电磁场与微波技术“课程思政”教学案例

——第2章 电磁感应定律和位移电流

案例：磁电互生·匠心融智——电磁场课程中的科学精神与时代使命

一、基本信息表

二、教学目标与学情分析

（一）学情分析

《电磁场与微波技术》课程是基于高等数学、大学物理和线性代数基础上开设的一门专业基础课。该课程理论性强，内容抽象，涉及大量的数学知识，包括积分、求导及三角函数变换等。由于学生数学基础相对薄弱，计算能力不足，导致学习难度较大。此外，电磁场的就业方向相对单一，学生普遍学习态度不积极，主动性不强。依据电子工程专业的培养目标及课程自身特点进行授课环节的设计，以“将原理分步拆分并引向应用”为主线贯穿到整个实验教学中，轻记忆，重应用，让枯燥、看不见、摸不着的电磁理论生动有趣起来。因此，我们的教学策略将着重于以下几个方面：

强化基础：针对学生的数学基础薄弱问题，我们将复习和巩固必要的数学知识，特别是积分、求导及三角函数变换等内容，确保每位学生都能够掌握基本计算方法。

理论与实践结合：通过实例教学和案例分析，引导学生将深奥的电磁场理论与实际生活中的应用场景相结合，降低理论学习的抽象感，提高学生的学习兴趣。

增强实验趣味性：引入更多成本低廉、操作简便且富有趣味性的实验项目，增加实验的挑战性，使学生在动手操作中加深对理论知识的理解。

培养综合能力：通过实验课程和团队项目，培养学生的实践能力、工程思维和团队协作能力，使他们能够在实践中不断提升自身能力。

我们将采取个性化的教学方法，通过以上措施，重在提高学生对电磁场与微波技术课程的兴趣和学习效果，为他们的未来职业发展奠定坚实基础。同时培养学生的创新意识、社会责任感，科学使命感，为将来的发展奠定坚实基础。

（二）教学目标

1、知识目标

（1）观察电磁感应现象，理解电磁感应的原理和本质；

（2）掌握电磁感应定律内容及计算方法；

（3）分析法拉第电磁感应定律的工程应用案例；

（4）了解位移电流假说；

（5）掌握全电流定律内容及计算方法；

2、能力目标

（1）学会分析法拉第电磁感应定律的工程应用，激发学生的学习兴趣，体会到科学技术是第一生产力，激发学生科学报国的使命担当。

（2）通过Matlab仿真实验、模拟探究电场，运用所学知识对实验结果进行分析、综合、归纳的能力。

（3）学会逆向思维方式和辩证思维，认识到任何事物都具有两面性，提高学生的创造力。

3、素质目标

（1）让学生感受到科技的力量，增强学生社会责任感，加强科技报国的信念；（2）让学生认识科学家的精神，认真求学，刻苦钻研的工匠精神；（3）培养学生辩证思维看待问题，学会逆向思维分析问题。（4）让学生理解任何事物都具有两面性。

三、教学内容设计

（一）教学重点与难点

1.教学重点

（1）法拉第电磁感应定律的内容和计算方法。（2）全电流定律的内容和计算方法。

2.教学难点

（1）位移电流假说和探究过程。

（2）应用电磁互生的麦氏方程组解决实际电磁问题。

（二）课程思政元素

通过法拉第发现电磁感应的奋斗史、发电机工程案例、电磁炉应用原理、美国Matlab“实体名单”、5G技术等科学家故事以及社会热点的讲解，让学生体会到科学技术的力量；激发学生的社会责任担当、民族自信、工匠精神；培养学生创新思维、辩证思维方法；教导学生认真求学、自主研究、自力更生；学科的前沿性以及科技的进步性可以提升学生的民族自豪感和使命担当。在分析这一案例的同时，我们将突出以下课程思政元素：

（1）让学生感受到科技的力量，增强学生社会责任感，加强科技报国的信念。

通过法拉第电磁感应定律的学习，讲解电磁感应定律的应用—发电机原理，通过单相发电机小视频，让学生理解发电机原理，如果没有电，世界是什么样子，让学生感受到科技的力量，增强学生社会责任感，加强科技报国的信念。

