時間：2023-05-16 15:31:25
序論：在您撰寫電磁波的實際應用時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
關鍵詞：電磁場與電磁波；電磁特性；均勻平面波
作者簡介：張清河（1969-），男，湖北當陽人，三峽大學理學院，副教授。
基金項目：本文系國家自然科學基金（項目編號：61179025）、三峽大學教學研究項目共同資助的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）14-0071-02
鑒于“電磁場與電磁波”在電子與通信技術領域的重要性，各國高校的電子與信息技術類專業(yè)一直將其作為一門必修的基礎課程。[1-3]對于電子與信息技術類大學本科專業(yè)學生而言，“電磁場與電磁波”無疑是理論性最強、邏輯性最嚴密、數(shù)學工具應用最多、概念最抽象、涉及應用領域最廣的課程之一。學好這門課，對培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W思想、科學分析問題的能力、復雜抽象的邏輯思維能力、勇于開拓的創(chuàng)新精神等將起著十分重要的作用。筆者在三峽大學（以下簡稱“我?！保╇娮有畔⒖茖W與技術、光信息科學與技術兩個本科專業(yè)講授“電磁場與電磁波”課程多年，根據(jù)該課程的特點和知識體系，結合學生實際，采用多樣化教學方法、新穎獨特的教學內容，強化理論與實際應用相結合，激發(fā)了學生的學習興趣，有效地改善了教學效果。
一、教材內容靈活處理
我校選用文獻[4]作為電磁場與電磁波課程教材，它同時也是國內多所高校選用的教材。在多年講授的基礎上，對教材中的一些內容進行了靈活處理，取得了良好的效果。
在“媒質的電磁特性”一節(jié)中，教材直接給出了介質表面極化電荷面密度、磁化電流面密度的表達式，沒有具體的推導過程，學生理解不了。事實上，這一結論的前提應該是自由空間中單一均勻介質表面，而教材中沒有明確這一前提。在講授這一部分內容時，先推導出任意兩種不同均勻介質形成的交界面上極化電荷、磁化電流面密度，然后再退化到自由空間中單一均勻介質表面，下面僅以極化電荷為例。如圖1，由于兩者介質的極化強度不同，極化遷出與遷入的電荷不相等，導致在交界面的薄層內存在極化面電荷分布。
二、注重課程在新技術領域中的應用
在教學過程中，在闡述基本理論和基本概念的同時，積極引導學生去尋找電磁場與電磁波的應用，特別是在若干新技術領域中的應用，讓學生了解電磁場與電磁波在科學技術進步中的作用，極大地激發(fā)了學生的學習興趣，收到了良好的教學效果。
在講授“均勻平面波在各向異性媒質中的傳播”一節(jié)時，重點放在均勻平面波在磁化等離子體中的傳播。首先介紹了電離層依據(jù)電子濃度的不同，具有層狀結構的分布特點，如D層、E層、F層等，在地磁場的作用下，電離層具有兩個特性角頻率，即電子的回旋角頻率和等離子體臨界頻率。并指出電磁波在電離層中的傳播特性與這兩個頻率緊密相關。當電磁波頻率接近電子的回旋角頻率時，將發(fā)生磁共振現(xiàn)象，導致電磁波能量損耗極大，電離層對電磁波的吸收最大，這是短波通信應該盡量回避使用的頻率。為了實現(xiàn)衛(wèi)星通信，電磁波頻率必須高于等離子體臨界頻率，否則信號將不能穿過電離層。另一方面，頻率小于臨界頻率的電磁波不能穿透電離層而被反射，利用電離層對電磁波的反射原理，可以實現(xiàn)短波遠距離的通信和遠距離目標的探測，這正是天波雷達的基本原理。在講述“天線陣”一節(jié)時，結合現(xiàn)代軍事尖端武器裝備，講解了相控陣雷達及相控陣天線的概念，并簡要介紹了其工作原理，即通過控制相鄰天線之間的相位差，就能夠改變天線陣波束最大值的指向，實現(xiàn)主波束在全空間的掃描。講解電磁波在導電介質中的傳播時，結合海水的導電特性，向學生解釋了為什么對潛通信要用長波通信。在講解電磁波的極化概念時，引導學生分析為什么收音機和電視的天線架設不同，并簡要介紹了電磁波的極化在微波遙感、光學工程、分析化學等應用領域中的廣泛應用。通過理論知識與實際應用相結合，學生對這些問題有了較深的認識，開闊了視野，對本課程的學習興趣也越來越濃厚。
三、結語
“電磁場與電磁波”課程難學難教，而掌握本課程的理論基礎知識，對電子信息類專業(yè)的學生來說又非常重要。我們在教學過程中進行了一些有益的探索，通過對教材內容的靈活處理、大量穿插理論知識在高新技術領域中的應用實例等，激發(fā)了學生對該課程的學習興趣，取得了良好的教學效果。
參考文獻：
[1]Jin Au Kong.電磁波理論[M].吳季，等，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2003.
