[摘  要]隨著信息技術的飛速發展，虛擬仿真技術在教育教學領域的應用日益廣泛。電磁場作為電氣工程專業的核心課程，其理論與實踐教學對于培養學生的專業素養和思想政治素質具有重要意義。本文旨在探討如何將思政教育有效融入電磁場課程教學中，通過虛擬仿真技術的應用，實現課程知識與思政教育的有機結合，提升學生的綜合素質。

[關鍵詞]虛擬仿真  課程思政  電磁場

基金資助：陜西省教育改革項目“新工科背景下電氣類專業電場感知實踐教學體系研究與平臺構建”（編號：23BY047）。

引  言

電磁場理論是電氣類專業的重要課程之一，它不僅涉及豐富的專業知識，還蘊含著豐富的思想政治教育資源。在新時代背景下，高等教育的培養目標更加注重學生的全面發展，特別是思想政治素質的提升。因此，如何在電磁場課程中融入思政教育，成為教育工作者面臨的重要課題。隨著虛擬仿真技術的不斷進步，電磁場教學得以突破傳統實驗條件的限制，構建高度逼真的虛擬實驗環境。同時，虛擬仿真技術的發展也為課程思政教育開辟了新的途徑，使得教師能夠將思想政治教育內容與技術實踐相結合，通過模擬實際工程問題和社會應用場景，引導學生在解決技術問題的過程中自然地吸收和思考相關的社會問題。學生在專業技能提升的同時，社會責任感和職業道德也隨之而增強。

電磁場課程現狀分析

隨著新工科建設的不斷深化，高等教育正經歷著一場深刻的變革。新工科理念的核心在于推動學科間的交叉融合，重視學生的創新能力和實際操作技能的培養，力求培育出能夠適應未來社會挑戰的高素質工程技術人才。在這樣的背景下，電磁場作為電氣專業的核心課程，其教學改革不僅要注重專業知識的傳授，還要與新工科理念相結合，強化學生的工程實踐能力和創新思維。

電磁場理論課程不僅全面覆蓋了電磁學的基本原理，而且深入探討了電磁波在復雜環境中的傳播特性以及電磁兼容性等關鍵技術和應用，這些都是新工科背景下電氣專業學生必須掌握的核心技能，在電力系統、智能電網等領域的創新探索和技術發展起著至關重要的作用。但由于課程中涉及的數學推導和物理概念較為抽象和復雜，理論與實踐結合得不夠緊密，學生難以將抽象的理論知識與具體的工程實踐問題聯系起來。

虛擬仿真技術以其互動性強和實驗成本低的優勢，為電磁場課程的教學提供了新的視角和方法。學生可以在虛擬環境中模擬電磁場的分布、傳播等現象，這種直觀的學習方式有助于提高學生對專業知識的理解和掌握。同時，通過虛擬仿真技術，可以將電磁場理論應用到國家重大工程、國防建設等實際場景中，使學生在掌握專業知識的同時，深刻理解電磁場技術在國家發展和社會進步中的重要價值。

在新工科背景下，電磁場課程與思政教育的融合，不僅是對傳統教學模式的創新，更是對人才培養模式的重要探索。因此，電磁場課程的教學改革應當充分利用新工科提供的機遇，通過引入虛擬仿真技術，增強課程的實踐性和創新性，提升教學效果；同時融入思政教育，通過將思政教育與專業教學相結合，激發學生的愛國情懷，培養學生的社會責任感和使命感。

虛擬仿真技術在電磁場課程中的應用

1.電磁場現象的直觀展示

近年來，虛擬仿真技術在教學中的應用日益廣泛，極大地豐富了教師的教學手段和學生的學習體驗。在電磁場課程的教學過程中，通過引入虛擬仿真技術，可以將抽象的電磁場理論轉化為直觀的三維圖像，讓學生能夠更容易地理解和掌握電磁場的性質和行為，使復雜的理論知識變得生動易懂，有效提升了學習效率和教學質量。對于電磁場的分布，虛擬仿真技術能夠提供三維的電磁場分布圖。學生可以通過旋轉、縮放等操作，從不同角度分析電磁場的分布情況，理解電場線、磁力線的分布規律。例如在講解高斯定理時，通過仿真獲得電荷分布產生的電場線，幫助學生直觀理解高斯定理的物理含義。