（2）让学生认识科学家的精神，认真求学，刻苦钻研的工匠精神。

法拉第历时10年，研究磁生电的实验，经过反复失败，最终验证了磁能产生电的物理现象，1831年11月24日，法拉第向皇家学会提交的一个报告中，把这种现象定名为“电磁感应现象”，并概括了可以产生感应电流的五种类型：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。引导学生学习科学家精神，任何一种成功都是来之不易的，在科研的过程中，失败是一种正常的现象，提高学生的抗压能力。

（3）培养学生用辩证思维看待问题，学会逆向思维分析问题。

1820年，丹麦哥本哈根大学物理教授奥斯特，通过多次实验证实电流存在磁效应。这一发现传到欧洲大陆后，吸引了许多人参加电磁学的研究。英国物理学家法拉第怀着极大的兴趣重复了奥斯特的实验。果然，只要导线通过电流，导线附近的磁针立即会发生偏转，他深深地被这种奇异现象所吸引。当时德国古典哲学中的辩证思想已传入英国，法拉第受其影响，认为电和磁之间必然存在联系并且能相互转化。为了使这种设想能够实现，他从1821年开始研究磁产生电的实验，虽然反复失败，但他坚信，从反向思考问题的方法是正确的，并继续坚持这一思维方法。从法拉第的思维方式引入，培养学生要用辩证的思维看待问题，学会用逆向思维方式解决问题，善于思考，勤思考。

（4）让学生理解任何事物都具有两面性。

法拉第感应电动势产生的同时，如果是闭合回路，将产生感应电流，感应电流会产生热效应，导致涡流损耗，所以工程中通常要减少涡流损耗，但是微波炉加热食物正是利用了这种涡流产生的热效应加热，让学生理解任何事物都具有两面性，科学地看待问题。

（5）激发学生爱国主义情怀，引导学生坚持自主研发，自力更生的信念。

通过Matlab仿真电场，加深学生对理论概念的理解，提升学生分析问题和解决问题的能力。在仿真实验教学中，引入中国大陆共13所高校被美国列入禁止使用Matlab实体清单，激发学生的“自主创新，自力更生”的斗志。

（6）通过电磁技术在5G技术发展中的瓶颈问题，激发学生的社会责任感和使命感。

当前5G技术要求带宽逐步提升，带宽的提升要求电磁波频率越来越高，这就要求波长越来越短，波长变短，这样更接近于直线传播，不能弯曲，为了保证信号的实时通信，要求基站数量增加，而基站数量增加又带来能量损耗等其他问题，目前5G技术还不能完全推广，介绍存在的一些技术瓶颈和难点，激发学生立志解决问题，勇于承担社会责任感，要具有时代使命感。

教学内容设计

本课程从专业知识和思政价值引领两个方面做精心设计，专业知识采取课堂讲授、实验仿真、实践活动和专题讨论等多种方法进行知识和能力的培养，在思政价值引领方面，注重科学家精神，通过国内外科学家事迹培养学生探索未知、追求真理、勇于创新的科学家精神，从工程应用案例设计结合国家重大需求和科研项目培养学生的家国情怀和协作创新精神。

在知识传授方面：从静电场和恒定磁场的三大实验定律出发，导入法拉第电磁感应定律；通过视频观察法拉第电磁感应定律的现象，理解和掌握定律的内容；以磁通变化的原因为问题，推导出法拉第电磁感应定律的两种形式，从而引出感应电流和感应电动势的概念；通过辩证思维，电是否能产生磁的发散性提问，引入位移电流，通过假设-矛盾-修正思维进行位移电流的引入，播放位移电流视频，讲解全电流定律，让学生理解和掌握全电流定律的安培环路定理的广义形式，并对两个工程应用案例进行深入分析。

在能力培养方面：通过分析电磁感应定律的典型应用-发电机的工作原理，微波炉的原理；以及全电流定律-电磁炮的原理，激发学生的学习兴趣，体会到科技的力量，增强学生的民族自豪感，激发学生立志解决问题，勇于承担社会责任的使命感。进行Matlab仿真，学生实验设计，撰写报告，培养团队意识，培养学生解决实际问题的工程能力，通过撰写报告，培养学生思维逻辑能力。

