电磁波课程（共12篇）
电磁波课程 篇1
一、引言
《电磁场与电磁波》这门课程是电类专业学生必修的技术基础课, 是电气工程师必备的基础知识, 而且《电磁场与电磁波》这门课程知识非常系统, 学好这门课程对学生分析问题解决问题的能力有很好的训练作用, 培养学生用数学方法解决实际问题的能力。电磁理论在我们生活中各个方面有广泛的应用, 电磁场作为能量的一种形式, 是当今世界最重要的能源, 电磁波作为信息传输的载体, 成为当今人类社会发布和获取信息、探测未知世界的重要手段。但是要学好这门课程要求学生的数学基础要好, 由于很多同学高等数学和数学物理方程的基础太差, 导致他们在学习这门课程时难度很大, 以至于大多数同学感觉这门课程太难, 被同学们称为理工科学生的“四大名补”之一。实际上这门课程知识非常系统, 掌握住课程的主线, 掌握住解决问题的固定步骤, 学习起来并不难。
二、《电磁场与电磁波》教学存在问题
目前我校电子信息工程和电子科学与技术两个专业开设《电磁场与电磁波》这门课程, 安排的大三上学期, 学生大一、大二两年学完了高等数学、大学物理、复变函数与积分变换、数学物理方程等课程, 为学习《电磁场与电磁波》这门课程储备了一定的数学和物理知识。但是由于部分学生数学基础打得不牢固, 而且又间隔了一年左右的时间, 造成再用这些知识的时候不能得心应手。《电磁场与电磁波》这门课程理论性强、概念抽象、公式繁多, 需要掌握的定理和定律20个以上, 重要公式40个以上, 这些公式和定理如果不掌握, 《电磁场与电磁波》的题目就无从下手, 而且教材上电磁场的基本规律都是严格意义上的数学推导而得到的物理场的数学规律, 继而对数学物理模型的解析解和数值解进行定性、定量分析, 最终得出电磁场的物理性质。在推导过程中, 不仅要求具有基本的物理知识, 还要能灵活地运用高等数学、复变函数和数学物理方程中的一些经典性的解法。此外, 由于传统教学手段的限制, 电磁场的三维特性和电磁波的波动性等抽象内容无法生动、形象地展示给学生, 使得许多学生无法理解从这些模型中建立起来的许多概念, 从而影响整个课程的学习。总体说来, 这门课程对学生来说难度很大, 造成学生缺乏学习兴趣, 考试不及格率较高。
三、课堂教学改革探索
1. 联系实际生活激发学习兴趣。
这门课程的第一节课我都要先讲一个绪论, 讲这门课程的用处, 讲电磁场理论的发展历史, 讲电磁场电磁波在生活中的应用。讲电磁场理论的发展历史的时候, 讲到学生曾经在中学物理和大学物理中见过的很熟悉的名字, 他们会觉得很有意思, 名人重大发现的经历同时也是对学生的很大的激励。讲电磁场理论的应用时, 讲到电话、电报、电视、广播、卫星通信、GPS定位、3D电影等技术, 更是和我们的生活息息相关, 同学们很容易产生浓厚的兴趣。讲到第二章中一节媒质的电磁特性时, 我们生活中的电器微波炉就是利用电介质的极化特性实现食物的加热, 理论联系实际一方面激发了学生的学习兴趣, 另一方面加深了其对内容的理解。
2. 及时总结发现规律。
《电磁场与电磁波》里有太多的定理和公式需要记忆, 这也是同学们学不好这门课程的重要原因, 如果这些定理和公式根本都记不住就更不要提应用, 大学生们到了大三, 都对自己的将来有了规划———考研或者工作, 考研的学生对考研的课程学习非常认真深入, 其他课程过关就好, 找工作的学生更多关注学什么能对找到好工作有帮助, 考研的课程里面考《电磁场与电磁波》这门课程的专业很少, 所以大部分同学学习这门课程的目的都是为了学分, 不愿意下很大的功夫深入学习。所以要求老师对基础知识及时总结, 通过不断地总结发现里面的规律。比如真空中电磁场的基本规律和媒质中电磁场的基本规律, 方程的形式类似, 有了这些基本规律得出麦克斯韦方程顺理成章。
《电磁场与电磁波》中的习题都有一定的难度, 但里面都有规律可循, 比如已知电荷分布求电场, 经常要用到高斯定理, 找到电场分布的对称性, 找到高斯面, 问题的求解迎刃而解。第五章均匀平面波在无界空间中的传播中, 解决问题的时候也是, 首先写出波函数的一般表达式, 然后根据条件分别求出电场的振幅、初位相和传播因子, 根据电场和磁场的关系求出相伴的磁场。
3. 多媒体授课结合板书。
电磁场的量大部分都是矢量, 有大小又有方向, 大小和方向随空间和时间变化, 对矢量的数学处理复杂度远远超过标量, 遇到矢量的面积分、线积分学生无从下手。教材中关于均匀平面波在无界空间中的传播、波的极化和驻波、行波等, 对于学生来讲是很抽象和难想象的。利用多媒体课件具有生动、直观、形象的优点, 以动画、图形的形式将抽象枯燥的内容变得形象生动, 使复杂的物理过程变得更加简单直观, 这样大大提高了学生的学习兴趣。多媒体授课作为一种新技术有很多的优势, 每堂课的知识量大, 授课方式较为单调。不知不觉老师就讲了太多的知识, 学生长时间连续听讲, 易形成枯燥的情绪和疲劳的心态, 为缓解学生听课的紧张度和疲劳度, 不仅要求教师授课运用丰富的教学技能和教学语言, 同时也要求教师用课堂教学常用的示范法、教练法等各种教学技能去配合多媒体课件的使用。做好多媒体授课和黑板板书的合理结合。采用黑板板书的形式, 板书课堂教学内容的框架及重点, 同时为学生做好课堂笔记赢取时间。并通过生动、富有感染力的教学语言去激发、引导和配合学生的思维活动, 既锻炼学生的基础思维, 又注意培养学生的创造性思维和批判性思维。所以教师平时要注意加强形象化知识的积累, 比如收集图表、动画, 制作Flash动画, 不断丰富完善多媒体课件。
4. 多讲例题加深理解。
电磁场与电磁波的基本规律、公式非常多, 为了加深对公式的理解, 应该多做题加深理解, 每个知识点都选择典型的例题进行详细的讲解, 并归纳出解题思路规律。例如为了加深学生对高斯定理的理解, 这方面的例题一定要精讲, 让学生通过电荷的分布形式找到电场分布的某种对称性, 找到容易进行积分的高斯面, 这类题目的关键是找到高斯面, 通过解这类题目, 学生更好地理解了电位移矢量对封闭面的通量仅仅和该封闭面所包含的电荷量有关。恒定磁场中的安培环路定理也是描述磁场的一个非常重要的规律, 由电流的分布分析磁场分布的某种对称性, 找到所要积分的环路, 这一步是确定磁场的关键, 通过积分确定磁场。通过解这类题目, 学生更深刻地理解到磁场强度对闭合曲线的环流仅仅由该闭合曲线所铰链的电流决定。
另外, 利用课外时间定期对学生进行答疑, 电磁场电磁波教材的内容非常多, 在课堂上能够讲的例题非常有限, 基本上每个知识点最多1~2道, 仅仅利用上课的90分钟要让同学们都理解很难做到, 如果学生在课下看书或者做题是经常会遇到不会或者不懂的地方, 如果不及时地解决, 学生慢慢地就会掉队, 导致最后放弃这门课程的学习。所以老师应该多抽时间采取各种途径及时解决学生的疑问, 比如电话交流、网上交流或者电子邮件交流等等, 加强师生之间的沟通, 老师可以及时发现同学们的问题, 了解他们的学习状态, 鼓励他们好好学习, 通过这样的沟通相信同学们学习这门课程的兴趣会更浓厚, 老师也能在和同学们的交流中改进自己的教学方法, 丰富自己的教学经验, 更好地服务于学生。
5. 尝试开设新实验。
受实验条件的限制, 大部分高校都没有开设相关的实验内容, 我校开设的《电磁场与电磁波》课程54个学时, 全部为理论学时, 目前很多高校尝试开设《电磁场与电磁波》的实验。但是硬件实验设备大都为单台套, 仅适合实验演示, 实验过程程序化呆板, 学生动手机会少, 缺乏手脑互动, 因此虽然投资大, 但收益少。利用软件仿真可以实现“少投入, 高收效”的建设目标, 并能够激发学生学习热情和兴趣, 促进学生自主分析、解决问题能力的培养;比如利用Ansoft Maxwell软件进行静电力、静磁力、电容、电感等的计算, 并与理论结果相比较。学生可以通过仿真实验, 学习边值问题的求解, 学会如何加载源和边界条件, 从而加深对电磁场的理解。Maxwell软件提供了非常形象直观的电力线分布和磁力线分布矢量图, 学生可以通过自己设计的仿真程序观察到电磁场分布的情况。所以我们《电磁场与电磁波》课程建设的下一步的目标是增加课内实验内容, 通过实验验证并巩固所学理论知识, 激发学生的学习兴趣, 进一步增强学生的创新能力。
四、结论
通过分析电磁场电磁波这门课程目前存在的问题, 提出了几个教学改革探索的方向, 通过联系实际激发学生的学习兴趣、及时总结发现规律、把多媒体教学和板书有机结合、多讲例题加深理解和开设实验, 最终让学生能够愿意学习这门课程, 并且能够学好这门课程。面对《电磁场与电磁波》这门公认的难教又难学的课程, 我们要发挥知难而进的精神, 多下功夫, 多探索, 多创新, 相信功到自然成, 有付出也必然有收获, 用自己对待工作的精神感悟学生, 所谓教书育人的道理就在这里。
参考文献
[1]谢处方.电磁场与电磁波[M].第4版.北京:高等教育出版社, 2006.
[2]丁兰, 陆建隆.电子信息专业《电磁场与电磁波》教学内容体系结构改革的探索[J].菏泽学院学报, 2010, (9) .
[3]刘万强, 孙贤明, 王海华.电磁场与电磁波实验教学的探索与实践[J].大学物理, 2012, (12) .
[4]田雨波, 张贞凯.“电磁场理论”教学改革初探[J].电气电子学报, 2008, (1) .
[5]程莉, 徐春梅.《电磁场与电磁波》课程教学改革新思路[J].中国科教创新导刊, 2010, (35) .