2.虛擬實驗與設計

由于虛擬仿真技術支持安全、低成本的實驗操作，因此學生能夠在不受物理條件限制的環境中自由探索和實踐。通過即時反饋和交互式分析功能進一步促進學生對實驗結果的深入分析和理解，從而激發了學生的學習興趣，培養了創新能力。利用這一技術模擬復雜的電磁現象和實驗操作，能夠有效提升學生對理論知識的理解和應用能力。例如在電磁波傳播的教學中，虛擬仿真技術可以用來模擬不同頻率和波形的電磁波在不同介質中的傳播過程。學生通過仿真技術觀察到電磁波在自由空間中的傳播路徑、反射和折射現象，以及在遇到不同介質時的變化，這種直觀的展示有助于學生理解電磁波的基本特性，如波長、頻率、速度等。

3.思政教育的融入

虛擬仿真技術為課程思政教育的融合提供了新的途徑，通過引入國家重大科技項目和工程實踐，激發學生的愛國情懷和社會責任感，全面提高教育教學的質量和效果。虛擬仿真技術不僅能夠提升電磁場課程的教學質量，還能夠為思政教育提供新的載體。在虛擬仿真環境中，教師可以設計具有思政教育意義的情境，如在電力傳輸系統，電磁場虛擬仿真技術可以用于設計更高效、更安全的輸電線路和設備；而在航天領域，電磁場虛擬仿真對于設計空間站的電磁保護系統也有著不可或缺的作用。讓學生在參與仿真實驗的同時，感受國家科技實力的強大，進而激發學生的民族自豪感。

綜上所述，虛擬仿真技術在電磁場課程中的應用不僅能夠有效提升教學質量和學生的學習體驗，還能夠為思政教育的融入提供新的途徑，是新工科背景下電磁場課程教學改革的重要方向。

電磁場課程思政教育的融合策略

1.課程內容與思政教育的結合

課程內容與思政教育的融合是電磁場課程改革的核心，應注重挖掘與思政教育相關的知識點，將思政教育元素有機融入課程體系中，增強學生的公民意識和社會責任感。在講解電磁場的基本理論時，教師應結合國家在電力、導航、國防等領域的戰略需求，強調電磁場技術在國家重大科技項目中的應用，如特高壓輸電技術、“天眼”射電望遠鏡和“北斗”導航系統等，讓學生認識到電磁場技術對國家科技進步和國防安全的重要性；引入中國電磁場學科發展的歷史，講述中國科學家在電磁場領域的貢獻，如張克潛、馬偉明等，通過他們的科研故事讓學生了解一代代科學家為國家科技進步所做出的努力和犧牲，培養學生的科學精神和愛國情懷。

此外，還可以結合當前科技熱點，定期邀請從事電磁場領域研究的學者，分析國內外電磁場技術在能源、醫療、通信等領域的應用案例，如磁懸浮列車、B超等，讓學生了解電磁場技術是如何推動社會進步和改善人民生活的。通過討論目前國內外在電磁場領域存在的問題和面臨的挑戰，培養學生的國際視野和競爭意識，引導學生思考科技發展與社會責任的關系。在課程教授過程中不僅講解專業知識，還融合思政教育培養學生的國家意識、社會責任感和科學精神，使學生在學習的過程中形成正確的價值觀和世界觀，為成為國家的棟梁之材打下堅實的基礎。

教師通過實施上述策略，不僅向學生傳授了電磁場的基礎理論知識和前沿應用技術，確保了學生在專業領域的能力培養，還通過思政教育的有效融合，引導學生深入理解電磁場技術在國家發展和社會進步中的重要角色，使學生能夠在未來的工作和生活中以高素質工程技術人才的身份積極貢獻力量，推動科技進步和社會發展。

2.教學方法與思政教育的融合

教學方法與思政教育的融合是實現電磁場課程思政教育目標的關鍵環節。電磁場課程不僅能夠向學生提供扎實的專業知識教育，還能夠培養學生的思想政治素養，使他們成為具備全面素質的新時代工程技術人才。采用案例教學、討論式教學等多樣化的教學方法，引導學生思考電磁場技術在社會發展中的作用，培養學生的批判性思維和創新能力。同時，通過小組合作、虛擬仿真實踐等方式，培養學生的團隊協作精神。

鼓勵學生主動探索電磁場技術在解決實際問題中的應用，主題可以與國家戰略需求相結合，如特高壓輸電線路的設計，利用虛擬仿真技術，模擬在特定環境下的輸電線路中電磁波的傳播。在項目實施過程中，學生不僅能夠通過實踐提升專業技能，還能夠體會到為國家和社會解決問題的成就感。組織學生圍繞一個具體的電磁場應用問題開展團隊合作，有助于學生理解團隊合作的重要性。