[2]柯亨玉.電磁場理論[M].北京：人民郵電出版社，2004.
一、工程實例教學實踐
《電磁場與電磁波》是電子信息類專業(yè)的主干基礎課程，涉及大量的場論和矢量分析方面的數(shù)學知識，覆蓋內容較廣，且有一定的深度。相對于應用型課程，該課程的理論分析內容較多，課程理解需要學生花費較大的精力和時間，且需要能夠靜下心來思考電磁場問題，因此，對于工科學生來說普遍較難理解。然而，該課程講授的知識、理論和方法，在實際工程中具有一定的普適性，更容易與工程實例結合。以靜態(tài)場為例，靜態(tài)場是不隨時間變化的場，是時變場的特例，在靜態(tài)場部分的教學中主要做電容和互感的測量實驗，多導體的部分電容和互感是靜態(tài)場中非常重要的兩個概念。要求學生在掌握部分電容和互感的特性及測量原理的基礎上，應用測試具體參數(shù)，對比測試結果與理論計算結果是否相吻合。再如麥克斯韋方程組，看似只是一組毫無新意、索然無味的方程，多數(shù)同學接觸到它都有一定的畏難情緒。但如果將“電磁隱形衣”“左手電磁材料”“磁懸浮”“無線電力傳輸”等實際應用有機結合到課程教學中，課堂氛圍異?；钴S，學生的學習熱情大大提高，對實際工程實例的思考更加深入徹底，甚至有學生在此基礎上開始研究電磁理論新的應用。
二、課堂教學與課外科技活動結合
除課堂教學外，根據(jù)實際課堂教學內容，定期給學生布置與實際應用相關的作業(yè)，可以是科技小論文、工程實例中簡單問題的解決方案、學生分組內部科技小競賽等，復雜的形式可以是參加校外知名企業(yè)的有獎科技競賽、區(qū)域性科技創(chuàng)新能力大賽等。此外，通過講解電磁場在實際工程中運用的一些案例，以及讓學生由淺入深地了解到電磁應用的廣闊性，避免了學生學習的盲目性，避免在學生中形成學習電磁場無用論的觀點。
“導學案”的精髓貴在一個“導”字，是通過引導學生，讓學生自主進行學習探究，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，進而實現(xiàn)高效課堂培養(yǎng)能力的目的。所以在設計這一節(jié)課時，我更注重引導學生，讓他們能從我所給出的指引中動腦動手，獲得知識。為此，我設計了三活動，一個測試，依次從電磁波是什么、電磁波的應用以及改變世界的信息技術三個方面來構成核心，讓學生在活動的輕松愉快的氛圍中“動有所得”，最后的小測試來加深理解、鞏固知識。
一、學習目標
1.知道光是一種電磁波。了解電磁波在信息傳播中的作用。
2.記住電磁波在真空中的傳播速度。知道波長、頻率和波速的關系并會進行簡單的計算。
3.電磁波的應用。
4.初步了解現(xiàn)代通信網(wǎng)絡。
二、重點難點分析
1.波長、頻率和波速的關系。
2.電磁波的應用。
三、課堂設計
活動（一）神奇的電磁波
做一做 事先準備好了五套實驗用具，將全班學生分成五組，指導他們做了如下實驗：打開收音機的開關，轉動選臺的旋鈕，調到一個沒有電臺的位置，并開大音量。將一節(jié)干電池的正極與一把鋼銼良好接觸，負極連一根導線，用手拿著導線的另一頭，使它在銼面上滑動，讓學生觀察現(xiàn)象并分組討論產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因。
讀一讀 在活動之后，指導學生閱讀教材，并明確如下兩個內容。
1.當導體中的電流迅速發(fā)生變化或通一高頻率的交變電流時，導體就會向四周空間發(fā)射電磁波。只有頻率很高的電流產(chǎn)生的電磁波才能傳得很遠。電磁波的國際單位是赫茲（Hz），簡稱赫，常用頻率單位還有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。其換算關系：1kHz=103Hz；1MHz=106Hz。
2.電磁波可以在真空中傳播，光也是一種電磁波。真空中電磁波的波速為c，在空氣中與真空中電磁波的波速非常接近，c=3×108m/s。相鄰兩個波峰（或波谷）的距離，叫做波長。電磁波的波速c等于波長和頻率f的乘積：c=λf。在空氣或真空中，各種頻率的電磁波的波速是相同的，所以，頻率越高的電磁波，它的波長就越短。