电磁波课程 篇2
摘要：通过在物理教育专业进行教学实践，探索电磁学难学的主要原因，并根据物理教育专业特点结合教学实践探讨解决应对的办法，摸索提高电磁学教学质量的途径。
关键词：电磁学教学;静电场;稳恒磁场
电磁学作为物理教育专业的一门重要专业基础课程，为光学、电动力学、电工学、原子与分子物理等后续课程奠定基础。电磁学承接了力学中关于物体的受力、做功、运动规律等内容的分析，同时也增加了对“场”这一抽象概念的处理，需要有较扎实的高等数学知识并能灵活运用高等数学处理问题的方法，同时它又具有较强基础性和应用性，学生普遍反映电磁学难懂难学。分析其中原因并设法解决，才能提高学生学习的积极性，改善学习效果，从而达到提高教学质量的目的。通过不断摸索，发现学生学习电磁学过程中存在困难，主要集中在以下几个原因，现对其进行逐个分析并探讨解决的办法。
1对课程重要性认识不足
“兴趣是最好的老师”，若理论学习脱离了实际，一味进行枯燥乏味的理论推算，对学习该门课程的重要性不明确，不了解该学科的历史背景、现实应用，难以提高学生的学习兴趣。物理学是一门实用性很强的自然科学，电磁学作为其中的重要分支学科，在工业生产、生活、医疗、科研及国防建设诸方面均有广泛应用，对当代社会发展起到至关重要的作用。[1]在介绍教学内容的过程中，可适当融入物理学史的内容：通过库仑、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等对电磁学作出了重大贡献的伟大科学家的事迹，了解他们的科学研究历程，学习他们崇尚理性、勇于探索、锲而不舍的科学精神。麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹实验发现电磁波，马可尼发明电报，推动着人类通讯发展进入崭新的阶段。从直流发电机的发明到交流发电机的广泛应用，为人类提供了将其他能源转换为便于储存运输的电能的途径，电力的广泛应用推动人类社会进入电气时代。[2]在涉及具体知识点的教学活动中，也可适时联系在生活、生产等方面的应用实例，如介绍静电屏蔽这一知识点时，引入电工工作服的使用原理，并让学生查找其他类似应用实例;又如学习电介质的极化时，插入微波炉的工作原理、使用过程中的禁忌及其原因等，增加生活常识。如此将理论联系实际，特别是日常生活熟悉的`例子，学以致用，有助于提高学生学习的兴趣。此外，结合物理教育专业的就业方向，联系《新课标》对电磁学内容的要求，分析近年高考理综卷中电磁学所占的比例，介绍近年高考电磁学的热门考点、考试题型，比如带电粒子在电场、磁场或复合场中的运动类题型是近年高考理综物理卷中的常客，对电路的分析或常见仪表的结构、使用也是常见考题。这样既可强化其专业意识，也可提高学生对电磁学的重视程度，增加学习动力。
2高等数学知识准备不足
电磁学难学还在于这门课程对高等数学的要求高，需要掌握微积分、矢量运算、线性代数、坐标系转换等多项内容，其中高等数学微积分是处理大学物理各门专业课程最基本的数学工具，如果学生没有较好地掌握这部分内容，将增加专业学习的难度。因此有必要在教学过程中让学生明确高等数学的重要性，引导学生打下扎实的高等数学基础。在学习电磁学的同时，部分高等数学内容的学习却未能及时跟进。比如在电磁学第一章就要求运用多重积分计算电场强度和电场强度通量，但二重积分、三重积分的学习都要等到下半学期才能进行，学生在处理相关问题时倍感吃力。在电磁学中涉及各种对称性问题的处理，不同对称特点的问题需要用适当的坐标系，使处理问题更加简便。如当带电体具有球状或半球状外形时，若用叠加原理计算电场强度，选用球坐标会使问题的处理更为便捷。在处理这类问题时同样面临相关高等数学知识尚未学习的难题，解决办法通常有以下几种。方法一：调整培养方案，将电磁学课程开设时间往后延。但若采用这种方法，仅能解决电磁学一门课程的问题，却会影响光学、电动力学等后续课程的学习，因此这种方法难以被采纳。方法二：在教学过程中补充尚未学习但需要用到的高等数学知识。但这样会占用一些理论教学课时，增加教学难度，需要教师能处理好教学课时安排，较好地掌控教学进度。方法三：通过物理思想简化数学计算。如运用叠加原理处理电场问题时，若已知线电荷电场的分布，把面电荷看成线电荷的集合，同理也可把体电荷分解为面电荷的叠加，便于将多重积分替换为一重积分，降低计算难度。方法四：用几何的方法，尽量把积分变量变成角变量，进行三角函数积分，将数学计算化繁为简。[3]方法五：场的分布具有一定的对称性时，尽量用高斯定理或安培环路定理解决问题。如常见的求解具有轴对称、面对称、球对称等对称性的静电场电场强度时，采用静电场的高斯定理可以避免多重积分和坐标系的选取问题。即使学生已经进行了相关高等数学知识的学习，但如何灵活运用高等数学工具解决各种电磁学问题仍是个难题。如微积分的运用，学生先要熟悉电磁学的定理、定律，根据给定条件建立微分式或积分式乃至微分方程或积分方程，还要根据物理过程的给定条件确定初始条件和积分上下限，物理专业知识与高等数学工具双管齐下方能求解出结果。因此，在教学过程中教师有必要多做示范、练习数学知识在物理学上的应用，让学生经过反复练习找出规律，直至达到熟能生巧的程度。[4]
3对课程内容结构认识不足
电磁学内容抽象繁多，题型灵活多变，若对课程整体内容没有深入了解，容易望而生畏。纵观电磁学的主要教学内容，分为“场”和“路”这两大块内容，而“路”即电路部分将在后续的电工学等课程里作进一步的学习，因此应将教学重点放在“场”即电磁场这部分。按照惯例，通常遵循静电场――>稳衡磁场――>变化的电磁场这样的教学次序，静电场与稳衡磁场不管是在概念、定理定律等内容结构方面，还是处理问题的思想方法都有惊人的相似之处。在教学过程中采用对称性分析，在学习静电场的基础上，对比学习稳恒磁场，分析两种场的异同，可提高学习效率，达到事半功倍的效果。
4电磁学处理问题的基本方法和思路不明确
同其他学科一样，电磁学有具有其自身特点的处理问题的基本方法和思路，掌握这些基本方法和思路对学好电磁学极为重要。电磁学处理问题的基本方法比较固定，以静电场和稳衡磁场为例，静电场的常用计算方法有三种：利用库仑定律、电场强度定义和电场叠加原理计算，原则上可以计算任意静电场，但计算通常较繁琐;利用高斯定理计算，需电场具有某些对称性才方便计算;利用场强与电势的微分关系计算。静电场分真空中、有导体时和有电介质时三种情况，计算真空中的情况最为简单，有导体时需考虑静电感应效应，有电介质时则需考虑极化效应。稳衡磁场分真空中、有磁介质时的情况，计算稳恒磁场的常用方法有：利用毕-萨定律和磁场叠加原理计算，原则上可以计算任意恒定电流分布产生的磁场;利用安培环路定律计算，需磁场分布具有一定的对称性才便于计算。采用不同的处理方法时对应不同的解决问题的思路，如用上述第一种方法计算稳恒磁场时的基本思路通常是这样。第一步：将各种电流分布分割为电流元;第二步：利用毕-萨定律和磁场叠加原理建立积分式，并根据已知条件设定积分上下限;第三步：计算积分结果。为简化计算，第一步也可作适当的调整，如将旋转的带电圆盘分割为带电圆环，无限长通电圆柱面可分割成无限长通电直导线，大大降低积分难度。如用安培环路定理解决问题的基本思路则为：第一步，对称性分析;第二步，选取合适的积分环路;第三步，根据安培环路定理建立积分方程;第四步，求解方程。其中前两步最为关键。[5]掌握了解决问题的基本方法和思路，才能自如应对千变万化的问题。教学过程中不妨先教会学生部分基本方法和思路并通过练习不断熟悉，再引导学生学会自己摸索和总结，让学生掌握知识点的同时更重视掌握基本方法和思路，培养良好的学习方式。学生才是学习的主体，高校强调学生学习的自主性，造成电磁学难教难学问题还有其他多方面的原因，但解决问题的根本在于培养和激发学生学习的主观能动性，让学生乐学并有信心学好电磁学。通过教学实践，解决上述几个问题可有效改善学习效果，同时也在不增加学习难度的基础上扩大知识面，有助于物理教育专业学生更好地适应今后的学习和工作。
参考文献：
[1]杨凡。《电磁学》课程教学改革探讨[J]。绵阳师范学院学报(自然科学版)，，30(5)：133~136。
[2]宋德生，李国栋。电磁学发展史[M]。广西人民出版社，1987，4。
[3]马文蔚。物理学(上)[M]。高等教育出版社，2012，12。
[4]王玉琢。《物理学》教学中应注意的几个问题[J]。辽宁师专学报，，9(2)：12~13，88。
电磁波课程 篇3
关键词：电磁场理论；教学方法；教学内容；教学效果
作者简介：张平娟（1981-），女，安徽怀远人，安徽科技学院机电与车辆工程学院，讲师。（安徽 蚌埠 233100）
基金项目：本文系安徽科技学院教研项目（项目编号：X201095）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）30-0048-01
一切电现象都会产生电磁场，而电磁波的辐射与传播规律更是一切无线电活动的基础。电磁场与电磁波广泛应用于现代电子通信技术领域。“电磁场与电磁波”是多种学科的交叉点，它不仅是微波、天线、电磁兼容的理论基础，而且各种现代通信方式，如光纤通信、移动通信、卫星通信以及电视、雷达等各种专门学科都是以电磁波携带信息的方式来实现的。广泛应用的超小超薄的大规模集成电路更是充满了电磁场的问题。由于“电磁场与电磁波”是众多学科的理论基础，从而成为相关专业课程建设非常重要的环节。
“电磁场与电磁波”课程理论性、系统性很强，逻辑严谨，学习它不仅可以获得场和波的理论，而且有助于培养正确的思维方法和分析问题的能力。
但是就是这样一门课程历来被公认为是一门难教、难学的课，电磁场与电磁波课程教学现状：电磁场与电磁波课程主要涉及电磁场的源与场的关系，电磁波在空间传播的规律，电磁波的产生、辐射、传播、电磁干扰、电磁兼容以及电磁理论在各方面的应用。主要有以下几个特点：该课程理论性强，概念抽象，数学推导繁多；教学计划修订后该课程的教学学时被压缩，既要在教学计划学时内完成教学内容，这就会使每节课的上课内容增加；课程涉及的知识点多，包括时域、频域、空域和极化，相应的物理量需用复数来表示。这就要求学生有复变函数、矢量分析和场论的基本知识。
基于现状，笔者结合自身教学实践，就教学内容和教学方法的改进方面提出了一些见解，希望和同行进行交流。
一、教学内容优化
1.根据课程需要，合理进行学时分配
电磁场与电磁波是在公共课程大学物理基础上开设的，大学物理的下册电磁学理论部分已经包括了真空和介质中的静电场、恒定电流场和恒定磁场、电磁感应现象，并做了详细的讲解，对麦克斯韦方程组也进行了简单介绍。与“电磁场与电磁波”相比较发现两门课程在内容上有较多的重复，但是大学物理侧重于静态电磁场以及电磁场的物理性，应用对象以物理为主，而“电磁场与电磁波”在内容上有了较大的扩展，不仅包括静态场还有时变场以及电磁波的发射传播、传播和接收，更注重时变的场和波，应用对象以通信、电视、雷达遥感等和电磁波的发射、传输和接收相关的技术领域。在课程的讲解过程中还要根据实际情况调整各章节的学时，静电场部分在大学物理中详细介绍，在这里可以适当压缩，由于时变场是本课程的重点，应当增加学时，使学生能够更加深入理解电磁波传播的特性，掌握时变场的分析方法。无线传输的在现代自动化控制系统中的应用越来越广泛，这就使得电磁波的发射和接收成为其中主要的部件之一。天线是完成电磁波发射和接收的功能元件，因此应增加此部分内容的讲解力度，保证与后续的专业课程衔接。
2.注重矢量分析与场论知识的讲解
在课程的开始，教材一般会安排矢量与场论部分的知识，因为这部分知识是用来研究电磁场的重要工具。学生虽然在“电磁场与电磁波”课程之前也有过矢量分析、场论以及电磁场理论分析中使用的一些特殊函数，但是学得不够深，有的已差不多忘记，所以在介绍电磁场内容之前要把这部分知识讲透彻，这样才能使学生后面的学习轻松些，而不是开始就一头雾水，之后就完全跟不上。
二、教学方法探讨
教学过程是课程教学效果的关键。长期以来，对于“电磁场与电磁波”这样理论性较强的课程教学都是老师在台上讲、学生在下面听，为了在有限的课堂教学时间内完成教学计划的全部内容，教师基本上是满堂灌，但是实际效果往往不是很理想，就个人教学的实际得到一些教学方法上的体会。
1.教学手段更新
“电磁场与电磁波”之所以让教师感觉难教、学生感觉难学，是因为本课程基本上用数学语言来描述物理现象，讲解过程中用到拉普拉斯方程、泊松方程、散度、梯度、旋度等大量的数学知识。在传统的板书教学中，公式推导就会占用大量的时间，降低课堂讲授效率，也使得学生感到枯燥、乏味，而且板书教学不能把抽象的物理概念、模型很好地显示出来，现代多媒体技术能够弥补板书教学的缺陷。首先，可以把重要的理论推导事先通过公式编辑器编辑好，在上课时重点讲解难点，这样就可以节省了课堂时间，提高了效率。另外，还可以借助一些软件，比如MATLAB、FLASH来画点位分布、时变场分布图等，还可以进行一些仿真。把抽象的概念变得直观，增加了学生学习的兴趣。在教学上采用板书和多媒体的有机结合，使课堂教学快慢有序，更好地提高教学效果。
2.增加应用背景介绍
随着科技的发展，电磁场理论在工程实践、科学研究和家庭生活中应用越来越广泛，在教学的过程中若能有意识地利用好这些教学实例，在课堂上提出一些问题：飞机为什么可以隐身？微波炉为什么不能用金属器皿？短波收音机为什么在晚上收到更多的台、电磁炉的工作原理等，就可以让学生带着问题学习，充分认识课程的重要性，提高学习的主动性，让他们在理解基本点的同时激发学生学习的兴趣。另外，在教学过程中也可以让同学们通过一些实际应用课题及时了解学术动态，提高自学能力和学习效果。
3.简化数学推导，及时归纳总结
当学生拿到教材看到尽是数学推导时就会产生厌恶感，另外，有的同学会从高年级同学那里得知这门课程很“难”，便会在心理上排斥。针对这种情况，笔者采用的是简化数学推导、重思路分析和结果的方法。这样就不会有繁琐的数学公式推导。在教学内容上对一些知识点，比如恒定电磁场部分的静电场和恒定磁场以及恒定电流场、静态场中的极化和磁化、時变场的中的时变电场与时变磁场之间有些对偶知识点要及时总结归纳，并与相对应的一些知识点比较，这样可以增加记忆效果。
4.增加习题训练，提高分析能力
在教学过程中，经常会听学生说“老师上课讲的都懂，可是不会做题”，这是历届学生中普遍存在的现象。因为电磁场不是单纯的数学问题。在教学中老师要及时掌握学生的学习情况，并调整教学进度。讲解知识点的时候要及时进行总结，讲解例题并归纳解题方法，多做课后习题，及时辅导。电磁场这门课程还存在教学内容多而教学学时少的矛盾，可以借助网络来进行交流。
5.提高教师的自身素质和教学水平
在教学中提倡互动，但教师仍然是占主体地位的。只有教师的自身素质提高了才能有效地改善教学效果。首先，教师要热爱所从事的教育事业，把全部精力投入到教学工作中。教师要经常通过进修的方式提高自己的知识水平，通过和学生互动以及教师间的交流发现教学中的不足并能够及时改正。教师还应在教学中加强教学管理，不断地完善教学资料，建立习题和试题库，注重教学研究和与兄弟院校间的交流，不断地提高教学水平。
三、结束语
电磁场是电类专业的一门核心课程，教学过程特点鲜明，如何组织教学非常重要。教学改革就是要重点提高学生的学习兴趣，在内容上使复杂的问题简单化，方便学生理解，互动地组织教学，有效提高学生应用所学电磁场理论知识解决问题的能力。
参考文献：
[1]谢处方.电磁场与电磁波[M].北京：高等教育出版社，2010.
