电磁波课程论文例1

中图分类号：G648.2 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）15-0004-02

一、引言

“大学物理”是我国高等院校理工科类非物理专业的必修基础课，其主要目的是为后续的专业课学习打下基础。“电磁场与电磁波” 是高等院校电子类和通信类专业的重要专业基础课程，主要学习电磁场与电磁波的基本属性、运动规律及相应工程应用等内容，但前期基础就是“大学物理.电磁学”（后简称“电磁学”）的核心内容，但在知识内容的深度、广度及实用性方面都有加深和拓展，同时也存在内容重叠的部分。为了避免“电磁场与电磁波”在教学过程中与“电磁学”中知识内容的重复，让学生更好地学好“电磁场与电磁波”课程的核心内容，应分析 “电磁学”与“电磁场与电磁波”的区别，并规划好二者的教学衔接问题，提高教学效率，保证教学质量。

二、教学衔接问题

“电磁场与电磁波”与“电磁学”这两门课程从内容上来看都会涉及到电磁运动基本理论和电磁波相关理论，从研究的对象来看，本质区别不大。但是由于它们在教学目标上的区别，导致教学内容上也存在很大的差异，因此我们应在教学方法、教学重点和教学思路上区别对待，并做好教学衔接，提高教学效率，改善教学效果。

1.教学目标的衔接。“电磁学”课程一般在大学一年级开设，其作为一门通识性基础课程，主要对电场、磁场、电磁波的基本概念、基本规律和基本方法进行学习和理解，为学生以后专业课程的学习打下坚实的基础。“电磁场与电磁波”是工科类高校电子工程、信息工程、通信工程等专业学生的必修课程，是信息技术的理论基础，是电子信息大类专业学生的基础知识部分。在课程定位上，其作为专业基础课，将为后续“微波技术”“射频通信电路”“电信传输理论”等专业课的学习奠定基础。因此，相对于“电磁学”这门公共基础课而言，其教学目标不同。通过该课程的学习，让学生建立电磁场的概念，认识电磁场的物质性，掌握电磁场运动的基本规律，理解麦克斯韦方程的表达形式及其物理意义，并让学生掌握一些典型电磁场问题的数学建模与求解，使学生能够用“场”的观点去思考、分析和计算一些简单的电磁场基本问题。这将对学生的数学功底、逻辑推理、理性思维能力有一定的拓展。可以说，两门课程在教学目标上是一个由低到高的层次递进关系。

2.教学内容的衔接。从教学内容上看，“电磁学”课程介绍了静电场的基本性质、稳恒磁场的基本规律、电磁感应的基本规律，并简单地引出麦克斯韦方程组，至于时变电磁场、平面电磁波、传输线、波导、天线等问题均未涉及。故它只是从“静态”的观点对电磁场的基本问题进行讲解，使学生从整体上对电磁场有一个初步认识。而“电磁场与电磁波”作为电子信息大类专业不可或缺的专业基础课，内容丰富的同时，难度也有所增加。它包括“电磁场”与“电磁波”两大部分的核心内容。“电磁场”部分是在“电磁学”课程的基础上，运用矢量分析描述静电场、恒定电流场和静磁场的基本物理概念，在总结基本实验定律的基础上给出时变电磁场的基本规律，引出边界条件，学习静电场问题的求解方法，如镜像法、分离变量法等。“电磁波”部分主要介绍电磁波在真空和介质中的传播规律以及天线的基本理论。具体内容包括平面电磁波、传输线理论、导行电磁波以及电磁波辐射等部分。即这部分内容主要从“动态”角度描述和分析电磁波。可见，在教学内容上，“电磁场与电磁波”课程相对于“电磁学”课程不是简单的重复，而是知识体系的递进关系。

3.教学方法的衔接。“电磁学”课程的知识相对简单，很多概念和规律都是在实验基础上，通过学生的感性认识后抽象出物理模型而建立起来的。而“电磁场与电磁波”课程却侧重于利用矢量分析和场论等数学工具，对物理模型所满足的物理规律进行严格的理论推导，得出合理的结论，形成完整的理论知识体系。因此，在教学中我们应该有意识地引导学生从“形象思维”向“抽象思维”转变与过渡，引导他们通过理性的思考、严密的分析、逻辑的推理来学习和理解电磁波传播的内在规律。在理论学习的同时，辅助以一些仿真（HFSS、CST、MATLAB等）和演示验证性实验，加强对电磁波现象和规律的理解。这样才能在教学方法上对两门课程进行良好的衔接，改善教学效果。

三、结语

本文从教学目标、教学内容、教学方法上分析“电磁场与电磁波”与“电磁学”两门课程的区别，找出它们之间的切入点，在教学过程中对两门课程进行良好的衔接、承前启后，使学生在知识上自然过渡，树立学习的信心，提高“电磁场与电磁波”课程的教学效率， 保证课程的教学质量，具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]许琰，杨爽. 对大学物理教学改革的探索[J]. 教育教学论坛，2014，（1）：49-51.

