ADDINCNKISM.UserStyle《工程電磁場》課程教學大綱（理論課程）一、課程基本信息課程號3023D05031開課單位國際學院課程名稱（中文）工程電磁場（英文）EngineeringElectromagneticFields課程性質必修考核類型考試課程學分2課程學時34課程類別學科基礎課程（學科拓展課）先修課程《高等數學》《大學物理》《電路》適用專業（類）電氣工程及其自動化二、課程描述及目標（一）課程簡介《工程電磁場》電類專業(不包括無線電技術類)的一門技術基礎課。在普通物理電磁學的基礎上，通過本課程的學習，使學生進一步熟悉宏觀電磁場的基本性質和基本規律；對電氣工程中的電磁現象和電磁過程，能用場的觀點進行初步分析；對一些簡單的問題能進行計算；為學習專業或進一步研究電磁場問題，準備必要的理論基礎。《工程電磁場》課程是本專業（類）的一門專業基礎課程，旨在通過理論教學，使學生掌握：標量函數的梯度概念和計算、矢量函數的散度概念和計算、矢量函數的旋度概念和計算、散度定理和斯托克斯定理；靜電場環路定理、高斯通量定理、靜電場中的導體、電介質的極化、媒質分界面銜接條件、高斯通量定理積分形式在具有對稱性和均勻性問題中的應用、電位表示的靜電場邊值問題；電流連續性定理、媒質分界面銜接條件、電流連續性定理積分形式在具有對稱性和均勻性問題中的應用、電位表示的恒定電流場邊值問題；磁通連續性定理、安培環路定理、媒質的磁化、媒質分界面銜接條件、安培環路定理積分形式在具有對稱性和均勻性問題中的應用、矢量磁位表示的靜電場邊值問題；電磁感應定理、全電流定理、麥克斯韋方程組、媒質分界面銜接條件；一維泊松方程解析積分法、靜電場關于導體球面和平面的鏡像法、靜電場關于兩種電介質分界面的鏡像法、恒定磁場關于兩種媒質分界面的鏡像法，為《電力系統分析》、《高電壓技術》等后續課程奠定必要的理論基礎。為進一步學習專業課程和從事專業工作奠定堅實基礎。（二）教學目標通過本課程，學生將掌握靜電場、恒定電流電壓場和動態電磁場運行方面的的基本知識和實驗技能。課程將思政內容無痕融入課程教學內容，培養學生的“情懷”“責任”“求實”和“工程倫理”。始終堅持立德樹人根本任務，培養學生的良好道德，通過實際的案例潛移默化的影響學生的人生觀，幫助學生樹立正確的人生觀和價值觀。教學設計中針對課程內容，增加學生學習樂趣，增加學生社會責任感、專業榮譽感和職業使命感。在課程內容中設計針對性的案例，培養學生的創新思維和團隊意識、培養求真務實、不信謠不傳謠，敢實踐和敢創新的精神。注重強化工程倫理教育，能夠采用場觀點，分析并評價場的工程實踐和工程問題解決方案對社會、健康、安全、法律及文化的影響，并理解應承擔的責任。課程目標1：理解電流，電荷，電場強度，磁感應強度，位移電流的概念；了解矢量分析，場論基礎;掌握電流的連續性，麥克斯韋方程組。課程目標2：掌握靜電場的基本方程，靜電場的有散、無旋性；掌握電場強度，電位的概念及相互關系，會根據給定的電荷分布計算電場；掌握靜電場中的導體和電介質的特點，分界面上的邊界條件，電位移，高斯通量定理；了解電偶極子的電場，極化強度；理解靜電場的泊松方程和拉普拉斯方程，邊值問題，直接積分法，分離變量法，解的唯一性；掌握鏡像法，包括電荷對導電平面的鏡像，電荷對兩種介質分界面的鏡像，點電荷對球形導體面的鏡像。課程目標3：掌握導電媒質中恒定電場的基本方程，歐姆定律的微分形式，恒定電流的連續性；掌握分界面上的邊界條件，拉普拉斯方程；了解導電媒質中恒定電場與介質中靜電場的相似性；掌握恒定磁場的基本方程，恒定磁場的無散、有旋性。