議一議 在獲得了如上知識后，再結合“做一做”的內容探討論如下的物理現(xiàn)象：手機放在電視機旁邊，當有電話來時，電視機的畫面會出現(xiàn)一些“雪花”，這是為什么？并且長時間用手機連續(xù)通話，會出現(xiàn)頭暈的情況，這是為什么？
活動（二）電磁波的應用
由于電磁波比較抽象，我特意做了課件，主要涉及軍事應用，如探測飛機、導彈用的雷達；民航應用，如GPS導航；天文應用，如探測遙遠星球；氣象應用，如探測臺風、雷雨等。通過課件中設計的一些小問題，引導學生對摸不到看不見的電磁波有一定的形象認識。此活動的另一個主要目的就是激發(fā)學生的學習興趣。
活動（三）改變世界的信息技術
引導學生閱讀如下內容，更深入了解電磁波的應用對社會產(chǎn)生的巨大影響。
1.衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉發(fā)無線電波，進行通信的。通信衛(wèi)星大多是相對地球“靜止”的同步衛(wèi)星。一般只要有三顆互成120°的同步衛(wèi)星，就覆蓋了幾乎全部地球表面，可以實現(xiàn)全球通信。衛(wèi)星通信具有傳輸距離遠、覆蓋區(qū)域大、靈活、可靠、不受地理環(huán)境條件限制等獨特優(yōu)點。全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）就是衛(wèi)星通信的實際應用。
2.光纜通信是應用光的傳播特性，把光能限制在光纖內部，用光信號取代傳統(tǒng)通信方式中的電信號，從而實現(xiàn)信息的傳遞。光纖具有傳輸容量大、傳輸距離長、高抗干擾等特性。
3.移動通信由電磁波傳遞信息，可以在信號覆蓋的任何地方使用。當前應用最為普遍的為“蜂窩系統(tǒng)”。
四、隨堂測試
1.電磁波在真空中的傳播速度是__________；電磁波的波長越長其頻率就越______________；電磁波___________（填“能”或“不能”）在空氣中傳播。
2.2012年7月28日03時12分（北京時間），倫敦奧運會開幕，媒體通過通訊衛(wèi)星用______波把奧運會的信息及時傳到世界各地。若中央電視臺第一套節(jié)目的頻率為52.5MHz（1MHz=106Hz），則中央電視臺第一套節(jié)目的波長為________m。
3.以下與電磁波應用無關的是（）
A．手機通信 B．微波爐加熱食物
C．雷達偵查 D．聽診器了解病情
4.關于電磁波和現(xiàn)代通信，下列說法正確的是（）
A.光纖通信傳輸?shù)男畔⒘亢艽?，主要用于無線電廣播
B.移動電話靠電磁波傳遞信息
C.電磁波的波長越大，頻率越高
D.電磁波的應用對人類有利無害
5.關于電磁波和現(xiàn)代通信，下列敘述不正確的是（）
A．光是一種電磁波，電磁波可以在真空中傳播
B．電磁波的頻率越高，在空氣中傳播的速度就越大
C．同步通信衛(wèi)星繞地球轉動的周期跟地球自轉的周期相同
關鍵詞：電磁場與電磁波；教學內容；教學方法
作者簡介：劉鑫（1980-），女，黑龍江佳木斯人，黑龍江科技大學電氣與信息工程學院，講師；
趙志信（1979-），男，黑龍江哈爾濱人，黑龍江科技大學電氣與信息工程學院，講師，哈爾濱工業(yè)大學電子與信息工程學院博士研究生。
基金項目：本文系黑龍江省教育廳“十二五”規(guī)劃課題“EIP-CDIO在電磁場與微波技術類課程教學中的應用”（課題編號：GBD1212069）、黑龍江省高教學會十二五規(guī)劃課題“EIP-CDIO 模式下電磁場與微波技術類課程教學改革探討”（課題編號：HGJXH C110902）、黑龍江科技大學教研項目的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）14-0073-02
“電磁場與電磁波”課程是通信工程專業(yè)的一門專業(yè)基礎課。它是在“大學物理”（電磁學）課程的基礎上進一步研究電磁場與電磁波的基本屬性、描述方法、運動規(guī)律、與物質的相互作用及其應用。“電磁場與電磁波”是“微波技術”、“移動通信”、“光纖通信”等相關課程的前續(xù)課程，可見該課程在通信工程專業(yè)課程體系中的重要性。學生在學習本門課程時普遍反映難度很大。以下針對本課程的特點，就教學內容和方法進行探討。
一、“電磁場與電磁波”課程特點
1.所需基礎知識面廣