电磁波课程论文例2

0 引言

“电磁场与电磁波”是普通高等院校本科通信工程专业的专业基础课程，一般是安排在大三上学期。通过学习，可以使学生应用电磁场的基本理论去分析工程电磁场以及相关领域的电磁场问题，为后续课程“微波技术”以及“天线工程”的学习奠定基础。然而“电磁场与电磁波”由于涉及到大量的物理以及数学知识，一直被认为是难学、难教的专业基础理论课。学生在学习的过程中对于大量的公式推导，显得十分枯燥，所以学生学习积极性不高，纯粹是为了考试而学习[1]。因此如何改变这种让人困惑的教学现状已经成为各个高校教学改革的重中之重。经过几年的教学和实践，本人在“电磁场与电磁波”教学方面取得了一定的经验，现从教学内容、教学方法和实验内容建设三个方面进行研究并给出一些改革的方案。

1 教学内容

我校通信工程专业开设了“微波技术”、“天线工程”以及“光纤通信”等专业课程，这些专业课程与“电磁场与电磁波”紧密相连，像“电磁场与电磁波”里面的时变电磁场、电磁波传播、导行电磁波、电磁波的辐射等内容都会对后期的专业课有着极其重要的作用，这时我们就应该要适当的调整授课重点，在这些内容上可以适当的增加内容;而对于静态场边值问题的求解不必要对每个公式进行详细的推导和说明，可以结合一些商业软件建模通过商业软件来计算和分析电磁场求解问题，这样既可以增加学生的兴趣也可以避免繁琐的公式推导[2]。对于后面章节像均匀平面电磁波的传播是电磁波传播部分的基础，可以重点介绍一下，可以结合生活中的例子来介绍电磁波的传播特性以及应用，比如天线的设计等。

2 教学方法

传统的黑白两书的板书式教学方式已近不适合当今多元化教学的需求，对于“电磁场与电磁波”这门比较抽象、复杂的课程，我们需要借助多媒体，通过形象的图片、动画来帮助学生来理解电磁场的概念性问题以及电磁波传播的特性，这些内容是板书无法带给学生的。但是单一的多媒体教学，如果老师只是对着多媒体读，那也同样失去了多媒体教学的优势，最好的办法是将板书式和多媒体式教学两者结合起来，在传统的板书教学基础上适当的增加一些关于电磁场与电磁波的形象动画，可能会达到更好的效果[3]。另外，可以在课堂上穿插一些商业软件的应用教学，如HFSS、ADS、FEKO等，让学生更加直观的了解工程电磁场的分析与应用，可以为学生在后期的课程设计以及毕业设计指定导向，也可以为将来从事电磁场微波技术以及天线设计掌握必备的技术手段。图1、2分别给出了采用HFSS以及ADS设计阵列天线以及Wilkinson功分器的界面。

3 实验内容

我校目前“电磁场与电磁波”实验教学在硬件和软件教学方面还有待提高，为了更好的使学生将课本知识与实践结合，不能只停留在MATLAB以及其它软件上进行仿真实验，还需要增加学生的动手能力，比如开展天线的实际研发、滤波器的设计等，通过设计制作这些器件，让学生在制作的过程中发现问题，并且了解一些常用器件的使用方法，如矢量网络分析仪的使用[4]。因此我们将在课程设计中设计一些题目，在学生完成建模仿真后，联系一些厂家或则研究所，由学生自己去制作实物天线并独立完成天线的测试，最终完成天线的设计与制作，如图3所示。

图1 HFSS商业软件设计界面

图2 ADS商业软件设计界面

4 结束语

“电磁场与电磁波”是通信工程专业非常重要的一门理论基础课，本文针对我校目前该理论课教学存在的问题，在教（下转第209页）图3 4G通信频段的笔记本天线

学内容、教学方法和实验内容三个方面做了研究，提出结合多媒体教学、商业软件教学以及实践操作等方法，不仅可以激发学生的学习兴趣，提高教学效果，而且还可以为学生下面的课程设计和毕业设计提供导向，为下一步深入学习“微波技术”以及“天线工程”等课程打下坚实的基础。

【参考文献】

[1]叶宇煌.“电磁场与微波技术”课程设置初探[J].高等理科教育，2003（1）：124-125.

电磁波课程论文例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.

