电磁波课程论文篇（1）

作者简介：朱安福（1972-），男，河南永城人，华北水利水电大学电力学院，讲师。（河南 郑州 450011）

基金项目：本文系河南省教育厅项目（项目编号：12A510017）、华北水利水电大学项目（项目编号：201027）的研究成果。

中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0045-01

“电磁场与电磁波”是电子科学与技术专业必修的一门专业基础课程。随着电子技术飞速发展，特别是电力电子设备密度不断增加，数据通信传输速率和信道带宽的提高，要求电子科学与技术专业学生和电气工程师必须具备“电磁场与电磁波”方面的知识储备。由于“电磁场与电磁波”理论性强，场与波的概念比较抽象，课程涉及公式的数学推导较多，课程难度较大。所以，“电磁场与电磁波”课程无论对教师的教学，还是对学生的理解掌握都有较大的难度。另外，本课程教学效果又直接影响后续专业课程的学习如微波技术、光电子技术等。[1]因此，“电磁场与电磁波”课程对于电子科学与技术专业学生是十分重要的。综合教学内容和教学方法改革，加强理论联系实践，避免了简单的理论教育，在“电磁场与电磁波”理论与实验教学方面进行了有益的探索，近年来取得了一定的教学效果。

一、“电磁场与电磁波”课程内容研究

1.完整的内容体系

“电磁场与电磁波”教学内容必须和专业培养方案保持一致。华北水利水电大学使用的教材是西安交通大学冯恩信老师的《电磁场与电磁波》。该教材是部级规划教材，依据培养方案学时数由62学时调整到48学时。课程要求学生熟练掌握基本理论和基本分析方法，重点是理论基础和知识体系的完整性，同时尽量避开繁杂的数学推导。“电磁场与电磁波”从科学实验基础出发，总结出电磁规律，根据电磁规律，针对不同的实际情况，采取相应的求解方法来解决不同的实际工程问题。课程涉及的大多数物理量是矢量场，分布是时间的函数，而且还是空间分布函数，概念比较抽象，而电磁场与电磁波又是看不见、摸不着的。此外，课程对学生的数学知识及其应用能力要求比较高，数学知识多要用到偏微分、多重积分、矢量分析和场论等。教学内容应该根据学时进行取舍：

（1）首先补充介绍矢量分析和场论内容，使学生更容易学习电磁场，有利于学生学习矢量场的分析方法，更好地建立电磁场的概念。

（2）以科学实验的结果引出库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律，运用场论的数学工具归纳出电磁场方程，利用位移电流假设建立了麦克斯韦方程组。

（3）依次讨论静态场、时变电磁场以及电磁波的传播与辐射特性。时变电磁场是重点，归纳了麦克斯韦方程组和物理理论基础，需要掌握电磁波的数学描述、传播特性。

（4）为了保证教学知识体系的完整性，同时为后续课程微波技术打好基础，应该讲解平面电磁波、电磁波的辐射和天线。[2]

2.理论联系实际

在“电磁场与电磁波”课程教学过程中，为了提高学生的学习积极性，改善“电磁场与电磁波”的课堂教学效果，在授课内容中增加与实际生活以及电力工程相联系的工程实例。通过了解生活中应用电磁场或者电磁波知识的实际例子，使学生掌握利用电磁理论原理分析解决实际工程问题。例如利用电磁理论分析微波炉与电磁炉的原理不同之处，微波炉加热是利用微波煮饭烧菜的，这种电磁波可以穿过玻璃、塑料或陶瓷，碰到金属就会发生反射，不会消耗能量。但是微波不能透过含有水分的食物，其能量反而被吸收，转化为热量加热食物；电磁炉工作原理有所不同，电磁炉采用磁场感应的涡流加热，首先控制振荡电路产生高频交流电，变化的电流通过线圈就会产生交变磁场，交变磁场感应在金属锅底产生无数小涡流，这些涡流的热效应会使锅体发热，再加热锅中的食物，达到煮熟食物的目的。

3.实验教学环节

“电磁场与电磁波”实验教学环节是验证电磁理论、增强理解电磁理论的重要手段，由于电磁场与微波实验测试设备比较昂贵，建立实验室需要很大的投入，电磁场与微波实验课程主要通过电磁软件完成仿真实验，利用仿真软件完成相关实验是一个低成本的选择，可以做演示性的基础实验，也可以进行创新研究性的实验。使用Ansoft公司的HFSS（High Frequency Simulation Software）是利用windows图形用户界面的一款高性能的全波电磁场模拟仿真软件，它易于学习，具有仿真、可视化、立体建模、自动控制的功能，使“电磁场与电磁波”问题能快速而准确地求解。仿真实验教学内容可以根据学生的实际情况选择合适的实验项目，实验项目不受固定实验台的功能限制。这种方式适应了目前高等教育提倡的增加研究性实验的要求，特别是对于成绩较好的同学，效果较好。软件应用难度有点大，不能尽如人意，从长期来看应该建立电磁场与微波实验室。

二、“电磁场与电磁波”教学方法研究

1.启发式教学

在教学过程中采用实验启发式教学法，以实际工程问题为例启发学生思考。在教学过程中以教师讲授为主，多媒体授课并适当结合板书。对重要定理和公式，应该详细推导，用黑板手写进行讲解，这样能加深学生对知识的理解。对一些复杂繁琐的公式不做过多推导，把课程讲授重点放在物理概念、物理模型和基本分析方法上。整体教学思路在科学实验的基础上，启发学生运用电磁场理论推导，利用数学工具分析讨论，最后归纳概括电磁理论，然后介绍利用电磁理论解决实际工程问题。[3]在课程中讲一些电磁科学发展的名人轶事，如麦克斯韦在总结前人的理论基础上提出位移电流假说，预言电磁波的存在，后来赫兹怎样用实验验证了电磁波的存在。

2.培养学生的科学方法和思想

在教学过程中，不仅要学习前人的科学成果，还要引导学生学习前辈进行科学研究的方法，注重培养学生的研究科学方法和思想，如对称性与不对称性的科学思想。在很长一段时间里电学和磁学的研究是两个独立的分支，丹麦学者奥斯特真正把电和磁联系起来，他首先发现在电流线周围的小磁针发生了偏转，也就是说电能产生磁。法拉第遵循对称性的科学思想设想磁应该能产生电，拉第发现电磁感应定律。看起来，电与磁的相互联系已经相当完善，然而麦克斯韦发现磁的时间变化可以产生电，依据对称性的科学思想得出电的时间变化可以产生磁，提出了位移电流思想的假设。麦克斯韦采用了分析流速场的环量、通量、散度、旋度来描述电磁场，用精确的数学语言建立了麦克斯韦方程组，预言电磁波的存在，这正是对称性思想在电磁理论发展史上所起的作用。[4]另外也让学生认识到数学工具在科学研究中的重要地位，要求学生加强数学学习和工程应用。

3.综合利用多媒体

在教学过程中采用多媒体结合板书进行教学，一些难理解的电磁波等理论通过电子教案、录像的演示更为直观，可以利用仿真软件演示，天线的实物照片让学生容易掌握电磁理论的工程应用。授课过程中始终坚持互动教学，结合复杂背景中红外与雷达数据融合的目标识别研究项目，介绍雷达的目标识别的原理，使学生对电磁波有了感性的认识，这充分激发了学生的求知欲。多种媒体扩大了涵盖的内容，达到图文并茂，提高了学生学习的效果，提高了学生的观察能力、分析推理能力、归纳应用能力。

4.研究性学习能力的培养

授课教师结合科研工程项目给学生布置有关大作业，例如目前研究热点——物联网中关键技术射频识别技术RFID，[5]利用RFID技术完成智能停车场管理系统的汽车定位设计，安排学生查阅文献掌握RFID系统的原理和主要涉及的电磁理论知识，要求学生完成学习目标后提交一份报告，该环节还可以为毕业设计或继续深造打好基础。

三、结束语

“电磁场与电磁波”理论发展迅速，“电磁场与电磁波”课程教学方法和教学内容必须与时俱进，力求教材新颖，内容充实，还要选择合理的教学方法才能取得较好的教学效果。需要每一个教师认真探讨与研究，更需要多总结和广泛交流。电磁理论研究特别关注科学方法和科学思想，通过课程与实验内容的改进，电子课件的合理运用、因材施教，最终使学生积极主动地参与到教学活动中来，从而提高学习效果。结合课程大纲要求，引入先进的教学理念，合理选择教学模式，灵活运用各种新的教学手段，最终目标在于提高课程教学质量，使学生具备扎实的电磁理论基础知识，掌握基本分析方法，从而提高学生利用电磁理论解决实际问题的工程技能。

参考文献：

[1]夏祖学，李少甫，胥磊.《电磁场与电磁波》课程教改实践探讨[J].实验科学与技术，2012，10（3）：77-78.

[2]冯恩信.电磁场与电磁波[M].第三版.西安交通大学出版社，

2010.

[3]张起晶，孙桂芝，边莉.电磁场与电磁波课程教学改革研究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2011，（10）：47-48.

电磁波课程论文篇（2）

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0167-02

“电磁场与电磁波”课程是电子信息科学与技术专业和通信工程专业本科生必修的一门重要的专业核心基础课。该门课程的理论性很强，概念抽象，特别是电磁波部分的对学生的数学知识及其应用能力要求很高，所以“教”与“学”的难度很大，借助软件编程是行之有效的方法。

MATLAB科学计算软件因其编程高效、可视化好、交互性强、仿真逼真等优点，在大学教育和科学研究中的应用也日益广泛。我们在“电磁场与电磁波”课程建设中，在教学方法和手段上借助MATLAB软件进行了一些的改革与建设，取得了良好的效果。本文通过电磁波极化特性的实例介绍了MATLAB在电磁场与电磁波教学中的应用。

一、电磁波的极化特性

电场强度方向随时间变化的规律称为电磁波的极化特性。平面电磁波极化分为线极化、圆极化和椭圆极化。两个相互正交的、频率相同、振幅不同、相位相同的线极化平面波，可以合成线极化平面波。

三、仿真结果

运行以上代码，可以得到在不同时间点上，电场矢量的端点合成运动轨迹，线极化、圆极化和椭圆极化分别如图1、图2和图3所示。图4为传播方向为x轴的左旋圆极化波，表示空间各点电场在不同时刻时的运动轨迹。

四、结论

通过以上电磁波极化特性实例的仿真，展示了MALTAB科学计算软件在电磁场与电磁波课程仿真教学中的应用，仿真效果表明MATLAB可以展现数学公式的物理图像，对复杂物理过程进行生动的仿真，并以图形和动画方式呈现，使物理过程变得直观、形象、更容易理解，也激发了学生的学习兴趣，提高课堂教学质量，取得了良好的教学效果。值得推广。

参考文献：

[1]杨儒贵.电磁场与电磁波[M].北京：高等教育出版社，2007.