[2]任宇辉，等.电磁场与电磁波课程教学方法研究[J].陕西师范大学学报，2008，（6）：188-190.
[3]邱关源，等.新编《电路》和《电磁场》教材的一些设想[J].电工教学，1997，19（2）：28-30.
电磁场与电磁波课程教学改革探讨 篇4
一、课程教学现状及存在的问题
我校电子信息科学与技术、通信工程和电气及其自动化等专业开设电磁场与电磁波, 作为专业基础课, 现在安排了44学时, 其中理论32学时, 实验12学时, 对于一门理论性如此强的课程, 学时明显不够用, 一般讲到均匀平面波就结束了, 而且静态场中的镜像法、分离变量法、有限差分法还省掉了。所以, 我们计划适当增加学时, 由44学时增加到48学时, 课程内容基本不变。实验环节, 之前都是采用软件仿真, 我校刚刚引进实验设备, 应该能够对课程的学习有所帮助。
在教学中, 作者发现存在以下一些问题:1) 教师在授课过程中, 过多的进行公式推导的讲解, 一堂课下来, 只能推导少量的公式, 根本完不成教学计划, 导致实际上课的内容被一再缩减。如果不讲解公式的推导过程, 又怕学生不理解。2) 学生在学习过程中, 反映电磁场太抽象, 看不见摸不着, 不像电路可以直观的测量, 还反映课程内容多、公式多、理论性强, 特别是微积分及其变换遍布整个课程内容, 而高等数学和积分变换恰恰是学生的软肋。缺乏扎实的数学基础和推导运算能力, 课堂上听不明白, 课后就不知道该怎么复习, 无从下手, 对课程没有学习兴趣, 甚至认为工作后也用不到。
二、课程教学改革探索
为了提高教学效果, 从以下几个方面进行改革。
(一) 理论联系实际, 提高学习兴趣
在第一堂课, 结合生活生产实际, 多讲述该课程的意义和重要性。我们无时无刻不生活在电磁场中, 没有电磁场与电磁波, 我们将还生活在一百多年前的社会, 它改变了人类的生活方式, 使手机成为每个人的“必需品”, 电磁波成为传输信息的一种重要方式, 手机的电磁辐射也成为人们非常关心的问题。现代战争已经不是陆海空三个方面的事, 又加入了天、电磁, 变成了5位一体的战争, 制电磁权成为新的制高点。我们生活周围还有很多和电磁相关的, 比如, 高压线旁边的房子很多人不愿意买, 认为有电磁的辐射。另外还要介绍该领域最新技术动态和前沿研究课题, 让学生了解目前和今后一段时间该领域的研究热点和方向。通过和生活生产实际的结合, 学生意识到电磁场的重要性, 必然能提高学习兴趣。
(二) 采用多种教学手段相结合, 改进教学方法
现代教学已不是传统的“粉笔+黑板”的模式, 可以利用计算机多媒体进行辅助教学, 但不可全依赖于幻灯片的播放, 过犹不及。适当的使用多媒体进行直观演示, 可以在一定程度上吸引学生的注意。由于该课程公式非常多, 一些不太重要的公式可以在屏幕上逐一展示, 但一些需要详细推导的重要公式和定理, 还是需要传统的黑板进行书写, 这样能让学生有充足的思考消化的时间, 这样可以事半功倍, 否则相反。还要引入动画教学, 比如平面电磁波是本课程的重点和难点, 可以制作一维电磁波传输的动画进行课堂演让学生直观的看到平面电磁波在一维空间的传播情况和遇到理想导体时的反射, 从而理解驻波、半波损失等概念。在讲授极化特性时, 可以自制小型的感应器, 利用手机发射的电磁波, 点亮小灯泡, 通过变换感应器的方向, 让学生理解水平极化和垂直极化的概念。有了这些直观的认识, 必然会激发学生的学习兴趣。
(三) 重视Matlab在电磁场与电磁波教学中的应用
在理论教学中利用Matlab工程应用软件, 演示部分电磁场的运动规律, 使课堂教学生动形象;在实验教学中利用Matlab强大的矩阵运算、数值运算以及图形可视化环境, 对时变电磁场的三维空间分布进行仿真, 将电磁场的空间分布直观的显示出来。两者结合, 不但能加深对电磁场问题的理解, 又学会了Matlab软件编程, 一举两得。
(四) 结合课程特点, 改进教学思想
该课程理论性强、概念抽象, 且与高等数学结合紧密, 公式推导繁杂, 历来被认为是难教、难学的课程, 在授课时教师往往把很多精力放在公式的推导和物理意义的讲解上, 但对学生来说, 感到枯燥无味, 难于理解掌握。所以我们要轻数学计算, 重概念理解。轻计算, 不是不要计算, 对一些重要的定理公式要求能理解推导过程, 课后可以参考资料推导出来。要改变“大而全”和“满堂灌”的教学思想, 引导学生从被动学习转变为主动学习。经常提出一些能够吸引学生注意力的问题和组织讨论, 加强师生互动, 采用启发式教学方法。
(五) 改革课程考核方式, 重视课外兴趣学习
在学生的课程成绩考核中, 可以将平时成绩作为总成绩的30%进行计算, 实验成绩按一定的比例计算入平时成绩中, 也可以吧平时成绩和实验成绩按照一定的比例单独计算。在平时成绩中, 除了考勤、作业以外, 要特别将课堂问答和课后答疑作为额外的项目进行考核, 对积极回答问题和参与课后答疑的学生, 按照次数予以奖励, 每次2到4分, 但要注意学生为了分数投机取巧, 必要时限制答疑的次数和质量。这样可以活跃课堂气氛, 增加师生互动, 提高效率。另外, 要组织学有余力的学生成立课后学习兴趣小组, 利用业余时间进行深入的学习和拓展实验, 甚至参加教师的科研, 从而带动更多的学生喜欢上这门课程。
三、结语
电磁场与电磁波难教难学, 但对电子信息类专业的学生来说, 学好这门课是非常重要的。作者从理论联系实际、改进教学手段、重视Matlab的应用、改进教学思想、改革课程考核方式等几个方面进行了初步探讨。随着对教学要求的不断提高和培养应用型、创新型人才的需要, 电磁场与电磁波课程教学改革还有很多工作要做。
参考文献
[1]谢处方, 饶克谨.电磁场与电磁波 (第四版) [M].高等教育出版社, 2006.
[2]姚华桢, 李小敏.电磁场与电磁波课程的教学研究[J].中国现代教育装备, 2007.