电磁波课程论文例4

作者简介：黄麟舒（1975-），女，湖南常德人，海军工程大学电子工程学院，讲师；柳超（1963-），男，湖南岳阳人，海军工程大学电子工程学院，教授。（湖北 武汉 430033）

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）23-0068-02

一、“电磁场与电磁波”课程和类比教学简介

“电磁场与电磁波”课程历来是一门疑难课程。尤其是在教学改革后，这主要有三个方面的原因：课程理论性强，公式繁杂，理论抽象；实验设备不配套，实验设备投入大，院校缺乏开设电磁场与电磁波实验的条件，理论与实践脱节；随着近几年的教学改革，此类课程的课时被大幅压缩，有的学时分配减少约三分之一，教学自由度受到很大限制。该课程被学生视为天书，被列为大学阶段难学的课程前列。为激发学员的学习兴趣，改善“老师讲得津津有味，学生听得昏昏欲睡”的局面，急需对这门课程的教学方法进行改进。经过几年的不懈努力，不断总结完善，将多种教学手段综合运用，积累了一些有利于该课程的教学方法。

类比教学是一种比较教学，对象是几种不同的教学内容，它们必须有先后，是用已学的课程知识来导入新课知识，使学生学习起来有参照，易于接受。在“电磁场与电磁波”课程中引入类比的教学策略，不但可以提高教学效率，从教学效果看，学员也相对容易接受新知识。但教师在教学中处理教学内容时，需要注意简繁有度、重点突出，调动学生的联想记忆、想象力等能力，通过类比方法掌握新知识点。

二、类比教学方法的实施

“电磁场与电磁波”课程的类比教学方法有几种实施策略。有的是课程、领域之间的横向类比，例如与“大学物理”相关知识点的类比，“电磁场”和“流体力场”、“电磁波”和“机械横波”的比较。有的则是纵向类比，譬如该课程本身的静电场和静磁场、静电场和恒定电流场等的对比。在如下几个方面对“电磁场与电磁波”课程教学进行类比探讨，目的是探索适合该课程的行之有效的教学方法，以提升学生的学习兴趣和效率，培养学生的创新能力。

1.课程之间的类比。

即“电磁场与电磁波”和“大学物理”的类比。

首先需明确“电磁场与电磁波”并非“大学物理”的简单重复。高等院校的“大学物理”课程一般安排在大学一年级下学期，而“电磁场与电磁波”课程一般安排在大学三年级上学期或下学期，它们之间有先后且有衔接。因此，“电磁场与电磁波”不仅包含“大学物理”中的静电场、恒定磁场、电磁感应、时变电磁场的麦克斯韦方程等内容，还包括磁介质及磁化、边值问题及其解法、正弦电磁场、场的复数和瞬时值表示、标量位函数和矢量位函数、波动方程及其解、平面波的传播规律、电磁辐射等内容，是后续课程“微波技术”、“天线与电波传播”的基础课。而且，在大学物理中学过的浅显的电磁学往往是一些特例，而“电磁场与电磁波”深入介绍了电磁场与电磁波的一般性的基本特性及规律，学生需要学习的是更多一般性的规律，而且内容侧重时变电磁场和波的规律研究。因此，“电磁场与电磁波”既与大学物理有衔接又有区别，教学中如果借助类比的教学方法，从“大学物理”过渡到“电磁场与电磁波”的知识点，既可以节省授课时间，又能为学员所接受。

举一个证明方法的例子。“大学物理”中麦克斯韦方程组是以积分形式给出的，而“电磁场与电磁波”中以积分和微分形式给出，学生在理解时微分形式比积分要难，所以比较好的方式是采用类比方法讲述微分形式。譬如，在讲解麦克斯韦方程第一方程时，即传导电流和变化的电场均产生磁场的推广的安培环路定理时，先写出已学“大学物理”中的积分形式：

让学生推导微分形式，要提醒学生推导中要用到前面所学数学知识旋度定理，实际教学中大部分学生都能从如下所示步骤推出微分形式：

s是以L为边界的任意曲面，故有：。

由于能够推导出微分形式，学生由被动抄写变为主动推导，加入了主观思考，调动了积极性，使得其踊跃去推导另外三个方程，比如利用散度定理由磁通连续性原理的积分形式推导出微分形式，自己总结得到磁场是无散场的推论。学生在探究过程中水到渠成地掌握了麦克斯韦方程的两个重要定理的微分和积分形式。故激发了学生探究的兴趣，也活跃了课堂气氛。可见，类比教学可激发学生学习兴趣，提高课堂授课质量。

2.课程自身知识点的纵向类比

在时变电磁场中，电和磁是紧密联系的两种现象。虽然某些电现象和磁现象在本质上相异，但宏观现象上有很好的相似性，启发我们在教学方法上注意到这种研究方法的相似性。在各章节讲授完成进行章节小结时，譬如在小结恒定磁场时，先与学生一道回顾静电场是由电荷量不随时间变化的静止电荷产生的电场。而恒定磁场是恒定电流在周围空间产生的对于运动电荷有力的作用的一种场。在讲授内容上，这两种场有很相似的现象，对应着很相似的知识点。例如：电介质的极化现象与磁介质的磁化现象，电场的场量、位函数等等，详细对比见表1。在掌握了电现象的基础上，利用电磁对偶关系，理解磁现象的相关知识就容易些，而且更加深了对其本质的理解。