在价值塑造方面：讲解法拉第的奋斗史，融入科学家刻苦钻研的工匠精神；电磁感应定律是变化的磁场产生电场的物理现象，是法拉第通过逆向思维方式进行的实验验证，以磁通变化的原因为问题导向，培养学生要用辩证的思维看待问题，用逆向思维方式解决问题，善于思考，勤思考；观看法拉第电磁感应定律的应用案例-单相发电机原理，让学生分组讨论，并进行课堂翻转进行工程应用讲解，让学生感受到科技的力量，增强学生社会责任感，加强科技报国的信念；感应电流会产生热效应，导致涡流损耗，但是微波炉加热食物正式利用了这种涡流产生的热效应加热，让学生理解任何事物都具有两面性；引入工程案例5G技术讲解，通过工程应用，5G目前存在的技术瓶颈，激发学生用于立志解决问题，勇于承担社会责任的使命感。课程最后，对课程进行总结，演示Matlab电磁仿真部分，在仿真实验教学中，引入中国大陆共13所高校被美国列入禁止使用Matlab实体清单，激发学生的“自主创新，自力更生”的家国情怀。

四、教学方法与手段

1.教学方法

讲授教学法：通过老师的系统知识点讲解，使学生了解磁能产生电，电也能产生磁，两者辩证统一。

讨论教学法：设计课堂小组讨论环节，学生就感应电动势和电流的工程应用，鼓励学生发散性讨论感应电流和电动势的利弊。感应电动势工程应用众多，给生活带来了很多便利，但感应电动势产生同时，如果是闭合回路，将产生感应电流，感应电流会产生热效应，导致涡流损耗，所以工程中通常要减少涡流损耗，但是微波炉加热食物正式利用了这种涡流产生的热效应加热，让学生理解任何事物都具有两面性。

演示法：通过课堂多个视频播放，如法拉第电磁感应实验视频、发电机视频等，增强学生体验感。

案例分析法：通过分组讨论感应电流的应用案例、发电机发电原理等，培养团队合作和沟通表达能力。

问题引领法：多个知识点提问，唤醒学生发散思维，引导学生分析案例，将具体理论知识和生活案例相结合，加深对课程内容的理解。

2.教学手段的运用

雨课堂和智慧平台：利用雨课堂与智慧教室等信息化工具，展示丰富的教学资源，包括图片、视频、PPT等，生动形象地呈现案例分析，激发学生的视觉与听觉感知。同时，通过抢答功能，鼓励学生积极沉浸入案例，参与深度思考与讨论。利用AI工具生成随机点名名单库，重点关注中下学生；把重要知识概念通过雨课堂截图发到学生手机，课后让学生整理笔记，通过平台布置任务等。

小组讨论与展示：设置小组讨论环节，让学生围绕案例展开深入研讨，并在课堂上展示他们的讨论成果，增强课堂互动。

翻转课堂：通过变化的磁场产生电场基本知识讲解后，让学生小组讨论后，小组代表讲授发电机工程应用原理，如果没有电，世界将是一片黑暗，让学生感受到科技的力量，增强学生社会责任感，加强科技报国的信念。

3.模式创新

问题驱动学习：设计问题情境，引导学生主动提出问题，然后通过案例分析和小组讨论的方式共同解决问题，培养学生的问题解决能力。

混合式教学：部分课程内容采用反转课堂模式，学生在课前通过阅读资料或在线视频自学相关知识，课堂上进行讨论、案例分析等互动式教学，提高学生的自主学习兴趣和能力。

实践导向：将课程内容与实际生活结合，通过案例法、工程应用等活动，让学生感知知识的实用性和应用性。

BOMBER-B教学法：结合兰州大学梅中磊教授的电磁场教学思路和方法，采用BOMBER-B七步法教学方法，即Bang-设计好开头，开头举例，引起学生兴趣；Opening-开场白，思维导图勾勒重点和难点；Message-讲干货，划重点，引用科技前沿、课堂思政、头脑风暴、增加学生课堂信心；Bridge-两个知识点做好衔接，过渡；Example-举例，工程应用，例题讲解；Recap-重复归纳总结，课堂测试；Bang-结束课程，敲击重点，课后作业。整个授课过程中把思政和课程时刻结合一起，提升学生的学习兴趣，激发学生的科学精神、工匠精神、社会责任感、民族自豪感等思政元素，从课前、课中、课后三个维度，基于智慧教育学习平台，在线上+线下两个空间，开展“润物细无声”的思政教学，熏陶科学素养，激发爱国情怀，提升素质高度。