电磁场与电磁波论文 篇5
学院：信息科学与工程学院 专业：电子信息工程 班级：电子0902班 学号：20092712 姓名：++++++++
电磁场与电磁波的实际应用
电磁波是电磁场的一种运动形态。电与磁可说是一体两面，电流会产生磁场，变动的磁场则会产生电流。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场，而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，电磁的变动就如同微风轻拂水面产生水波一般，因此被称为电磁波，也常称为电波。电磁场与电磁波在实际生产、生活、医学、军事等领域有着广泛的应用，具有不可替代的作用。如果没有发现电磁波，现在的社会生活将是无法想象的。
（一）在生产、生活上的应用
静电场的最常见的一个应用就是带电粒子的偏转，这样象控制电子或是质子的轨迹。很多装置，例如阴极射线示波器，回旋加速器，喷墨打印机以及速度选择器等都是基于这一原理的。阴极射线示波器中电子束的电量是恒定的，而喷墨打印机中微粒子的电量却随着打印的字符而变化。在所有的例子中带电粒子的偏转都是通过两个平行板之间的电位差来实现的。1.磁悬浮列车
列车头部的电磁体N极被安装在靠前一点的轨道上的电磁体S极所吸引，同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体N极所排斥。列车前进时，线圈里流动的电流方向就反过来，即原来的S极变成N极，N极变成S极。循环交替，列车就向前奔驰。
稳定性由导向系统来控制。“常导型磁吸式”导向系统，是在列车侧面安装一组专门用于导向的电磁铁。列车发生左右偏移时，列车上的导向电磁铁与导向轨的侧面相互作用，产生排斥力，使车辆恢复正常位置。列车如运行在曲线或坡道上时，控制系统通过对导向磁铁中的电流进行控制，达到控制运行目的。
“常导型”磁悬浮列车的构想由德国工程师赫尔曼·肯佩尔于1922年提出。
“常导型”磁悬浮列车及轨道和电动机的工作原理完全相同。只是把电动机的“转子”布置在列车上，将电动机的“定子”铺设在轨道上。通过“转子”，“定子”间的相互作用，将电能转化为前进的动能。我们知道，电动机的“定子”通电时，通过电磁感应就可以推动“转子”转动。当向轨道这个“定子”输电时，通过电磁感应作用，列车就像电动机的“转子”一样被推动着做直线运动。2.电磁泵
利用磁场和导电流体中电流的相互作用，使流体受电磁力作用而产生压力梯度，从而推动流体运动的一种装置。实用中大多用于泵送液态金属，所以又称液态金属电磁泵。电磁泵按电源形式可分为交流泵和直流泵；按液态金属中电流馈给的方式可分为传导式电磁泵和感应式电磁泵；按结构不同可分为平面泵和圆柱泵等。传导式泵中，电流由外部电源经泵沟两侧的电极直接传导给液态金属；感应泵中，电流则由交变磁场感应产生。电磁泵没有转动部件，结构简单，密封性好，运转可靠，因此在化工、印刷行业中用于输送一些有毒的重金属，如汞、铅等；在原子能动力工业中用于输送化学性质特别活泼的金属，如钠、钾、钠钾合金；在铸造企业中可以用来做铝、镁等活泼金属的定量泵，但现在主要为军工等大型企业使用。
3.磁流体发电机
磁流体发电中的带电流体，它们是通过加热燃料、惰性气体、碱金属蒸气而得到的。在几千摄氏度的高温下，这些物质中的原子和电子的运动都很剧烈，有些电子甚至可以脱离原子核的束缚，结果，这些物质变成自由电子、失去电子的离子以及原子核的混合物，这就是等离子体。将等离子体以超音速的速度喷射到一个加有强磁场的管道里面，等离子体中带有正电荷、负电荷的高速粒子，在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极偏移，于是在两极之间产生电压，用导线将电压接入电路中就可以使用了。
磁流体发电的另一个好处是产生的环境污染少。利用火力发电，燃烧燃料产生的废气里含有大量的二氧化硫，这是造成空气污染的一个重要原因。利用磁流体发电，不仅使燃料在高温下燃烧得更加充分，它使用的一些添加材料还可以和硫化合，生成硫酸钾，并被回收利用，这就避免了直接把硫排放到空气中，对环境造成污染。
利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1000万kW，这就满足了一些需要大功率电力的场合。目前，中国，美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等，都积极致力于这方面的研究。4.微波炉
微波炉（microwave oven/microwave），顾名思义，就是用微波来煮饭烧菜的。微波炉是一种用微波加热食品的现代化烹调灶具。微波是一种电磁波。微波炉由电源，磁控管，控制电路和烹调腔等部分组成。电源向磁控管提供大约4000伏高压，磁控管在电源激励下，连续产生微波，再经过波导系统，耦合到烹调腔内。在烹调腔的进口处附近，有一个可旋转的搅拌器，因为搅拌器是风扇状的金属，旋转起来以后对微波具有各个方向的反射，所以能够把微波能量均匀地分布在烹调腔内。微波炉的功率范围一般为500～1000瓦。从而加热食物。
（二）电磁场与电磁波在医学上的应用
1.电磁波在医疗上的应用
在科学上，称超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射为电磁污染。电磁辐射分二大类，一类是天然电磁辐射，如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等，除对电气设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏外，还会在广大地区产生严重电磁干扰。另一类是人工电磁辐射，主要是微波设备产生的辐射，微波辐射能使人体组织温度升高，严重时造成植物神经功能紊乱。但是对电磁辐射，要正确认识，而且要科学防护。事实上，电磁波也如同大气和水资源一样，只有当人们规划、使用不当时才会造成危害。一定量的辐射对人体是有益的，医疗上的烤电、理疗等方法都是利用适量电磁波来治病健身 2.生物电磁场保健
将人体置于姜氏场导舱内接受载有青春信息的植物幼苗发射的生物电磁波。结果发现：人体红细胞膜的渗透脆性降低，韧性增强；甲状腺素、性激素分泌增加；免疫功能提高；肾上腺皮质激素分泌无明显变化。提示：植物幼苗电磁波有助于红细胞功能的发挥，促进机体新陈代谢，增加青春活力，提高性功能，增强免疫力从而对人体发挥返老还青和医疗保健作用。
3.激光治疗
激光是60年代初出现的一种新光源。已广泛应用于国防、农业、卫生医疗和科学研究，也是治疗肿瘤的一种新方法。用它既能切割组织，又能同时止血，能使肿瘤组织迅速气化和雾化，从而使肿瘤在瞬间消失。激光对组织具有热、压、光和电磁场效应的作用。
（1）、热效应：激光能使肿瘤组织在几秒种的短时间内，局部温度高达200-1000摄氏度，使其变性、凝固坏死，继而气化消失。
（2）、压力效应：激光本身的光压和由高热导致的组织膨胀引起的二次冲击波，加深了肿瘤组织破坏。
(3)、光效应：激光被肿瘤组织吸收后，可增强热效应，使肿瘤组织被破坏。(4)、电磁场效应：激光是一种电磁波。能产生电磁场，可使肿瘤组织离化、核分解而被破坏死亡，如有残癌也可自行消退，这可能与免疫有关。激光制造成激光器、激光手术刀用于治疗体表肿瘤，眼耳鼻咽喉肿瘤、神经肿瘤等。4.EMF系统
EMF系统是由（株）日本MDM公司开发研究生产的新一代脑外科手术器械。根据其作用原理，我们俗称之为“电磁刀”。EMF系统利用高频电磁能对机体组织进行汽化，切割和凝固。因该系统外周围优良组织的热损伤小且不需要对极板，因此尤其使用于脑外等精密外科。对硬性及深部微小脑瘤的去除极为有效。EMF系统与常规的电刀相比，在原理和设计上都有很大区别。EMF系统用于汽化，切割和凝固的输出功率很小（49W以下），为一般电刀所不及。不需要对极板这一特点使单极手术刀用于脑外手术成为可能。没有烧伤感电和破坏神经系统的危险，安全性高，使用方便。与激光刀相比，不需要眼球保护镜和其它保护附件，操作时对患者和医生均无危害。手术时与患部直接接触，医生可以灵活掌握调节。与超声波刀相比，EMF系统对于硬化深部微小肿瘤的汽化治疗效果尤为显著。HandPiece非常轻便且呈弯曲状，使视野不受影响，并有利于长时间手术。刀头部分可以任意弯曲，适用于各种手术需要。5.微波治疗
微波是指波长在1毫米至1米范围内的非电离辐射高频电磁波。70年代后期微波技术在医疗上得到应用。科学家研究发现，微波治疗有3种：一是大剂量高热治疗肿瘤，能抑制肿瘤细胞的蛋白质合成，降低肿瘤细胞分裂速度，增强化疗、放疗效果；二是用于局部生物体组织的凝固治疗，具有不炭化、不产生烟雾的特点；三是小剂量的温热治疗，可以解痉、止痛、消炎并促进伤恢复等。6.电磁波消毒
利用电磁波的场效应和热效应，在5－l0分钟内能迅速达到国家卫生部规定的消毒要求，对成捆、成扎的纸币、成叠的毛巾、医疗器械具有穿透力强，无残留药毒性的消毒特点，是当今消毒领域的新突破。
（三）在军事上的应用
1.雷达
雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。
雷达所起的作用和眼睛和耳朵相似，当然，它不再是大自然的杰作，同时，它的信息载体是无线电波。事实上，不论是可见光或是无线电波，在本质上是同一种东西，都是电磁波，传播的速度都是光速C, 差别在于它们各自占据的频率和波长不同。其原理是雷达设备的发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的某些信息(目标物体至雷达的距离，距离变化率或径向速度、方位、高度等)。
测量距离实际是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成目标的精确距离。测量目标方位是利用天线的尖锐方位波束测量。测量仰角靠窄的仰角波束测量。根据仰角和距离就能计算出目标高度。
测量速度是雷达根据自身和目标之间有相对运动产生的频率多普勒效应原理。雷达接收到的目标回波频率与雷达发射频率不同，两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可提取的主要信息之一是雷达与目标之间的距离变化率。当目标与干扰杂波同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达利用它们之间多普勒频率的不同能从干扰杂波中检测和跟踪目标。2.电磁炮
电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进的动能杀伤武器．与传统的大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场的作用力，其作用的时间要长得多，可大大提高弹丸的速度和射程．因而引起了世界各国军事家们的关注．自80年代初期以来，电磁炮在未来武器的发展计划中，已成为越来越重要的部分。3.电子对抗 电子对抗也称“电子战”或“电子斗争”。敌对双方利用电子技术进行的作战行动。目的是削弱、破坏敌方电子设备的使用效能，以保护己方电子设备效能得到
充分发挥。包括雷达对抗、无线电通信对抗、光电对抗等。基本内容有电子对抗侦察、电子干扰和电子防御。电子对抗是现代战争的重要作战手段。
电子对抗就是敌对双方为削弱、破坏对方电子设备的使用效能、保障己方电子设备发挥效能而采取的各种电子措施和行动，又称电子战。电子对抗分3个方面：电子对抗侦察、电子干扰和电子防御。电子对抗按电子设备的类型可分为雷达对抗、无线电通信对抗、导航对抗、制导对抗、光电对抗和水声对抗等；按配置部位又可分为外层空间对抗、空中对抗、地面(包括海面)对抗和水下对抗。机载电子对抗系统是现代电子对抗的主要手段。随着弹道导弹和卫星的发展，外层空间是一个新的战场，电子对抗在未来的现代化战争中，将对战略攻防起到重要作用。
电磁场与电磁波在实际中应用广泛，以上所写只是实际应用中的一小部分。电磁场与电磁波有着强大的生命力和蓬勃的朝气，人们对它进行不断探索，创造出一个又一个具有强大功能的新工具。
电磁波课程 篇6
关键词：PBL教学法；电磁兼容技术；问题
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）12-0055-02
一、PBL教学法应用研究
PBL即基于问题的学习（Problem-Based earning），简称PBL，也称作问题式学习。它的实施过程中所包含的基本环节有：组织小组、开始新的问题、后续行动、活动汇报、问题总结等。PBL强调学生的主动学习，而不是传统教育中的以教师讲授内容为主；PBL将学习与需要解决的任务和问题相结合，使学习者在复杂的、有意义的问题情景下，通过学习者的自身努力来解决真正的问题，进而学习隐含的科学知识，掌握解决问题的技能和提高自主学习的能力。PBL教学法以问题为学习的起点，自诞生后，先后在多所医科学校中推广、修正，随着时间的推移，PBL也从最初的医学教育领域走向各学科教育领域，从培养研究生的领域走向中小学及大学教育领域。目前，一份调查表明，北美130所医学院校（全美125所大学中的118所、加拿大16所大学中的12所）引入了或准备引入PBL教学法的占所调查院校的86.2%，占北美所有院校的79.4%，PBL教学法在北美开展已经很普遍。