在前面讲授静电场时，首先给出电场强度的定义，讨论真空中的静电场，然后讨论介质中的静电场，在不同介质的交界面上，静电场会发生变化，讨论场量的边界条件，最后介绍电容，讨论静电场的能量与力的计算方法。在讲授恒定磁场时，如同讨论静电场一样，先讨论真空中的恒定磁场，然后再讨论磁介质在恒定磁场作用下发生的磁化现象，然后再分析介质中的恒定磁场，接下来讨论恒定磁场方程及其边界条件，电感、磁场能量和磁场力的计算。为了清晰地表现这种宏观的对称性，文献[3]给出了几种电场和磁场的典型的对偶关系应用，见表2。利用该表进行课程小结，既缩短了知识传授与接受的过程，又有助于对知识融会贯通，便于记忆。

更进一步，引入磁荷和磁流后，对于时谐场，可以推导出只有电流源和只有磁流源的麦克斯韦方程，可以看到两个方程组的数学形式完全相同。对偶形式可见下表3。

则可由另一个方程组得到另一个方程组。如果按照上述各量的互换关系，可由一类问题的边界条件得到另一类问题的边界条件（如只存在磁流源的边界条件），那么由一类问题的解经上述各量互换后即可得到另一类问题的解，这就是所谓的二重性或对称性。概括地说，如果描述两种不同物理现象的方程具有相同的数学形式，则它们的解也将具有相同的数学形式，这样的事实称为二重性或对偶性。利用二重性原理，可由电流源激发的电磁场的一般解法及其结果，直接导出磁流源激发的电磁场的一般解法。

另外，恒定电场与静电场在一定条件下机理类似，故也可以用类比方法进行教学。首先交代恒定电流场的产生是：将一块导体与电源的两个极板相连，由于两个极板之间始终存在一定的电位差，在导体中形成电场，迫使自由电子维持连续不断的定向运动，从而形成电流，或者说，若电源的电压与时间无关，导体中的电流强度是恒定的，导体中的电场也是恒定的。

无外源区中均匀导电介质内部的恒定电流场方程和无源区中的均匀介质内部的静电场方程分别归纳如表4所示。从表中容易看出，在不包括电源局外场的导电媒质中恒流电场的基本方程与无电荷分布区域内静电场的基本方程有相似的形式。

由表可见，两种场非常相似。恒定电场和静电场一样，也与时间无关。由于两个场的电位函数均满足拉普拉斯方程，所以如果两个场用电位表示的边界条件相同时，则两个场的解必然相同。因此对于某一恒流电场的边值问题，如果对应的静电场边值问题是已经有解的，则恒流电场的解便可以直接写出，只需将ε换成σ、q换成I、换成等相对应的物理量就可以了，而不需要重新计算。这种方法称为静电比拟法。为了培养学生的创新思维可进一步引导学生思考：在什么条件下二者可比拟？如何形成这种条件。由此引出实验室研究静电场时常用的一种方法，即静电比拟法，用恒流电场模拟静电场，而实验室在恒流电场中进行测量比在静电场中容易得多。所以利用类比的方法能启发学生步步深入。

还有电磁波与机械波都是横波，都具有横波的特性等方面的类比，水波的传播与电磁波能的传播的类比，电磁场与流体力场的类比等等，也可以采用类比的教学策略进行更加形象、直观的传授，启发创造性思维。

三、结束语

提高教学质量和实效始终是高等院校的工作重点。如何为学生创造一个宽松、活泼的课堂学习氛围？如何引导学生自发学习，超越自我？如何为学生打下宽厚的知识基础，以便能够为其将来的某一领域的研究打下基础？这些都需要教育工作者在实践中进行深入研究。实践教学结果表明，类比教学方法运用于“电磁场与电磁波”课程中，有利于提升学生的学习积极性和能动性，教学效果得到提升。

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，2010.：122-143.

[2]梁昌洪.关于电磁理论的若干思考[J].电气电子教学学报，2004，26（1）：1-8.

[3]葛文萍，贾振红，山拜·达拉拜.探索解决电磁场理论难教难学的方法[J].理工高教研究，2007，26（5）.

电磁波课程论文例5

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）36-0182-02

“电磁场与微波实验”课程是本科通信专业学生重要的基础实验课程之一，电磁场理论数学公式繁多，概念抽象，电磁波看不到、摸不着，学生难以理解。在过去的理论教学实践中，单靠课堂讲解，很容易使学生失去学习兴趣，而且，不利于培养学生的自主学习能力和动手能力，因此其实验课程显得尤为重要。为适应这一教学需要，我们开设了涉及电磁波空间波长测量、极化和二次辐射等内容的实验课程，以电磁学基本定律为切入点，用场方程来描述场分布，重点反映空间交变场的一些最基本特性，加深学生对理论知识的理解，以实验反哺理论教学，培养通信专业学生具备从事天线、微波电路的设计、开发、调试和工程应用基本能力，培养学生的创新思维和探究意识，实现“让学生用实验的手段和方法研究电磁规律”这个总体目标。