磁通連續性原理；能根據電流分布計算磁場，了解矢量磁位，標量磁位，矢量磁位的泊松方程和拉普拉斯方程；掌握電磁場能量，坡印亭矢量及其通量，為進一步學習專業課及從事電氣專業工作奠定理論基礎。三、課程目標對畢業要求的支撐關系畢業要求指標點課程目標權重1-1能將數學、自然科學、工程科學的語言工具用于工程問題的表述；2-1能運用相關科學原理，識別和判斷復雜工程問題的關鍵環節；7-1：知曉和理解環境保護和可持續發展的理念和內涵；課程目標1課程目標2課程目標340%30%30%四、教學方式與方法教學方式：本課程采用課堂講授、作業評述、部分章節的PBL教學方式進行教學。課堂講授：采用多媒體和板書相結合。在課堂教學過程中，指出每章的重點和難點部分，在上課時適當提出一些問題，活躍課堂氣氛，提高課堂教學質量，集中學生的注意力。作業評述：鑒于本課程理論性強，是各專業課的重要理論基礎，因此作業量較大，根據情況適當增加作業評述。PBL（Problem-basedLearning）是問題導向式教學模式，強調小組學習，本課程中選取兩個章節“導體和電介質”和“自由空間中的磁場”，首先讓學生根據上傳到網絡平臺上的課件自學這兩個章節的內容，根據老師事先提出的問題，通過各種方式查找相關資料，以小組的形式采用軟件對所提問題進行仿真，提交報告并最后通過小組答辯，在答辯過程中教師加以指導，使學生對本章節的內容掌握的更加牢固，這樣的方式可以培養學生分析問題、解決問題、團隊合作以及表達能力，從而有利于培養學生的自主學習能力。教學方法：根據課程特點，該課程以課堂教學為主，通過課本的知識與工程實際的案例分析相結合。通過以下方式方法，豐富教學過程：1．課前預習：布置與課程內容相關的引導性預習題目，啟發學生自主發現問題，進而尋求解決問題的方法，為課堂授課的順利進行，成功互動做好準備。2．相關案例分析：講課堂講授的知識結合當前電力工程的實際情況，選取典型案例分析基礎理論的運用和解決問題的方法，提高學生分析問題、解決問題的能力。3．網絡平臺討論：建立課程論壇，提出綜合性、設計性題目，在學生掌握基本知識的基礎上，培養學生獨立思考、互相溝通和協作解決問題的能力。五、教學重點與難點（一）教學重點（1）標量函數的梯度概念和計算、矢量函數的散度概念和計算、矢量函數的旋度概念和計算、散度定理和斯托克斯定理。（2）靜電場環路定理、高斯通量定理、靜電場中的導體、電介質的極化、媒質分界面銜接條件、高斯通量定理積分形式在具有對稱性和均勻性問題中的應用、電位表示的靜電場邊值問題。（3）電流連續性定理、媒質分界面銜接條件、電流連續性定理積分形式在具有對稱性和均勻性問題中的應用、電位表示的恒定電流場邊值問題。（4）磁通連續性定理、安培環路定理、媒質的磁化、媒質分界面銜接條件、安培環路定理積分形式在具有對稱性和均勻性問題中的應用、矢量磁位表示的靜電場邊值問題。（5）電磁感應定理、全電流定理、麥克斯韋方程組、媒質分界面銜接條件、動態位的達朗貝爾方程及其解答、準靜態電場邊值問題、準靜態磁場邊值問題。（6）一維泊松方程解析積分法、靜電場關于導體球面和平面的鏡像法、靜電場關于兩種電介質分界面的鏡像法、恒定磁場關于兩種媒質分界面的鏡像法。（7）靜電場能量分布、恒定電流場損耗分布、恒定磁場能量分布、坡印亭定理、電磁力虛位移法原理。（8）部分電容計算、電阻和電導計算、接地電阻計算、電感計算。