[2]王家礼，朱满座，路宏敏.电磁场与电磁波[M].西安电子科技大学出版社，2003.

电磁波课程论文篇（3）

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0118-02

电磁场与电磁波是电子信息类本科各专业学生必修的一门重要的学科基础课程，所涉及的内容是电子信息类本科学生知识结构的必要组成部分，对学生专业素质的培养和提高起很大的作用。所以，2014年成功申报成为长春理工大学优秀课程。本文主要总结《电磁场与电磁波》优秀课程建设的教学经验和方法及教学手段等，分别从理论教学和实验教学两个方面对教学内容、教学方法和教学手段等进行探讨。

一、《电磁场与电磁波》教学内容的调整

1.教学大纲的调整和修订。①根据培养方案提高学生实践能力的要求，《电磁场与电磁波》在内容体系结构上做了一些调整，为此修订教学大纲，学时数由原来的理论64学时改为到理论48学时+实验8学时，使学生既能掌握基本理论又能打下应用基础，同时既突出基础性和知识体系的完整性，尽量避开繁杂的推导，注意理论与实际应用的结合，使学生易于接受。②为了加强实践环节的教学力度，增设8学时实验课程。根据实验教学大纲，编写实用的实验指导书，保证工科学生工程能力的提高。实验教学层次分明，学生实验兴趣得到提高，达到最佳实验效果。

2.课程内容体现学科前沿技术，理论与工程不脱节。《电磁场与电磁波》的前修课程是高等数学、工程数学、大学物理，是学生学习后续课程微波技术、天线、光技术、雷达技术、电气技术、电子对抗等的基础，在学科建设与发展中起着承上启下的作用。因此，本课程在专业培养目标中的定位为：承上启下，重在基础，开拓创新，引领未来。电磁场主要让学生掌握分布参数系统的主要理论、分析方法、长线理论及常用传输线，为以后从事微波电子应用技术、通信工程准备必要的理论基础。该课程理论严谨，逻辑性强，对培养学生逻辑思维能力、独立分析能力和解决问题的能力及理论联系实际的能力，都有很重要的作用。

从课程内容上，主要从理论和实验两个方面体现学科前沿：①《电磁场与电磁波》课程的工程性很强，因此教师在课堂理论教学中，经常从电子与信息科学领域、电磁科学领域取得一系列重大成就出发，将能反映近代科学技术的成就和一些对学生有重要意义的工程内容，引入课堂讲解，通过讲解例题、建立习题、精选前沿内容作为选修内容方式，将相关内容引入本门教材和教学内容中。同时，建立网络课程，加强网络资源建设，不断充实课程资源，完善网络教学，不断收集最新的科技成果补充到网络教学中。②加强《电磁场与电磁波》课程实践课和理论课的结合与渗透，培养学生解决实际问题的综合能力，理论教学与实践教学密切相关。根据实验教学的要求，保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础，让理论课教师参加实验教学，及时与学生沟通，了解学生掌握知识的情况与兴趣所向。与上述教学内容改革相适应，自编出版相应的实验教材《电磁场与电磁波实验指导书》，并在教学中采用。

二、教学方法改革

针对《电磁场与电磁波》课程理论性强，抽象，公式多，这种情况，我们在教学过程中对《电磁场与电磁波》课程的教学方法进行改革和探索，采用多种有利于培养学生自主学习能力和创新能力的方法，总结一些有成效的举措和经验。

1.采取小班授课，让学生积极参与。针对学院通信系大珩班的高要求，对大珩班采用小班授课，在教学过程中采用提问、讨论、测验等方式，同时给学生有在同学面前讲解习题、大量练习的机会，激发学生学习兴趣，调动学习主动性，教学效果非常明显。

2.采用隐性分层，分类指导。根据不同学生认知水平的差异，结合“以学生的发展为本”的前提，采用隐性分层法教学，遵循“因材施教”的原则，面向全体学生，为每个学生提供适合各自发展水平和接受能力的电磁场相关教学，使各层次学生学有所成，感受到学习《电磁场与电磁波》的乐趣。

3.采用实例进入课堂，提高课堂效率。对于大班授课的课堂，在课程建设过程中，加大理论课堂教学投入，把可以在课堂上演示电磁波的相关内容制成动画，把前沿科学技术制成视频带入课堂，使课堂内容直观、充实。

4.采用理论实验相结合。加强《电磁场与电磁波》课实践课和理论课相结合与渗透，培养学生解决实际问题的综合能力。理论教学与实践教学密切相关，根据实验教学的要求，保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础，让理论课教师参加实验教学，及时与学生沟通，了解学生掌握知识的情况与兴趣所向。

三、教学手段改革

1.电磁场与电磁波程采用全方位、立体化、多视角的教学模式，发挥教师的主导作用，确定学生的主体地位。结合“电磁场与电磁波”课程理论性强、信息量大、概念抽象等特点，采用多媒体教学方法，通过形象化的动态过程演示，根据《电磁场与电磁波》课程内容的发展修改课件，加入录像实例等，达到良好的教学效果。

2.教学过程中需要规范的板书，使课堂的条理性和层次性更加清晰，因此进一步把传统授课手段和多媒体教学等现代教育技术手段恰当地组合，扬长避短，达到理想的教学效果。

3.不断丰富网络教学资源，把相关教学课件、教案、大纲等上传到网络课程，在课后巩固环节中，要求学生自主学习，充分利用网上教学资源，进行课前预习、课后复习，真正提高教学效果。

4.完善试卷和成绩分析。根据长春理工大学《长春理工大学关于试卷评阅与归档的管理办法》，课程组要求教师明确试卷评阅教师责任，采取统一评分标准和集体流水阅卷的方式进行评卷。阅卷完成后，必须进行试卷和成绩科学、客观的分析，组织课程组教师对考试结果进行总结经验，指导教学。坚持对试卷归档，统一管理，保证试卷归档的完整性与准确性。近3年，《电磁场与电磁波》考试成绩分布基本合理，成绩单记载清楚、规范。试卷和成绩分析科学、客观，并能反馈指导教学，较好地反映学生的学习情况。

四、实验教学环节建设

电磁场与电磁波实验是理论课教学的一个重要组成部分。根据教学的基本要求以及电子学人才培养的需要，课程组整合实验课程和教学内容，形成从基础训练到系统设计的完整的实验教学体系，使学生能够在理论课学习的基础上，由浅入深地学习电磁场与电磁波的相关知识，为射频电路设计、无线通信技术、光纤通信、卫星通信等相关领域的课程学习和科研打下坚实的基础。

1.修订实验教学大纲，编写实验指导书。为了适应开放实验室的要求，实验教材既有实验理论教学内容，又有实验操作的教学内容，实验教学层次分明，既包括基本部分实验内容、设计性部分实验内容，也包括综合性部分实验内容，添加探究创新的部分内容，提高学生实验兴趣，激发创造性的思维，达到最佳的实验教学效果。

2.加强《电磁场与电磁波》课实验课和理论课的结合与渗透。根据实验教学的要求，让理论课教师参加实验教学，保证理论教学为实践教学打好坚实的理论基础，使理论教学与实践教学紧密结合，培养学生解决实际问题的综合能力。

3.利用网络资源，建立开放实验室。利用部级实验中心的优势，建立开放实验室，学生可以利用网上预约系统自主预约，进行实验。同时，根据实验教学的特点，把实验内容、实验要求、实验考核方法、仪器设备使用手册、器件数据手册等教学资源制成网络课程上传至网络，让学生自主下载学习、交流，开阔思路。

五、优秀课程教材及相关资料建设和选取

1.教材选用国家“十五”、“十一五”规划等教材。①谢处方、饶克谨，《电磁场与电磁波》（第四版），北京：高等教育出版社，2006年普通高等教育“十一五”部级规划教材。②蔡立娟、陈宇，《电磁场与电磁波实验指导书》，长春理工大学校内教材，2010年。

2.参考教材。①钟顺时，《电磁场基础》，北京：清华大学出版社，2006年，21世纪高等学校电子信息工程型规划教材；②焦其祥等，《电磁场与电磁波》，北京：科学出版社，2005年，21世纪高等院校教材；③王新稳、李萍，《微波技术与天线》，北京：电子工业出版社，2002年，21世纪高等学校电子信息类教材；④冯慈璋，《电磁场》，北京：高等教育出版社，1999年，高等学校教材。

3.为了提高学生对理论课程的理解，课程梯队提供大量的辅助教学资料。例如，制作《电磁场与电磁波》教学课件，推荐课外辅导书、指导光盘等，建立习题库等。为了促进学生自主学习，扩充知识面，学院资料室向学生全面开放。学院资料室现藏书两万余册，期刊一百余种，其中与本课程相关书籍或期刊500余种，许多参考书配有参考课件、光盘，可供学生课堂内外使用，效果良好。另外，学校网络资源丰富，学生可以充分利用网络资源和多媒体课件，收集、阅读相关知识，提高学习兴趣。

长春理工大学《电磁场与电磁波》优秀课课程组将继续在教学中不断摸索、前进，进一步提高教学质量，服务学生与社会。

参考文献：

[1]罗三桂.现代教学理念下的教学方法改革[J].中国高等教育，2009，（6）：11-13.