一、改进实验教学方式

由于电磁场与微波类课程理论性强，要求学生具有较强的抽象思维能力，学生反映学习枯燥，因此，实验课程的开设难度较大。如何将看不见、摸不着的电磁场用形象生动的方式展现在学生的面前，让学生更好地掌握微波的基本知识和测量方法，是本门实验课程面临的最大挑战。经过多年教学实践，我们总结出两种生动、直观的教学方法，能充分调动学生的实验学习热情。

1.多媒体动画演示

教师提前准备好关于电磁场与微波理论相关知识的一些多媒体动画（视频或FLASH等），在开始实验前，给学生播放诸如电磁波的传播、驻波的形成、极化特性等动画（视频），直观反映电磁波的特点，将枯燥的电磁波理论变得生动，既能吸引注意力，又有助于学生对抽象基本概念的理解。

2.借助Matlab、HFSS等仿真软件

Matlab具备强大的计算、图像处理功能，在电磁场与微波实验的教学过程中，能发挥重要辅助作用。在做每个实验项目验前，可布置学生提前查找（或由教师直接给出）Matlab的代码，将软件仿真和硬件设备测试结合起来，既能软、硬件互补，深入理解实验原理，又能解决微波设备价格昂贵，台套数不足的难题。Ansoft Designer，Microwave，HFSS等电磁仿真软件，能从不同的角度模拟天线等电磁元器件的特性参数、场分布，为教、学都提供了有力的软件支撑。在仿真实验中，借助软件可再现电磁波的动态特性，包括：行波、驻波的三维动态模拟，波导中电磁波的传播和分布特性，偶极子天线的方向图分布等，通过仿真实验，使学生形象逼真地了解电磁波的空间分布和传播特性，达到硬件实验装置无法实现的目的。

目前，我院将微波分光仪、电磁场参数测量系统、射频参数测量系统三套硬件分别结合不同的软件，进行教学，学生对于电磁基本概念、传播特性、场分布等内容，变得不再抽象，由畏难变得充满兴趣，积极性得到很大提高，能积极思考、提问，并能利用课后时间对思考题进行软件测试，学生对此类课程的学习态度发生了极大转变。

二、改革实验项目及内容

“电磁场与微波实验”课程是学生理解电磁场与微波天线技术理论的重要途径，能有效弥补理论课堂讲授的不足，有助于澄清理论课程学习中的模糊认识认识，能形象、生动的丰富场类课程的内容。实验项目的改革将实现由单纯验证型向设计研究型转变，建立较完善的场类实验教学新体系，逐步增加综合型和创新型实验的比例，增设一些学生感兴趣并富有挑战性的实验内容。将电磁仿真技术应用于场类实验的教学中，将抽象的场问题形象化，能激发学生的学习兴趣，使学生成为实验教学的主体，做到“实践检验理论，理论指导实践，实验课程与理论课程相辅相成”。

1.对于验证性实验，在完成硬件实验的同时，增加软件仿真手段。通过硬件基础实验，学生可观察测量到电磁波波长、频率、波腹、波节、反射、衍射、偏振、极化等电磁现象，深入体会迈克尔逊干涉、布拉格衍射等电磁特性，能加深对电磁波空间传播特性的认识和理解。与此同时，由于电磁波看不见，摸不着，传播过程只能靠想象，引入Matlab软件仿真手段，将使电磁现象鲜活的呈现出来，一目了然。学生可以从程序代码和仿真结果图两方面与硬件实验结果做对比，并对结果进行各种函数后处理，得到所需的结果。例如电磁波的极化实验，硬件设备只能靠微安表感知是椭圆极化还是圆极化，引入Matlab程序，可直观的看到电磁波传播的过程、椭圆极化和圆极化的方向图，与冷冰冰的仪器数据相比，Matlab的图形具有更大的亲和力。

2.对设计研究性实验，采取分小组、分功能模块和电磁仿真软件（Ansoft Designer、HFSS等）总体设计相结合的教学方法。结合学时，将每批同学分为若干课题小组，每个小组3-4人，由每位小组成员分工完成各个软、硬件模块设计，进而组合成整体，完成整个大综合实验。例如做射频图像传输实验时，1人做射频前端发射机软件部分，1人做后端接收机软件部分，另外2人合力完成硬件部分实验，最终4人共同提交完整的实验报告。实验过程中，学生通过搜集资料，小组成员讨论，与教师讨论完成课题期间，软件参数、硬件传输等诸多问题需要不断调试，才能得到预期的目的。无论实验结果如何，这都能极大的锻炼学生发现、分析、解决问题的能力和团队合作能力。

传统“电磁场与微波实验”所开设的实验项目为7个硬件单元验证性实验项目，1个设计研究性实验项目。我们改革的做法是每个验证性实验项目配以电磁仿真软件程序，并在有限学时下减少2-3个单元性实验项目，增加1-2个综合性实验，减少实验个数，增加实验难度、深度和实用性，例如减少电磁波反射衍射、定向耦合器、振荡器设计等实验项目，增加发射机、接收机和天线设计等软、硬件设计，合并两次课时为一次（4个学时），以课题小组的形式各自分别完成一个大综合实验，从硬件和软件角度设计、完成实验，加大了实验难度，提升实验教学质量。

