時間：2023-03-21 17:14:01
序論：在您撰寫電磁波課程論文時，參考他人的優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您的創作熱情，引導您走向新的創作高度。
一、工程實例教學實踐
《電磁場與電磁波》是電子信息類專業的主干基礎課程，涉及大量的場論和矢量分析方面的數學知識，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。以靜態場為例，靜態場是不隨時間變化的場，是時變場的特例，在靜態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，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，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的有獎科技競賽、區域性科技創新能力大賽等。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。
關鍵詞 電磁場與電磁波 課程教學探究 現代信息技術 整合
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
1 省內外相關研究現狀分析
“卓越人才培養計劃”要求學校培養出基礎扎實、知識面寬、創新實踐能力強、具有社會責任感、團隊合作精神和卓越人才培養潛質的優秀學生。對于我校電信、電科專業學生而言，最好的平臺之一就是利用好每一年一度的電子設計競賽和物理創新大賽。而要想在各類大型競賽中獲得成績，學生必需要有扎實的理論知識。其中電磁場與電磁波是高等院校通信工程、電子信息工程專業的一門重要的專業基礎課。如何上好這門基礎課，給同學們提供扎實的理論指導，是卓越人才培養計劃必然要求。信息化是當今世界經濟和社會發展的大趨勢，當代教育技術的發展，給電磁場與電磁波課程的學習帶來新的春天。在新的教育理念下，探索信息技術與學科課程整合成為當前教育研究的一個熱點內容。研究信息技術與電磁場與電磁波課程整合，對于整體優化教學過程，深化高等教育改革，增進學生的專業知識學習效果，提高學生的信息技術能力，培養學生的合作意識和創新精神具有重大的現實意義。作為一門探究性課程。我們將如何信息技術與電磁場與電磁波課程整合方面進行了初步的探討。將“知識、能力、人格”的培養理念落實到具體教學環節中。推行啟發式、探究式、討論式、小制作等授課方式，將創新實踐能力訓練貫穿于課程教學之中。
2 課程教學改革研究對促進教學工作、提高教學質量的作用和意義探究
（1）作為一門探究性課程，電磁場與電磁波課程是通信工程、電子信息工程專業的一門重要的專業基礎課。它以麥克斯韋方程為根本基礎構建電磁理論的知識體系，它研究自然界中電磁現象和電磁過程。近年來材料、光子晶體等領域的理論研究和材料研發的突破給經典電磁理論帶來了勃勃生機。
（2）另一方面，電磁場與電磁波課程對于學生的動手創造能力的培養遺跡從事相關科學研究都具有基礎性的重要意義，對于學習其它相關專業（如通信技術、電力系統、電子技術、激光技術、光學工程等）的課程也有重要影響。
（3）以多媒體技術和網絡技術為核心的信息技術在教育領域中的應用是教育信息化的重要標志。通過電磁場與電磁波課程的探究教學與當代信息技術的整合與深化，使學生掌握電磁場與電磁波課程知識所涉及的相關科學方法，有效提高學生發現問題、分析問題、解決問題的能力，提高學生知識拓展能力和自我學習能力。
3 課程教學探究的實施方案
3.1 具體研究對象和內容