五、教学过程

第一节课：磁生电-拉第电磁感应定律（45分钟）

（一）导入新课（10分钟）

课前准备：提前发布上课提问内容，让学生做好复习和预习。

复习提问：通过智慧教育平台二维码签到点名。

对上节课讲过的内容按照思维导图进行复习并提问，并对本次课即将要讲解内容进行主要概括，说明本次课难重点：

导入新课：播放法拉第电磁感应小视频。

讨论法：让学生讨论并总结法拉第电磁感应定律的两种情况，代表发言，教师给出答案并总结。

导入思政1：介绍法拉第的奋斗史，法拉第历时10年用实验证明了磁生电的现象，在这个过程中并不是一帆风顺的，充满了各种困难和失败，在整个电磁史上，还有很多伟大的科学家，如奥斯特，麦克斯韦，以及沈括、陈敬熊、马伟明等中国科学家，他们的坚持不懈，勇于创新的精神推动了社会的进步和发展。这些科学家的个人修养、思想品德和科研精神都是我们的楷模。孔子日:“人能弘道，非道宏人。”曾子说:“土不可以弘毅，任重而道远。”在这所谓的道义背后，便是一种科学家精神。科学家的事迹和精神可以激励学生勇攀高峰、敢为人先的创新精神，追求真理、严谨治学的求实精神，淡泊名利、潜心研究的奉献精神，集智攻关、团结协作的协同精神。

（二）课中内容（35分钟）

教师：讲解法拉第电磁感应定律的定义：当穿过闭合回路的磁通量发生变化时(不管这种变化是什么原因引起的)，就在闭合导体回路中产生了感应电动势，这一现象称为电磁感应现象。电磁感应现象中产生的电流称为感应电流，相应的电动势称为感应电动势。

问题提问法：

感应电动势和电流的工程应用案例，鼓励学生发散性思考？

讨论：两人一组讨论并发散思维回答。（主动回答得1积分）

教师：对学生回答的问题总结，并引入微波炉加热食物的工程应用。

导入思政2：感应电动势产生同时，如果是闭合回路，将产生感应电流，感应电流会产生热效应，导致涡流损耗，所以工程中通常要减少涡流损耗，但是微波炉加热食物正式利用了这种涡流产生的热效应加热，让学生理解任何事物都具有两面性。

    教师：讲解法拉第电磁感应定律的积分形式，当穿过导体回路所围面积的磁通量发生改变时，回路中将产生感应电动势，其大小等于回路磁通量的时间变化率。

问题提问法：感应电动势负号代表的意义？引发学生思考。

教师：通过楞次定律讲解负号意义，上升到自然界能量守恒的高度。引导让学生回顾静电场的散度和旋度概念、公式以及斯托克斯定理，推导法拉第电磁感应定律的微分形式。

分组讨论：对法拉第电磁感应定律微分形式进行分组讨论并总结，小组代表讲解发言。（主动回答的1~2积分）

教师：对学生回答问题进行总结，归纳法拉第电磁感应定律微分形式的讨论，并一一解释：

教师：启发学生发散的想象电磁感应定律的应用，播放单相发电机的视频。

翻转课堂：通过观看视频，让学生讲解法拉第电磁感应定律的工程应用案例，并讲解发电机工作原理。

导入思政3：如果没有电，世界将是一片黑暗，让学生感受到科技的力量，增强学生社会责任感，加强科技报国的信念；

教师：结合法拉第电磁感应定理的工程应用，例题讲解，巩固法拉第电磁感应定律，应用定律解题的思路和方法。

第二节课：电生磁-电流定律（45分钟）

问题提问法：上节课刚学过随时间变化的磁场要产生电场，那么随时间变化的电场是否会产生磁场？智慧平台随机点名提问。

学生：回答上述问题并谈谈自己感想。（主动回答得1积分）

教师：对学生回答进行总结，重温安培环路定理，通过假设-矛盾-修正思维进行位移电流的引入，播放位移电流视频，讲解全电流定律，让学生理解并掌握全电流定律的公式和计算方法，这也是电产生磁的麦克思维方程组的其一重要方程，针对上面的理论，让学生讨论此方程的观点和想法。