二、在电磁兼容技术课程中的教学应用
电磁兼容技术这门课程主要讲述了PCB（印制电路板）的设计以及电磁辐射防护，由于该课程理论与实际结合的较为紧密，由于大部分学生在学校期间接触到实际的项目或者PCB很少，故此在讲授该课程时，学生对课程的兴趣不高，对该课程的应用范围也不了解。而实际该课程在学生的本科毕业设计中以及今后的工作、研究中用途较为广泛。所以需要改进教学方法以提高学生的就业竞争力。最初的教学方式采用先从电磁兼容技术的理论入手，结束理论之后开始PCB的设计课程以及注意事项的讲解。从实际的效果来看，这样的方式虽然完成了既定的教学计划，但是对学生并理解所讲授的课程。更不用说将这些理论运用在今后的工作中。利用PBL的教学方法，将该课程的计划设计成一系列的问题，通过在讲授这些问题的解决的过程，使得学生了解该课程的内容，理解课程中所涉及到的技术。首先：为了引起学生的学习该课程的兴趣设计为什么要学习该课程的例子。具体的做法为，首先将学生创新实践中所设计的MP3播放器的实物以及改进的MP3播放器的实物给参加该课程的学生观看，并将此播放器与经过改进后的播放器的音质进行对比，让学生自己感觉出相同的设计，通过不同的设计方法可以得到不同的效果。由于参加该课程的学生大部分都没有实际设计PCB的经验，故观看实物并不能得出比较客观的评价，而通过播放的音质则能比较明显的感觉出两者的不同。由于大部分学生都比较熟悉MP3播放器，通过该实物的展示，也让学生能够了解该课程所涉及的方面，学生对该课程的学习兴趣提高了很多。该对比带来了问题就是为什么不同的PCB设计方法能够带来不同的效果，在PCB设计中应该遵循哪些原理和规则才能保证PCB的设计质量。在后续的课程中介绍电磁兼容技术中的接地概念、接地的方式以及电磁干扰滤波技术。让学生从这些内容中找到哪些理论用在MP3播放器的设计中，对比改进前后的PCB得出这些理论应该如何具体去使用。查找这些相关理论应用使得学生自己总结在实际中应该怎么去分割地线，分割不同的电路网络。通过总结之后，学生对理论在实际中的应用有了一个较为具体的认识，然后教师在学生总结的基础上进行一些实际设计中应该注意问题的总结归纳。比如，在实际中0欧电阻与贴片磁珠的使用问题，在不同设计中单点接地和多点接地的具体应用。通过MP3播放器实物对比所带来的音质不同的问题，使得学生对该课程的一部分内容有了较为深刻的了解。然后：为了让学生理解屏蔽的概念以及用法，给出某型号手机电路板的设计图例以及笔记本电脑拆机的图例。从图例中学生可以看到屏蔽壳的存在，给出的问题就是屏蔽壳的作用是用来完成什么任务。布置学生在互联网上搜索，找出手机和电脑里面屏蔽层的用法，然后在后期的课程中介绍电磁屏蔽的理论。通过前期的图例，网络搜索以及理论的学习，学生对电磁屏蔽的理论以及用法有了一个基本的了解。在学习完该部分理论之后，或多或少地都会对屏蔽的使用有一个基本的总结。通过理论的讲解之后，对屏蔽的方式以及在实际中不同的屏蔽接法做一个较为系统的总结。让学生了解在实际中屏蔽的使用。通过该问题的设计使得学生了解了屏蔽技术在实际中的使用。为今后的防干扰和抗干扰打下坚实的理论基础。最后设计的问题为PCB设计的布局给PCB设计所带来的影响。该问题还是在MP3播放器的对比的基础上实施。通过MP3播放器改进前后的设计对比，给出在设计中应该如何将器件合理布局才能保证在有限的空间里完成PCB的设计。让学生带着这些问题在播放器PCB对比中找到这些问题的答案。并总结出使用的规则。通过对该问题的总结，学生基本能了解了PCB设计中的一些基本常用的知识和规则。教师在学生总结的基础上对学生总结的规则做进一步的细化，给出不同线宽的过电流的大小以及不同封装下电阻的使用技巧。并在总结的基础上介绍PCB设计中的重要规则，20-H原则以及3W原则。通过实际PCB设计的对比，学生能够将所讲授的布局注意事项与实际很好的结合，并且能够通过该问题的设计让学生基本掌握PCB设计的一些概念，并让学生体会到PCB设计并不一定是所谓的体力活，在看似体力活的基础上还有一些统筹考虑全局的需要，让学生了解PCB的设计也需要一定的积累才能完成一个较为理想的电路板。通过该问题也能增加学生对该课程的兴趣。
PBL教学法注重从具体问题细节着手，主要着眼于提高学生解决具体要求问题的能力，电磁兼容技术理论与实际相结合的比较紧密，故此采用PBL教学方法能达到较好地效果。通过PBL的教学方法使得学生对原来较为晦涩的理论有一个较好的掌握，并且能够与实际设计中的操作相结合。通过设计的三个不同的问题，使得学生将问题带入到实际的学习中，通过学生自己的主动学习掌握与这三个问题相关的一些理论，当然这些理论不是该课程的全部，剩下的理论还需要教师在课堂上进行讲述，但是通过设计的这三个问题，都可以达到一个目的，就是增加学生对该课程的兴趣，使得学生从被动的接收知识转变为主动学习的过程。较好地实现从以教为主的教学模式向以学为主的学习模式转变、从重媒体应用的教学模式向重教学设计的教学模式转变、从重知识传授向重能力培养的三大转变。
参考文献：
电磁波课程 篇7
0 引言
《电磁场与电磁波》这门课程是兰州交通大学的重点课程, 针对通信工程、电子科学与技术专业、电子信息工程等专业的本科及研究生教学, 2012年被评为校级精品课程。为紧跟通信与信息技术飞速发展的步伐, 进一步优化电子及信息类专业技术基础理论课程结构, 对《电磁场与电磁波》课程进行了教学改革, 根据不同专业及少学时的要求, 重新修订了教学大纲, 进一步明确了针对不同专业侧重点的不同, 在讲授时的内容及重点的不同加以区分。
经过多年的建设和发展, 该课程形成了自己的特色, 依照基础建立、理论分析、技术分析的内容安排次序;MATLAB、ANSYS仿真软件分析“场”;结合应用背景、技术特点等方面的讲学模式, 理论与实践相结合、理论与新技术相结合、课堂讲授与网络辅助教学相结合, 取得了良好的教学效果。
1《电磁场与电磁波》课程的教学现状
目前, 常见的《电磁场与电磁波》课程, 多数采取的教学方式是教师提出抽象的物理概念, 通过理论推导和数学推导, 得出理论性强又难于记忆的结论, 这样不利于教师形象表达, 又给学生的学习造成一定的难度, 学生掌握和应用的效率较低。
由于《电磁场与电磁波》课程, 涉及较多的高等数学以及物理学的理论知识, 对于学生空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能力等要求较高。所以, 要充分调动学生积极性、主动性和创造性, 在《电磁场与电磁波》课程建设过程中, 该课程组教师从提高教学质量和培养学生综合素质方面, 作了许多积极的探索与改革。
2 改革创新
(1) 结合本校的办学定位、人才培养目标和生源情况, 说明本课程在专业培养目标中的定位与课程目标。《电磁场与电磁波》课是电子科学与技术、电子信息工程、通信工程等电类等专业本科生和研究生的专业基础理论课。它以电磁学为基础, 运用矢量分析的数学工具, 以时变场为重点, 主要研究宏观电磁场和电磁波的基本属性、普遍规律及其应用。通过对它的学习, 要求学生掌握静态场的解法及其解的基本性质, 掌握电磁波的传播和辐射的规律;使学生能综合运用所学知识分析与初步解决实际电磁问题。另外, 还可巩固并提高数学工具的运算技能, 培养学生的抽象思维能力和科学的思想方法, 有助于提高学生独立分析与解决问题的能力以及发现与提出问题的能力和创新能力;
(2) 开展研究式教学, 提高学生分析问题和解决问题的能力。为了提高学生自我获取知识的能力, 培养他们分析问题和解决问题的能力, 我们充分利用现代计算机技术和强大的软件功能, 通过短时间 (2—3学时) 的计算机语言培训, 结合恰当的案例, 将电磁场与电磁波课程基本要求的内容进一步扩展, 通过建模、计算机软件应用来研究物理现象和物理规律, 使学生的学习更加深入。这种教学方式, 可以引导学生学习如何建立模型、查找资料、自学一些更深入的内容, 有利于分析问题和解决问题能力的培养。学生反应, 通过开展研究式教学, 他们分析解决问题的能力得到了很大提高。
(3) 进行电磁场与电磁波理论和实验融合教学试点。该试点的目的是探索如何将电磁场与电磁波和电磁场与电磁波实验课程以及电磁场与电磁波演示实验有机结合起来, 通过电磁学发展史中有典型意义的案例教学, 不断地对学生进行“创新”的熏陶, 培养学生创新思维和创新精神, 提高分析解决问题的能力, 通过实践教学使学生个性得到全面发展。研究如何为学生提供自主学习和实践的空间, 突出学生在教学中的主体地位, 达到提高学生自主学习和独立研究的能力。
3 总结
为了使《电磁场与电磁波》成为省级精品课程, 乃至国家级精品课程, 其教学模式的构建及实现需要一流的教师队伍、一流的教学内容、一流的教学方法、一流的教材及一流的教学管理。我们课程组全体教师仍需继续发扬团结协作、勇于奉献、勇于创新和脚踏实地、扎实工作的作风。为使电磁场与电磁波课程成为省级精品课程及国家精品课程而义不容辞, 并为全面提高高等教育质量做出自己应有的贡献。
参考文献
[1]谢处方.高薪技术与电磁场理论[J].安徽大学学报, 1998, 22 (3) :59-63
[2]黄志洵.电磁理论研究的新方向[J].北京广播学院学报, 1998, 25 (4) :l-9
[3]王宁章, 谢敏.深化电子信息类专业教学改革——培养创新人才[J].广西大学学报 (哲学社会科学版) , 2005, 27 (4) :7—8.
[4]杨虎, 张炜, 毛钧杰.《电磁场理论》教学法初探[J].高等教育研究学报.2003 (04) .
电磁波课程 篇8
一、教学创新实践
(一) 构建以提升创新与创业能力为向导的培养方案
大学生人才培养方案的制订要兼顾好课内外、校内外、知识传授与能力培养的关系。
1. 优化课程体系
《电磁场与电磁波》与《微波技术》《电磁学》等课程在教学内容上有重叠的部分, 因此在教学过程中需对这几门课程进行优化整合, 教学内容上做好划分与衔接, 做到相关课程内容紧凑, 理论连贯, 利于教学。需要学生高度重视《高等数学》《大学物理》等前续课程的学习, 一定要打好基础, 在教学内容上做好衔接。
2. 更新课程内容
随着时代发展, 信息科学与技术日新月异, 这就需要不断删减那些陈旧的知识, 增加本学科最新科学技术成果, 使教学内容不断更新、与时俱进。在有限时间内使学生掌握最具生命力的基本知识和必要技能, 培养创新人才。强化实践教学, 适当压缩理论教学学时。如实践教学上增加静电除尘和磁通球实验, 使学生对静电场和恒定磁场的理论在实际中的应用有直观的认识。
3. 考核方式改革
提高平时成绩比重, 注重对整个学习过程的监控与考核, 加大了实践环节所占分数, 改变以往期末全凭一张卷的做法。降低期末卷面分数在总评成绩中的比重, 如占总成绩60%, 将平时成绩所占比重提高到40%。
(二) 改进教学方法与手段提升大学生创新能力
1. 精选布置作业, 改进收作业的方式
做作业也是一种实践过程, 通过做作业可以复习巩固课堂所学内容, 以达到将所学知识融会贯通、学以致用的目的。但近年来大学生普遍对作业不重视, 敷衍了事、互相抄袭现象严重。因此必须规范写作业的每个环节, 严把作业质量关, 杜绝抄袭现象。我们采取随堂作业、随机抽查、现场问答等方式取得了较好的效果。
2. 精心设计教学过程
内容安排上应难点分散, 由浅入深, 循序渐进, 课内与课外结合, 理论与实践相结合。讲课时对那些繁琐的数学推导应该从简, 将基本理论、概念阐述清楚, 突出对数学解析的物理意义。为提高学生的学习兴趣, 我们开展讨论式教学, 让学生先预习, 鼓励学生大胆提出自己的看法, 然后围绕问题展开课堂讨论, 形成师生互动, 最后教师根据学生的讨论情况进行归纳整理。教师要善于倾听学生建议, 多与同学沟通, 及时调整讲课速度、方式等, 力争取得最佳课堂效果。
3. 更新教学手段
应充分发挥多媒体的优势, 使之与传统板书完美结合。多媒体可集图、文、音、动画于一体, 给学生最直接的视觉、听觉的冲击, 可使抽象复杂问题简单化, 使枯燥难懂的知识形象化。再配以教师生动的讲解, 可最大限度地吸引学生的注意力, 激发学生学习的积极性。同时, 也节省了板书时间, 提高了课堂效率, 增加了信息量。
4. 科研促教学
科学研究可以促进学科建设, 提升教师综合素质。通过开展科研活动, 能加深老师对本学科知识的理解、应用与升华, 这样在教学过程中才能生动讲解, 游刃有余。教师可以把自己的科研项目情况介绍给学生, 通过具体应用, 使学生明白本门课到底学什么、如何学、怎么用等问题, 这样定会激发起学生学习本课程的积极性。
(三) 构建多样化的创新实践教学体系
以往实践教学中, 学生按照实验指导书上要求的步骤机械地应付性地完成实验, 不主动思考。以验证性实验为主, 不能发挥学生的设计创造能力, 极易产生厌学的情绪, 且与实际应用脱轨。理论老师和实验老师相互联系不够, 内容安排上重难点不对应。俗话说“兴趣是最好的老师”, 在做电磁场与电磁波实验前, 给学生举些与本次实验内容相对应的应用实例, 最好是日常生活中的例子, 并让学生参与, 使他们对电磁场与电磁波的概念有个直观的认识, 激发起他们的好奇心, 这样可使学生积极主动地投入接下来的学习中。几年来, 为了提高学生的学习积极性, 我们作了如下创新。
