电气类专业的同学们是否经历过被电磁场课程和电机学课程“支配”的恐惧？

电磁场课程不仅是电气工程专业的重要技术基础课，也是相关交叉学科、边缘学科和工程前沿技术创新的源头。电机学课程涉及多个学科领域的交叉知识，包括电磁学、力学、热学、材料科学以及控制理论等。

 

这两门课程的教材被学生称为“天书”，教与学难度极大，主要体现在：

• 理论抽象：电磁场和电磁波看不见摸不着，教师只能教授相应的公式及理论，场的分布及物理量之间的关系更多依赖于学生的想象，这要求学生具备很强的空间想象力和抽象思维能力。

• 数学要求高：电磁场中的许多分析和计算都需要用到高等数学和工程数学知识，如微积分、线性代数、复变函数、偏微分方程等，对于初学者来说具有一定难度，需要花费较多时间和精力来学习掌握。

• 理论与实践结合困难：电磁场由于其抽象性和复杂性，往往不易直接进行物理实验，且实验场景有限，这导致理论知识难以转化为实际操作，使得‌学生难以建立全面、系统的概念体系。‌

• 内容繁杂：电机学知识体系庞大，涵盖直流电机、交流电机、特种电机等多个领域，各自具有独特的工作原理、性能参数和设计方法。学习者需要掌握大量的专业术语和公式，并能够灵活运用它们来解决实际问题，学习难度高。

这些教学难题如何破解呢？

 

一、仿真APP助力电气类课程教学

如何让抽象的电磁场更直观可见？如何更生动地揭示电磁现象背后的物理规律？如何让学生随时随地进行建模仿真实验呢？

带着这些需要突破的问题，菠菜资源网联合华北电力大学在《工程电磁场》（第3版）的基础上合作开发了相应的工程电磁场基本原理仿真实例，将教材里抽象的电磁场理论公式和典型实例通过在线仿真APP的方式进行可视化和交互式呈现，帮助学生更直观、深入地学习相关知识。

 

1. 实例：电偶极子的电场分析

电偶极子是电磁场分析的基本模型。本APP用三维静电场仿真模型分析电偶极子产生的电场，无穷远处设为参考零电位，计算电位、电场强度、电位移等物理量的空间分布。通过该APP，学生能够学习到库仑定律、高斯定理等理论知识。

 

2. 实例：圆环线圈的磁场分析

圆环线圈是电磁场分析中的典型场景。本APP采用三维静磁场分析圆环线圈的磁场分布，计算空间磁场强度、磁感应强度等场量。

 

教师在课程讲授过程中可随时在线打开仿真APP，更改线圈几何、电流密度等参数，展示不同电流激励与场分布之间的关系。学生在课前预习及课后复习时，也可以随时打开APP，通过云图、矢量图等方式直观地学习电磁场。

 

3. 实例：高速永磁同步电机仿真

电机对外输出为扭矩、功率等机械物理量，输入为电压、电流等电气物理量。电能与机械能的转换媒介为磁场。实际物理实验无法展示电场、磁场、机械输出之间的内在关系。通过电机仿真APP，学生能够深刻理解电、磁、机械之间的相互转换关系。同时通过更改几何参数，学习电机设计过程中关键几何参数对电机输出性能的影响。

 

4. 实例：三相变压器磁场仿真计算

油浸式变压器由铁芯、线圈、固定件和油箱等部件构成，具有散热好、损耗低、容量大等特点，广泛应用于工矿企业、农业、民用建筑以及石油化工行业中多油污、多化学物质的场所。学生使用变压器APP，能够通过设置不同材料、尺寸参数，学习到影响变压器性能的主要参数。在日后进行变压器设计工作时，能够起到事半功倍的作用。

 

基于菠菜资源网的伏图（Simdroid）平台，教师可根据电气类教学中实际使用的教材及课程内容定制化开发教学APP。仿真APP开发者不需要学习任何编程语言，通过鼠标“拖拉拽”即可便捷完成仿真APP的开发和编译。

 

二、电气APP仿真教学实例

目前菠菜资源网已经与国内多所高校开展了产学合作的项目。结合高校实际教学课程，使用电磁仿真APP进行虚拟仿真教学。在实验过程中，学生结合理论验证仿真结果，并完成实验报告，系统学习电磁场知识。

在《先进工业制造仿真APP开发实训》课程中，学生通过系统学习CAE建模仿真的全面流程，自主选择课题进行仿真APP创建，培养了工程分析能力和CAE仿真能力。

 

 

三、关于伏图

伏图（Simdroid）具备固体力学、流体力学、电动力学、热力学等通用求解器，支持多物理场耦合仿真。在统一友好的环境中为仿真工作者提供前处理、求解分析和后处理工具。同时，作为仿真PaaS平台，其内置的APP开发器支持用户以无代码化的方式便捷封装参数化仿真模型及仿真流程，将仿真知识、专家经验转化为可复用的仿真APP。

9月10日教师节，在我们向老师们表达崇高敬意的同时，菠菜资源网将推出“让抽象的电磁场直观可见！仿真APP助力高校电气类课程教学”主题直播。直播平台：菠菜资源网微信视频号、菠菜资源网B站直播间（ID：1820700937）欢迎预约，敬请期待！