（二）教學難點（1）從標量函數的方向導數到梯度概念引入過程、從矢量函數的通量到散度的引入過程、從矢量函數的環量和環量面密度到旋度的引入過程。（2）靜電場環路定理的導出、高斯通量定理的導出、電介質極化等效模型、電位移矢量的引入、媒質分界面銜接條件的推導、不同坐標系統中應用高斯通量定理積分形式、邊值問題中邊界條件、唯一性定理證明。（3）電源的電動勢、不均勻到電媒質內部積累自由體電荷、不用導電媒質分界面積累自由面電荷、不同坐標系統中應用電流連續性定理積分形式、邊值問題中的邊界條件。（4）磁通連續性定理的導出、安培環路定理的導出、媒質磁化等效模型、磁場強度矢量的引入、媒質分界面銜接條件的推導、不同坐標系中應用安培環路定理積分形式、庫倫規范、邊值問題中邊界條件、唯一性定理證明。（5）感應電動勢的不同形式、位移電流假設的引入、正弦穩態電磁場的表述、達朗貝爾方程的導出和求解、洛倫茲規范，準靜態場的分類、單元輻射子電磁輻射分區簡化。（6）關于導體球面鏡像法的推導、兩種媒質分界面鏡像法的推導、有效區域和無效區域概念。（7）靜電場能量密度的導出、恒定磁場能量密度的導出、坡印亭定理的推導和解釋、虛位移法的實施。（8）部分電容矩陣的推導、電感矩陣的推導、內磁鏈和內電感概念的理解、單口網絡交流阻抗參數的理解。六、教學內容、基本要求與學時分配序號教學內容基本要求學時教學方式對應課程目標1第1章電磁場的數學物理基礎理解電流，電荷，電場強度，磁感應強度，位移電流的概念；了解矢量分析，場論基礎;掌握電流的連續性，麥克斯韋方程組。6講授課程目標12第2章靜態電磁場I：靜電場掌握靜電場的基本方程，靜電場的有散、無旋性；掌握電場強度，電位的概念及相互關系，會根據給定的電荷分布計算電場；掌握靜電場中的導體和電介質的特點，分界面上的邊界條件，電位移，高斯通量定理；了解電偶極子的電場，極化強度；理解靜電場的泊松方程和拉普拉斯方程，邊值問題，直接積分法，分離變量法，解的唯一性；掌握鏡像法，包括電荷對導電平面的鏡像，電荷對兩種介質分界面的鏡像，點電荷對球形導體面的鏡像；理解電軸法，二線輸電線的電場；了解多導體系統中電位與電荷間的關系，部分電容，會進行兩導體系統電容的計算；掌握電場能量及其分布，電場力及其計算；14講授課程目標2、33第3章靜態電磁場II：恒定電流的電場和磁場掌握導電媒質中恒定電場的基本方程，歐姆定律的微分形式，恒定電流的連續性；理解焦耳-楞次定律的微分形式，局外場的作用；掌握分界面上的邊界條件，拉普拉斯方程；了解導電媒質中恒定電場與介質中靜電場的相似性；會進行電導、接地電阻及其計算；掌握恒定磁場的基本方程，恒定磁場的無散、有旋性。磁通連續性原理；能根據電流分布計算磁場，了解矢量磁位，標量磁位，矢量磁位的泊松方程和拉普拉斯方程；了解媒質的磁化，磁偶極子的磁場，磁化強度，磁場強度，磁場的邊值問題，磁場的鏡像法；掌握安培環路定律，分界面上的邊界條件；會進行自感和互感的計算，了解諾以曼公式；掌握磁場能量及其分布，磁場力及其計算。10講授課程目標2、34第4章動態電磁場I：基本理論與準靜態電磁場掌握分界面上的邊界條件，電磁場能量，坡印亭矢量及其通量。4講授課程目標2、3合計34七、實驗內容、基本要求與學時分配（如有實驗，則需再按以下格式繼續填寫）序號實驗項目名稱實驗內容與要求學時類型對應課程目標1演示性課程目標12驗證性課程目標23設計性課程目標34探究性課程目標1其他……合計注：實驗要求包括必修、選修；實驗類型包括“演示性”、“驗證性”、“設計性”、“探究性”、“其它”等。