1. 注重电磁场仿真软件的应用
目前仿真专业软件Ansoft HFSS比较流行, 可分析仿真任意三维无源结构的高频电磁场, 可直接得到传播常数、特征阻抗、S参数及辐射场、天线方向图等结果, 功能极其强大。在教学实践中, 教师要注意介绍和引入该软件的应用内容, 提高了学生的兴趣。
2. 开设综合设计性实验
以前大部分都是验证性实验, 需要学生自由发挥的空间几乎没有, 每次做实验就像“照着菜谱点菜”一样, 按步就班地做, 实验效果较差。为此, 我们把实验内容进行了改革, 开设了一些培养学生创新能力的综合性实验。
3. 改进和规范实验报告写法
以前学生写实验报告就是直接抄写指导书上的内容, 全班同学的报告基本都一样。这种现象必然导致他们不重视实验报告, 报告质量差。现在我们要求学生重点突出实验分析。首先把实验中用到的知识原理归纳总结, 做到条理化, 记录并深入分析实验现象, 借助相关资料就实验现象进行深入研究, 寻求科学合理的解释。这样能培养学生透过实验现象看本质的本领。
4. 实验课中进行设问
实验教学中的设问可引导学生带着问题去研究思考, 去实践, 能提高他们的实验主动性。可以是老师设问学生回答, 也可以是学生设问老师或其他学生回答。老师要对积极参与并能正确回答问题的学生给予表扬, 并在实验考核成绩上有所体现。对积极思考并能提出有意义有代表性问题的学生也要给予表扬和适当加分。
5. 调动实验指导教师的积极性, 加大实验室开放力度
对于那些学有余力和动手能力强的学生, 在完成理论学习和大纲规定的必做实验项目后, 可在实验室里给他们安排一些内容稍难的选做实验, 培养他们的实践动手能力和创新能力, 达到因材施教的效果。
6. 鼓励学生参与教师的科研项目, 成立科研创新小组
按照学生自愿的原则, 在老师的引导下组建科研创新小组, 紧密结合《电磁场与电磁波》理论知识, 定期开展大学生科技创新活动。鼓励学生利用课余时间来实验室或研究所, 同老师一起做科研, 经过一年或两年的科研实践, 他们的业务知识、动手能力, 以及创新创业素质均有大幅度提高。实践证明, 这项措施成效非常显著。
7. 毕业设计中拟定和电磁场与电磁波课程相关的课题
教师要指导学生制作实物, 并要求学生熟练掌握相关软件的运用, 这样有助于启发学生对本课程内容的深层次思考, 达到融会贯通的目的, 培养他们的创造性思维和实践的能力, 全面提高学生的专业素质。
(四) 以科研活动为载体推进创新与创业教育
创新教育是一种高层次的素质教育, 创新型人才除了具有开拓创新精神和团结协作精神外, 还应具有很强的实践操作能力、工程设计能力、综合应用能力、科学研究能力。学生参与科学研究是有效提高学生创新能力的一个重要环节。让同学们以“大工程”的眼光来参加科研活动, 不仅仅是让学生所学的专业知识与现场的具体实践相结合, 还要让学生在以真实世界为广阔背景的实践活动中了解“现代工程师”所面临的方方面面问题。
学生参与科研可有两种方式:一种是学生参加教师科研项目的研究工作。例如, 华北科技学院信息与控制技术研究所课题组在做“煤矿井下大容量铅酸蓄电池智能充电器装置的研制”项目过程中, 有十多名高年级学生参加了科研项目。通过该项目的科研实践, 他们的创新与创业能力有了极大提高, 提高了就业率和考研的被录取率。
另一种是学生根据社会实际需要提出项目研究方案, 学校经过评审后给予一定的经费资助, 同时他们可参加全国性的电子设计大赛。2009年华北科技学院在全国大学生电子设计大赛中就取得了可喜成绩, 有3名学生获得一等奖, 3名学生获得优秀奖。
以高校学科为依托, 集产学研于一体, 采用校企结合、联合培养的模式, 形成创新人才培养的良性循环。如华北科技学院于2006年建成了“煤矿安全生产监控实训基地”, 为教师和学生开展科研提供了一个良好的基地。
二、结语
针对《电磁场与电磁波》课程教学现状及存在的不足, 从理论教学、实践教学、科研促教学等几方面入手进行了一系列改革与创新, 并取得了较好的教学效果, 提高了学生的创新创业素质。在我国高等教育强势发展的今天, 提高教学质量是重中之重, 而提高教学质量的途径是优化课程体系与进行教学改革。提高教学质量是无止境的, 教学改革也是无止境的, 而教学改革的核心是创新。我们在教学改革创新方面虽取得了一定的成绩, 但仍需在实践中不断探索与创新, 不断提高教学水平, 提高学生的创新与创业素质。
参考文献
[1]田秀荣, 桂志国.电磁场与电磁波课程教学改革探索[J].安徽理工大学学报, 2010, 27 (1) :137-139.
[2]顾洪军, 薛顶柱.“电磁场与电磁波”课程改革教学研究[J].长春理工大学学报, 2009, 22 (5) :850-851.
[3]李文翔, 熊庆国.“电磁场与电磁波”课程教学方法改革研究[J].中国冶金教育, 2007 (6) :26-28.
电磁波课程 篇9
一、教材体系
目前, 国内外教材体系中电磁场与电磁波分为两类:一类是先讲授静态场后讲授时变电磁场和电磁波, 另一类是先讲授时变电磁场, 后讲授静态场和电磁波。第一类体系用较大的篇幅介绍了大学物理中的内容并进行一定的提升, 所以起点较低, 由易到难, 循序渐进, 学生容易接受。第二类是直接从麦克斯韦方程入手, 将静态场归结为时变场的一种特殊情况进行介绍, 这种体系虽然压缩了静态场, 充实了时变场内容, 但要求学生对大学物理和高等数学知识掌握很牢固, 所以起点较高, 学生不易接受[2]。从我校学生的实际出发, 由于学生学习《大学物理》普遍感觉较难, 掌握不够理想。为了符合绝大多数学生的实际水平, 我们选择采用第一类教学体系, 选用杨儒贵编著的《电磁场与电磁波》 (第二版) 作为教材[3]。该教程注重基础, 由浅入深, 理论讲解清楚完备, 体现了电磁场理论的严谨性和完整性。
二、教学内容
根据我校几个不同电子信息类专业该门课程的教学大纲中《电磁场与电磁波》课程的要求和特点, 将课程内容大致分为三部分:矢量分析、电磁场和电磁波, 共56学时, 教学内容具体安排如下。
1. 矢量分析的教学内容。
矢量分析是该课程的数学基础, 主要讲授矢量运算, 如矢量的加法、减法、标积、矢积和重要恒等式的证明;标量场和矢量场的相关概念, 如梯度、散度、旋度;几个重要的定理:散度定理、旋度定理、场的唯一性定理、亥姆霍兹定理。由于学生对不同坐标系中矢量运算的理解较为困难, 我们加大讲授直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系, 以及各坐标系中梯度、散度和旋度的公式。本部分安排8个学时。
2. 电磁场的教学内容。
电磁场包括静态场和时变场两部分。静态场的教学内容由静电场、恒定电流场和恒定磁场组成。各部分分别从大学物理中场的积分形式推导出微分形式。重点围绕真空和介质中场的散度、旋度和边界条件讲解, 同时扩展介绍电容、电感、电阻、矢量磁位、标量磁位、用虚位移法求电场力和磁场力、电场和磁场的能量等内容, 其中静态场的解这部分内容常采用的是镜像法、分离变量法、格林函数法等[4,5,6]。由于分离变量法和格林函数法相对镜像法较难, 大纲未做要求, 所以将该部分作为选学部分, 建议学生自学, 老师可以在课外答疑。该部分内容安排16个学时。时变电磁场主要介绍的内容包括:电磁感应定律、位移电流、麦克斯韦方程的积分和微分形式、时变电磁场的边界条件、时变场的能量与能流、位函数及位函数方程、复矢量表示和计算等。本部分重点和难度是麦克斯韦方程组的建立、位函数方程建立与求解、复矢量计算等。时变电磁场是承上启下的关键章节, 本部分的内容共安排8学时。
3. 电磁波的教学内容。
电磁波的教学内容包括平面电磁波、电磁波的辐射和导行电磁波, 该部分为全新内容, 有许多新的知识点, 包括电磁波的极化、色散和群速、辐射和滞后位, 互易定理, 矩形波导, 同轴线, 谐振腔等。由于平面电磁波是电磁波传播部分的基础, 所以该部分的内容重点介绍, 计8学时。由于光纤是作为电磁波的传输载体之一, 它正在得到广泛的应用, 同时考虑到后续课《光纤通信》中需要用到波导, 所以对于导行电磁波这章安排了8学时。而电磁波辐射这一章是《波导理论》、《电磁兼容》、《天线理论与技术》的基础课程, 为了保证后续课程具有扎实的基础, 因此这一章安排8学时。
三、教学方法与手段
1. 注重板书与多媒体相结合, 加深学生的理解。
板书是该门课程的重要教学手段, 是多媒体技术无法替代的。对该课程中重要和复杂的公式进行详细的板书推导和讲解, 可以引导学生思路, 与学生互动, 有助于学生理解, 能到达较好的教学效果。例如矢量恒等式的证明、散度和旋度定理的证明、边界条件的推导、位函数方程的推导等。对于学生容易理解或可自行推导的公式和定理可以通过多媒体播放, 这样可以节约课时, 满足总课时量减少的要求。由于“电磁场与电磁波”课程是一门概念抽象、公式复杂、推导烦琐、知识体系严密的理论课, 形象、直观、生动地讲授课程能加深学生的理解, 能激发该课程产生兴趣。为此, 我们利用图片、视频、动画等手段进行较为直观的演示。对于较为复杂的场可以借助MATLAB、Mathematic、有限元仿真软件进行电磁场仿真和数值计算, 直观呈现场的分布和波的传播, 使抽象的问题形象化, 促进学生对理论知识的学习, 激发学生的学习兴趣。
2. 注重理论联系实际, 激发学生兴趣。
该课程具有很强的工程背景, 应用面非常广, 在教学过程中结合实际应用能激发学生的学习兴趣。为此, 我们在各章教学中专门安排一节介绍该章中所学知识的实际应用。在静电场中, 介绍了静电放电、静电感应、静电屏蔽和电场力的应用, 静电场的危害等。例如, 闪电的放电过程;电容式传感器是利用静电感应原理工作的;解释为什么高压线上的检修工可以带电作业;静电除尘、静电喷漆、静电复印、静电电动机是如何工作的。静电场对生物的危害性, 如静电场会影响植物的同化和异化, 造成细胞的生长和染色体的畸变。在恒定电流场中, 介绍其在电镀工艺、电力工程、地质勘探、油井测量以及超导技术中的应用。例如, 工业中的电焊和点焊技术利用了材料的有限电导率, 当强大电流通过时, 产生的热量使金属熔化粘结;在电法勘探中, 由于地层中含有水分、矿物或油气, 其电导率各不相同, 通过多个地表电极测量两个电极之间的电流及电位分布可以得到地层状况;介绍超导技术时, 可以讨论其中的电场和电路情况, 介绍超导体的完成抗磁性。在介绍电磁波时, 例如讲解电磁波在介质中的透射、穿透深度时, 结合目前在日常生活中普遍应用的微波炉, 微波对食物加热的原理;介绍电磁波的反射现象时, 以隐形飞机如何隐身展开讨论等。
3. 注重启发式教学, 提高学生逻辑思维能力。
该课程理论知识较深, 较难理解, 以教师为主的教学方式往往导致学生难跟上节奏, 出现开小差和睡觉的现象, 所以, 采用启发式教学, 引导学生参与思考, 积极互动显得尤为重要。为此, 在课堂设计中需要针对重点和难点内容设定问答式互动环节, 适时地向学生提出一些综合性和灵活性的问题, 使课堂生动活泼, 吸引学生的注意力。例如, 讲到位移电流时, 提出“为什么麦克斯韦要提出位移电流?”等问题。又如讲到电磁波在导电介质中传播衰减时, 提出“为什么核潜艇不能用电磁波通讯?”等问题。再如, 介绍麦克斯韦方程的伟大时, 提出“你如何评价麦克斯韦的电磁场理论, 为什么它被誉为19世纪物理学最伟大的成就之一?”等问题。通过启发式教学, 让学生成为课堂的主体, 引导其积极思考问题, 能明显提高课题氛围和教学效果。
四、考核方式
《电磁场与电磁波》课程的考核方式分为开卷和闭卷两种。采用开卷考试无形中降低了课程要求, 并且会出现考前临时突击复习, 考试时乱翻书乱抄答案等现象。采用闭卷考试导致学生死记硬背公式和定理, 不注重理解知识点之间的联系。这两种考试效果都不够理想。为此, 有些高校采用在试卷后面列出主要参考公式的方式考核, 取得了较好的效果。但这种考核方式存在老师为学生挑选公式的弊端。为了正确地引导学生积极主动地学习和梳理该课程的内容, 我们提出一种新考试形式:半开卷考试。半开卷考试是指允许学生在考试时携带一张写好真实姓名和学号的草稿纸 (不超过A4纸大小) , 学生可以在考试前在这张纸上抄写自己觉得重要的公式和定理。半开卷考试既能促使学生理解知识点联系, 全面系统的复习、归纳和总结知识体系, 还能促使教师提高自身的教学水平以及命题质量, 要求教师在教学中引导学生把主要心思和精力放到提高自己对知识的理解、分析和运用上来, 注重培养学生运用知识分析与解决问题的能力。
本文对《电磁场与电磁波》的课程特点和难教难学的现状进行了一些思考, 并在教学过程中进行了采用新的教材体系、教学手段和方法、改进考核方式等教改实践, 提高了教学质量, 取得了良好的效果。
参考文献
[1]王家礼, 朱满座, 路宏敏.电磁场与电磁波[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2003.