小组讨论：讨论上述公式，谈谈对位移电流的认识以及安培环路定理的广义形式的物理意义。

教师：总结位移电流和安培环路定理广义形式的物理意义。

导入思政4：培养学生的辩证思维能力和逆向思维方式，磁能产生电，电也能产生磁，两者辩证统一。

教师：例题讲解，通过例题巩固所学理论知识。

例题1：海水的电导率为4S/m，相对介电常数为81，求频率为1MHz时，位移电流振幅与传导电流振幅的比值。

翻转课堂：通过上面例题讲解，鼓励学生到黑板上讲解例题2解题思路。（3积分）

例题2：无源的自由空间中，已知电场强度表达为式中，，为已知常量。试求：（1）电位移矢量表达式；（2）磁感应强度；（3）磁场强度。学生讲解，教师指导。

教师：教师进行例题补充讲解，细讲解题思路和方法。通过思维导图进行本次课程的总结：变的电场能产生磁场，变化的磁场能产生电场。

引入思政5：磁电互生产生电磁波，在自由空间中传播，讲解电磁波传播的特性，引入社会热点5G技术中的瓶颈问题点，讲解电磁炮的原理，以及隐身衣、北斗卫星，让学生们意识到电磁学带来的科技进步，生活便利，增强学生时代使命感和责任感。

教师：导入Matlab的电磁仿真案例，让学生用仿真验证理论，加深对理论的理解，培养学生分析问题和解决问题的能力，鼓励学生积极进行课上仿真验证理论，通过上传速度进行积分制考核。

学生：仿真上传结果到群组。

引入思政6：中国大陆共13所高校被美国列入禁止使用Matlab实体清单，激发学生的“自主创新，自力更生”的观念。

课堂测试：对本次课所学内容通过思维导图进行总结，发布本次课学习内容的课堂测试，了解学生本次课内容掌握情况，限时5分钟，针对结果同步讲解。

总结：师生互动，首先让学生先回顾本课堂所学内容，并进行总结，了解学生掌握程度；然后老师总结学生所回答的内容，通过板书绘制思维导图方式回顾本课所学，以及重难点。

课后作业布置：

（1）通过Matlab仿真电荷的基本场，验证所学电磁理论，加深对电磁概念的理解，仿真图上加上学号姓名，仿真完成发钉钉群里。

（2）寻找电磁互生的生活和工程中案例，讲解上传群组。

六、教学评价

1.诊断性评价

开课前调查问卷：学生填写开课前调查问卷，了解他们电磁应用的案例了解程度。

雨课堂互动：在课程开始时，利用雨课堂的随机点名，发送知识点截图，发送弹幕，提出在线所学习的基础性问题，学生通过手机或平板电脑进行答题，了解学生对知识点的掌握程度。

小组讨论观察：在开课初期，观察小组讨论的活跃度、团队协作程度，以及学生在讨论中的发言频率和质量，了解学生的团队协作和批判性思维能力。

2.形成性评价

（1）定量与定性相结合的成绩评定系统

课程总成绩（100分）=形成性考核成绩（40分×100%）+终结性考核成绩（100分×60%）

形成性成绩：作业（10分）、随堂实验（20分）、三级项目（10分）

终结性成绩：试卷（100分）

通过平时作业和终结性考核中的闭卷考试，进行学生专业基础知识能力的考察，大部分学生达到了对电磁场的基础知识的理解；通过课项目报告，对学生实验设计，逻辑思维能力进行锻炼；通过三级项目，培养了学生团队协作意识；通过课堂表现考核，进行了学生学习态度与习惯能力的考察，大部分学生都能够按时完成学习任务，对电磁场与微波技术有一定的理解和运用。

（2）学生对于课程的满意度高。90%以上的学生对线上线下混合式的学习方式非常认可，积极学习线上资源；第一学期学评教成绩优异，平均分98.94分；随着课程进展，作业质量逐步提高，从课程开始以及格和良好为主逐步转变成优秀为主，可见学生的学习兴趣逐步提升。