“電磁場與電磁波”課程是以高等數(shù)學、大學物理、復變函數(shù)等課程為基礎，所涉及的內容很廣。因此要想學好這門課，必須有很好的數(shù)學和物理基礎。
2.推導多、計算難
“電磁場與電磁波”課程中所涉及的公式和推導很多且計算難度大，許多結論是由推導總結而得到的。推導中需要用到大量的矢量運算、微分方程、積分方程等，過程非常復雜。
3.課時少、內容多
由于教學大綱的重新修訂，“電磁場與電磁波”課程的學時由54學時調整為45學時，但教學內容并沒有做大的調整，主要包括靜電場、恒定電場、恒定磁場、靜態(tài)場邊值問題、時變電磁場、平面電磁波、導行電磁波等。[1]
二、教學內容和方法的研究
1.針對不同的學生講授不同的內容
筆者所在高校通信工程專業(yè)學生分為二本生和三本生，二者在教學計劃中的差別之一是三本生在“電磁場與電磁波”課程后沒有“微波技術”課程。這就要求針對二者在教學內容上有區(qū)分。導行電磁波在“微波技術”課程中會有深入的講解，因此針對二本生可以不講授這部分內容，針對三本生則需要講授。
2.理清思路，圍繞“一條線”展開電磁場理論教學
學生在學習“電磁場與電磁波”課程時感覺內容多且條理性差，在課上對于講授內容不知如何定位，不了解各個章節(jié)之間的關聯(lián)，這就導致學生思路不清晰，進而產(chǎn)生厭學情緒。針對這一情況，在上課時要給學生理清思路。
針對《電磁場與電磁波》教材，[2]說明其章節(jié)安排。教材分為數(shù)學和物理基礎部分（第1章）、電磁場部分（第2-5章）和電磁波部分（第6-8章）。電磁場根據(jù)時間變化特性可分為靜態(tài)場（第2-4章）和時變場（第5章）。靜態(tài)場包括靜電場、恒定電場和恒定磁場。電磁場部分圍繞亥姆霍茲定理展開研究，亥姆霍茲定理講述的是在空間有限區(qū)域的任一矢量場由它的散度、旋度和邊界條件唯一確定。[2]亥姆霍茲定理說明研究一個矢量場必須要研究該場的散度、旋度和邊界條件，而場的散度、旋度又構成場的基本方程。此外，研究場時還可以借助輔助量，輔助量一般為位函數(shù)和場能量。因此，電磁場理論的“一條線”可以歸納為“基本方程（散度、旋度）—邊界條件—位函數(shù)—場能量”。表1以邊莉編著的《電磁場與電磁波》教材中靜電場、恒定磁場和時變電磁場為例說明“一條線”對應的內容。由于恒定電場與靜電場有可比擬性，因此對于恒定電場可以采取與靜電場相比較的方法來教學。學生通過表1對電磁場理論部分的主要內容能夠產(chǎn)生較有條理性的認識，在上課時知道所學知識在整個電磁場知識體系中的位置，學習時不會抓不到頭緒。
3.教學中結合實際應用，培養(yǎng)學生初步的科研能力
由于電磁場與電磁波理論性強，在教學中要結合實際講解理論，例如講授電磁波在介質中透射時，解釋日常用到的微波爐工作原理。微波在穿過有耗介質（含水分子的食物）時，使水分子產(chǎn)生“共振”現(xiàn)象，水分子之間發(fā)生激烈的摩擦和碰撞，進而產(chǎn)生熱量，加熱含水的食物。在學生的學習過程中教師不斷地解答現(xiàn)實中的各類現(xiàn)象，可以促使學生激發(fā)更強的求知欲，從而使學生能夠主動地學習。
除了課堂上的教學要結合實際應用外，還應鼓勵學生課后以課程中的某一個知識點為出發(fā)點，查閱相關科研文章。例如，講到電磁波在介質中傳播特性時，結合黑龍江科技學院礦業(yè)特色，要求學生下載并閱讀文章《“電磁場理論”課程教學中兩個實例的應用》，[3]并要求學生回答手機能否應用于煤礦井上與井下的透地通信。學生通過對文章的查找、自學，對知識點做進一步的掌握，可以從中獲得成就感，同時有益于培養(yǎng)學生初步的科研能力。
4.多媒體教學與板書相結合
傳統(tǒng)的黑板板書教學的優(yōu)點是教學速度較慢，留給學生思考的時間較多，使其能跟上教學進度，學生注意力容易集中。它的缺點是耗時多，且不容易展示圖片，對動態(tài)顯示更是無能為力。多媒體教學的出現(xiàn)彌補了板書教學的缺點，例如法拉第電磁感應定律、均勻平面波極化和傳播等等通過多媒體可以動態(tài)地演示給學生，增強學生的理解能力，加深學生的印象，提高教學效果。