[2]郭业才.通信工程专业“电磁场与电磁波”课程教学实践[J].科技情报开发与经济, 2006, 16 (6) :247-249.
[3]杨儒贵.电磁场与电磁波[M].北京:高等教育出版社, 2007.
[4]郭辉萍, 刘学观.电磁场与电磁波[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2007.
[5]田雨波, 张贞凯.“电磁场理论”教学改革初探[J].电气电子教学学报, 2008, 30 (1) :11-13.
电磁波课程 篇10
一、“电磁场与电磁波”教学现状
1. 内容多, 课时少, 缺乏更新。
为了适应专业的发展和拓宽学生的知识面, 相应地增加了与专业相关的课程, 导致“电磁场与电磁波”课时减少。“电磁场与电磁波”的教材大都是面向电子信息类相关专业, 且专业课不断追踪学科发展前沿, 而作为基础课的“电磁场与电磁波”教学内容得不到及时调整与扩充。
2. 知识面宽, 理论性强, 概念抽象。
课程中重要原理、定理和公式比较多, 需要许多数学、物理知识。且课程中许多物理场的数学描述, 大多需要严密的数学推导。另外, 电磁场是一种抽象的物质存在形式, 课程中的概念比较抽象。
3. 纯理论教学, 缺乏实践与应用。
大多数开设“电磁场与电磁波”课程的院校由于受到实验条件的限制, 只进行纯理论的教学, 造成理论与实践、应用脱节。
4. 考核方式陈旧。
目前的考核方式基本上还是以考试为主、平时成绩为辅的考评机制。平时成绩主要包括作业和出勤。但作业存在抄袭现象, 出勤由于时间问题也只能抽检。造成平时成绩的考核会出现比较大的偏差。
二、提高教学质量的新方法
1. 教学内容。
①合理调整适合光电信息类专业的教学内容。光电信息类专业开设了“光波导理论与技术”、“光纤通信原理与系统”以及“光纤传输技术”等专业课程, 与这些专业课程相关的“电磁场与电磁波”内容有时变电磁场与电磁波传播、导行电磁波、电磁波传播模式、色散等, 应重点掌握这部分内容, 因此在学时的分配上, 应增加这部分知识的讲授时间。而均匀平面电磁波的传播是电磁波传播部分的基础, 因而, 也应详细讲解与阐述。为了使学生更好地学习有关专业课程, 在讲授导行电磁波这部分内容时, 可以穿插一些与其紧密相关的光波导方面的内容。②紧密跟踪学科发展前沿动态。为了保证教学内容与时俱进, “电磁场与电磁波”的教学内容应紧密跟踪学科前沿的发展动态。只有这样, 教学内容才不至于陈旧, 落后于当前学科的发展, 才能不断向前发展。近年来, 随着未来宽带光网络与无线网络的发展和融合, 高容量信息技术需求的高速发展, 出现了微波光子技术。微波光子技术集中了微波技术和光子技术的优点, 使微波与光子在概念、器件、电路和系统等方面有机结合。当前, 微波光子技术非常重要, 发展也很迅速。因而, 有必要在“电磁场与电磁波”的教学过程中, 适当补充一些与“电磁场与电磁波”教学内容相关的微波光子技术的研究内容与前沿动态, 可提高学生的学习与研究兴趣, 同时, 还能够培养适应当前社会发展需要的新时代的学生。
2. 教学方法。
①理论知识与实际应用相互交叉教学。学生往往对知识的应用比较感兴趣, 因而, 在理论教学中应紧密联系实际应用。一开始就要在绪论中介绍电磁波在电力工业、移动通信、射频识别、卫星通信、雷达探测、隐身技术等领域的应用, 提高学生对这门课的兴趣。除此之外, 还应在理论教学过程中, 紧密地穿插一些具体的应用, 特别是一些比较新的科技前沿的应用。这样可调动学生的学习兴趣, 也可丰富学生的科技知识, 从而提高学习与教学效果。②适当借鉴研究性教学。虽然教学手段在技术上不断更新, 却仍然无法摆脱单纯由教师讲授的教学模式。而研究性教学是一种新的教学模式, 它要求引导学生主动探究、培养学生实践能力和创新精神[3]。适当在“电磁场与电磁波”中应用研究性教学方法, 设置与教学内容相关的研究型课题, 引导学生在课堂上进行思考和讨论。也可以让学生以分组的形式, 课后利用网络资源, 尤其是图书馆的电子数据库资源对研究性课题进行研究。一方面可激发学生的学习热情, 加强对所学知识的理解和进行综合运用的能力, 提高学习效果;另一方面, 可让学生获得研究的经历, 为学生以后的工作和进一步深造奠定基础。③适当安排实验教学。“电磁场与电磁波”课程在大部分院校中主要进行理论教学, 使学生感觉枯燥无味。为激发学生学习热情和兴趣, 可适当安排实验教学。在没有实验设备的情况下, 也可以利用Matlab等软件进行仿真实验。Matlab拥有大量的二维、三维图形函数以及丰富的图形表现功能。利用Matlab可绘制电偶极子和同轴电缆线电场线、等势线等。也可以进行均匀平面电磁波、球面电磁波在自由空间传播过程仿真, 矩形波导的场量分布仿真等。通过仿真实验, 能够帮助学生理解抽象的物理内容, 激发学生对本课程的兴趣, 同时也能够加深学生对基础知识的理解, 锻炼学生观察和分析问题的能力, 从而培养他们的初步科研能力。④现代教学方法和传统教学方法相结合。在“电磁场与电磁波”课程的教学中需要综合利用多媒体和传统的板书教学手段。充分利用多媒体的强大图形、动画功能, 可把抽象的内含的物理过程充分演示出来, 有效地帮助学生透彻理解物理本质并有效掌握所学内容。另外, 由于“电磁场与电磁波”课程具有较多的公式与定理, 不仅要知道公式与定理本身的内容, 更应知道公式的来龙去脉。而且, 在公式的反复推导过程中, 可达到复习的效果, 牢固掌握以前所学的知识。公式的推导过程如果还利用多媒体, 很容易使学生感觉枯燥无味、产生疲劳, 而板书则可使推导过程达到最佳效果。
3. 考核方式。
适当增加笔试以外的成绩。可以课堂设置一些基本问题, 让学生课后思考与复习, 然后通过抽查的方式以督促学生学习。也可以针对不同的学生设置不同的问题。对学生不定时进行随堂小测试, 以消除因作业存在抄袭带来成绩评定的偏差。另外还可以适当布置Matlab仿真小实验, 现场考察学生的Matlab仿真。通过增加笔试以外的成绩评定, 这样可较真实地考察出学生对基础知识、基本理论的掌握情况以及解决实际问题的能力, 也可提高学生的积极性, 杜绝个别学生想通过抄袭蒙混过关的现象。
为提高光电信息类专业的“电磁场与电磁波”课程的教学质量, 不仅要求教师在教学中不断探索新的教学方法以激发和培养学生的学习兴趣, 而且要求教师本身还要不断地提高自己的业务水平, 特别是科研水平。只有这样, 才能不断提高教学质量, 培养适合社会需要的新型人才。
参考文献
[1]关建飞, 倪新建, 徐宁.光电信息类本科专业《电磁场理论》教学改革研究[J].中国科技信息, 2010, (14) :206-207.
交变电流与电磁波 篇11
一、交流电与电能输送
1． 正弦交流电产生与描述
（1）产生：线圈以垂直于磁场方向的轴在匀强磁场中匀速转动；
（2）描述：
物理量法：e=Emsin(?棕t)，其中：em=NBS?棕
注意四个值及其应用：瞬时值，最大值，有效值，平均值．
一般交流电有效值求法
图象法：正弦交流电的图像如图1所示．
2． 理想变压器：
（1）一个先决条件：只改变非均匀变化电流的电压；
（2）两组恒等关系： = ，p =p （ = 是推导式，适应于只有一个副线圈情况）；
（3）两大因果关系：输入电压决定输出电压；输出功率决定输入功率．
3． 长距离输电的方法：提高输出电压．线路损耗功率是p =（ ）２·Ｒ =Ｉ·Ｒ .
4． 电阻、电感与电容在交流电路中的作用
电阻：在直流与交流电器中作用一样；
电感：通直流，阻交流；通低频，阻高频；
电容：通交流，隔直流；通高频，阻低频；
注意应用于自感现象与家电中.
二、电磁波
1． 产生：LC振荡电路，只有两个元件L、C.
2． 基本特点：T=2?仔 .
电学量q、u、E、电场能与磁学量i、B、磁场能的变化相反，一个最大则另一个最小．
3． Maxewell电磁方程理论：（非）均匀变化的磁场（电场）产生（非）恒定的电场（磁场）．
4． 电磁波的应用
（1）真空中电磁波传播速度等于光速：c=?姿f；
（2）电磁波谱中不同频率与传播特性关系，物理效应．
命题预测
本部分知识与现代科技结合较紧，试题一般会考查物理学史，交流电的应用，电磁波的应用.
例题精析
题型1 交流电的产生与描述
[例1] 内阻不计的交流发电机产生电动势e＝10sin（50πt）V，接有负载电阻R=10Ω，现在把发电机的转速增加一倍，则（）
A． 负载两端电压的有效值将变为28.2V
B． 交流电表达式是e＝10sin（100πt）V
C． 负载消耗的功率将变为20W
D． 负载消耗的功率将变为40W
[解析]由正弦交流电表达式e=Emsin(?棕t)知，Em ＝１０V，而Em=nBS?棕，当转速增加一倍时，则Em＝20V．而有效值是E＝ ＝１０ V，功率是用有效值计算的．
[答案]C
[点评]注意正弦交流电的产生特点，哪些地方用有效值与最大值，注意最大值与有效值的关系.