（1）我們將采用傳統板書、電子課件、網絡和視頻多種手段結合。課內講授與課外討論和制作相結合、基礎理論教學與學科前沿講座結合，基本理論訓練與科研實踐訓練相結合。（2）針對電磁場與電磁波是理論基礎課的特點，課堂教學主要采用探究式課堂教學法：即每節課突出一個主題，講清論透；每個主題，通過多種形式的師生互動，及時了解學生的疑難問題和創造欲望。（3）鼓勵和指導有能力的學生提早進入科研實踐訓練、參加各類科技競賽。將學生撰寫課程小論文融入教學全過程，從中選出有質量的項目進入科研實踐訓練。構建多樣化應用型人才，培養應用型、復合型、技能型人才，增強畢業生就業能力；完成本課的預期目的。（4）電磁場與電磁波也是一門實踐性很強的課程，其研究對象——場是區別于實物的物質形態，具有抽象的特征。為避免課程教學的數學化，我們將充分應用當代信息技術的優勢，比如說應用視頻教學資料增強學生的感性認識和動手能力，同時反過來應用于當代信息技術，充分發展學生的物理思維和物理探究能力。（5）我們將充分利用好點子競賽等創新平臺，促進電磁場與電磁波的教學。
3.2 課堂教學改革研究擬達到的目標
在課堂教學中，突出學生的參與性，使他們主動獲取而不是被動接受科學結論，強調思維互動，使學生感覺電磁場與電磁波發人深思，不難入門。作為電磁理論基礎的麥克斯韋方程是從大量個體電磁實驗總結而得的“共性”規律。同時，電磁場與電磁波與其他物理學分支也具有“共性”和“個性”的關系。針對這一特點，教學中注意引導學生“相似性形象思維”，開展“抽象思維”，促成“頓悟思維”。學生感覺電磁場與電磁波思路清晰，容易理解。激發學生學習興趣，經常采用課堂討論，由學生提問，在教師引導下大家討論，總結得出準確認識。由于分析“電磁場和電磁波”要在多維時空中抽象思維，課堂教學充分使用多媒體，盡力使用圖像和色彩搭配，使學生建立正確的物理圖像。
3.3 課堂教學改革研究擬解決的主要問題
（1）突出科學性和探究性。電磁場與電磁波探究式教學，強調學生能力的培養。教學中遵循“物理現象的發現—物理現象的描述—物理過程的分析—結果驗證與實驗測量”，再現科學研究過程，突出物理學實驗性的特征。教學中注意知識拓展，充分聯系實際應用和現代科技發展，提高了學生學習興趣和畢業生就業的適應性。（2）重視物理思維和學生能力培養。課程教學中鍛煉“相似性形象思維”，提高“抽象思維”，促成“頓悟思維”。采用多媒體手段、有效使用圖示，幫助學生正確建立物理圖像，認識物理過程。提高學生發現問題、分析問題、解決問題的能力。培養他們的科學創新能力。（3）推進個性化教育。探究式教學可以使具有不同基礎的學生各有所獲。課程網站的建立和電磁場與電磁波論壇的開通，也將有效推動個性化教育的實施。
4 課堂教學改革研究的特色和應用價值及推廣
4.1 特色
（1）通過網絡解答學生的問題，及時了解學生的創造欲望。（2）通過課外閱讀、討論與講座擴展學生視野，引導學生了解學科前沿發展動態，將有些問題安排給學生進行課外閱讀和討論，提高學生獨立分析問題的能力。
4.2 創新點
（1）網絡與視頻教學可以擴展學生自主學習空間，有些問題通過播放視頻，讓學生可以直觀地理解電磁現象基本規律的內涵。（2）多種形式的師生互動，可以了解學生的學習與創造欲望。（3）科研實踐訓練培養學生的探索精神和創新能力，從學生課程論文中，挑選有質量的項目進入科研實踐訓練。 鼓勵和指導有能力的學生參加各級科研訓練項目與科技競賽。
4.3 應用價值及推廣
（1）當代教育技術中網絡視頻教學提供了傳統教學中所沒有的優勢。通過播放演示實驗中的與電磁場與電磁波現象相關的視頻資料，學生可以直觀地理解這些現象及其物理內涵。（2）任課教師通過課后答疑和討論、電子郵件、學生QQ群，解答學生的問題，了解學生的創造欲望，指導有能力的學生開展科研實踐訓練、參加各類科技競賽。這種教學方式不僅對提高學生的理解能力、動手能力、創新能力都有相當好的效果，同時也可以促進本課程的教學改進也很有益。（3）同時這種教學模式還可以推廣到其他物理類基礎學科，對于改變傳統的教學模式，增強教學效果以及學生的動手能力和知識理解都有很好的借鑒作用。