多媒體教學方法雖然優(yōu)點多，但不能一味使用而放棄板書。多媒體反映的信息量大，教學速度快，如果大量使用多媒體會使學生跟不上教師的節(jié)奏。一旦聽不懂，學生會厭倦學習，形成惡性循環(huán)。因此，采用多媒體與板書相結合的教學方式更適宜。對于重點內容還是使用板書比較好，過于煩瑣且只需了解的推導過程、例題題目、圖片、動態(tài)演示等采用多媒體比較適合。
5.教與練并重，認真批改作業(yè)
在“電磁場與電磁波”的教學中，有必要給學生留一些課后的作業(yè)，從而鞏固課堂上的學習。學生在課堂上聽懂教師的講解，通過課后的練習將課堂上知識的掌握情況反饋給教師，使得教師更好地掌握學生的薄弱環(huán)節(jié)，在課堂上予以重點講解。從作業(yè)情況看，部分學生學習態(tài)度不端正，抄襲他人作業(yè)，這樣會導致教師對學生掌握情況的判斷出現(xiàn)錯誤。針對這種情況，有必要在第一次作業(yè)中找出作業(yè)雷同的學生進行談話，必須在抄襲剛一出現(xiàn)時就將其遏制在萌芽狀態(tài)。筆者在教學中針對作業(yè)抄襲情況采取過上述辦法，個別抄襲情況還存在，但總體上明顯下降。
6.健全考核機制
為了加強對教學過程的監(jiān)管，采用8+2的考核機制，即總成績中期末考試占80%，平時成績占20%。平時成績包括課堂表現(xiàn)（出勤、課堂回答問題等）、作業(yè)和期中考試。平時成績的考核可以使學生提高對課程的重視程度，必要時可以采取一些壓制手段。例如課堂提問回答錯誤的學生扣1分，回答正確加1分。這樣教師可以向不認真聽課的學生提問，提醒其集中注意力。而回答問題的正確與否關系到期末成績，所以回答錯誤的學生會期望在下一次被提問時能夠回答正確而補得1分。通過這種方式可以有效地管理表現(xiàn)不理想的學生。
期末考試采取閉卷考試方式，而期中考試采取“一張紙開卷”的考試方式。所謂“一張紙開卷”是指在考試時學生可以參考自己帶的一張A4紙進行答題，考試前學生可以在紙的正反面手寫與課程相關的任何內容?！耙粡埣堥_卷”，有效地督促學生對上半學期所學知識進行歸納和總結，教師通過一張紙的書寫內容以及答題情況對學生上半學期的學習情況有所掌握，考試過后可以針對學生普遍沒有掌握好的知識點重新講解。教師針對這些內容可以反思教學方法的不足之處，以便在新一輪上課時有所改進。此外，通過期中考試教師可以在下半學期對成績不好的學生加強管理?？荚囶}目題型應該多樣化，包括是非判斷題、選擇題、填空題、計算題、證明題等題型，從多方面考核學生。
三、結束語
“電磁場與電磁波”課程理論性很強，存在著教師難教、學生難學的情況。我們在注重培養(yǎng)學生的學習興趣的基礎上，把教學內容歸納成一條主線，教學中結合實際應用，培養(yǎng)學生初步的科研能力，多方面對學生進行考核。從學生的反饋情況來看，這些做法取得了一定的成績。
參考文獻：
[1]張昕.電磁場與電磁波[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2008.
[關鍵詞] 電磁波；辣椒堿軟膏；類風濕關節(jié)炎；護理效果
[中圖分類號] R593.22 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2012）08（c）-0087-03
Observation of clinical efficacy and nursing effect on specific electromagnetic wave combined with Capsaicin Ointment in the treatment of rheumatoid arthritis
YUAN Ling
關鍵詞：矩形波導;傳輸系數(shù);反射系數(shù)
1 引言
波導是一種用來約束或引導電磁波傳輸?shù)慕Y構。盡管存在很多不同形式的波導，而且新的形式還不斷涌現(xiàn)，但到目前，在實際應用中矩形波導和圓波導仍是兩種最主要的波導形式。人工電磁材料是本世紀初物理學和電磁學的重要發(fā)現(xiàn)之一。作為人工電磁材料的一種，相對介電常數(shù)接近零的超材料（Epsilon-near- zero，ENZ超材料）具有低折射率，高相速度，近零相移等特點，這種超材料突破了傳統(tǒng)電磁場理論中的一些重要概念，可以應用于標準化技術領域，如新型電磁元器件、天線和開環(huán)諧振器等[1，2]，矩形波導在接近截止頻率時的色散特性可以用來模擬ENZ超材料的行為[3]。該結構有大量的應用前景，特別對于隱形裝置和微型天線的設計[4] 具有重要的理論參考價值和實際應用意義。