三、实验成绩考核要全面

实验课成绩着重考核学生对实验原理、内容的理解程度，考查学生的动手能力和分析解决问题的能力。因此，成绩评定应看重学生的实验态度、软硬件能力、实验数据、误差等几个方面，总体上呈现出两头小、中间大的正态分布趋势。

1.预习情况

引入“仿真实验”的教学方式，有效弥补了课内学时不足，将学生预习情况按比例记入总成绩，提前给学生布置下一次实验的任务，鼓励学生利用课余时间钻研，预习实验原理，建立好仿真软件的模型，预料在实验室里可能会出现的问题，明确需要验证、观测的现象、参数，明确实验目的。

2.实验过程

教师指导实验教学按互动研讨的方式实施，鼓励学生勤思考，多提问，分析在软件设计和硬件调试测量过程中出现的问题，记录自己的心得体会，重点考察学生分析问题和解决问题的能力。教师根据学生的分析问题的能力和动手解决能力评定成绩，一是考核学生对一些常用仪器设备（示波器、选频放大器等）的熟练使用程度，二是实验数据的准确度，按一定比例记入总成绩。

3.实验报告

实验报告应占总评成绩的50%以上，是学生对实验过程的全面总结，尤其是实验数据的准确记录和思考题的认真程度，反映出了学生做该次实验的体会和质量，所以要求学生不只是完成作业，还需把实验报告当作一次科技论文写作训练，力求数据严谨，概念准确，分析合理，文字简明流畅，这对于培养学生具有严谨的科学作风，良好的职业习惯，扎实的科技论文写作技能方面，都有良好的效果。

4.教学相长

在实验过程前、后，鼓励学生勤思考，多提问，鼓励学生对课程内容和教师授课提出有创新性、建设性的意见，适当记入总评成绩。

四、建立开放实验室

实验课学时不足，这是各高校实验教学面临的一个共同的难题。由于微波设备台套数的限制，学生分组完成“电磁场与微波实验”课程中的综合性、设计性实验时，往往感觉“一次实验2个学时”时间不够，如发射机、接收机实验，需要首先完成HFSS软件设计，再进行硬件的测试。显然，2个学时的时间不够，因此实验室采取开放的方式，方便学生根据自己的时间自由进入实验室。教师在制定教学方案时，可设置2-3个综合性、设计性实验项目为学生自主实验，学生实验前先查阅资料，设计好方案， 按2-4人为一个课题组，经指导教师审查实验方案、可行性后，在实验室开放的数周时间内，自由安排时间进入到开放实验室进行硬件设计、软件编程、系统调试和撰写报告等。

开放实验室使“电磁场与微波实验”课程弹性空间增大，让学生由“被动学习”转向“主动学习”。由于学生可自主安排实验内容，自由选择实验时间，使学生有充分的时间和自由度安排实验内容，极大的调动了学生的学习热情。实践证明，推行实验室开放制度以来，综合性、设计性实验项目比在规定时间内完成的质量高、效果好，学生普遍感觉收获很大，甚至有许多同学将历年的电子设计大赛题目拿到开放实验室里来做，极大锻炼了学生的动手能力，取得很好的收效。

“电磁场与微波实验”课程教学改革旨在解决电磁场理论教学中抽象与具体的矛盾，在熟悉电磁仿真软件的基础上，锻炼学生工程应用中的硬件动手能力。实验课堂有效补充了理论课的动手环节，融知识学习与能力发挥为一体，充分激发了学生的学习热情和兴趣，促进了学生自主分析和解决问题的能力，培养出了大批既懂场理论，有熟悉现代电磁设备的高层次人才。目前正值4G通信大发展的契机，我们在实验教学过程中，应密切围绕课程知识重点，切实提升实验教学质量，为培养学生动手解决实际问题和独立工作能力奠定坚实的实践基础。

参考文献：

[1]杨军，等.面向创新实践的“计算机系统结构”教学改革探索[J].计算机教育，2009，（8）.

[2]凌丹，王蔷.电磁场与微波实验教学的改革[J].实验技术与管理，2010，（9）.