八、學業評價和課程考核（一）考核類型：考試考查（二）考核方式：開卷考試閉卷考試課程論文課程報告其它：（三）成績評定：考核依據建議分值（百分比）考核/評價細則對應課程目標過程考核50%課堂互動30%學習通發布主題討論，全體學生參與：考查學生課堂上參與主題討論的積極性；圍繞每第1章、第2章、第3章的基本概念和基本理論。第1章—第3章中每一章至少發布主題討論2次，總計3章共計6次。每參與一次課程評價記為1分，共計4次（1次診斷性評價，2次形成性評價、1次終結性評價），記為4分。少一次扣除1分。主題討論的學生回復準確性評價細則：A：學生的回復被點贊一次得1分；B：沒有點贊的記為0.5分；C：沒有回復的記為0分；課程目標1-3作業40%主要考核對課程知識點的理解和掌握程度。多角度考量記錄評價分為三個等級。第1~4章分別留作業，分為4次，每次占10%。第1章考察梯度、散度、旋度以及麥克斯韋方程組；第2章考察靜電場基本方程、邊界條件、鏡像法；第3章考察恒定電場和恒定磁場基本方程、邊界條件、電感；第4章考察動態電場場基本方程、邊界條件、坡印廷定理。A，能夠熟練掌握知識點，并相應推廣：10-15分：能夠至少從設計者、生產者、銷售者、使用者3-4個角度對系統進行分析；B，能夠掌握知識點：5-9分：能夠從1-2個角度對系統進行分析；C，大概了解知識點：0-4分：少量相關度不大的分析或者沒有分析。課程目標1-3小測30%主要考核對課程知識點的理解和掌握程度。多因素考量記錄評價分為三個等級。小測分2次進行，分別在第2章結束和第3章結束后開展小測，每次占25%。第1次小測主要考察麥克斯韋方程組微積分形式、靜電場的源場關系、鏡像法、電容、電場能量；第2次小測主要考察恒定電場和恒定磁場的基本方程、場的特性，源場關系、電感、磁場能量。A，能夠熟練掌握知識點：10-15分：能夠至少從社會需求、經濟、社會、健康、安全、法律、文化以及環境等4-5個非技術因素維度進行系統的分析；B，能夠掌握知識點：5-9分：能夠從2-3個非技術因素維度對系統進行分析；C，大概了解知識點：0-4分：少量相關度不大的分析或者沒有分析。課程目標2期末考核50%（10%）填空題：考核學生對基本概念和基本理論的理解深度與廣度。自問自答題共包括4-5道題，每道大題2-3分，共計10分。每個問題的評價分三個等級細則：A.2-3分：回答正確給2-3分。B：1-2分：回答不正確酌情扣分。C.0分：回答不正確都給0分。課程目標1（30%）選擇，判斷題：基于工程電磁場學到的基本理論與相關知識分析并判斷與之密切相關的生活、生產實際中的一些常見現象，揭示表象背后深層次的因果關系。考核學生是否能夠透過表象看到事物發生發展的機理，引領學生對自然、對科學的探究，從探究中激發思考。每小題2分，共計15個小題，30分。每小題的評價細則：A：2分：能夠給分析出現象和機理之間清晰的邏輯關系表述，并能對問題做出正確的選擇和判斷。B：0分：不能夠分析現象和機理之間一定的邏輯關系。做出錯誤選擇和判斷。課程目標2（40%）問答題：考核學生對基本概念和基本理論的理解深度與廣度，增強學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。自問自答題共包括4道大題，每道大題10分，共計10分。每個問題回答的評價分三個等級細則