電磁場與電磁波是物理學發展比較成熟的一門學科，從電磁理論發展史看，章章節節中滲透著科學家的成功思想和方法，讓學生了解并學習這一點，對于培養學生學習方法，培養學生的物理直覺和科學素質是十分有益的，這也是本課程教學的一個目的。本課程教學的基本要求是：使學生系統而深入地掌握靜電場和靜磁場理論，掌握電磁波的傳播和電磁場輻射規律，并能夠熟練運用知識分析和解決相關電磁問題。
參考文獻
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“電磁場與微波實驗”課程是本科通信專業學生重要的基礎實驗課程之一，電磁場理論數學公式繁多，概念抽象，電磁波看不到、摸不著，學生難以理解。在過去的理論教學實踐中，單靠課堂講解，很容易使學生失去學習興趣，而且，不利于培養學生的自主學習能力和動手能力，因此其實驗課程顯得尤為重要。為適應這一教學需要，我們開設了涉及電磁波空間波長測量、極化和二次輻射等內容的實驗課程，以電磁學基本定律為切入點，用場方程來描述場分布，重點反映空間交變場的一些最基本特性，加深學生對理論知識的理解，以實驗反哺理論教學，培養通信專業學生具備從事天線、微波電路的設計、開發、調試和工程應用基本能力，培養學生的創新思維和探究意識，實現“讓學生用實驗的手段和方法研究電磁規律”這個總體目標。
一、改進實驗教學方式
由于電磁場與微波類課程理論性強，要求學生具有較強的抽象思維能力，學生反映學習枯燥，因此，實驗課程的開設難度較大。如何將看不見、摸不著的電磁場用形象生動的方式展現在學生的面前，讓學生更好地掌握微波的基本知識和測量方法，是本門實驗課程面臨的最大挑戰。經過多年教學實踐，我們總結出兩種生動、直觀的教學方法，能充分調動學生的實驗學習熱情。
1.多媒體動畫演示
教師提前準備好關于電磁場與微波理論相關知識的一些多媒體動畫（視頻或FLASH等），在開始實驗前，給學生播放諸如電磁波的傳播、駐波的形成、極化特性等動畫（視頻），直觀反映電磁波的特點，將枯燥的電磁波理論變得生動，既能吸引注意力，又有助于學生對抽象基本概念的理解。
2.借助Matlab、HFSS等仿真軟件
Matlab具備強大的計算、圖像處理功能，在電磁場與微波實驗的教學過程中，能發揮重要輔助作用。在做每個實驗項目驗前，可布置學生提前查找（或由教師直接給出）Matlab的代碼，將軟件仿真和硬件設備測試結合起來，既能軟、硬件互補，深入理解實驗原理，又能解決微波設備價格昂貴，臺套數不足的難題。Ansoft Designer，Microwave，HFSS等電磁仿真軟件，能從不同的角度模擬天線等電磁元器件的特性參數、場分布，為教、學都提供了有力的軟件支撐。在仿真實驗中，借助軟件可再現電磁波的動態特性，包括：行波、駐波的三維動態模擬，波導中電磁波的傳播和分布特性，偶極子天線的方向圖分布等，通過仿真實驗，使學生形象逼真地了解電磁波的空間分布和傳播特性，達到硬件實驗裝置無法實現的目的。
目前，我院將微波分光儀、電磁場參數測量系統、射頻參數測量系統三套硬件分別結合不同的軟件，進行教學，學生對于電磁基本概念、傳播特性、場分布等內容，變得不再抽象，由畏難變得充滿興趣，積極性得到很大提高，能積極思考、提問，并能利用課后時間對思考題進行軟件測試，學生對此類課程的學習態度發生了極大轉變。
二、改革實驗項目及內容
