《工程电磁场》课程教学大纲
执笔人：焦超群 编写日期：2020年11月
一、课程基本信息
1．课程编号：M307007B
2．课程平台：专业教育平台
3．课程模块：专业核心必修课程模块
4．课程性质：必修
5．学时/学分：48/3
6．先修课程：微积分、大学物理、电路
7．适用专业：电气工程及其自动化
8．教学单位名称：电磁场课程组
二、课程教学目标
《工程电磁场》是工科高等学校电气工程类专业的一门主干专业基础课，在培养学生创造性思维、抽象思维能力和工程实践能力方面占有重要的地位。
本课程的主要任务是通过课堂教学、实验教学等环节培养学生的创新意识与能力和工程电磁场知识的应用能力，使学生掌握工程电磁场的基本概念、基本理论和基本方法以及对电气工程领域的常见电磁场问题进行分析、求解和论证的能力，支撑毕业要求中的相应指标点。能够通过对电磁学曲折发展史和工程电磁场在现代工业、国防、宇宙探索等领域应用的了解，树立社会主义核心价值观。课程目标及能力要求具体如下：
课程目标1. 能够掌握电磁场基本概念和麦克斯韦方程组，能够应用电磁场基本概念识别各类电磁场问题；
课程目标2.能够建立电磁场的边值问题，并能应用镜像法、静电比拟法、直接积分法等求解电磁场问题；
课程目标3.能够应用电磁场方法求解各种类型电阻、电导、电容、电感及电磁能量和力，掌握“场”与“路”的辩证关系；
课程目标4.能够使用相关仪器设备开展实验研究，能够独立收集实验数据，对实验结果进行分析和解释，撰写实验报告并得出结论；
课程目标5.能够对电气工程领域中遇到的各种有关工程电磁场问题进行建模、分析和求解，培养初步的工程思维。
三、课程目标和毕业要求的对应关系
毕业要求 | 毕业要求指标点 | 课程目标对毕业要求的支撑关系 |
2.工程知识 | 2.1能够应用数学、自然科学和工程基础知识针对电气工程领域复杂工程问题进行建模与求解。 | 课程目标1、5 |
2.3能够应用专业基础知识推演、分析电气工程领域复杂工程问题。 | 课程目标2、5 | |
3.问题分析 | 3.1能够运用数学、自然科学的基本原理对电气工程领域的基本结构和关键环节进行原理分析、参数识别判断及描述表达。 | 课程目标3、5 |
5. 研究能力 | 5.2 能够采用合理手段采集实验数据，对实验现象进行分析和解释，并通过信息综合得到有效结论 | 课程目标4 |
四、课程教学内容和要求
1、理论教学内容和要求
序号 | 知识单元（章节） | 知识点 | 教学 要求 | 推荐 学时 | 教学 方式 | 支撑课程 目标 |
1 | 绪论 | 课程简介 | 1.了解本课程研究的对象、内容； 2.了解本课程与大学物理电磁学的区别； 3.了解本课程的教学目标。 | 1 | 讲授 | 5 |
场论基础 | 1.掌握梯度、散度、旋度的数学概念和物理意义； 2.掌握高斯定理和斯托克斯定理； 3.掌握亥姆霍兹定理。 | 3 | 讲授 | 1 | ||
2 | 静电场 | 静电场的散度、静电场的旋度以及电位的引入 | 1.掌握静电场的散度和旋度； 2.掌握第一矢量恒等式； 3.掌握根据第一矢量恒等式引入电位。 | 2 | 讲授 | 1 |
静电场基本方程的微分形式和边界条件、静电场的边值问题 | 1.掌握静电场边界条件的推导； 2.掌握静电场边值问题的描述和建立。 | 2 | 讲授 | 1 | ||
唯一性定理、泊松方程及其求解 | 1.了解唯一性定理； 2.掌握静电场边值问题的方程及建立； 3.掌握静电场边值问题的直接积分求解方法。 | 2 | 讲授 | 1、2 | ||
静电场的镜像法 | 1.掌握静电场边值问题的镜像法； 2.了解静电场边值问题的电轴法； | 3 | 讲授 | 2 | ||
电容、部分电容 | 1.掌握电容和部分电容的定义； 2.掌握电容和部分电容的求解方法。 | 2 | 讲授 | 3、5 | ||
静电能量和力 | 1.掌握静电能量的定义和求解方法； 2.掌握静电力的定义和虚位移法。 | 3 | 讲授 | 3、5 | ||
3 | 恒定电场 | 恒定电场基本方程的微分形式和边界条件、恒定电场的边值问题 | 1.掌握恒定电场边界条件的推导； 2.掌握恒定电场边值问题的描述和建立。 | 2 | 讲授 | 1 |
静电比拟 | 1.掌握恒定电场边值问题的静电比拟法。 | 2 | 讲授 | 2 | ||
部分电导和接地电阻 | 1.掌握电导和部分电导的定义； 2.掌握电导和部分电导的求解方法。 3.掌握接地电阻、跨步电压的定义和求解方法 | 2 | 讲授 | 3、5 | ||
4 | 恒定磁场 | 恒定磁场基本方程的微分形式和边界条件 | 1.掌握恒定磁场边界条件的推导；