题型2 变压器原理与工作特点的应用
[例2] 如图2所示M为理想变压器．电源电压不变．当变阻器的滑动头P向上移动时，读数发生变化的电表是（）
①A1 ②A2
③V1 ④V2
A． ①④B． ②③
C． ②④D． ①②
[解析]变压器原电压决定副线圈电压，由于电源电压不变，所以副线圈电压不变，电压表2的读数不变；当电阻Ｒ滑动头向上移动时，电阻变小，根据Ｉ＝ 知，副线圈中电流变大，又根据副线圈的功率决定原线圈功率，对原线圈有P=U1I1知电流表A1的读数增大．
[答案]Ｄ
[点评]正确理解变压器中两个决定因素，是变压器应用的一个重点．
题型3 电磁波及其应用
[例3] 关于家用电器的工作原理，下列说法正确的是（）
A． 微波炉是利用电磁感应原理工作的
B． 电磁灶是利用电磁感应原理工作的
C． 微波炉内的加热器皿应该是金属的
D． 在电磁灶与锅间夹一张纸，纸会燃烧
[解析]微波炉是利用电磁波的热效应工作的，电磁波遇金属表面强反射，电磁灶是利用电磁感应原理工作的，将锅体看成是一线圈，只要穿过该锅体内的磁通量变化时，就会使锅内有感应电流形成热效应，它工作时没有明火．
[答案]Ｂ
[点评]现代生活中家电品种越来越多，它们工作的原理不尽相同，学习物理的目的就是为了应用，应注意这类知识的考查．
模拟操练
1． 关于电磁学发展史，下列说法正确的是（）
A． 建立完整的电磁场理论并预言电磁波存在的科学家是赫兹
B． 第一个用实验证实电磁波存在的物理学家是麦克斯韦
C． 发明白炽灯的科学家是法拉第
D． 成功运用交流技术的特斯拉
2． 用遥控器调换电视机的频道的过程，实际上就是传感器把光信号转化为电信号的过程。下列属于这类传感器的是()
A． 红外报警装置
B． 走廊照明灯的声控开关
C． 自动洗衣机中的压力传感装置
D． 电饭煲中控制加热和保温的温控器
３． 把220V的正弦式电流接在440Ω的电阻两端，则该电路中电流的峰值为（）
A． 0.5A B． 0.5 A
C． 2 A D．A
４． 下列说法中正确的是（）
A． 直流电能通过电容器而交流电不能通过电容器
B． 电感器对交流电没有阻碍
C． 交流电的频率越低，电流通过电容器的能力也越低
D． 交流电的频率越低，电感器对电流的阻碍越明显
5． 如图3所示的球形容器中盛有含碘的二硫化碳溶液，在太阳光的照射下，地面呈现的是圆形黑影，在黑影中放一支温度计，可发现温度计显示的温度明显上升，则由此可断定()
A． 含碘的二硫化碳溶液对于可见光是透明的
B． 含碘的二硫化碳溶液对于紫外线是不透明的
C． 含碘的二硫化碳溶液对于红外线是透明的
D． 含碘的二硫化碳溶液对于红外线是不透明的
6． 无线电发射装置的振荡电路的电容为30PF时，发射的无线电波的频率为1607KHz。若保持回路的电感不变，将电容调为270PF，这时发射的无线电波的波长为（）
A． 62m B． 187m
C． 560mD． 1680m
7．当LC振荡电路中的电流达到最大值时，线圈内的磁感强度B和电容器中的电场强度E的大小关系是（）
A． E和B都达到最大值
B． B达到最大值，E为零。
C． E达到最大值，B为零
D． B和E都为零
8． 如右图4所示，A、C两个线圈的匝数比为2∶1，相距1m宽的平行金属导轨处在磁感强度为1T的匀强磁场中，电阻不计的金属棒MN在导轨上以5m/s的速度向左作匀速运动，若导轨及导线的电阻均可忽略不计，灯泡L1和L2上的电压分别为 （）
A． 5V，0V B． 5V，2.5V
C． 0V，2.5V D． 0V，0V
9． 可以将电压升高供给电灯的变压器是（）
10． 下面关于电机的说法中，正确的是（）
A． 电动机是将自己的能量转化为机械能
B． 发电机是将自己的能量转化为电能
C． 发电机是将电能转化为机械能
D． 电动机是将电能转化为机械能
11． 下列说法不正确的是（）
A． 一次能源是指自然界天然存在、不改变其形态就可直接利用的能源
B． 二次能源是指由一次能源进行加工转换而得到的能源产品
C． 水力、风力、太阳能等能源属于再生能源
D． 煤炭、石油、天然气等能源属于再生能源
12． 在图6所示的电路中，两个灵敏电流表G1和G2的零点都在刻度盘中央，当电流从“+”接线柱流入时，指针向右摆；电流从“-”接线柱流入时，指针向左摆．在电路接通达到稳定状态后再断开的瞬间，下面说法符合实际有（）
A. G1指针向左摆，G2指针向右摆
B. G1指针向右摆，G2指针向左摆
C. G1、G2的指针都向左摆
D. G1、G2的指针都向右摆
答案点拔
1． D2． A(都是红外传感) 3． Ｂ4． Ｃ5． Ｃ（红外线的热效应）6． Ｃ（根据公式T=2?仔 及c=?姿f可知）7． Ｂ（根据电磁振荡中电学量与磁学量的两类变化相反可知） 8． Ａ（左边的感应电流是恒定电流，变压器不改变直流电电压，因而右边无电压）9． Ｃ10． D11． D12． B(感应电流总是与原电流方向相反)
责任编校李平安
电磁波课程 篇12
电磁场与电磁波、微波技术和移动通信课程群实践环节改革的出发点是为电气信息类学生提供宽厚扎实的电磁场、微波和移动通信的基本理论和基本分析方法,保持实验实践教学内容的新颖性、强化基本技能和综合素质的培养,实现将强调针对性的专业教育转变为突出适应性的工程基础教育的目标作为《电磁场与电磁波》、《微波与天线》和《移动通信原理》课程群的实践教学改革的基本点。加强实践创新性项目改革旨在加深学生对理论教学内容的理解,巩固所学知识并进一步培养学生动手能力,提高学生创新意识。
加强实践教学环节的改革主要有以下几点意义:(1)完善实验教学体系,扩充实验教学内容,可以提高学生的学习兴趣,激发学生的学习自主性;(2)提高综合性、设计性实验比例。将多年电子设计竞赛题目及教师科研成果进行转化,根据现有实验设备设计实验题目,可以增加实验项目的多样性和应用性;(3)充分利用仿真技术,尤其是一些在实验室现有实验设备不能满足实验要求的前提下,进行仿真实验,分析实验效果和误差,从而不断改进实验方式;(4)开发反映现代化科技进展的实验。学校现有实验题目已使用多年,更新较少。开发反映理论发展前沿或工程应用最新动态的实验,一方面使学生视野更加开阔,同时,提高实验教师队伍业务水平;(5)提高实验设备的利用率。电磁场与电磁波、微波技术和移动通信原理课程群如图1 所示,通信工程专业实验课程群如图2 所示。本研究的主要内容包括:课程群实践环节的教学体系和内容改革、课程群实践环节教学方法与手段改革、师资队伍建设。本课程群实践环节体系改革和培养方案的调整与实践同步进行,获得了丰富的实践素材,取得了一定的研究成果。
1 教学体系与内容改革
1.1 教学体系改革
以“路”为主线,创建了通信电路功能实验室,整合原有高频电子线路实验室与通信原理实验室。以“场”、“波”为主线,将电磁场与电磁波实验室和微波技术与天线实验室整合为电波传输实验室。
在课程群建设过程中,注重理论教学与实践教学的紧密结合,以创新能力培养为先导,从人才培养体系整体出发,充分体现实验教学在人才培养和教学工作中的重要作用,以学生能力培养为核心,以学生为主开展实验,注重实验过程,鼓励自主性实验。建立新型的适应学生能力培养、鼓励探索和创新的多元化实验考核方法和实验教学模式,有利于学生自主性学习、合作性学习和研究性学习。采取学生自主互动教学、科技创新培训和竞赛、参与科学研究、自制仪器等多样化的教学模式。
1.2 教学内容改革
在课程群实践环节教学内容改革上,我们主要是注重通信工程专业多门课程之间的内容协调与结构体系调整,注重课程逻辑顺序与衔接,注重理论与实践关系的处理。
课程群实践环节学时和内容在课程群建设后进行了更新。调整前后,实践环节更注重学生实验动手能力和创新能力的培养。以下是课程群中实验课程的内容和知识点。(1)通信原理实验:对脉冲幅度调制(PAM)实验增加了系统实验的内容;在PCM编译码实验中增加了时分复用(TDM)的内容;将2DPSK调制实验和解调实验整合为2DPSK调制解调实验;新增CMI、曼彻斯特编译码实验。调整后的实验内容更加充实,突出了通信原理作为通信工程专业的基础理论课的地位,体现了“宽口径、强基础”的特点。实验更新率为37.5%。(2)电磁场与电磁波实验:“电磁场与电磁波”是电气信息类专业的专业基础课程,实验内容调整如下:删除了均匀无耗媒质参量的研究实验,增加了电磁波参量的测量实验,并根据理论课进度对实验顺序进行了相应的调整。实验更新率为25%。(3)微波与天线实验:“微波与天线”是“电磁场与电磁波”课程的延伸。考虑学时数的限制,整合了部分经典实验的内容,将圆锥喇叭天线设计和角锥喇叭天线设计整合为基于HFSS的喇叭天线设计,删除了角锥喇叭天线方向图测量,新增了基于HFSS的缝隙天线设计,突出了利用HFSS设计天线的相关内容。实验更新率为50%。(4)移动通信实验:根据移动通信课程与时俱进的特殊性,调整了部分传统实验内容,删除了QPSK在IS-95 系统中的应用实验、卷积码编码与译码实验和MIMO与空时编码技术仿真实验,增加了信源编解码实验、QPSK与DQPSK通信系统实验,对GSM系统中GMSK调制实验内容进行了修改和充实,扩展为GSM/GPRS移动通信网络实验和GMSK通信系统实验。实验更新率为75%。
2 教学方法与手段改革
(1)运用现代教学技术、方法与手段,充分调动学生学习积极性和参与性,实现传统教学手段和现代教育技术的结合教学课件的开发。目前制作完成“电磁场与电磁波”、“雷达原理”、“微波与天线”和“移动通信”等实验课程的多媒体课件,并实际运用于课堂教学。
(2)重视课程内容的先进性:开展教师集体备课制度,发现新问题,解决新问题,结合国内外通信专业课程的最新研究成果和教学思想确定课程实验内容,修改实验教学大纲,不断更新和完善实验内容。
(3)重视课程教学的实践性:注重理论与实践的结合,依托电工电子实验教学示范中心,加强开放性实验教学,培养学生的实践能力和创新能力。
(4)为了促进学生主动学习、提高学生学习的积极性,采用“以赛促学”和“以评促学”的两种教学改革模式,获得很好的教学效果。“以赛促学”主要是组织学生参加全国大学生电子设计大赛、吉林省大学生电子设计大赛以及飞思卡尔杯智能车控制大赛等大型比赛,学生通过获奖驱动,自主学习积极性大大提高;“以评促学”主要是对实验课程改革不采用试卷考试的方式,而是采用作品设计与制作的方式,大大促进了学习对实验学习的积极性。
(5)体现以学生为中心的教学思想:网络教学是以学生为中心开展的自学为主的学习方式,因此充分利用网络教学平台-在校园网支持下构建的现代化教学环境,使实验课程体现出开放性、交互性、共享性、自主性和协作性等特点,制定适合学生学习和有利于学生能力培养的教学模式。同时实验教学内容面向工程,激发学生实验兴趣。
(6)实验运行方式采取多样化:完全开放自主探索性实验、预约开放设计性实验、部分开放基础性实验。
3 师资队伍建设
几年来,始终坚持引进与培养相结合的师资队伍建设思路进行该课程群的教学队伍建设。目前,该课程群已建成了一支教学成果丰富、教学水平高、科研能力强、协同能力高的教学团队。该教学团队年龄、职称、学历结构合理,与建设初期相比,该课程群师资队伍的数量、职称结构、学历结构等发生显著的变化并具有良好的发展态势。
随着该课程群教学团队思想素质和业务素质的大幅提高,使得其教学与科研能力大为增强。几年来,我们通过集体备课、相互听课与评课、合作开展课题研究、教改项目研究、精品课程与课程群建设等,无论在科研上,还是在教学上,都取得了丰硕的成果。
4 结论
在优化课程体系、整合课程内容的过程中形成了课程群,而课程群的建设又为站在整体优化的高度对群内课程的建设创造了有利的环境。各课程分工更加明确,减少了交叉重复,在整个教学过程中,以电磁场与电磁波、微波技术、为主线,结合移动通信、数字通信原理和雷达原理,把这些知识模块有机地融为一体,使学生掌握知识的线条更加明确,重点更加突出,经过近4 年的教学实践,证明课程群的改革与建设思路正确,体现提高教学质量和培养优秀人才的宗旨,取得了显著的教学改革成果。