分析國內外電磁場技術在通信、國防、航空航天等領域的成功案例，組織學生就電磁場技術在社會發展中的作用進行討論，引導學生思考如何將個人發展與國家需求相結合。案例可以包含中國在相關領域的自主創新和突破，如航母的電磁彈射系統，激發學生的民族自豪感和創新意識。此外，還可以就技術發展與環境保護開展討論，如電磁波對環境和人體健康的影響，加深學生對科技倫理和社會責任的理解。

3.評價體系與思政教育的結合

評價體系是教學過程中不可或缺的一部分，它不僅能夠衡量學生的學習成果，還能夠引導和激勵學生全面發展。在電磁場課程的評價體系中，除了考核學生的專業理論知識和實踐能力外，還應將學生的思政素質作為評價的重要內容，建立多元化評價指標。強調對學生學習過程的評價，而不是僅僅關注最終的考試成績。在評價機制中，引入同伴評價和自我評價，通過觀察學生在課程項目和小組討論等活動中的表現，評價他們的參與度、貢獻度以及對思政教育內容的理解和程度。采用日志和學習報告等形式，鼓勵學生記錄和反思自己的學習過程，以及在思政教育方面的收獲和成長。

通過設計具有思政教育意義的課程作業、項目報告等，如要求學生分析電磁場技術在某一國家重大工程中的應用及其對社會的影響，來評價學生的社會責任感、團隊協作能力等非智力因素。對學生在虛擬仿真實驗中的表現進行評價，特別是他們在解決實際問題時所展現出的創新思維、責任感和團隊協作能力。鼓勵學生將課程學習成果和思政教育體會進行展示和交流，評價他們的表達能力、溝通能力和思政素質。在成果展示時，應特別關注學生如何將個人發展與國家需求相結合，以及對電磁場技術促進社會發展的認識。

電磁場課程的評價不僅關注學生的專業知識和技能，還重視他們的思想政治素質和社會責任感。這種全面的評價體系有助于培養學生成為德才兼備的高素質工程技術人才，為國家科技發展和社會進步作出貢獻。

典型案例

為了深入探討虛擬仿真技術在電磁場課程思政教育融合中的應用效果，本研究選取了電磁場理論課程中的三個案例進行分析。每個案例均采用了虛擬仿真技術，并結合思政教育內容。

1.傳輸線在國家電網現代化中的應用與挑戰

案例旨在使學生深入理解傳輸線的基本理論，掌握其在電力系統中的實際應用，并引導學生了解電力系統對國家發展的重要性。研究基于CST（三維電磁場仿真軟件）構建了一個高壓輸電線路，在這個模型中，學生可以模擬不同條件下的電能傳輸過程，包括不同電壓等級、不同負載條件和不同環境因素（如溫度、濕度）對傳輸線性能的影響。在虛擬仿真實驗中，引導學生關注傳輸線技術在國家電網現代化中的作用，如提高電能傳輸效率、實現遠距離輸電等。同時，通過討論傳輸線在保障國家能源安全、推動綠色能源發展中的重要性，強化學生的責任意識和環保意識。

將學生分組，每組負責設計一個高壓輸電線路的優化方案。方案需要考慮如何提高輸電效率、減少線損和確保電網安全穩定運行，在設計的過程中，學生要結合電磁場理論、傳輸線特性以及國家電網的實際需求。每個小組完成設計方案后，要在班級進行展示和講解，展示內容包括方案設計思路、仿真結果以及對國家電網現代化的貢獻。教師和學生須對每個方案進行評價和討論，提出改進建議。

通過虛擬仿真與課程思政融合的案例，學生不僅掌握了傳輸線的基本理論和應用技能，而且還增強了對電力系統影響國家發展重要性的認識。學生在實踐中學會了如何將理論知識應用于解決實際問題，同時培養了創新思維和責任感。此外，該案例還促進了學生之間的交流合作，提高了他們的團隊協作能力和解決復雜問題的能力。通過這樣的教學活動，學生能夠更好地理解電力工程對國家經濟和社會發展的重要性，為將來投身于國家電網建設和現代化事業做好準備。

2.變壓器的設計與優化

變壓器作為電力系統中不可或缺的電氣設備，其設計和性能直接影響電力傳輸的效率和安全。案例聚焦于電磁場在變壓器設計中的應用，通過仿真分析來優化變壓器的性能，同時融入課程思政元素，培養學生的工程倫理意識。學生將使用ANSYS Maxwell（電磁場仿真軟件）來模擬電磁場在變壓器鐵芯和線圈中的分布情況。通過調整設計參數（線圈匝數、鐵芯材料等），學生需要分析并優化變壓器的性能，如降低損耗、提高效率等。在案例分析和項目討論時，引導學生思考變壓器在保障國家能源安全和推動可持續發展中的作用，從而激發學生的使命感和責任感。