[2]李慧，刘克平，尤文.自动化专业精品课建设的研究与实践[J].实验室研究与探索，2011，（10）：306-308.

电磁波课程论文篇（4）

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）16-0125-02

一、俄亥俄州立大学电磁场与微波技术专业课程体系基本情况

美国俄亥俄州立大学的电磁场与微波技术学科在美国处于领先水平，其讲授的课程大致分为两大类。

第一类侧重电磁场基础理论，相关的n程包括：1）电磁场理论I，II，III（ECE719，ECE810，ECE811）：主要讲授Maxwell方程及方程的经典解析解法等。2）电磁导波（ECE812）：主要讲授如何求解波导和平面传输线中的导行电磁波。3）高等电磁场理论（ECE815）：主要讲授电磁波的传播和散射理论，包括高频近似方法、波在各向异性介质中的传播等。4）随机媒质和粗糙表面的散射（ECE816）：主要讲授基于统计模型的媒质散射理论，包括独立散射、辐射转移理论和解析波理论等。

第二类偏向于技术与工程应用，相关课程包括：1）微波电路（ECE710）：主要讲授微波线性无源器件以及微波电路的计算机辅助设计和加工测量。2）非线性微波电路（ECE694）：主要讲授微波非线性电路设计，如低噪声放大器，功率放大器等。

与天线相关的课程包括：1）天线的辐射（ECE711）：主要讲授线天线、反射面天线、透镜天线等天线的特性以及阵列天线的性质。2）高等天线理论（ECE815）：主要讲授阵列天线的方向图综合以及天线的测量等。3）无线系统的天线与传播（ECE613）：主要讲授无线基站中的天线设计、城市与郊区的电波传播模型等

与课堂授课相配套的有两门实验课，包括：1）电磁实验（ECE517）：实验内容主要包括微波无源器件与天线的设计、实现与测量。2）微波晶体管放大器与振荡器实验（ECE723）：实验内容包括低噪声放大器、功率放大器、宽带放大器和振荡器的设计、实现与测量。

另外一些比较重要和值得关注的课程主要有：1）实践性课程，如Individual study in ECE等，这些课程一般包括项目的撰写、现代设计工具的使用、系统设计与实现以及项目研究情况报告。2）企业实习经验交流课程（ECE489），要求学生就实际的实习工作经历准备一份报告，目的是提供一个相互交流的平台，让学生之间分享工作经历和体验。

从以上课程设置可以看出，俄亥俄州立大学电磁场与微波技术专业的课程体系比较完备，从授课课程到实验实践课程均有覆盖，同时注重基础理论的学习和实践能力的培养，形成了较为科学、完备的体系。

二、我校电磁场与无线技术专业课程体系基本情况

南京邮电大学是国内为数不多的在本科阶段即开设电磁场与微波技术专业的院校之一，该专业在本科阶段称为电磁场与无线技术，下面概括介绍下课程的设置情况。

本科阶段，电磁场基础理论课程主要有电磁场理论，课程侧重于电磁场基础理论。其他课程则偏重工程技术与应用，如微波技术基础、微波网络和射频电路课程，分别讲授微波无源和有源电路的理论与设计；天线理论与设计课程则讲授常见天线如线天线、微带天线等的特性与设计；微波电路EDA课程主要讲授微波电路的计算机辅助设计方法；微波与天线测量则讲授常见微波测量仪器的结构和测量方法；电波传播理论课程主要讲授在各种环境下电磁波的传播特性；电磁兼容课程主要讲授电磁兼容的基本概念和原理以及常用的电磁兼容技术。射频电路、微波电路EDA、微波与天线测量、电磁兼容等课程均设有课内的实验课，在帮助学生消化所学知识的同时也培养他们的动手能力。此外，每学期还设有课程设计，通过课程设计可以培养学生用所学知识解决实际问题的能力以及团队合作精神。

在研究生阶段的课程主要有高等电磁场、电磁场数值方法、微波技术、射频电路理论与设计、天线CAA与CAD等。

我校电磁场与无线技术专业成立较早，所以经过多年的发展，课程体系的设置比较完备，基本涵盖了本学科的基础知识范畴，能够保证学生掌握较完善的专业基础知识，毕业后能够从事相关工程和科研工作。但还存在着一些不足之处，如课程中电磁场理论部分所占比重不足，坚实的电磁理论基础是进行科研和工程开发的必备条件，然而在本科阶段只有电磁场理论一门课程，在研究生阶段也只有高等电磁场和电磁场数值方法两门课程，其他课程基本是面向工程应用的。此外，对实践动手能力的培养也有待加强，由于实验条件的不足，造成很多学生需要合用一台仪器，每个学生平均实践时间不足。另外，由于学校的课程设置调整，专业课的课时基本都压缩至32学时，造成授课内容基本上是浅尝辄止，无法深入。

三、对我校电磁场与无线技术专业建设的几点思考

我校的电磁场与无线技术专业经过多年的发展，在课程设置和实验条件建设等方面都取得了一定的进步，但与美国知名高校如俄亥俄州立大学还存在不小的差距，甚至与国内的设置类似专业的高校如电子科技大学等高校也存在一定的差距。结合上述我校与俄亥俄州立大学各自在课程体系方面的特点，针对我们电磁场与无线技术专业的特点与不足，对其建设与发展提出几点思考：

1.增加基础理论方面的内容：由于电磁场理论涉及数学知识较多，学生在学习时普遍反映课程内容较难，因此在课程设置上电磁场理论相关的教学内容比重较少，然而电磁场理论是其他相关专业课程的基础，因此有必要加大基本电磁理论方面的比重。参考俄亥俄州立大学的课程设置，其电磁场理论课程在整个课程体系中占了很大的比值，授课内容也由浅入深，从基本的电磁场理论到复杂的电磁散射问题均有覆盖。此外，可以增开计算电磁学方面的课程，这方面课程一方面可以巩固电磁场基础理论学习，另一方面，可以锻炼学生编程能力和使用商业电磁软件的能力。

2.课程合并和增加课程学时：由于课程设置调整压缩了专业课课时，导致本专业的专业课学时明显不足，授课内容只能一再压缩，这并不利于培养学生的专业能力。所以，在不改变其他课程学时的前提下，只能将部分专业课合并，同时增加授课课时。因为有些课程在授课内容上有所重叠，完全可以将这些课程进行合并，如微波网络和微波技术课程，两门课都会涉及微波网络方面的内容，所以可以将这两门课合并，同时将课时增加到48学时。这些在授课内容上有所重叠的课程合并后，虽然课程数量减少了，但课程学时增加，课程深度可以适度增加，有利于学生的专业能力培养。

3.加强实验和实践环节。由于微波仪器价格昂贵，导致实验教学资源紧张，很多时候需要很多学生合用一台仪器，实验效果较差。为了克服这方面的不足，可以自行研发相关的实验仪器，作为教学实验用，仪器满足基本需要即可，这样减低了仪器的成本，可以让学生人手一台，保证了每个学生有充分的实践动手时间。

参考文献：

[1]付云起，袁乃昌.俄亥俄州立大学电磁场与微波技术专业及课程体系浅析[J].高等教育研究学报，2011，34（1）.

[2]彭麟，姜兴.中美高校电磁场教学比较研究[J].中国电力教育，2014，（17）.

电磁波课程论文篇（5）

中图分类号：G424 文献标识码：A

1 省内外相关研究现状分析

“卓越人才培养计划”要求学校培养出基础扎实、知识面宽、创新实践能力强、具有社会责任感、团队合作精神和卓越人才培养潜质的优秀学生。对于我校电信、电科专业学生而言，最好的平台之一就是利用好每一年一度的电子设计竞赛和物理创新大赛。而要想在各类大型竞赛中获得成绩，学生必需要有扎实的理论知识。其中电磁场与电磁波是高等院校通信工程、电子信息工程专业的一门重要的专业基础课。如何上好这门基础课，给同学们提供扎实的理论指导，是卓越人才培养计划必然要求。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，当代教育技术的发展，给电磁场与电磁波课程的学习带来新的春天。在新的教育理念下，探索信息技术与学科课程整合成为当前教育研究的一个热点内容。研究信息技术与电磁场与电磁波课程整合，对于整体优化教学过程，深化高等教育改革，增进学生的专业知识学习效果，提高学生的信息技术能力，培养学生的合作意识和创新精神具有重大的现实意义。作为一门探究性课程。我们将如何信息技术与电磁场与电磁波课程整合方面进行了初步的探讨。将“知识、能力、人格”的培养理念落实到具体教学环节中。推行启发式、探究式、讨论式、小制作等授课方式，将创新实践能力训练贯穿于课程教学之中。

2 课程教学改革研究对促进教学工作、提高教学质量的作用和意义探究

（1）作为一门探究性课程，电磁场与电磁波课程是通信工程、电子信息工程专业的一门重要的专业基础课。它以麦克斯韦方程为根本基础构建电磁理论的知识体系，它研究自然界中电磁现象和电磁过程。近年来材料、光子晶体等领域的理论研究和材料研发的突破给经典电磁理论带来了勃勃生机。

（2）另一方面，电磁场与电磁波课程对于学生的动手创造能力的培养遗迹从事相关科学研究都具有基础性的重要意义，对于学习其它相关专业（如通信技术、电力系统、电子技术、激光技术、光学工程等）的课程也有重要影响。

（3）以多媒体技术和网络技术为核心的信息技术在教育领域中的应用是教育信息化的重要标志。通过电磁场与电磁波课程的探究教学与当代信息技术的整合与深化，使学生掌握电磁场与电磁波课程知识所涉及的相关科学方法，有效提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，提高学生知识拓展能力和自我学习能力。