“電磁場與微波實驗”課程是學生理解電磁場與微波天線技術理論的重要途徑，能有效彌補理論課堂講授的不足，有助于澄清理論課程學習中的模糊認識認識，能形象、生動的豐富場類課程的內容。實驗項目的改革將實現由單純驗證型向設計研究型轉變，建立較完善的場類實驗教學新體系，逐步增加綜合型和創新型實驗的比例，增設一些學生感興趣并富有挑戰性的實驗內容。將電磁仿真技術應用于場類實驗的教學中，將抽象的場問題形象化，能激發學生的學習興趣，使學生成為實驗教學的主體，做到“實踐檢驗理論，理論指導實踐，實驗課程與理論課程相輔相成”。
1.對于驗證性實驗，在完成硬件實驗的同時，增加軟件仿真手段。通過硬件基礎實驗，學生可觀察測量到電磁波波長、頻率、波腹、波節、反射、衍射、偏振、極化等電磁現象，深入體會邁克爾遜干涉、布拉格衍射等電磁特性，能加深對電磁波空間傳播特性的認識和理解。與此同時，由于電磁波看不見，摸不著，傳播過程只能靠想象，引入Matlab軟件仿真手段，將使電磁現象鮮活的呈現出來，一目了然。學生可以從程序代碼和仿真結果圖兩方面與硬件實驗結果做對比，并對結果進行各種函數后處理，得到所需的結果。例如電磁波的極化實驗，硬件設備只能靠微安表感知是橢圓極化還是圓極化，引入Matlab程序，可直觀的看到電磁波傳播的過程、橢圓極化和圓極化的方向圖，與冷冰冰的儀器數據相比，Matlab的圖形具有更大的親和力。
2.對設計研究性實驗，采取分小組、分功能模塊和電磁仿真軟件（Ansoft Designer、HFSS等）總體設計相結合的教學方法。結合學時，將每批同學分為若干課題小組，每個小組3-4人，由每位小組成員分工完成各個軟、硬件模塊設計，進而組合成整體，完成整個大綜合實驗。例如做射頻圖像傳輸實驗時，1人做射頻前端發射機軟件部分，1人做后端接收機軟件部分，另外2人合力完成硬件部分實驗，最終4人共同提交完整的實驗報告。實驗過程中，學生通過搜集資料，小組成員討論，與教師討論完成課題期間，軟件參數、硬件傳輸等諸多問題需要不斷調試，才能得到預期的目的。無論實驗結果如何，這都能極大的鍛煉學生發現、分析、解決問題的能力和團隊合作能力。
傳統“電磁場與微波實驗”所開設的實驗項目為7個硬件單元驗證性實驗項目，1個設計研究性實驗項目。我們改革的做法是每個驗證性實驗項目配以電磁仿真軟件程序，并在有限學時下減少2-3個單元性實驗項目，增加1-2個綜合性實驗，減少實驗個數，增加實驗難度、深度和實用性，例如減少電磁波反射衍射、定向耦合器、振蕩器設計等實驗項目，增加發射機、接收機和天線設計等軟、硬件設計，合并兩次課時為一次（4個學時），以課題小組的形式各自分別完成一個大綜合實驗，從硬件和軟件角度設計、完成實驗，加大了實驗難度，提升實驗教學質量。
三、實驗成績考核要全面
實驗課成績著重考核學生對實驗原理、內容的理解程度，考查學生的動手能力和分析解決問題的能力。因此，成績評定應看重學生的實驗態度、軟硬件能力、實驗數據、誤差等幾個方面，總體上呈現出兩頭小、中間大的正態分布趨勢。
1.預習情況
引入“仿真實驗”的教學方式，有效彌補了課內學時不足，將學生預習情況按比例記入總成績，提前給學生布置下一次實驗的任務，鼓勵學生利用課余時間鉆研，預習實驗原理，建立好仿真軟件的模型，預料在實驗室里可能會出現的問題，明確需要驗證、觀測的現象、參數，明確實驗目的。
2.實驗過程
教師指導實驗教學按互動研討的方式實施，鼓勵學生勤思考，多提問，分析在軟件設計和硬件調試測量過程中出現的問題，記錄自己的心得體會，重點考察學生分析問題和解決問題的能力。教師根據學生的分析問題的能力和動手解決能力評定成績，一是考核學生對一些常用儀器設備（示波器、選頻放大器等）的熟練使用程度，二是實驗數據的準確度，按一定比例記入總成績。
3.實驗報告