改进

七、思政教学反思

（一）思政教学的意义与价值

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调，高校思想政治工作关系高校培养什么样的人，如何培养人以及为谁培养人这个根本问题。要坚持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人。思政教学的意义与价值在于培养学生正确的道德品质和价值观，培养批判性思维和创新能力，培养国家意识和社会责任感，培养全面发展的人才，培养社会主义核心价值观，为学生的成长和社会的发展做出贡献。《电磁场与微波技术》课程建设将专业知识和思想政治教育巧妙融合，在传授知识的同时，开阔学生的国际视野，树立文化自信，激发学生的民族自豪感，增强学生的时代责任感，使学生不仅有继续学习的动力，更有为祖国贡献自己力量的强大思想政治觉悟。提升学生辩证思维能力和逆向思维方式，认识到任何事物都具有两面性，使学生具备独立思考、分析问题和解决问题的能力，培养他们的创新精神和创造力。

（二）思政教学的成效和特色

1.思政目标达成明显：通过案例分析，学生不仅学到了电磁场基本知识，更深入了解了科学家精神、社会责任感和国家利益观念。在分析5G电磁技术带来的瓶颈，学生更加坚信技术创新与社会责任。

2.学生思想观念得到升华：学生在分析案例时，让学生们意识到电磁学带来的科技进步，生活便利，增强学生时代使命感和责任感。

3.教学内容融入深入人心：案例中的图片和视频资料使得抽象的电磁场理论更加形象、具体。雨课堂的互动功能加深了学生的参与度，使得思政教学内容更具吸引力，学生在积极参与中，进一步明确了自身的社会责任，激发了爱国情怀。

（三）思政教学的改进措施

课程思政的教学是一个长期的过程，今后首先需要提高教师的思政意识，扩大课程教师团队，分析课程特点、挖掘思政因素、建设思政案例、设计教学方法。对课程进行教学改革，把理论逐步应用到实践中，逐步把电磁理论和实际生活结合，先在社团开展，逐步开发电磁应用实验室，增加学生的学习兴趣和工程问题解决的能力，贴近实际生活，增加学生责任担当的使命感。始终围绕课程思政的最高级设计，层层细化，具体改进措施如下：

1.坚持理想信念，提高教学团队的思政水平。增加团队力量，教师团队通过视频进行线上线下的思政课程学习，深挖思政要素，共同设计课程思政方案。

2.坚持“一个中心”和“两个基本点”教学。以学生为中心，让学生参与思政，启发学生从课程内容中找到合适的切入点，真正让多种思政元素入脑入心，润物无声。坚持教师将思政案例落到实处的基本点，不浮于表面，教师结合课程，结合专业，结合工程案例，在授课时用自己的语言水到渠成灌入思政元素，潜移默化。坚持多样化教学，不断挖掘思政因素，使思政教学更加生动、具体和具有实践性，培养学生自主学习能力。

3.加强评价和反馈机制。建立科学有效的评价和反馈机制，及时了解学生的学习情况和思想动态，对学生进行综合评价，给予积极的鼓励和指导。同时，要注重学生的自我评价和互评，激发他们的学习动力和自我提升的意识。定期收集学生的反馈意见，根据实际情况适时调整教学内容和教学方法，确保课程的及时性和针对性。

4.深化案例选择，增加多样性：在未来的教学中，引入更多不同行业、不同背景的工程案例。这样的多样性不仅能够拓宽学生的视野，在专创融合的角度上，也能够使学生加强社会责任感。

5.加强实践环节，促进学生参与：增加课程中的实践环节，把竞赛引入教学，通过竞赛培养学生团队精神，开拓国际视野。

3.拓展教学手段，增加趣味性，借助AI，引入更多互动性强、趣味性高的教学手段，使用弹幕在线讨论、小组竞赛等形式，激发学生的学习兴趣，增加课堂活跃度。

八、教学资源拓展

1.教学资源：

教材：《电磁场与电磁波》谢处方等   高等教育出版社

参考书目：《电磁场与电磁波基础》王秀敏，王珍等   清华大学出版社

《Matlab电磁场与微波技术仿真》梅中磊等  清华大学出版社

电子资源：多媒体课件、仿真软件、作业系统、微视频

课件网站：希沃、智慧教育平台、雨课堂

2.其他教学资源：

问卷调查、互联网资源、横向课题、AI工具

3.思政案例库