3 课程教学探究的实施方案

3.1 具体研究对象和内容

（1）我们将采用传统板书、电子课件、网络和视频多种手段结合。课内讲授与课外讨论和制作相结合、基础理论教学与学科前沿讲座结合，基本理论训练与科研实践训练相结合。（2）针对电磁场与电磁波是理论基础课的特点，课堂教学主要采用探究式课堂教学法：即每节课突出一个主题，讲清论透；每个主题，通过多种形式的师生互动，及时了解学生的疑难问题和创造欲望。（3）鼓励和指导有能力的学生提早进入科研实践训练、参加各类科技竞赛。将学生撰写课程小论文融入教学全过程，从中选出有质量的项目进入科研实践训练。构建多样化应用型人才，培养应用型、复合型、技能型人才，增强毕业生就业能力；完成本课的预期目的。（4）电磁场与电磁波也是一门实践性很强的课程，其研究对象——场是区别于实物的物质形态，具有抽象的特征。为避免课程教学的数学化，我们将充分应用当代信息技术的优势，比如说应用视频教学资料增强学生的感性认识和动手能力，同时反过来应用于当代信息技术，充分发展学生的物理思维和物理探究能力。（5）我们将充分利用好点子竞赛等创新平台，促进电磁场与电磁波的教学。

3.2 课堂教学改革研究拟达到的目标

在课堂教学中，突出学生的参与性，使他们主动获取而不是被动接受科学结论，强调思维互动，使学生感觉电磁场与电磁波发人深思，不难入门。作为电磁理论基础的麦克斯韦方程是从大量个体电磁实验总结而得的“共性”规律。同时，电磁场与电磁波与其他物理学分支也具有“共性”和“个性”的关系。针对这一特点，教学中注意引导学生“相似性形象思维”，开展“抽象思维”，促成“顿悟思维”。学生感觉电磁场与电磁波思路清晰，容易理解。激发学生学习兴趣，经常采用课堂讨论，由学生提问，在教师引导下大家讨论，总结得出准确认识。由于分析“电磁场和电磁波”要在多维时空中抽象思维，课堂教学充分使用多媒体，尽力使用图像和色彩搭配，使学生建立正确的物理图像。

3.3 课堂教学改革研究拟解决的主要问题

（1）突出科学性和探究性。电磁场与电磁波探究式教学，强调学生能力的培养。教学中遵循“物理现象的发现—物理现象的描述—物理过程的分析—结果验证与实验测量”，再现科学研究过程，突出物理学实验性的特征。教学中注意知识拓展，充分联系实际应用和现代科技发展，提高了学生学习兴趣和毕业生就业的适应性。（2）重视物理思维和学生能力培养。课程教学中锻炼“相似性形象思维”，提高“抽象思维”，促成“顿悟思维”。采用多媒体手段、有效使用图示，帮助学生正确建立物理图像，认识物理过程。提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。培养他们的科学创新能力。（3）推进个性化教育。探究式教学可以使具有不同基础的学生各有所获。课程网站的建立和电磁场与电磁波论坛的开通，也将有效推动个性化教育的实施。

4 课堂教学改革研究的特色和应用价值及推广

4.1 特色

（1）通过网络解答学生的问题，及时了解学生的创造欲望。（2）通过课外阅读、讨论与讲座扩展学生视野，引导学生了解学科前沿发展动态，将有些问题安排给学生进行课外阅读和讨论，提高学生独立分析问题的能力。

4.2 创新点

（1）网络与视频教学可以扩展学生自主学习空间，有些问题通过播放视频，让学生可以直观地理解电磁现象基本规律的内涵。（2）多种形式的师生互动，可以了解学生的学习与创造欲望。（3）科研实践训练培养学生的探索精神和创新能力，从学生课程论文中，挑选有质量的项目进入科研实践训练。 鼓励和指导有能力的学生参加各级科研训练项目与科技竞赛。

4.3 应用价值及推广

（1）当代教育技术中网络视频教学提供了传统教学中所没有的优势。通过播放演示实验中的与电磁场与电磁波现象相关的视频资料，学生可以直观地理解这些现象及其物理内涵。（2）任课教师通过课后答疑和讨论、电子邮件、学生QQ群，解答学生的问题，了解学生的创造欲望，指导有能力的学生开展科研实践训练、参加各类科技竞赛。这种教学方式不仅对提高学生的理解能力、动手能力、创新能力都有相当好的效果，同时也可以促进本课程的教学改进也很有益。（3）同时这种教学模式还可以推广到其他物理类基础学科，对于改变传统的教学模式，增强教学效果以及学生的动手能力和知识理解都有很好的借鉴作用。

电磁场与电磁波是物理学发展比较成熟的一门学科，从电磁理论发展史看，章章节节中渗透着科学家的成功思想和方法，让学生了解并学习这一点，对于培养学生学习方法，培养学生的物理直觉和科学素质是十分有益的，这也是本课程教学的一个目的。本课程教学的基本要求是：使学生系统而深入地掌握静电场和静磁场理论，掌握电磁波的传播和电磁场辐射规律，并能够熟练运用知识分析和解决相关电磁问题。

参考文献

[1] 吴海江.科学原创与科学积累[J].自然辩证法研究，2002.18（5）：42-50.

[2] 孙秀英.全国科技创新大会在京举行[N].人民日报，2012-07-08.

电磁波课程论文篇（6）

【基金项目】本文获：桂林电子科技大学“电磁场与微波技术核心课程教学科研团队”立项项目（项目编号：JGZ201157）;新世纪广西高等教育教学改革工程立项项目（项目编号：2012JGA138）及桂林电子科技大学教育教学改革项目（项目编号：JGB201304）资助。

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）09-0103-01

一、《电磁场与电磁波》课程的特点

1.是电子信息类专业的一门专业基础课

“《电磁场与电磁波》课程兼顾理学和工学两方面，是电子信息类专业开设的一门十分重要的专业基础课”，在专业课和基础课之间起到承上启下的桥梁作用。它在内容体系、教学手段和方法等方面的教学要求相当严格，使学生在逻辑思维方面得到严格的训练，为他们进行后续课程的学习奠定了良好的专业基础，因而对学生专业素质的培养和提高起着至关重要的作用。

2.理论性强，内容抽象，教学水平要求高

该课程的主要内容是介绍电磁场与电磁波的基本特性，侧重于电磁波，电磁场部分是在《电磁学》的基础上运用矢量分析的方法，与高等数学中的微积分知识点紧密相联，且对于不同坐标系场量的表达也不一样，导致公式繁杂，推导时非常烦琐;而电磁波部分所讲的均匀平面波、平面波的极化等都对学生的数学水平以及空间想象能力都有着很高的要求，因而抽象难懂、不易学。虽然，在学习该课程前，学生已经学过微积分知识以及场论，但由于种种原因，学生学得比较肤浅，再加上学生分析问题能力不够强，常常感觉这门课程不容易理解和学会，由此将该课程称为“天书”。针对该学科这种特点，我们就要对该课程对教学方法进行改进，尽量避免烦琐的数学公式的推导，让学生注重物理规律，使课堂教学形象生动，并突出该课程的实用性，提高学生的学习兴趣，进而提高教学效果。

二、《电磁场与电磁波》课程在教学中容易出现的问题

1.教师当作数学教，学生当作数学学，使得学生产生畏难情绪

由于该课程与高等数学中的微积分知识点紧密相联，且对于不同坐标系场量的表达也不一样，公式繁杂，推导时非常烦琐，再加上电磁现象比较复杂和抽象，具有看不见摸不着的特点，且很难找到实物模型，所以学生普遍认为“难学”，久而久之，就会失去耐心。部分教师，尤其是青年教师，往往注重数学计算，而忽略了其物理意义的阐释，容易使该课程变成数学课，这就更增加了学生学习的畏难情绪。

2.注重理论传授，弱化了其在实际中的应用，让学生感觉无用，降低了学生学习的主动性

不少教师在讲课时，由于教学时数或者认识的偏差往往注重理论基础知识的传授，而忽略这些知识与实际应用的联系，结果容易让学生产生“学习这门课有何用”的疑惑，不能调动起学生的学习积极性。此外，由于不能感受到该理论在解决实际问题中的巨大威力，因而也不能调动学生运用电磁场理论分析问题解决问题的主动性，进而影响了学生解决问题能力的提高。

三、对该课程教法和学法进行探讨

作为该专业课的主讲老师要随时展变化对自己的教学内容、方法、手段进行及时的改进、补充或者完善，尽量避免烦琐的数学公式的推导，让学生注重物理规律，使课堂教学形象生动，并突出该课程的实用性，使学生的学习兴趣得以提高，教学效果得到改善。

1.引入适度的不确定性调动学生探寻式思考，做到学以致用

在解决问题时，多安排一些不确定性，让学生自己分析和解决问题，而概念性的问题则少一些不确定性。现在的学生学习功利性很强，认为将来对就业有用以及对实际有用的内容就学，对实际意义不大的就不学。

2.采用实验启发式教学法引导学生通过对实验现象的理论分析得出自己的结论，增强学生对有关抽象规律的感性认识，降低学习难度

3.充分利用多媒体课件，板书与现代教学手段相结合

充分利用多媒体课件，包括电子教案、视频、FLASH动画、实物照片等用动画和图形的方式展示出来，是一些很抽象，很难理解的一些内容包括介质的极化和磁化、电磁波的传播、反射和透射等内容，学生通过多媒体课件就有了感性认识，提高了他们的学习兴趣。但是，由于使用多媒体教学的特殊性，教师授课若只盯着电脑屏幕，就会缺少与学生的沟通，让学生觉得自己成了教学设备的奴隶，教师也无亲切的感觉。

4.采用现代电磁场仿真工具进行仿真，把学生从繁琐的数学推到公式中解脱出来

科技发展到今天，我们应该用最有效的方法，即计算机仿真。计算机仿真，其实就是一种模拟实验，它具有分析精度高、速度快等特点，不仅仅在教学，而且在电磁场器件设计中也被经常采用。我们都知道传统的天线设计方法总是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行数值计算的方法来确定天线的各参数，这样做花费的时间多，精度也低，而且设计周期长，而采用现代电磁场仿真工具如DS（Ad？鄄vanced Design System）、HFSS（High Frequency Structure Simulator）电磁仿真软件等以现代计算机为基础的电磁场数值分析方法必将成为一种选择。