| 2 | 讲授 | 1 |
恒定磁场的边值问题 | 1.掌握恒定磁场边值问题的描述和建立； | 2 | 讲授 | 1 | ||
恒定磁场的镜像法 | 1.掌握恒定磁场边值问题的镜像法； | 2 | 讲授 | 2 | ||
电感 | 1.掌握电感的定义和分类； 2.掌握电感的求解方法； | 2 | 讲授 | 3、5 | ||
磁场能量和力 | 1.掌握磁场能量的定义和求解方法； 2.掌握磁场力的定义和虚位移法。 | 2 | 讲授 | 3、5 | ||
磁路 | 1.掌握磁路的定义和建立； 2.掌握磁路的求解。 | 2 | 讲授 | 1、2 | ||
5 | 时变电磁场 | 全电流定律、麦克斯韦方程组微分形式 | 1.掌握位移电流的定义及和传导电流的区别； 2.掌握麦克斯韦方程组的微分形式和物理意义。 | 2 | 讲授 | 1、5 |
坡印亭定理 | 1.掌握坡印亭矢量的定义； 2.掌握坡印亭定理。 | 2 | 讲授 | 1 | ||
正弦电磁场、电磁辐射 | 1.掌握正弦电磁场表示方法； 2.了解电磁辐射和近远场的概念。 | 2 | 讲授 | 1 | ||
6 | 准静态场 | 准静态场概念 | 1.掌握准静态场的概念；
| 2 | 讲授 | 1、5 |
集肤效应、涡流、电磁屏蔽 | 1.掌握集肤效应的概念和趋肤深度的求解； 2.了解涡流的概念。 | 2 | 讲授 | 1、5 |
注：“了解”是指学生能辨认的科学事实、概念、原则、术语，知道事物的分类、过程及变化倾向，包括必要的记忆；“理解”是指学生能用自己的语言把学过的知识加以叙述、解释、归纳，并能把某一事实或概念分解为若干部分，指出它们之间的内在联系或与其它事物的相互关系；“掌握”是指学生能根据不同情况对某些概念、定理、原理、方法等在正确理解的基础上结合实例加以运用，包括分析与综合。
2、实验教学内容和要求
序号 | 知识单元 | 知识点 | 教学 要求 | 推荐 学时 | 教学方式 | 支撑课程 目标 |
1 | 静电二维场的模拟测绘 | 静电二维场的模拟测绘 | 掌握 | 2 | 现场教学 | 4 |
注：推荐的课内学时主要用于实验考核及答疑，不包含实验准备时间和实验报告撰写时间。建议选课学生按1：3的课内学时与课外学时比例完成实验准备和实验报告撰写。
五、课程教学方法
（一）课堂讲授
本课程有全英文教学和汉语教学两类授课方式，执行统一的教学大纲，各课堂教学内容的讲授顺序可按中英文教材体例适当调整。
本课程采用启发式教学和案例教学，注重科教融合，以及与先修和后修课程之间衔接。课堂讲授采用多媒体电子教案和黑板板书相结合的教学方法，其中程序结构原理图、流程图等建议采用电子教案方式，主要例题建议采用板书形式。
（二）网上教学
本课程具有丰富的网络资源，建议学生在课余时间登陆如下网址自行学习。要求学生参加“学堂在线”网站上本课程的MOOC结课考试。网上资料包括：
学堂在线：https://www.xuetangx.com/
本科课程教学平台：http://jwc.bjtu.edu.cn
学习论坛：https://www.icourse163.org
（三）实验教学
本课程共安排1个课内实验，用以训练学生如何解决电气工程领域复杂工程问题，并利用课内实验提高学生学习兴趣，巩固知识点掌握，鼓励学生互相研讨，训练学生的动手能力和表达能力。
实验基本内容及要求如下：
序号 | 实验名称 | 实验基本内容 | 实验要求 |
1 | 静电二维场模拟测绘 | 画出平行板电极、同轴电极等位线；选做其他电极电位线 | 掌握静电比拟基本原理；掌握典型电极电场分布 |
（四）作业练习
本课程推荐按中文版教材课后习题重点章节布置1~2个作业，题目由任课教师选择。学生应按任课教师要求分次提交。教师应在课堂上点评普遍存在的或重要的问题。
建议习题作业在中文版教材如下习题中选择。
第1章1-1-3、1-2-3、1-3-3、1-4-3、1-7-4、1-8-3、1-9-5；第2章中2-1-3、2-3-1、2-4-2、2-5-2；第3章3-1-3、3-2-2、3-3-3、3-4-2、3-6-1、3-7-3、3-8-1；第4章4-1-2、4-2-2、4-4-1、4-5-2。
六、课程考核
考核环节 | 建议分值 | 考核/评价细则 | 对应的课程目标 |
作业 | 10 | （1）主要考核学生对每章知识点的复习、理解和掌握程度； （2）作业根据答题正确率给分，每次按100分制评分，取各次作业的平均分为次环节得分，最终以10分计入总评成绩。 | 1、2、3、5 |
