

时变电磁场是本课程的核心与重点，是场论的总结，是电磁波的开端。麦克斯韦方程组是时变电磁场的重中之重。深刻理解麦克斯韦方程组显得尤其重要。麦克斯韦方程组由4个近乎完美的数学方程构成，包括2个旋度方程和2个散度方程。2个旋度方程为核心方程，表示时变电磁场互相激发。方程组解释了场由源激发，等式的右边为源，左边为激发的场。2个散度方程揭示了空间不存在磁荷以及电场由电荷激发，也解释了磁力线闭合以及电力线发散的道理。另外，麦克斯韦方程组揭示了场与媒质的相互作用关系。在简单媒质（线性、均匀、各向同性媒质）中，电场的2个矢量、磁场的2个矢量和电流场的2个矢量之间会呈现线性关系。任何问题一定要由简单到复杂分析建模。电磁场问题会先从简单媒质、无源区入手分析。

3 基于授课老师自身教学能力进行课程思政

本系该课程授课老师均为985高校博士毕业，平易近人。该课程48学时，8学时的实验学时是该课程的独特之处，配套了25万的十套电磁场电磁波实验仪设备，使抽象的电磁场课程由看不见到看得见，由抽象变为具体。实验配有指导书、实验报告、视频讲解、助教指导。因设备有限，采用分组合作形式。授课有学校督导观摩，采用线上线下混合教学方式。教学资源丰富，有十多本国内外参考书，网上北交大、西电等优秀同行慕课教学资源。试题库丰富多变。教学与科研相结合，指导本科生从事电磁场领域科研活動，并发表T2级高水平论文，获全院好评。

总之，通过挖掘《电磁场与电磁波》课程中的哲学要素，可以从物质形态和运动规律的角度深入了解电磁波的性质，形成科学的世界观和方法论;基于杰出历史人物的课程思政，可以传播正能量，发扬爱国精神;结合教师的自身执教能力进行课程思政，可以让学生在潜移默化和兴趣中快速成长。

参考文献：

[1]习近平：《习近平谈治国理政》第2卷.2外文出版社.22017

[2]张洪欣.电磁场理论与实践中的唯物辩证法思想.高校思政.2020（7）：191-193

[3]张洪欣.《电磁场与电磁波》课程思政实施方法探索.创新创业理论研究与实践，2021（6）：30-32