5.加强前面知识的回顾和应用，有利于学习的连贯性。

“电磁场与电磁波”课程难学难教，而掌握本课程的理论基础知识，对电子信息工程与通信工程专业的学生来说又非常重要。针对学生的情况，课堂讲解时争取做到三讲：不讲、少讲和精讲：对重要的公式和定理给出详细的讲解和数学推导，而对一些复杂繁琐的公式及其推导等做到少讲或者不讲。我们就要鼓励学生主动学习、积极思考。

总之，作为《电磁场与电磁波》课程教师应结合实际进行教学，力争使学生做到学以致用。在教学过程中举一些发生在身边的实例，使学生普遍对电磁场与电磁波课程很感兴趣，学生有了强烈的求知欲望，通过对电磁场与电磁波课的讲授，学生明白了原因，学习兴趣也增强了。在教学过程中采用实验启发式教学法，使学生的观察能力、分析推理能力、归纳总结能力、理解和应用能力都得到了提高，使得本来无形的物理过程变得有声有色。这样既可以激发学生的学习兴趣，搞活教学气氛，又能提高教学效果。

参考文献：

电磁波课程论文篇（7）

作者简介：刘鑫（1980-），女，黑龙江佳木斯人，黑龙江科技大学电气与信息工程学院，讲师；

赵志信（1979-），男，黑龙江哈尔滨人，黑龙江科技大学电气与信息工程学院，讲师，哈尔滨工业大学电子与信息工程学院博士研究生。

基金项目：本文系黑龙江省教育厅“十二五”规划课题“EIP-CDIO在电磁场与微波技术类课程教学中的应用”（课题编号：GBD1212069）、黑龙江省高教学会十二五规划课题“EIP-CDIO 模式下电磁场与微波技术类课程教学改革探讨”（课题编号：HGJXH C110902）、黑龙江科技大学教研项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0073-02

“电磁场与电磁波”课程是通信工程专业的一门专业基础课。它是在“大学物理”（电磁学）课程的基础上进一步研究电磁场与电磁波的基本属性、描述方法、运动规律、与物质的相互作用及其应用。“电磁场与电磁波”是“微波技术”、“移动通信”、“光纤通信”等相关课程的前续课程，可见该课程在通信工程专业课程体系中的重要性。学生在学习本门课程时普遍反映难度很大。以下针对本课程的特点，就教学内容和方法进行探讨。

一、“电磁场与电磁波”课程特点

1.所需基础知识面广

“电磁场与电磁波”课程是以高等数学、大学物理、复变函数等课程为基础，所涉及的内容很广。因此要想学好这门课，必须有很好的数学和物理基础。

2.推导多、计算难

“电磁场与电磁波”课程中所涉及的公式和推导很多且计算难度大，许多结论是由推导总结而得到的。推导中需要用到大量的矢量运算、微分方程、积分方程等，过程非常复杂。

3.课时少、内容多

由于教学大纲的重新修订，“电磁场与电磁波”课程的学时由54学时调整为45学时，但教学内容并没有做大的调整，主要包括静电场、恒定电场、恒定磁场、静态场边值问题、时变电磁场、平面电磁波、导行电磁波等。[1]

二、教学内容和方法的研究

1.针对不同的学生讲授不同的内容

笔者所在高校通信工程专业学生分为二本生和三本生，二者在教学计划中的差别之一是三本生在“电磁场与电磁波”课程后没有“微波技术”课程。这就要求针对二者在教学内容上有区分。导行电磁波在“微波技术”课程中会有深入的讲解，因此针对二本生可以不讲授这部分内容，针对三本生则需要讲授。

2.理清思路，围绕“一条线”展开电磁场理论教学

学生在学习“电磁场与电磁波”课程时感觉内容多且条理性差，在课上对于讲授内容不知如何定位，不了解各个章节之间的关联，这就导致学生思路不清晰，进而产生厌学情绪。针对这一情况，在上课时要给学生理清思路。

针对《电磁场与电磁波》教材，[2]说明其章节安排。教材分为数学和物理基础部分（第1章）、电磁场部分（第2-5章）和电磁波部分（第6-8章）。电磁场根据时间变化特性可分为静态场（第2-4章）和时变场（第5章）。静态场包括静电场、恒定电场和恒定磁场。电磁场部分围绕亥姆霍兹定理展开研究，亥姆霍兹定理讲述的是在空间有限区域的任一矢量场由它的散度、旋度和边界条件唯一确定。[2]亥姆霍兹定理说明研究一个矢量场必须要研究该场的散度、旋度和边界条件，而场的散度、旋度又构成场的基本方程。此外，研究场时还可以借助辅助量，辅助量一般为位函数和场能量。因此，电磁场理论的“一条线”可以归纳为“基本方程（散度、旋度）—边界条件—位函数—场能量”。表1以边莉编著的《电磁场与电磁波》教材中静电场、恒定磁场和时变电磁场为例说明“一条线”对应的内容。由于恒定电场与静电场有可比拟性，因此对于恒定电场可以采取与静电场相比较的方法来教学。学生通过表1对电磁场理论部分的主要内容能够产生较有条理性的认识，在上课时知道所学知识在整个电磁场知识体系中的位置，学习时不会抓不到头绪。

3.教学中结合实际应用，培养学生初步的科研能力

由于电磁场与电磁波理论性强，在教学中要结合实际讲解理论，例如讲授电磁波在介质中透射时，解释日常用到的微波炉工作原理。微波在穿过有耗介质（含水分子的食物）时，使水分子产生“共振”现象，水分子之间发生激烈的摩擦和碰撞，进而产生热量，加热含水的食物。在学生的学习过程中教师不断地解答现实中的各类现象，可以促使学生激发更强的求知欲，从而使学生能够主动地学习。

除了课堂上的教学要结合实际应用外，还应鼓励学生课后以课程中的某一个知识点为出发点，查阅相关科研文章。例如，讲到电磁波在介质中传播特性时，结合黑龙江科技学院矿业特色，要求学生下载并阅读文章《“电磁场理论”课程教学中两个实例的应用》，[3]并要求学生回答手机能否应用于煤矿井上与井下的透地通信。学生通过对文章的查找、自学，对知识点做进一步的掌握，可以从中获得成就感，同时有益于培养学生初步的科研能力。

4.多媒体教学与板书相结合

传统的黑板板书教学的优点是教学速度较慢，留给学生思考的时间较多，使其能跟上教学进度，学生注意力容易集中。它的缺点是耗时多，且不容易展示图片，对动态显示更是无能为力。多媒体教学的出现弥补了板书教学的缺点，例如法拉第电磁感应定律、均匀平面波极化和传播等等通过多媒体可以动态地演示给学生，增强学生的理解能力，加深学生的印象，提高教学效果。

多媒体教学方法虽然优点多，但不能一味使用而放弃板书。多媒体反映的信息量大，教学速度快，如果大量使用多媒体会使学生跟不上教师的节奏。一旦听不懂，学生会厌倦学习，形成恶性循环。因此，采用多媒体与板书相结合的教学方式更适宜。对于重点内容还是使用板书比较好，过于烦琐且只需了解的推导过程、例题题目、图片、动态演示等采用多媒体比较适合。

5.教与练并重，认真批改作业

在“电磁场与电磁波”的教学中，有必要给学生留一些课后的作业，从而巩固课堂上的学习。学生在课堂上听懂教师的讲解，通过课后的练习将课堂上知识的掌握情况反馈给教师，使得教师更好地掌握学生的薄弱环节，在课堂上予以重点讲解。从作业情况看，部分学生学习态度不端正，抄袭他人作业，这样会导致教师对学生掌握情况的判断出现错误。针对这种情况，有必要在第一次作业中找出作业雷同的学生进行谈话，必须在抄袭刚一出现时就将其遏制在萌芽状态。笔者在教学中针对作业抄袭情况采取过上述办法，个别抄袭情况还存在，但总体上明显下降。

6.健全考核机制

为了加强对教学过程的监管，采用8+2的考核机制，即总成绩中期末考试占80%，平时成绩占20%。平时成绩包括课堂表现（出勤、课堂回答问题等）、作业和期中考试。平时成绩的考核可以使学生提高对课程的重视程度，必要时可以采取一些压制手段。例如课堂提问回答错误的学生扣1分，回答正确加1分。这样教师可以向不认真听课的学生提问，提醒其集中注意力。而回答问题的正确与否关系到期末成绩，所以回答错误的学生会期望在下一次被提问时能够回答正确而补得1分。通过这种方式可以有效地管理表现不理想的学生。

期末考试采取闭卷考试方式，而期中考试采取“一张纸开卷”的考试方式。所谓“一张纸开卷”是指在考试时学生可以参考自己带的一张A4纸进行答题，考试前学生可以在纸的正反面手写与课程相关的任何内容。“一张纸开卷”，有效地督促学生对上半学期所学知识进行归纳和总结，教师通过一张纸的书写内容以及答题情况对学生上半学期的学习情况有所掌握，考试过后可以针对学生普遍没有掌握好的知识点重新讲解。教师针对这些内容可以反思教学方法的不足之处，以便在新一轮上课时有所改进。此外，通过期中考试教师可以在下半学期对成绩不好的学生加强管理。考试题目题型应该多样化，包括是非判断题、选择题、填空题、计算题、证明题等题型，从多方面考核学生。

三、结束语

“电磁场与电磁波”课程理论性很强，存在着教师难教、学生难学的情况。我们在注重培养学生的学习兴趣的基础上，把教学内容归纳成一条主线，教学中结合实际应用，培养学生初步的科研能力，多方面对学生进行考核。从学生的反馈情况来看，这些做法取得了一定的成绩。

