《電磁場(chǎng)理論》課程教學(xué)大綱

《電磁場(chǎng)理論》教學(xué)大綱課程名稱(chēng)：電磁場(chǎng)理論英文名稱(chēng)：ElectromagneticFieldTheory課程編號(hào)：D098091051學(xué)分：3.5總學(xué)時(shí)/課內(nèi)實(shí)踐學(xué)時(shí)：56課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)方向與拓展開(kāi)課單位：數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院物理系基層教學(xué)組織適應(yīng)對(duì)象：光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)一、課程簡(jiǎn)介《電磁場(chǎng)理論》是為光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)的專(zhuān)業(yè)必修課，在教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃中列為基礎(chǔ)課，56課時(shí)，3.5學(xué)分，考核方式為期末考試。通過(guò)本門(mén)課程的學(xué)習(xí)，能夠系統(tǒng)地掌握電磁場(chǎng)相關(guān)的基本概念，基本性質(zhì)，基本規(guī)律以及了解電磁波的應(yīng)用領(lǐng)域；培養(yǎng)理性思維及應(yīng)用數(shù)學(xué)方法求解電磁場(chǎng)基本問(wèn)題的能力，以及提升綜合應(yīng)用知識(shí)能力和增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)。為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)為以后從事本領(lǐng)域或相關(guān)領(lǐng)域工作、深造、研究作好準(zhǔn)備。在授課過(guò)程中，通過(guò)融入我國(guó)當(dāng)前先進(jìn)電信技術(shù)（5G）的發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生的民族意識(shí)、愛(ài)國(guó)情懷。二、課程目標(biāo)思政目標(biāo)：在課堂授課過(guò)程中，融入“中美貿(mào)易戰(zhàn)”，“5G技術(shù)發(fā)展”，“北斗導(dǎo)航系統(tǒng)”，“FAST天眼”等當(dāng)前時(shí)政、科技熱點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷，增強(qiáng)民族自信，加強(qiáng)品德修養(yǎng)，增長(zhǎng)知識(shí)見(jiàn)識(shí)，培養(yǎng)拼搏奮斗精神。知識(shí)目標(biāo)：掌握電磁場(chǎng)的基本理論知識(shí)，了解電磁場(chǎng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域及其原理；能力目標(biāo)：訓(xùn)練學(xué)生，分析問(wèn)題、歸納問(wèn)題的能力，用電磁場(chǎng)理論的相關(guān)知識(shí)來(lái)分析解決生產(chǎn)生活中所遇到的相應(yīng)的實(shí)際問(wèn)題。素質(zhì)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神、語(yǔ)言表達(dá)能力、自學(xué)能力、競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)、愛(ài)國(guó)情懷等綜合素質(zhì)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系本課程的課程目標(biāo)對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐情況如表1所示：表1課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求1：①具有愛(ài)國(guó)主義情操，尊重生命，關(guān)愛(ài)他人，主張正義，具有人文知識(shí)、思辨能力、處世能力和科學(xué)精神。②了解國(guó)情，理解社會(huì)主義核心價(jià)值觀，維護(hù)國(guó)家利益，具有推動(dòng)民族復(fù)興和社會(huì)進(jìn)步的責(zé)任感。1畢業(yè)要求2：①掌握電子電路、單片機(jī)原理及接口等工程基礎(chǔ)知識(shí)，能將其用于解決電子電路相關(guān)的工程問(wèn)題，具備從事光信息處理、光電檢測(cè)和處理系統(tǒng)技術(shù)工作的能力。②掌握光電信息科學(xué)與工程的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，并能將其用于解決光信息處理、光電檢測(cè)和處理工程領(lǐng)域的綜合性工程實(shí)踐和復(fù)雜工程問(wèn)題。2畢業(yè)要求3：①應(yīng)用光電信息科學(xué)與工程領(lǐng)域所需的數(shù)學(xué)、自然科學(xué)知識(shí)，具備對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別和分析的能力。②掌握光電信息科學(xué)與工程領(lǐng)域所需的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和基本原理，具備選擇合適工程技術(shù)，分析具體問(wèn)題的能力。3畢業(yè)要求4：①了解專(zhuān)業(yè)的國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀，具有就光電信息科學(xué)與工程復(fù)雜問(wèn)題能與業(yè)界同行及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通、交流與協(xié)作，能夠結(jié)合復(fù)雜工程問(wèn)題撰寫(xiě)報(bào)告、設(shè)計(jì)文稿，清晰陳述觀點(diǎn)和回答問(wèn)題的能力。②具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的意識(shí)，能夠持續(xù)跟蹤光電信息科學(xué)與工程學(xué)科前沿的發(fā)展動(dòng)態(tài)，具有自主學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的能力。