电磁波课程论文例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：

电磁波课程论文例7

在十二届全国人大四次会议的记者会上，教育部部长袁贵仁在围绕“教育改革和发展”的谈话中指出，中国高等教育供给侧结构性改革的主要矛盾是培养理论性、学术性人才的学校多，而培养技术、技能型人才的学校少。他在提出的高校创新创业教育的六件事中明确提到了提升教师创新创业教育教学能力。从工科“电磁场与电磁波”课程的特点看，由于其数学要求高、理论性强，一直是一门公认的难教难学难考的课程。考虑到该课程作为专业基础课有着很强的应用背景，有着充足及广泛的素材和实例，引入教学的可行性极强，从而能为培养高素质和高质量的应用型人才搭建一个可靠的平台。目前各高校对该课程的教学改革进行得如火如荼，包括教学方法、教学内容、考试方式等方面，但无论什么办法，核心的一点就是如何提高学生的学习兴趣和积极性。笔者认为最重要的是通过认识和专业课的联系及广泛的工程和实际应用例子，使学生真正体会该课程的重要性而自觉投入到学习中。此课程改革也和中国高等教育和本校的转型完全一致。要把各种应用例子充实到“电磁场与电磁波”教学的各个环节，不断地强化学生对此的认识。本文就这一思路和实施重点加以阐述。

一、绪论的精心准备

每门课的第一堂课尤为重要，学生听课的效率很高。十分有必要精心准备好补充的绪论部分，把本课程的地位作用、特点、应用等加以讲述。要根据不同专业预先了解已上了那些课程，后续有那些专业课，有针对性地设计例子来体现本课程的作用和地位。如从日常生活中的遥控器到微波炉，从实验中的示波器到电子显微镜，从工程中的发电机到磁悬浮，从医学上的X透射到核磁共振，从通讯领域的手机、局域网到导航系统，从军事上的雷达到隐身飞机等等[1]。这些例子无不都深刻地反映了电磁场和电磁波在不同领域极其广泛的应用，从而来吸引学生对本课程的学习兴趣和积极性，起到一个良好的开端作用。

二、课堂教学环节的深度融入

课堂教学是最核心的环节，除了要使学生掌握“电磁场与电磁波”基本概念和基础知识外，更重要的就要在整个授课过程中贯穿各种应用实例，真正让学生认识到学习本课程的广泛的应用价值。以前可能是学时有限，一般最多是绪论或每一章提到一些具体应用，这远远不够。要在合适的章节甚至具体特点和性质上都要引入合适的应用实例，从而真正达到我们提倡的创新教学目的。

2.1静态场

在讲静电场时，可举静电放电、静电感应、静电屏蔽、静电力的应用等等。如带电体为球形时表面均匀带电，但如在尖锐处就会有大量电荷积累而形成很强的电场，像高压线附近形成的电晕就是一种放电现象。当平板电容器的极板面积和间距一定时，改变其间的填充介质，电容量即发生变化，这就形成所谓的电容式传感器。静电屏蔽是封闭的导体腔可以阻断外界静电场的影响，例如高电压实验室及微波暗室通常应具备接地良好的金属网状屏蔽墙，以阻断内外静电场的相互影响。像某些电路板及敏感电子器件应放入导电袋中。其实对时变电磁场也可起到同样的作用。再如讲到电容器时，可举每人用的手机的电容式触摸屏，它原理上通过与工作面形成的耦合电容来吸走一点交流电来定位坐标等。

恒定磁场的应用非常普遍，如发电机、电动机、电磁铁、示波器、磁屏蔽技术、电子显微镜、回旋加速器、磁悬浮技术等等。在讲到用基本理论求解螺旋管的磁场时，其产生的均匀磁场就可用于质谱仪、磁控管、回旋加速器、显像管及控制电子束的扫描等。类似电场，当线圈的匝数和尺寸不变时，变更线圈中的填充物可改变线圈的电感，就是电感传感器的基本原理。磁悬浮技术是利用磁场力抵消重力的影响从而使物体悬浮。如采用德国技术在我国上海浦东长度为30公里，时速达430km/h的磁悬浮列车。首条国产磁悬浮明年上半年将在长沙投入运营。

在讲到基本方法叠加原理和镜像法时，就可举雷云静电场对地面的影响及输电线路周围的工频磁场分布计算[2]。这都是很好的镜像法并具体利用叠加原理计算的例子，从而来引起学生的注意对上述两方法的认识和理解。对于不能用解析解处理的复杂问题，就可介绍利用类似MATLAB计算语言来进行计算和处理[3]。

对于求解静电场和静磁场都满足的拉普拉斯方程时，除认识能处理电（磁）场的计算外，由于其它领域也有一样的方程形式，也可适用于恒定流场、恒定温度场。比如说水电比拟就是在同样边界条件下，可利用两者的相似性先做出其中一个参量测定推出另一个参量的具体数据。实际应用中由于测量电位较方便且精确，就可以通过此方法来计算出流场的速度分布。这在某些湖泊（如杭州西湖）的环境治理研究中有具体例子说明[4]。

2.2时变场

时变场中首先学的就是电磁感应定律，它的应用极其广泛。如当一根导电棒在磁场中旋转切割磁场线时，导电棒的两端之间产生电动势，就是单极直流发电机的工作原理。反之就构成单极马达。家用的电度表、电磁灶也都以此为原理。还可以根据导体中感应产生的涡流变化来检测导体中存在的缺陷等。