参考文献：

电磁波课程论文篇（8）

DOIDOI：10.11907/rjdk.161934

中图分类号：G434

文献标识码：A 文章编号文章编号：16727800（2016）011021204

0 引言

1873年麦克斯韦尔提出了著名的Maxwell方程组，并预示了电磁波的存在。1888年，赫兹通过实验测量证明了电磁波的存在。20世纪初，意大利发明家兼商人马尔可尼用简单的无线电收、发装置实现了跨大西洋的简单电报传输，开辟了无线通信广阔的应用前景。随着电磁场与波在雷达、通信、导航、遥感、医学、空间等领域应用的不断深入，电磁场与波技术在高等院校电子信息类学科发展和学生培养中的作用日趋重要[1]。《电磁场与波》课程是电子信息类专业必修的专业基础课，更是后续课程《微波技术》、《天线与电波传播》、《移动通信技术》的基础课 [2]。

《电磁场与波》的前修课程是《大学物理》和《高等数学》，其课程特点是概念抽象、理论深奥、计算复杂、公式繁多，具有“学生难学、教师难教”的特点[3]。由于电磁场与波看不见摸不着，传统的教学模式又是学生被动接受知识，从而使学生更加难以理解和掌握电磁场与波理论。为了使学生直观、生动理解电磁场模型，很多高校加入了实验教学环节。但就“场”类的硬件测量实验来说，实验配套设备昂贵、仪器操作复杂，使用不当可能造成较大的经济损失[4]，且“场”类实验需要专门的测试场地，如微波暗室。有些高校不具备这样的实验条件，即使有微波暗室，也很难在微波暗室中给本科生开设实验课。因而 ，“场”类硬件测量实验在很多高校中要么不开设，即使开设的也是一些非常简单的实验，很难满足学生对电磁场与波的深刻理解要求。为了解决这些难题，借助于目前先进的商业电磁仿真软件，设计出和课程相对应的仿真程序，使电磁场与波原理通过图形甚至动画形式呈现出来，学生目睹电磁场与波的传播过程，提高对电磁场与波的理解。另外，由于许多高校进行了教学改革，专业基础课课时不断压缩，《电磁场与波》的教学课时相应减少，这对教师和教学内容提出了更高要求。电磁仿真演示型实验信息量大、易被接受，能够在一定程度上解决课时不足的窘境[3]。不仅如此，目前利用电磁仿真软件对微波、毫米波工程的设计与仿真已成为潮流。在《电磁场与波》课程中引入电磁仿真软件，可以让学生感受电磁仿真软件的功能与效果，在以后的学习和应用中，有选择地使用其中一种作为解决电磁问题的手段。为了培养既懂“电磁场与波”，又熟悉电磁仿真软件的高层次人才，在教学中引入电磁仿真软件辅佐理论教学势在必行。事实证明，只有不断探索“场”类实验课程教学的新模式、新方法，以培养学生创新精神、团队意识和实践能力为重点，加强学生解决实际问题和独立工作能力的训练，才能为学生继续深造和未来任职奠定坚实的基础[3]。

1 仿真实验平台

1.1 XFDTD软件

XFDTD是基于时域有限差分（Finite-difference Time-domain，FDTD）方法的全波三维电磁仿真软件，是美国REMCOM公司开发的软件包核心产品之一。FDTD是直接对Maxwell方程的微分形式进行离散的时域方法，能解决复杂精细结构和电大尺寸天线及阵列设计、电中小尺寸的天线布局问题等。FDTD方法计算复杂度低，所需内存和计算时间与未知量成正比，仿真复杂结构效率高。相比于Ansoft公司推出的HFSS（High Frequency Structure Simulator）软件，XFDTD在仿真电大尺寸、解决宽频瞬态问题等方面更胜一筹。在《电磁场与波》课程中，电偶极子及对称天线在远区场的辐射分布、均匀平面波在多层媒质中的传播过程等都无法在HFSS软件中仿真。但在XFDTD软件中，不仅能得到定量结果，还能看到电场、磁场或者电流等各个场量在空间的辐射过程。对于类似矩形波导这样的微波元器件，不仅能在HFSS软件中仿真，还能在XFDTD软件中仿真。因而，本文选用XFDTD作为电磁仿真软件进行仿真和分析。

1.2 Matlab软件

Matlab是Math Works公司研发的一款用于科学与工程计算的软件工具，具有强大的矩阵运算、数据处理和图形显示功能。Matlab拥有大量简单、灵活、易用的二维、三维图形函数以及丰富的图形表现能力，方便各种科技图形的绘制[5]。在很多论文中，直接利用Matlab进行编程，对电磁场与波中的一些电磁现象进行计算和绘图，得到形象、直观的电磁波传播过程[67]。本文先利用XFDTD软件仿真电磁模型得到仿真数据，然后利用Matlab对这些数据进行处理，得到想要的结果。这样处理的目的有三：①更易仿真复杂的电磁模型。Matlab毕竟是程序语言，面对复杂问题的处理能力和速度没有仿真软件强；②虽然电磁仿真软件也能得到图形，但形式单一。为了得到更多的图形，就必须把仿真数据输出，然后再利用绘图软件进行绘图，Matlab正好满足这种需求；③学习电磁仿真软件，可为今后的电磁工程设计和仿真打下基础。

2 仿真实验教学实例

以对称天线和矩形波导这两个典型案例作为仿真对象，演示第1节提到的实验方法，查看实验结果，判断本文方法的准确性和合理性。

XFDTD商用软件基于FDTD，在建模时要设置以下内容：①创建仿真模型，并指定媒质材质；②网格剖分，保证仿真稳定性；③激励源的设置，有电压源、波导界面、外部激励等；④边界条件设置，有PEC边界、PMC边界、PML边界、Liao边界等；⑤设置收集数据的Sensors，有近场Sensors、远场Sensors等，还可设置收集点数据、面数据、体数据；⑥全部设置完后保存，即可进行仿真；⑦仿真后查看结果，结果是数值、图形或者动态图形。有些结果可直接输出，有些是一些数据，可以保存下来再通过绘图程序显示。

2.1 对称天线方向图

对称天线是最常用的线天线类型之一，由一根中心馈电的直导线构成。假设对称天线的长度为L，和工作波长处于相同数量级，本文中假设L等于两倍的工作波长。馈电口间隙很小，可近似认为等于零。对称天线如图1所示。

以对称天线的中心即馈电点为原点，z轴与该天线的轴线重合。当在天线的馈电口输入电磁能量时，天线将产生感应电流，这个电流在天线的两个开路端上应为0，其分布规律可近似表示为：

在XFDTD软件中，先设定工作频率为2GHz，对应的工作波长为15 cm。创建Wire Body模型，即对称天线，天线的总长度为30 cm，即两倍工作波长，中间留一定间隙用于馈电。新建Materials-Perfect Conductor，即理想导体媒质。把设置好的材料拖到Wire Body上，即可设定对称天线的材质是理想导体。设置Waveforms的Type为Sinusoid，即正弦函数。设置Outer Boundary为PML Absorbing，设置边界条件为7层的PML。由于默认的网格设置能满足要求，所以不作任何修改。馈源设置最重要，选用Circuit Components，打开界面后，设置馈源的起始点和终止点，并设置Component Definition为50 ohm Voltage Source，即可完成馈源设置。因要收集对称天线远场特性，所以选择Sensors中的Far Zone Sensors，根据需要设置参数。所有的模型和参数设置完成后，保存工程，然后进行仿真Simulations。仿真完成后，可在Results中查看结果。结果中包括对称天线的远场特性Far Zone Sensor、馈源参数Feed、天线系统参数System等有关结果。所得结果不仅包括数值、二维图像、三维图像，还能动态演示场量的变化过程。因篇幅限制，下面只给出了E面、H面方向性图，如图2所示。其结果和教材[8]上通过解析计算得到的结果一致。

2.2 矩形波导场分布

矩形波导是截面形状为矩形的空芯金属管，其结构如图3所示。矩形波导是最常见的波导，a、b分别为内壁的宽边和窄边尺寸。矩形波导的管壁材料是金属，求解时可认为是理想导体，波导内填充的介质可认为是理想介质。电磁波只有在满足传播条件时才能在波导内传播，即和电磁波的工作频率、矩形波导尺寸以及模指数都有关。当这些参数发生变化时，传播的模式也会随之改变。大多情况下，不管波导内是单模传播还是多模传播，都想得到单个模式的传播特性和场结构。据此，通过XFDTD仿真得到国产BJ-100型号波导内TE10模的场结构。

对于BJ-100型号波导，宽边a=22.86 mm，窄边b=10.16mm，波导内媒质为空气。设置工作频率为15GHz，工作波长为2cm。根据工作波长

为验证XFDTD方法的准确性，根据教材[8]提供的解析法，利用Matlab编程，也得到了TE10模的场分布，如图5所示。

对比图4和图5，可以得知周期和变化规律是一样的，只是初始相位略有不同。解析法中设置初始相位为零，而在XFDTD中则不然。

3 结语

本文提出了利用电磁仿真软件设计《电磁场与波》课程中典型例子的方法，得到二维、三维及动态图形，形象、直观地演示了电磁波在媒质或传输线中的传播过程和分布情况，把深奥难懂的理论知识通过图像的形式表现出来，激发了学生的学习热情，促进充分了解课程内容精髓，深刻理解课程内容，从而为今后的学习打下坚实基础。学生对电磁仿真软件和Matlab语言有所了解和掌握，拓展了知识面，为培养宽口径、高素质人才打下基础。

参考文献：

[1] 凌丹，陈文华. 电磁场与微波实验教学的探索与实践[J]. 实验室研究与探索，2014（33）：210213.

[2] 黄麟舒，柳超，项顺祥. 《电磁场与电磁波》与《大学物理・电磁学》的教学比较研究[J]. 软件导刊：教育技术，2013（5）：1617.

[3] 黄冶，张建华，戴剑华. 电磁仿真在“场”类实验教学中的应用[J]. 实验室研究与探索，2012（4）：322326.