4四、課程教學(xué)安排課程共有7項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學(xué)安排表序號(hào)教學(xué)內(nèi)容思政元素課堂教學(xué)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)小計(jì)1緒論科學(xué)精神培養(yǎng)、職業(yè)教育和愛(ài)國(guó)教育4042矢量分析與場(chǎng)論8083靜電場(chǎng)科學(xué)精神培養(yǎng)8084恒定電流場(chǎng)100105恒定電磁場(chǎng)改革創(chuàng)新精神培養(yǎng)100106靜態(tài)場(chǎng)的解8087時(shí)變電磁場(chǎng)808合計(jì)56056五、教學(xué)安排1.緒論教學(xué)要求：了解電磁場(chǎng)理論的發(fā)展史和當(dāng)前的主要技術(shù)應(yīng)用，了解電磁場(chǎng)理論的應(yīng)用領(lǐng)域。教學(xué)內(nèi)容：電磁場(chǎng)理論的基本內(nèi)容及研究前景；電磁場(chǎng)理論的地位與作用；電磁場(chǎng)理論的學(xué)習(xí)方法、教學(xué)要求；參考讀物。重難點(diǎn)：電磁場(chǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。思政元素：講授電磁場(chǎng)路輪的科學(xué)發(fā)展史，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神；講授電磁場(chǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域及未來(lái)行業(yè)發(fā)展，對(duì)學(xué)生進(jìn)行職業(yè)教育；講授“中美貿(mào)易戰(zhàn)”和“5G技術(shù)”等當(dāng)前時(shí)政、科技熱點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷、增強(qiáng)學(xué)生的危機(jī)意識(shí)和民族自豪感。2.矢量分析與場(chǎng)論教學(xué)要求：掌握矢量代數(shù)運(yùn)算，掌握梯度、散度、旋度的定義及相關(guān)運(yùn)算。教學(xué)內(nèi)容：矢量代數(shù)；矢量分析；場(chǎng)；數(shù)量場(chǎng)的方向?qū)?shù)和梯度；矢量場(chǎng)的通量和散度；矢量場(chǎng)的環(huán)量及旋度；幾種重要的矢量場(chǎng)。重難點(diǎn)：梯度、散度、旋度的定義及相關(guān)運(yùn)算。3.靜電場(chǎng)教學(xué)要求：掌握靜電場(chǎng)的基本方程及其邊界條件，能夠運(yùn)用基本概念計(jì)算電場(chǎng)、電容。并能夠解決相關(guān)問(wèn)題。教學(xué)內(nèi)容：庫(kù)侖定律與電場(chǎng)強(qiáng)度；高斯定理；靜電場(chǎng)的基本方程；電偶極子；靜電場(chǎng)中的物質(zhì)；邊界條件；靜電場(chǎng)中的儲(chǔ)能；電力線(xiàn)；導(dǎo)體系統(tǒng)的電容。重難點(diǎn)：高斯定理；靜電場(chǎng)的基本方程；邊界條件。思政元素：通過(guò)講授靜電場(chǎng)的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到解決問(wèn)題的科學(xué)素養(yǎng)。4.恒定電流場(chǎng)教學(xué)要求：掌握電流連續(xù)性方程，掌握焦耳定律及其應(yīng)用，了解恒定電場(chǎng)的邊界條件，能夠熟悉應(yīng)用靜電比擬法。教學(xué)內(nèi)容：電流密度；導(dǎo)體的電阻；電流連續(xù)性方程；焦耳定律；恒定電場(chǎng)的邊界條件；恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比擬；電動(dòng)勢(shì)。重難點(diǎn)：電流連續(xù)性方程；恒定電場(chǎng)的邊界條件；恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比擬。5.恒定電磁場(chǎng)教學(xué)要求：掌握恒定磁場(chǎng)的基本方程；矢量磁位；磁介質(zhì)中的場(chǎng)方程；恒定磁場(chǎng)的邊界條件；標(biāo)量磁位。教學(xué)內(nèi)容：磁感應(yīng)強(qiáng)度；恒定磁場(chǎng)的基本方程；矢量磁位；磁偶極子；磁介質(zhì)中的場(chǎng)方程；恒定磁場(chǎng)的邊界條件；標(biāo)量磁位；互感和自感；磁場(chǎng)能量；磁場(chǎng)力。重難點(diǎn)：恒定磁場(chǎng)的基本方程；矢量磁位；磁介質(zhì)中的場(chǎng)方程；恒定磁場(chǎng)的邊界條件；標(biāo)量磁位。思政元素：通過(guò)講授實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)的過(guò)程及恒定電磁場(chǎng)理論的建立，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和改革創(chuàng)新精神。6.靜態(tài)場(chǎng)的解教學(xué)要求：了解邊值問(wèn)題的分類(lèi)和唯一性定理，掌握鏡像法和分離變量法。教學(xué)內(nèi)容：邊值問(wèn)題的分類(lèi)；唯一性定理；鏡像法；分離變量法；復(fù)變函數(shù)法；有限差分法。重難點(diǎn)：三種坐標(biāo)系中的分離變量法。7.時(shí)變電磁場(chǎng)教學(xué)要求：教學(xué)內(nèi)容：法拉第電磁感應(yīng)定律；位移電流；麥克斯韋方程組；電磁場(chǎng)的邊界條件；坡印廷定理；正弦電磁場(chǎng)；波動(dòng)方程；標(biāo)量位和矢量位。重難點(diǎn)：麥克斯韋方程組；電磁場(chǎng)的邊界條件；坡印廷定理。六、課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求無(wú)。七、課程考核與評(píng)價(jià)表4：成績(jī)?cè)u(píng)定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則出勤10課堂出勤率再按10%10計(jì)入總成績(jī)。課堂表現(xiàn)20考核學(xué)生上課回答問(wèn)題情況以及課堂PPT演講考核，根據(jù)課堂表現(xiàn)給與5-20分，計(jì)入期末成績(jī)。期末測(cè)試70主要考核電磁場(chǎng)理論的基本概念、基本方程以及工程應(yīng)用的計(jì)算求解等；閉卷考試，以卷面成績(jī)的70%計(jì)入課程總成績(jī)合計(jì)100課程學(xué)習(xí)資源教材：馬海武，《電磁場(chǎng)理論》，清華大學(xué)出版社，2016。參考書(shū)目：柯亨