學生分組進行團隊項目，每組負責設計一個特定應用場景下的變壓器，并進行仿真分析。在項目實施過程中，學生需要考慮成本、效率、環境影響等多方面因素，以培養綜合思考能力。應鼓勵學生在設計變壓器時考慮環保材料的使用和節能技術的應用，通過對比傳統設計和環保設計的差異，讓學生認識到作為一名工程師，應當積極推動綠色制造和可持續發展。每個團隊展示他們的仿真結果和設計優化方案，并進行自我評價和小組評議。在這個過程中，學生將思考在項目中學到的思政知識和工程專業技能，以及如何將這些知識應用于未來的職業生涯。

通過將電磁場理論應用于變壓器設計仿真，不僅加深了學生對專業知識的理解和實踐技能的掌握，而且通過融入課程思政，強化了他們的社會責任感、職業道德和環保意識，培養了創新思維和終身學習的能力，為學生成為具備全面素質的新時代工程技術人才奠定了堅實的基礎，同時也使他們更好地理解了個人發展與服務國家戰略之間的關系。

3.微波爐中的電磁場分布與安全性分析

案例旨在使學生深入理解微波爐工作原理中的電磁場理論，掌握電磁場在日常生活中的應用，并引導學生認識到電磁場技術在提高生活質量和保障公共安全中的重要作用。利用COMSOL Multiphysics（多物理場仿真軟件）創建一個微波爐的三維模型，在這個模型中，學生可以模擬微波爐在工作時產生的電磁場分布，觀察電磁場在爐腔內的變化，以及食物加熱過程中電磁場的作用。在虛擬仿真實驗時，教師引導學生關注微波爐技術如何提高家庭生活的便利性，同時討論電磁場對人體健康的潛在影響，以及如何科學使用微波爐以確保安全。通過這種方式，學生不僅學習了專業知識，還增強了對科技倫理和社會責任的認識。

學生被分為小組，每組負責分析微波爐在不同工作模式下的電磁場分布特點，并提出改進微波爐設計的建議，以減少電磁場對人體的潛在影響。學生需要結合電磁場理論、仿真結果以及國家關于電磁輻射安全的標準和規定。每個小組完成分析和設計改進方案后，要在班級進行展示和講解，展示內容包括微波爐工作原理、電磁場分布仿真結果、安全性分析以及改進建議。教師和學生對方案進行評價和討論并提出改進意見。

通過這個案例學生不僅掌握了微波爐中電磁場的分布規律和加熱原理，還增強了對電磁場技術在日常生活中應用的認識；學生能夠更好地理解電磁場技術對于提高生活質量和保障公共安全的重要性，為將來在電氣工程領域的創新實踐和技術研發做好準備。

通過以上具體的應用實例，虛擬仿真技術不僅使電磁場現象的展示更加直觀和生動，還極大地提高了學生的學習效率和學習興趣，培養了學生的創新精神。學生在這種互動式學習環境中，能夠更加深入地理解電磁場的基本原理，為后續的專業學習和實際應用打下良好的基礎。

結  語

虛擬仿真技術為電磁場課程思政教育的融合提供了新的途徑。通過合理設計課程內容、教學方法和評價體系，能夠有效提升學生的學習體驗和教學質量，培養他們的社會責任感和愛國情懷，實現了課程教學與思政教育的有機融合。這種教學模式也可以為其他專業的課程改革提供有益的借鑒和啟示。

參考文獻：

[1]寇志偉，李永亭，劉利強，等.新工科背景下“電磁場理論”課程研究與建設[J].電氣電子教學學報.2023，45（6）：33-37.

[2]趙衍輝.電磁學課程思政探索[J].白城師范學院學報.2023，37（6）：113-115+120.

[3]任宇輝，周延，張曉剛，等.“電磁場與電磁波”課程思政教學探討與實踐[J].西部素質教育.2024，10（3）：101-104.

[4]司黎明，徐浩陽，薛正輝，等.基于CST的渦旋電磁波虛擬仿真實驗教學案例探討[J].實驗技術與管理.2023，40（6）：199-202+221.

[5]曹文權，劉楊，祝楊坤.MATLAB軟件在電磁類課程典型天線中的應用[J].中國教育技術裝備.2023（17）：35-39+57.

（張建威、趙丹、張嘉偉、王倩：西安理工大學電氣工程學院）