[4] 戴晴，黄纪军，莫锦军. 现代微波与天线测量技术[M]. 北京：电子工业出版社，2008.

[5] 张量，孔勐，陈明生，等. 《电磁场与电磁波》课程实验教学研究[J]. 合肥师范学院学报，2013（31）：7375.

电磁波课程论文篇（9）

中图分类号：G642.0 ； ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ； ；文章编号：1007-0079（2014）17-0073-02

电磁场理论具有理论性强、概念抽象、公式繁多、数学推导繁琐的特点，要求学生具有较强的空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能力。[1，2]这门课的特点对学生提出了很高的要求，所以这门课是教学和学习难度最大的课程。特别是对于像桂林电子科技大学这样的二本院校来说，学生基础相对于重点院校的学生普遍要差些，自主学习的能力也要差些。[3]因此，如何做好二本高校电磁场课程的教学工作是摆在面前的一个紧迫问题，值得花大力气来探讨研究。笔者在美国休斯顿大学（University of Houston）留学期间旁听了Jackson教授讲授的应用电磁波和微波工程两门课，感受到中美教育颇有不同，所以将这些经验与在实际教学中的经验和发现的问题相结合，根据我国高校的实际情况探讨电磁场课程的教学。

一、教学内容探讨

对于电磁场这门抽象、复杂、教学难度大的课程，二本高校还得面对学生基础和自主学习能力比重点高校学生相较稍差的校情，因地制宜地选择合适的教学内容是十分重要的；特别是桂林电子科技大学（以下简称“我校”）电磁场课程的学时已由原来的100多学时减少到现在的56学时。面对这样的情况，需认真研究这门课程的教学内容，使学生以有限的学时掌握电磁场的基础知识，为进一步的学习或研究打下坚实的基础。为此，将教学内容与美国大学的教学内容做一比较应该是有益的。

先看休斯顿大学电磁场这门课程的教学内容。休斯顿大学将电磁场课程分为两门课程，即应用电磁学（ECE 2317）和应用电磁波（ECE 3317）。应用电磁学这门课程包含的主要内容有电磁学基础、矢量分析、麦克斯韦方程、基尔霍夫定律、静电场与静磁场、电阻、电容、电感、磁路与变压器。而应用电磁波课程包括时域与频域中的麦克斯韦方程、波印亭定理、平面波传播、波在理想与有耗煤质中的反射与透射、传输线、波导和天线。可见，休斯顿大学将电磁场这门课将静态场与动态场分别放在两门课讲授，每门课讲授时间相当于国内的48学时，即两门课加起来有96学时。而我校本科电磁场课程目前只有56学时，比休斯顿大学整整少了40个学时。因此，我校电磁场课程的教学内容主要包括矢量分析、静态场、麦克斯韦方程、时变电磁场、无界空间中的TEM波、TEM波的反射与透射。可见，我校的电磁场课程教学内容与休斯顿大学有所不同。但是需要指出，基尔霍夫定律学生在“电路分析”课程即已学习，传输线、波导和天线有后续的课程学习，磁路与变压器、电阻、电容、电感、分离变量法和镜像法根据我校不同专业的需求而有所取舍；此外，对一些复杂的内容，如分离变量法和镜像法等，做简化处理。

做这样的安排首先因为课时相比休斯顿大学来说少得多；其次，二本高校的学生基础与学习能力都稍差，有必要简化讲授部分复杂的内容；第三，我校电子科学与技术专业有电磁场方面的后续课程，专业基础必修课“微波技术”，专业限选课“微带电路”“电波传播与天线”“微波电路及CAD技术”和专业任选课“电磁兼容”等课程，这些课程的设置覆盖了“电磁场”课程的不足部分。我校的其他专业根据需求也会选择一定的电磁场后续课程。可见，鉴于我校“电磁场”学时远比休斯顿大学相关课程学时少且我校学生素质比休斯顿大学学生稍差的现实，笔者简化了这门课的教学内容以适应我校不同专业（如通信工程等）对电磁场知识的需求，且我校电子科学与技术专业的后续课程弥补了“电磁场”课程的不足，覆盖了休斯顿大学电磁场课程的内容并有所拓展。我校电磁场课程教学内容的设置因地制宜，适合学生基础及不同专业的需求，使学生打下良好的电磁场知识基础，奠定了进一步学习和研究的基础。

二、教学方法探讨

1.教材选取

探讨了教学内容，再来探讨下教学方法。教学方法跟教材的选取形式是密切相关的。休斯顿大学应用电磁学课程并没有指定一本专门的上课用教材，而是推荐了三本教材书：《Applied Electromagnetism》（L. C. Shen and J. A. Kong， 3rd）、《Schaum's Outline on Theory and Problems of Electromagnetics》（J. A. Edminister， 2nd）和《Schaum's Outline on 2000 Solved Problems in Electromagnetics》（S. A. Nasar）；休斯顿大学的应用电磁波课程推荐的参考教材为《Applied Electromagnetism》（L. C. Shen and J. A. Kong， 3rd）、《Engineering Electromagnetics》（Hayt and Buck，6th）和Fundamentals of Engineering Electromagnetics （D. K. Cheng）。可见，休斯顿大学电磁场的教学并没有指定一本专门的教材，而是教师按照自己的讲义进行授课，学生参考几本教材进行学习。而像很多国内高校一样，我校的电磁场课程指定了一本专门的教材《电磁场与电磁波》（谢处方、饶克谨著），[4]虽然也另外指定了2本参考教材，但是多数学生习惯于只看指定教材。

2.教学考核

教材的选取形式一方面是因为国外学生是主动学习，主动思考并探索知识；而国内的学生从小到大习惯于被动学习和接收知识，习惯于指定学习内容，缺乏主动探索和求知的精神。另一方面休斯顿大学电磁场类课程老师除了会布置一定的作业外，也会布置一些project来要求学生利用课外时间完成；这些作业或project多是要求学生利用所学知识来解决实际问题，难度较大，需要学生大量查阅文献资料和参考书来完成，从而培养了学生独立进行科学研究的能力。美国的其他大学也大多如此。[5]而我校（也包括很多国内高校）的作业布置一般都是教材里的习题，且没有project这个环节，学生完成作业只需要翻看课本即可，难以锻炼学生的独立科研能力。

此外，休斯顿大学应用电磁学考核成绩中平时作业占10%，project占10%，第一次考试占25%，第二次考试占25%，期终考试占30%；应用电磁波平时作业占15%，project占10%，中期考试占25%，期终考试占50%。而我校电磁场考核成绩中平时占20%，实验占10%，期终占70%。考核的平时成绩主要看学生到勤率和交作业情况，主要考核成绩还是看期末考试；如此，很多学生抱着临时抱佛脚，考前冲刺一下的想法，难以调动学生学习的积极性。当然，这种情况是国内较为普遍的情况。但是，可以适当借鉴美国高校的一些做法，如平时安排一些小的project让学生查阅文献，增加平时测试，布置一些与实际问题密切相关的作业，从而调动学生平时学习的积极性，培养独立研究的能力。

3.教学方法

面对电磁场课程学习的高难度，学习能力稍差的二本学生容易产生畏难情绪，并逐渐失去学习的兴趣。因此，具体到课堂教学方法上要特别注意因材施教，注意讲课的逻辑清晰、物理概念清楚、理论联系实际，引导学生学习的兴趣。笔者根据在美国休斯顿大学留学期间旁听Jackson教授课堂教学的理解和多年的教学经验，认为授课应注意以下几点：

（1）笔者一开始讲课就应该跟学生交代清楚本次课的讲课内容，需要解决的问题，重点问题和难点问题，并在课的最后交代下一次课的讲授内容，便于学生预习。讲课时要逻辑要清晰，条理清楚，应该将复杂的问题简单化，利于学生理解；并经常使用提问的方式，引导学生思考。

（2）电磁场这门课是数学与物理的完美结合，但是这也就意味着物理概念抽象、理论性强并且公式繁多。[6]要避免将课堂教学变成数学推导课，枯燥的数学推导只会降低学生课堂学习的兴趣。电磁场这门课的数学推导都应该是为把物理问题讲清楚而进行的，不能一味为推导而推导；一定要把数学背后的电磁原理和电磁现象讲清楚，便于学生理解和应用。

（3）一定要讲明白公式的适用条件。一些公式在不同的适用条件下其形式是不同的，或者该公式只在一定条件下适用。如果不把这些问题讲清楚，这些公式在学生的头脑中就很混乱，无所适从。如麦克斯韦第一方程的微分形式为（1）式所示。但是在学习中也会应用麦克思维第一方程的另外两种形式（2）和（3）。要分清这几个公式的适用情况，首先就要搞清楚和的概念。是传导电流密度，是位移电流密度。在静态场中，场不随时间变化，因此对时间的偏导为零，因此不存在位移电流，此时适用公式（2）；在时变电磁场的无源区=0，但存在位移电流，因此适用公式（3）；而在时变电磁场的有源区，同时存在传导电流和位移电流，因而适用公式（1）。这样讲解，学生对公式的使用条件就很清楚了，也便于学生理解这几个公式。

（1）

（2）

（3）

（4）将相近或易混淆内容做比较，更易于理解和记忆。如上面所讲的麦克斯韦第一方程的几种适应条件放到一起做比较。坡印廷定理瞬态形式（4）式和平均形式（5）式，放到一起做比较，更利于学生理解（4）式是瞬时值，而（5）式是一个周期T内的平均能流密度矢量。这样的比较有利于理解两个相近的概念，分清两个公式的物理意义与应用环境，并易于公式的记忆。

（4）

S平均

（5）

（5）将课本枯燥的理论知识与实际应用联系起来，以激起学生的学习热情。电磁场课程不但学习难度高，而且很多学生反映不知道学习这门课有何用处，这些问题严重打击了学生的学习兴趣。因此，在授课时要注意介绍电磁场知识在实际生活中的应用，让学生明白学习并不单单是枯燥的理论知识，这些知识都是指导实际工程的基础，解决学生为什么要学的问题。除可适当介绍电磁场在通信（手机、基站、卫星等）、探测（探地雷达，石油探测等）、定位（各种雷达）和微波医疗等的应用外，还可介绍具体知识的应用。如电磁场应用的例子之一的微波炉就应用了电磁波在导电媒质中传播的知识：一般食物的电导率σ为有限值（非零），所以电磁波在食物中传播是有耗的（电场转化为电流，电流转化为转化为热量W=Pt=I2Rt）；而微波炉中不能放金属器皿是因为金属的电导率σ很大，会产生很大的电流，损坏金属器皿，甚至产生危险。通过对授课内容的拓展，可以活跃课堂教学，让学生明白电磁场知识是怎样在实际中应用的，从而激发学生的学习热情，大大提高课堂教学的效果。

三、结语

电磁场理论在电子和通信类专业中占有十分重要的地位，值得花大力气去探讨怎么学好这门课。欧美等国家在电磁场教学上有很多值得借鉴的经验，应将这些经验与二本高校的实际相结合，探讨最适合的教学道路。最后，教师应该不断提高自己的业务水平和综合素质，不断提高教学水平。

参考文献：

[1]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.