电磁波的传播例子不胜枚举，从收音机到有线电视、从雷达到微波通讯、从有线电视到卫星导航系统、从无线局域网到蓝牙技术，无不利用电磁波作为载体。在讲理想介质中传播的电磁波时，认识到电磁波的频率相同时，在介质中的波长比真空中的要短，这种现象称为缩波效应。利用此效应在制造微带电路和微带天线中起到关键的作用，尺寸小、重量轻对于航天及军用设备尤为重要。当电磁波在有耗介质中传播时，电磁能量将会损失。这种吸波效应现象就可以利用制造吸波材料用于隐形飞机或隐形军舰等。测量天线的微波暗室也采用吸波材料制成墙壁、顶面和地面，以消除电磁波的反射[1]。

电磁波的传播特性中的极化规律在工程实际应用中也得处处考虑，圆极化波雷达也称为全天候雷达，在穿过雨区时不会受到强烈吸收，飞机与地面的通信往往需要采用圆极化天线。极化匹配对于无线通信链路是达到最佳状态的一个指标。光波是一种电磁波，虽然光波的极化方向随机，采用一些方法可以获得极化特性即偏振特性，如目前流行的3D电影就是利用偏振光产生的效果。

电磁波的另一个重要量是频率，不同频率的电磁波传输过程中有其自身的特点，所以我们知道有很多中传输的方式和方法。有双导线、同轴线、微带、金属波导和光纤等，可以根据和介质的相互作用及辐射等特点来认识和理解各自的性质和作用。

讲到电磁波的辐射，就可从天线引入。从常见的金属拉杆天线、收音机的磁棒天线到日常离不开的基站天线、电视塔天线等等来体现。尽可能避免烦琐的理论推导，主要通过基本的结论来分析辐射和那些参量相关，并举例说明。如拉杆天线、收音机螺旋管天线接收时的方向性问题；太阳在清晨特别呈现鲜红色而天空又为什么是蔚蓝色的。随着现代高速电路技术飞速发展，电路设计中遇到的高频问题越来越多，带来研究电磁辐射的电磁兼容与电磁干扰等诸多问题[5][6]。

三、研究性学习的小论文

课堂上教学的时间毕竟有限，实施自主和研究性学习是大家普遍公认的好方法。“电磁场与电磁波”在各领域的广泛应用使得可选的课题面广量大，现在网络的普及也使实施具备良好的可操作性，学生可根据各自的兴趣来选择课题内容。

当然有取得良好的效果，关键是要组织实施好。重点抓好以下几个步骤：如研究性学习的初步介绍、研究课题的选择、课题研究和撰写和评价。毕竟学生对研究性学习的方法和手段并不很熟悉，所以需要花点时间进行引导。可编写学习手册放至课程的教学网站。特别可重点推荐一些信息资源，如生活中的电磁理论，磁化水、微波加热、条形码技术、雷电、电磁波公害等；军事领域方面的雷达、隐身技术、激光武器等；高新技术方面的液晶技术、光纤通讯、纳米材料等。当然要使此环节起到良好的效果，必须给学生一定的压力，一是在课程的总分中占部分比例，二是要安排时间随机抽取部分学生进行交流，大家进行一起交流学习，并通过老师的点评让学生认识到还有那些地方存在缺陷和不足，起到举一反三的作用。

四、实用应用软件的体现

适合研究“电磁场与电磁波”的应用软件有不少，根据实际情况本课程中重点突出MATLAB语言和HFSS仿真软件[3][7][8]，穿插在适当的课程教学中。MATLAB是学生开设的课程，而且在“电磁场与电磁波”中有广泛的应用。无论是从静态场到时变场，从平面波的传播到波导中的电磁场分布，从电磁波的反射折射到电流元的辐射规律，都可很好地用MATLAB进行计算或仿真。这样一方面丰富了课堂教学的多样性和可视化，也使学生认识了MATLAB在处理各类问题的具体应用。HFSS是一款三维电磁场仿真软件，是当今流行的微波无源器件和天线的设计与仿真工具。天线部分在整个“电磁场与电磁波”中虽只占很少的课时，但用该软件可展示一下各类天线的仿真图，让学生尽早了解到HFSS的应用，也为今后毕业论文选择相关内容作一定的铺垫和今后的独立工作储备知识。

参 考 文 献

[1]杨儒贵，刘云林.电磁场与波简明教程[M].北京：科学出版社，2006

[2]李学文，孙可平，于格非.雷云静电场的模型化研究[J].军械工程学院学报，2006：18（增刊）：1-4

[3]施梨.MATLAB工程仿真与应用30例[M].北京：电子工业出版社，2015

[4]夏新华，曹飞凤，楼章华.引水工程前后西湖流畅的数值模拟研究[J].上海：上海环境科学，2008：27（3），99-103

[5]唐利军.浅析电子设备的电磁兼容性设计[J].信息通信，2015：8（152），267

电磁波课程论文例8

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、时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：

电磁波课程论文例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.

电磁波课程论文例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）.