實驗報告應占總評成績的50%以上，是學生對實驗過程的全面總結，尤其是實驗數據的準確記錄和思考題的認真程度，反映出了學生做該次實驗的體會和質量，所以要求學生不只是完成作業，還需把實驗報告當作一次科技論文寫作訓練，力求數據嚴謹，概念準確，分析合理，文字簡明流暢，這對于培養學生具有嚴謹的科學作風，良好的職業習慣，扎實的科技論文寫作技能方面，都有良好的效果。
4.教學相長
在實驗過程前、后，鼓勵學生勤思考，多提問，鼓勵學生對課程內容和教師授課提出有創新性、建設性的意見，適當記入總評成績。
四、建立開放實驗室
實驗課學時不足，這是各高校實驗教學面臨的一個共同的難題。由于微波設備臺套數的限制，學生分組完成“電磁場與微波實驗”課程中的綜合性、設計性實驗時，往往感覺“一次實驗2個學時”時間不夠，如發射機、接收機實驗，需要首先完成HFSS軟件設計，再進行硬件的測試。顯然，2個學時的時間不夠，因此實驗室采取開放的方式，方便學生根據自己的時間自由進入實驗室。教師在制定教學方案時，可設置2-3個綜合性、設計性實驗項目為學生自主實驗，學生實驗前先查閱資料，設計好方案， 按2-4人為一個課題組，經指導教師審查實驗方案、可行性后，在實驗室開放的數周時間內，自由安排時間進入到開放實驗室進行硬件設計、軟件編程、系統調試和撰寫報告等。
【關鍵詞】電磁場；課程教學；科研
0引言
探討《電磁場》課程教學方法的論文已經不少[1-4]，但是科研對《電磁場》課程的促進作用的論文卻很少見。實際上，有些教師對于科研對電磁場教學（其他課程亦然）具有重大促進作用并不太認同；或者一些老師雖口頭上認同科研對電磁場教學有促進作用，但卻體會不深，思想上也不重視。筆者認為科研對電磁場課程的促進作用主要體現在以下幾點：1）科研可以使教師透徹理解知識點，授課更加準確、自信；2）教學中增加科研前沿可以促進學生對知識理解的融會貫通；3）科研前沿在課堂的滲透可以激勵學生學習的興趣，在愉快地學習；4）科研前沿在課堂的滲透可以培養學生的研究興趣，潛移默化中鼓勵學生進入科學研究的殿堂。
1科研與電磁場教學
從教學來說，將課本枯燥的理論知識與實際應用和國際前沿科學研究聯系起來，以激起學生的學習熱情。電磁場課程不但學習困難，而且很多學生反映不知道學習這門課有何用處，這些問題嚴重打擊了學生的學習興趣。因此，我們在授課時要注意穿插電磁場知識在我們實際中的應用，讓學生明白學習并不單單是枯燥的理論知識，這些知識都是指導實際的基礎，解決學生為什么要學的問題。除可適當介紹電磁場在通信（手機、基站、衛星等）、探測（探地雷達，石油探測等）、定位（各種雷達）和微波醫療等的應用外，還可介紹具體知識的應用。如當講授電磁波對理想導體平面的垂直入射這一章節時，將會講到電磁波全部被理想導體（PEC）反射回來且反相（反射系數為Γ＝－1），此時可以引申這一特性在天線上的應用。如圖1所示，在很多定向天線應用中，經常使用一塊金屬板作為反射板/地板，以將一半的能量反射回另一面，使波1和波2同相疊加，達到提高天線增益3dB及屏蔽背面物體的目的。因為理想導體（PEC）的反相特性，需要把天線安放到距離地板1/4波長，以得到波1和波2同相疊加。通過對授課內容的拓展，可以使得學生明白所學知識并非無用處，而是在實際中大有用處的，從而激發學生的學習熱情。圖1理想導體在天線上的應用同時可適當介紹本課程理論知識與國際前沿科學研究的關系，激發學生探索知識的熱情。介紹當前國際前沿科學研究時，可將其嵌入到具體的關聯章節知識講授中，使學生明白課堂所學知識與當前研究熱點的聯系。如在圖1講到的理想導體（PEC）作為天線的反射板/地板時，其需距離天線為1/4波長，因此，其一個缺點就是體積太大。但現代微波系統不斷小型化的背景下，PEC作為反射板越來越不適用。當前國際前沿研究的一個熱點人工磁導體（ArtificialMagneticConductor,AMC）可以解決這個問題[5]。