[2]张华美，徐立勤.“电磁场理论”课程教学的几点认识[J].科技信息，2010，（14）：3.

[3]付志坚.新进本科院校“工程电磁场”教学改革初探[J].经营管理者，2013，（20）：346.

电磁波课程论文篇（10）

[中图分类号] G642 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2013）18-0049-03

[收稿时间]2013-06-26

[基金项目]福建省本科院校基础课实验教学平台项目、福建江夏学院“专业综合改革试点”项目、福建江夏学院教学改革项目（J2012B041）。

[作者简介]柯友刚（1984-），男，湖北黄冈人，硕士研究生，助教，研究方向：特异介质调控电磁波。

引 言

根据2010年高等教育出版社出版的《高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范（试行）》的要求，电磁场与电磁波课程被规定为电子信息类和电气类相关专业的学科基础知识体系之一，是通信工程、电子信息工程和电子信息科学与技术等相关专业的一门重要的专业基础核心课程。电磁场与电磁波课程所涉及的基本理论又是一些交叉学科（ 如： 生物电磁学、微波化学） 的生长点和新兴边缘学科（ 如： 计算电磁学、特异介质、变换光学） 发展的基础。然而该门课程知识点多、概念抽象，理论性很强，数学基础及其应用能力、空间想象能力要求高，造成学生畏难和极强的厌学情绪。这与社会对掌握扎实的电磁场与电磁波知识的人才的巨大需求产生了矛盾。

因此探索如何提高学生的学习兴趣，培养学生的动手能力、创新精神和可持续发展能力，是每位担任电磁场与电磁波课程老师的使命。购买硬件开设电磁场与电磁波实验，可以将抽象的问题具体化，增加学生动手的机会，培养学生的兴趣。然而，“场”类实验配套设备昂贵，仪器操作复杂，使用不当可能造成较大的经济损失并且实验容易受到环境的影响，要获得准确的测量结果需要专门的测试场地。仿真软件可以弥补硬件实验的这些缺点，但它也具有将抽象场类问题具体化，增加学生动手机会，培养学生可持续发展能力的优点。作者探索将不同广度和不同难度层次的仿真项目引入课程教学。通过层次化仿真项目的练习，使学生加强对基础知识点的理解，培养学生的创新能力和可持续发展能力。以课程中一个非常重要的知识点――垂直极化波在分层介质中的传输来阐述层次化仿真项目的设计和教学。

一、理论模型

以谢处方等人编写的电磁场与电磁波教材介绍垂直极化波对理想介质分界面斜入射的理论模型。如图1所示，垂直极化波从左侧以入射角为θi，斜入射到由介质1（介电常数和磁导率分别为ω1和μ1）和介质2（介电常数和磁导率分别为ω2和μ2）组成的分界面上。 电磁波在分界面处发生反射和折射。由于垂直极化波的电场在x和z方向的分量均为零，所以入射电磁波的电场可表示为

则对应的磁场为

图1 垂直极化波对理想介质分界面的斜入射

由于反射波和入射波在法向方向的波矢分量符号相反，在切向方向的波矢分量相等，因此反射波的电场可表示为

其中Γ为反射系数。对应的磁场为

介质1中总的电场和磁场分别为

出射波的电场和磁场可表示为

其中τ为透射系数，θt为折射角，k2为折射波矢的大小。

根据边界条件，在z=0的分界面上，电场的切向分量和磁场的切向分量连续，即E1y（x，0）=E2y（x，0），H1x（x，0）=H2x（x，0），并利用k1sinθt=k2sinθt，可以得到

联立上式，可求出反射系数Γ和透射系数τ分别为

以上两式又称为垂直极化波的菲涅公式。

二、仿真项目

与电磁场与电磁波课程密切相关的仿真软件很多，如COMSOL Multiphysics、Ansoft HFSS、CST、EastFDTD、Rsoft、OptiFDTD、XFDTD、Origin、MATLAB、Mathematica、Tecplot等。这些软件一般均操作简单、易学，界面友好且具有开放性。根据电磁场与电磁波课程教学大纲和学生对该门课程知识的需求量不同，可以将仿真项目设置为课堂初级演示项目，课后中级练习项目，创新训练、毕业设计高级创新项目。

（一）课堂初级演示项目

在讲解垂直极化波对理想介质分界面的斜入射时，公式推导是必要的。从上面的理论模型中可以看到，公式推导繁杂，涉及的概念抽象，推导结束学生不仅可能还没有建立对电磁波传输模型的认识，而且还会产生一种难学的感觉，如果不及时提高学生的兴趣，最终可能演变成厌学。公式推导虽然没有让学生在脑海里面建立电磁波的传输模型，但此时学生的认识已经不再是零了。此时我们可以选择上面提到的电磁仿真软件演示垂直极化波对理想介质分界面的斜入射，使学生对场、波有一个直观的认识。如图2所示，垂直极化波以入射角为22.5度，斜入射到由玻璃和空气组成的界面上，在分界面处发生折射和反射，电磁波反射部分较少，且折射角大于入射角。改变仿真条件和参数（如：入射角度、两种介质的介电常数、磁导率），观察理论模型中的参数的改变对电磁波传输的影响。演示结果直观的变化，可能使学生对模型中的参数产生一种“亲切感”。有了这种亲切感之后我们再回去理解、推导理论模型，加深对理论的理解。

图2 垂直极化波对理想介质分界面的斜入射

（二）课后中级练习项目

对于老师的演示实例，光看不练是不行的。电磁场与电磁波课程知识点较多，而课时不断压缩，课堂上没有足够的时间让学生去练习。基于电磁仿真软件的仿真练习，对软硬件的要求低，只要一台电脑和安装一两种仿真软件就可以，对场地基本没有要求。因此，可以精心设计仿真项目，让学生利用课后进行练习。针对垂直极化波对理想介质分界面的斜入射这个知识点，可以让学生仿真光束从空气斜入射到介电常数和磁导率均为-1的介质中，仿真结果如图3所示。在图3中，折射光线和入射光线分居界面两侧，而入射光线和折射光线处于界面法线方向同一侧，这冲击了他们的已有知识结构（初中、高中老师教给他们的是入射光线和折射光线分居界面法线两侧）。这种冲击可能激发他们的好奇心，应该充分利用这个年龄阶段学生好奇心强的特点，引导他们对基本理论的学习，培养其主动探索未知领域的能力。仿真结果是一幅漂亮的图片，这能给学生一种美的享受。仿真项目的练习不仅能使学生的工程意识和实践能力得到培养，而且还能与研究生阶段的学习或是电磁场与电磁波相关工作接轨，有利于学生的可持续发展。

图3 负折射

（三）创新训练、毕业设计高级创新项目

对将来准备从事电磁场与电磁波相关工作或攻读相关专业研究生的同学来说，前面的初级、中级仿真项目不能够满足他们的需求。我们可以将前沿知识引入课程教学中，精心设置创新训练和毕业设计题目供学生做。前沿知识适时、适度的引入不仅可以改变学生对课程的片面认识，即电磁场理论是老掉牙的知识，跟不上时代潮流，没有新意，翻来覆去就是Maxwell方程组，而且还对提高学生的积极性、主动性和创造性，初步培养其科研创新能力，都具有重要意义。基于垂直极化波对理想介质分界面的斜入射，可以将利用变换光学手段设计变换介质平板主动调控电磁波的路径、相位、偏振引入课程教学。如图4所示，变换介质板将平面波转换成凸面波。入射平面波的不同部分经变换介质板，产生不同的相位延迟，导致出射波前发生弯曲。

图4 波形变换

三、结束语

将层次化仿真项目适时、适度的引入电磁场与电磁波课程教学中，可以缓解以下几对矛盾：第一，场类课程学时少和场类课程公式繁杂、概念抽象、涉及的知识点多之间的矛盾；第二，学生厌学和场类人才紧缺之间的矛盾；第三，社会对场类人才动手能力要求高和实验室经费少、实验室设备超负荷运转和设备损耗大之间的矛盾，以及场类知识更新快和实验室设备陈旧、实验项目相对陈旧之间的矛盾；第四，强化学科基础与增加前沿知识学时矛盾。教学是一项常做常新、永无止境的工作，我们要解放思想，在不断思索，反复实践中，不断提高教学质量。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 教育部高等学校电子信息科学与工程类专业教学指导分委员会.高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范（试行）[M].北京：高等教育出版社，2010.

[2] 田雨波，张贞凯，李峰.《电磁场理论》教学的体会与思考[J].武汉大学学报（理学版），2012， 58（S2）.

[3] 夏祖学，李少甫，胥磊.《电磁场与电磁波》课程教改实践探讨 [J].实验科学与技术，2012， 10（3）.

[4] 黄冶，张建华，戴剑华.电磁仿真在“场”类实验教学中的应用[J].实验室研究与探索，2012， 31 （4）.