阶段测试 | 10 | （1）结合教学进度安排各章阶段小测试，考查学生对相关知识的掌握程度； （2）测试按照答题正确率给分，每次按100分制评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；最终以10分计入总成绩 (3) 测试次数3~4次，时间由任课教师根据授课情况和需要自行安排。 | 1、2、3、5 |
MOOC | 5 | 进行视频学习，完成MOOC期末测试，由网站给出成绩。按5分计入总成绩。 | 1、2、3、5 |
实验 | 5 | （1）实验环节主要考核学生是否能够运用仿真及实验手段解决电气工程领域复杂工程问题，并理解其局限性；是否能够独立撰写实验报告，并对实验现象和结果做出合理分析，按照100分计分。最终以5分计入总成绩。 （2）根据实验完成情况和实验报告质量评分。实验完成情况占40分，实验报告情况占60分（报告中实验目的过程介绍20分、实验结果处理20分、回答问题20分），各部分评价标准如下： 1) 实验完成情况（40分）:完成全部实验项目，结果正确得35~40分；完成大部分实验项目、结果基本正确得20~34分；完成小部分实验项目得10~19分；未参加实验得0分； 2) 实验报告-实验目的、过程介绍（20分）：内容完整、准确得15~20分，基本完整得10~14分；不完整5~9分；没有此环节，0分。 3) 实验报告-实验结果及处理（20分）：内容完整、准确15~20分，基本完整10~14分；不完整；5~9分；没有此环节，0分。 4) 实验报告-回答问题（20分）：内容完整、准确,格式规范15~20分，基本完整10~19分；不完整；5~9分；没有此环节，0分。 | 4 |
期末考试 | 70 | （1）考试形式为闭卷，卷面成绩为100分。卷面成绩乘以70%计入总成绩。 （2）主要考核电磁场边值问题的方程建立和求解、求解电磁场的镜像法、静电场能量和静电力、恒定磁场和磁场力、各种类型电容、电阻和电感的求解。考试题型为：填空题、选择题、计算题等。 | 1、2、3、5 |
七、本课程与其它课程的联系与分工
本课程的先修课程主要是微积分和大学物理，本课程中应用到先修课程中讲授的矢量分析和电磁场基本原理和概念等。后续课程包括本科课程高电压技术、电机学、专业综合设计以及研究生课程电磁场原理、电磁兼容等。本课程提供的基础知识和工程理念已广泛应用于电气工程领域。
八、建议教材及教学参考书
1. 教材
［1］冯慈璋，马西奎. 工程电磁场导论. 北京. 高等教育出版社. 2000.
［2］W.H. Hayt，J.A. Buck. 工程电磁场.第7版.北京.清华大学出版社.2009.
2. 参考书
［1］谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波.第4版.北京.高等教育出版社.2006.
九、大纲审核人
张小青
十、学院审核程序说明
由工程电磁场课程组制定，负责本科教学工作的课程方向负责人审核，经学院教学指导委员会审核批准。
十一、学院审定日期
附：达成度评价方法：
课程目标达成度评价包括课程分目标达成度评价和课程总目标达成度评价，具体计算方法如下：
课程目标评价内容及符号意义说明如附表1，字母A、B、C、D、E则分别表示作业、阶段考试、MOOC、实验、期末考试的实际平均得分；平时成绩包括作业、阶段考试、MOOC、实验，占30%；期末成绩占70%。
附表1 课程评价考核基本信息表
课程目标评价内容 | 作业 | 阶段考试 | MOOC | 实验 | 期末考试 | 课程总评成绩 |
目标分值 | 10 | 10 | 5 | 5 | 70 | 100 |
学生平均得分 | A | B | C | D | E | A+B+C+D+E |
课程目标达成度评价值计算具体说明如附表2。
附表2课程达成度评价计算方法
课程目标 | 考核环节 | 目标分值 | 学生平均得分 | 达成度计算示例 |
课程目标 1、2、3、5 | 作业 | 10 | A |
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阶段考试 | 10 | B | ||
MOOC | 5 | C | ||
期末考试 | 70 | E | ||
课程目标4 | 实验 | 5 | D |
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课程总体目标 | 总评成绩 | 100 | A+B+C+D+E |
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