如圖2所示，與PEC不同，AMC可以同相反射電磁波，因而天線與反射板之間的距離可以遠遠小于波長，整個天線系統的尺寸大大減小了。從而讓學生了解科學研究的前沿，提高學習的興趣。圖2人工磁導體在天線上的應用如當講授電磁波對介質分界面的斜入射知識時，可列舉2013年浙江大學陳紅勝團隊的最新研究成果：“隱身衣”[6]。如圖3所示，該前沿研究成果是一精致的六角形結構，當電磁波入射到結構上時發生全透射現象（折射），經過數次折射當電磁波出射該結構時，波的傳播路徑不變，就好像從來沒存在該結構一樣，而放置于結構中心的物體就被隱身了。這種學科前沿知識的介紹，讓學生明白了所學課本知識與科學研究的關系，提高學生學習的興趣。圖3應用電磁波對介質分界面的斜入射知識的“隱身衣”俗話說興趣是學習的最好老師，適當介紹電磁場理論知識在實際工程中的應用和在國際科學研究前沿的應用，可以活潑課堂教學，讓學生明白電磁場知識是怎樣在實際工程中應用的，讓學生了解當前科學研究前沿，可以激發學生學習的熱情，大大提高課堂教學的效果。
2結束語
電磁場課程是教學和學習難度很大的一門課程，但也是十分重要的一門課程，搞好這樣一門課程的教學工作時每一個電磁場課程教師都需要認真思考的問題。而科研對于搞好這樣一門課程的教學具有很大的促進作用。我們應將理論知識與工程實際和學科前沿相聯系，激發學生學習的熱情和科學研究的熱情，為我國的科研事業培養優秀的人才。
作者:彭麟 姜興 仇玉杰 單位:桂林電子科技大學信息與通信學院
【參考文獻】
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關鍵詞：工程電磁場教學；科研項目；教學效果
作者簡介：朱希安（1962-），男，黑龍江訥河人，北京信息科技大學信息與通信工程學院，教授。（北京 100101）
基金項目：本文系北京信息科技大學2012年度教學改革立項項目（項目編號：2012JGYB17）的研究成果。
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）02-0062-02
工程電磁場和電磁場與電磁波課程分別是電子信息工程和通信工程專業的專業骨干課程。為了使學生能夠學好和掌握這門課程，該門課程的教師費勁了心機，想盡了辦法，總的看教學效果都不夠理想。究其原因，一方面是該類課程的學習的確困難，數學公式繁多，對學生的數學基礎要求高，同時電磁場與電磁波既看不見又摸不著，要求學生要有較好的空間想象力，加之教學方法主要以理論教學為主，沒有相應的科研課題與之對應，學生得不到感性認知，造成學習該門課程的目的不夠明確，學習的積極性和主動性欠缺，影響了后續的微波技術、電磁兼容等課程的學習，甚至影響了考研。為此急需將理論課程的學習與科研項目相結合，探索這類課程教學與實踐相結合的方法、具體實施的步驟、理論課與實踐課的學時比例等問題，為該類課程的教學改革積累經驗，提供第一手資料。
一、本科教學與科研項目結合的優點
1.有效提高學生學習的興趣和自覺性
工程電磁場和電磁場與電磁波課程的講授是諸多課程教學的難點之一。在教授該門課程的過程中，經常有學生問老師學習該門課程究竟有什么用？對以后找工作有什么幫助？每當遇到這樣的問題，即使老師講了許多應用實例，學生仍很難得到感性認知?；谏鲜鰧嶋H情況，北京信息科技大學專門設立了研究課題。課題以國家科技重大專項中的瞬變電磁場監測二氧化碳專題研究作為基礎，從2010級及2011級電子信號工程專業及通信工程專業的本科生中優選5～10名左右的學生參與該項目的具體研究，以求使他們能夠提高對電磁場與電磁波學習的興趣，增加該門課程的感性認識，深刻地理解和掌握本門課程學習的目的和意義，提高學習的自覺性。同時，為探索本課程教學方法和實踐教學的改革積累經驗。