2 理論分析
圖1是寬度為a和高度為b（其中a>b）的矩形波導。根據(jù)Maxwell方程組可以得到矩形波導TEmn模式電磁波的空間傳輸表達式：
TE波場方程 （1）
表式中w為電磁波角頻率，kc為臨界波數(shù)，m表示x方向變化的半周期數(shù)，n表示y方向變化的半周期數(shù)，γ為傳播常數(shù)。
3 變形矩形波導的傳輸特性
選擇兩個過渡層厚度相等形成Π通道（或ENZ通道）[4]，對ENZ通道的傳輸系數(shù)進行模擬。介質通道和過渡區(qū)的介電常數(shù)εRCH=1（空氣），波導輸入端的介電常數(shù)εR=2，bs = bch = 0.8毫米時，Π通道傳輸系數(shù)曲線如圖2所示。
可見，第一次傳輸峰出現(xiàn)在1.476 GHz，該點代表零階共振，即在隧道中出現(xiàn)的頻率;第二次傳輸峰值是由于法布里-珀羅共振所引起，其峰值位置很大程度上取決于隧道長度。
第二傳輸峰值的產(chǎn)生主要是由于法布里-珀羅共振引起的，并且高度依賴通道長度的變化而變化。法布里 - 珀羅共振的變化相當于狹窄的通道各種長度分別改變了L1 = 95毫米，L2= 127毫米，L3 = 190毫米，如圖3所示?？梢姡搶傩钥梢杂脕聿倏v第二傳輸高峰期。
5 結論
通過矩形波導的邊界條件解出Maxwell方程組關于電磁波的空間傳輸表達式，得到了矩形波導截止頻率和模式譜圖的一般結果。討論了ENA通道發(fā)生幾何變形的傳輸電磁波的特征，改變通道長度僅影響法布里-珀羅共振出現(xiàn)的位置，并不會影響零階共振的產(chǎn)生。
參考文獻：
[1]謝處方，饒克謹.電磁場與電磁波[M].北京：高等教育出版社，2006：160-168.
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[3]黃麗，蔣練軍，張學軍等.基于高阻抗表面材料電磁特性的矩形波導[J].中南大學學報，2012，43（10）：3912-3916.
[4]馬軍，王弘剛，杜廣星等.矩形波導TM11-TE10模式轉換器的初步設計[J].強激光與離子束，2014，26（06）：063004-1-5.
關鍵詞：電磁場與電磁波；類比法；循序漸進；講義；習題
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0010-02
隨著信息時代的到來，作為通信傳輸技術基礎的電磁場理論得到越來越廣泛和深入的研究與應用?！半姶艌雠c電磁波”是電氣、電子信息、通信等工科電子類專業(yè)的一門重要的技術基礎課，它是在大學物理電磁學的基礎上，進一步研究宏觀電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律和分析方法。這不但是為了后續(xù)課程的需要，也是深入理解和分析工程實際中的電磁問題所必需掌握的基本知識，而且電磁場理論也是微波通信、衛(wèi)星通信、電磁兼容和生物電磁學等高新技術的理論基礎及交叉領域新學科的生長點。[1，2]所以電類專業(yè)的學生，無論是從當前的學習出發(fā)，還是為了拓寬將來的專業(yè)面，都應該重視這門課程，學好這門課程，打好專業(yè)基礎。此外，學好這門課，對培養(yǎng)學生樹立嚴謹?shù)目茖W思想、科學分析問題的方法、復雜抽象的思維能力、勇于開拓的創(chuàng)新精神等將起著十分重要的作用。[3，4]另外由于獨立學院學生普遍基礎不是很好，并且對抽象的理論課程的學習興趣不大，更加重了獨立學院重“電磁場與電磁波”課程的教學工作。
一、“電磁場與電磁波”課程特點
1.基礎知識要求多
“電磁場與電磁波”課程是以大學物理、高等數(shù)學、電路分析、數(shù)學物理方程、復變函數(shù)等為基礎，所涉及的內容很廣 。大學物理中，電磁學部分內容是“電磁場與電磁波”的物理基礎，而矢量分析、特殊函數(shù)等內容是學好“電磁場與電磁波”課程必需的數(shù)學工具，由于涉及復雜偏微分和特殊函數(shù)的計算，難度不小。因此要學好這門課程，必須熟練掌握這些基礎課程的相關概念、理論和運算等。同樣對擔任本課程教學的教師提出了較高的要求，即一方面需要有較好的物理、數(shù)學及電路知識；另一方面需要有比較全面的專業(yè)知識。同時，又需要對通信工程實際情況有較廣泛的了解。因此本課程的教學相對而言比較不易。
2.數(shù)學推導計算多
課程涉及大量的物理知識以及各種數(shù)學方法，在學習過程中如何處理數(shù)學與物理的銜接，數(shù)學方法和物理概念的聯(lián)系以及理論分析與工程應用的關系至關重要，這也是學生較難處理的問題。
3.抽象的概念多
“電磁場與電磁波”每章內容都會引入一些新的、較難理解的概念、定律。例如散度和旋度是兩個比較抽象的數(shù)學概念，學生們甚至在課程結束之后仍感到這兩個概念很抽象，不理解在電磁場與波學習中為什么始終與之打交道；靜電場中的自分布電容、互分布電容、廣義力、虛位移等；恒定磁場中的矢量磁位、標量磁位；邊值問題求解中的鏡像法、分離變量法等。這些新的概念及定律不僅抽象、難理解，而且所涉及的公式通常比較復雜，計算起來難度較大?；谝陨咸攸c，對于“電磁場與電磁波”這門課程，學生普遍認為“難學”，教師普遍感到“難教”。
二、“電磁場與電磁波”教學存在的問題
1.學習問題
由“電磁場與電磁波”課程的特點可知課程本身過于抽象，學生普遍反映難學難懂，表現(xiàn)為抽象的純理論和概念多，復雜的偏微分公式多，計算求解難度大，而對老師來說教好這門課也具有相當?shù)碾y度。另外，在學習“電磁場與電磁波”課程過程中，學生常常難以將已經(jīng)學好的數(shù)學知識和電磁場內容很好地結合。在學習“電磁場與電磁波”之前，學生一般都具備矢量場論的基本知識，但是在學習“電磁場與電磁波”的過程中卻難以將所學知識與電磁場理論融會貫通、學以致用。還有許多學生數(shù)學基礎薄弱，學習起來備感吃力。
2.教材問題
目前絕大多數(shù)教材都只強調經(jīng)典的理論知識，缺乏有應用背景和緊密跟蹤最新前沿發(fā)展的內容，這樣不但導致理論與實際應用脫節(jié)，也很難激發(fā)學生的學習熱忱。特別是對基礎知識差的學生來說，一看到大量的證明和數(shù)學推導問題就失去了信心。
3.缺少實驗設備
由于資金和實驗設備的匱乏，使得大部分高校在“電磁場與電磁波”教學中缺少實驗設備，導致無法開展實驗課程。這樣原本就十分抽象的課程，完全變成了一門純理論教學的課程，也導致了學生學習中理論與實踐的脫節(jié)問題。
4.課時問題
隨著這些年的教學改革，大學生要求的總學分略有下降，而開設課程又增多的趨勢導致“電磁場理論”的教學課時被極大壓縮，由以前的80學時被壓縮到40學時，導致教學自由度受到了較大的限制。
三、提高“電磁場與電磁波”教學質量的方法
1.制訂教學大綱，確定教學內容
現(xiàn)有的“電磁場與電磁波”教學，大部分都是一些純理論講解的內容，而學生在學習的過程中經(jīng)常問學這門課有什么用，學某一章節(jié)有什么用?？词且粋€簡單的問題，但作為老師一定認真思考，給學生一個滿意的答案。因為從這個問題上一方面反映了老師講課不能只是大談理論講解，另一方面也反映了現(xiàn)有教材在實際應用方面的缺陷。對這個問題回答的好壞直接關系到同學們學習的效果和興趣?；谝陨显蚝凸P者多年的“電磁場與電磁波”的教學經(jīng)驗，自編內部教材講義，此講義最大的特點是以通俗的語言來講解抽象的概念，以實際的例題來幫助理解重點理論，并且在每個知識點都有對應的應用實例。
由于“電磁場與電磁波”理論是人類在認識自然規(guī)律和生產(chǎn)實踐活動中發(fā)展起來的，在日常生活、科學研究和軍事等領域中的應用非常廣泛，例如在微波爐、磁懸浮列車、隱形轟炸機、移動電話中的應用等。這些在此講義的每一章的后面都是一個拓展知識的介紹，比如在第二章靜態(tài)電磁場的最后一節(jié)中，就針對磁懸浮列車和衛(wèi)星電推進器做了詳細講解，提高了同學們的學習興趣。
2.循序漸進的教學方法
電磁場與電磁波是利用場的觀點來研究空間某一物理量的確定值問題，而矢量分析正是研究此問題的重要教學工具。應用矢量分析的方法，可以使電磁場的基本定律、公式以簡潔的形式表述出來，且與坐標的選擇無關。所以先要學習一下矢量分析的內容，包括矢量運算、三種坐標系、矢量的散度和旋度等內容。以后每個章節(jié)的教學，采用從易到難、從靜態(tài)場到時變場、從電場到磁場再到電磁場、從三維空間到四維空間的循序漸進的教學順序。
首先，從較為容易掌握的靜電磁場開始進行學習，此章節(jié)的教學應詳細地分析各種情況，其中包含對基本方程、邊值問題等理論的推導以及物理含義的分析，以及靜電能量與力的分析等，而靜磁場的講解一定要和靜電場的知識進行類比學習。這樣就為時變電磁場、電磁場波的傳播、波導等教學內容打下一個比較好的基礎。后續(xù)各章節(jié)的教學，也應注意與靜電磁場的理論進行比較。從靜止電荷產(chǎn)生的靜電場到研究運動的穩(wěn)定電荷產(chǎn)生的恒定電場，然后研究電流引入的恒定磁場，隨后進行電磁感應以及時變電磁場分析，并且在時變電磁場的分析中，推測電磁波的產(chǎn)生。之后講解均勻平面電磁波在無界空間的傳播、反射和透射，以及導行電磁波、電磁波輻射等知識，最后進行傳輸線理論的講解。按照逐步深入方式，進行知識的擴充，使課程知識具有連貫性，學生也比較容易掌握。
3.巧妙使用類比方法
“電磁場與電磁波”課程體系中，小到一個公式，大到整個理論框架，都存在著對立統(tǒng)一的關系。通過這些知識點的類比，不僅使學生學到了“電磁場與電磁波”課程的精髓，也使他們體會到“電磁場與電磁波”課程體系中的對稱美。類比包含兩個方面的類比，一是課程、領域之間的橫向類比，例如與“大學物理”相關知識點的類比，“電磁場”和“流體力場”、“電磁波”和“機械橫波”的比較。由于電磁波與機械波都是橫波，都具有橫波的特性等方面的類比，水波的傳播與電磁波能的傳播的類比，電磁場與流體力場的類比等等，類比的教學策略進行更加形象直觀的傳授，啟發(fā)創(chuàng)造性思維。另一個則是縱向類比，譬如該課程本身的靜電場和靜磁場、靜電場和恒定電流場等的對比。這樣，既拓寬了學生的知識面，也使學生通過類比對電磁場波動函數(shù)表達式有了深刻而又直觀的理解。
4.仿真軟件在教學中的應用
對于電子信息、通信專業(yè)的學生，基本上都會使用MATLAB軟件，并且場與波的分析往往涉及復雜的繪圖和大量的計算，將MATLAB仿真技術應用到“電磁場與電磁波”實驗教學中，十分有助于將抽象的理論變成容易理解、接受的結論，這必將有助于“電磁場與電磁波”的課堂教學。[5]比如，利用MATLAB編寫的程序可以繪制三維矢量的靜態(tài)和動態(tài)分布圖，給出了均勻平面波、矩形波導的傳輸模和截止模、電流元的電場和磁場的分布圖，這將大大提高同學們的空間想象力和對這部分知識的理解能力。
5.適當?shù)牧曨}練習
對“電磁場與電磁波”課程的學習，不但要有正確的教和學的方法，還要有適當?shù)牧曨}練習。其實，習題都是針對某一知識點的實際應用而設計的，在同學們做習題的過程中一方面幫助他們理解知識點的應用，另一方面也鞏固了課堂老師所講內容。
在課堂教學中，不可能留出時間讓學生來學習題，只能有針對性地來講解有代表性的例題，做習題只讓同學們在課下做，讓同學把遇到的問題匯總起來，在集體答疑的時間來給同學們做詳細的解答。在講義中不但針對每一知識點精心設計應用實例，而且還設計了一定量的習題要求同學們完成。
此外，習題不僅僅是計算，在每一章結束后給學生出了一些思考題，讓學生自己去查找資料來完成。比如假如存在磁單極子，麥克斯韋方程的形式是什么樣的？
四、總結
本文是筆者多年來在“電磁場與電磁波”教學中的一點體會，本課程涉及的基礎知識比較多，對教師的專業(yè)課程知識的要求較高，同時需要教師密切結合本校學生的基礎、實驗設備、課時、教學大綱的制訂等實際情況進行分析。教學過程的每一個環(huán)節(jié)都需要周密思考、認真?zhèn)湔n，注意平時在科研項目中隨時積累，在教學中隨時涉獵其他專業(yè)的知識。教師的視野開闊了，學生才能在電磁場領域的思維角度開闊一些，能夠掌握宏觀電磁場與電磁波的基本性質及基本規(guī)律，培養(yǎng)他們的抽象思維能力，分析解決實際問題的能力。
參考文獻：
[1]田雨波， 張貞凱.“電磁場理論”教學改革初探[J].電氣電子教學學報，2008，30（1）：11-12.
[2]王家禮，朱滿座，路宏敏.電磁場與電磁波[M].西安：西安電子科技大學出版社，2003.
[3]李波，豆根生，袁超.電磁場與電磁波課程的教學方法探索[J].河南機電高等專科學校學報，2007，15（6）：127-128.