2.更好地鍛煉學生的實踐能力、創新能力
科研項目所研究的內容都是本學科、本專業急需解決的問題，具有很強的綜合性，并在某種程度上需要創新。學生參與教師的科研項目，利用已學過的知識，在教師的指導下獨立地解決問題，可以培養、鍛煉獨立工作的能力。由于科研項目研究的都是本學科最前沿的問題，學生難免會遇到沒有學過的理論或遇到沒有涉及的實際問題，這會激發學生的自學熱情及挑戰困難的勇氣和創新精神?？蒲许椖可婕暗膬热輳V泛，需要項目組成員間的緊密協作和良好的溝通，在此過程中可以培養學生的團結、協作精神，提高處理問題、解決問題的能力和溝通能力。
3.有利于培養學生的責任意識
科研項目通常是分割成許多相互聯系和相互滲透的子課題。學生承擔的部分內容是項目的有機組成部分，如果學生由于自身的原因完不成指導教師所布置的畢業設計，某種程度上就會影響整個項目完成的進度。學生迫于這方面的考慮就會增強責任意識，起早貪黑，刻苦鉆研，克服困難，完成任務。
二、具體的實施過程和方法
1.學生的優選
在教師的指導下，優選出的本科學生與研究生多次見面、溝通，探討課題的研究內容、研究難點和與電磁場與電磁波類課程的關系，使學生真正了解所學課程的用武之地，激發他們的學習主動性和自覺性。例如：研究生的研究課題中有：重疊回線裝置的水平層狀介質的一維正演解釋方法研究、中心回線裝置的水平層狀介質的一維正演解釋方法研究、瞬變電磁信號消噪方法研究、中心回線裝置的水平層狀介質的一維縱向電導解釋方法研究等。通過上述過程，從研究生的研究課題中，減少研究內容和研究難度，確定本科生畢業設計題目。例如：瞬變電磁信號小波閾值消噪方法研究、瞬變電磁信號不同小波分解層次消噪對比分析、瞬變電磁信號獨立成分分析消噪方法研究、瞬變電磁重疊回線裝置均勻半空間視電阻率的研究、瞬變電磁中心回線裝置均勻半空間視電阻率的研究、基于小波閾值的瞬變電磁信號去噪方法研究、不同小波基的瞬變電磁信號消噪對比分析等都是從研究生課題中縮減內容和減少難度確定的。
2.指導過程的有效性
學生選定后，對教師而言即開始了教學與研究項目結合、提升教學效果的實踐工作。教師從授課計劃到教學方法的改進，乃至教學管理部門——教務處的管理模式都應該有相應的調整。整個過程的每個環節均直接影響該項目的實施質量。教師應做到嚴格要求、整體把握、指導具體、科學有效。
在學生參加課題研究和上課的同時，教師應指導研究生與本科學生做好確定方案，在研究生的指導下查找相關的文獻，擬補參與課題研究所需知識的不足，以便學生盡早進入工作狀態。文獻檢索與應用是科學研究的必備能力之一。合理利用文獻資料是了解前人成果、避免低水平重復的必要手段。然而，考慮到學生的能力和精力有限，加之大三時學習任務也較繁重，進行大規模的資料檢索工作不太現實，筆者的做法是指定部分關鍵性的專著和論文，要求學生查找和閱讀，以便他們迅速進入狀態，少走彎路。
3.與考研方向相結合，促進考研率的提高
出于就業形勢的壓力和繼續深造的要求，很大一部分學生要參加考研。由于考研復習外語和數學與參加課題研究的時間有一定的沖突，處理不好會影響學生對參加課題時間和精力的投入。如果能將課題研究與學生的本科畢業設計和考研后的研究方向相結合則可最大限度地調動學生參與課題研究的積極性。而且，如果他們現在所學習和研究的內容就是他們碩士階段的研究方向，這對于考研的專業課考試和復試階段的口試都有極大的幫助，因此學生會投入極大的熱情和盡最大的努力學好電磁場與電磁波這類課程，高質量地完成畢業設計。例如，筆者2013年度所帶的兩個學生所作的畢業設計題目是《瞬變電磁信號獨立成分分析消噪方法研究》和《瞬變電磁重疊回線裝置均勻半空間視電阻率的研究》。由于這兩個學生所做的畢業設計的內容既與本人的科研項目結合，也是他們考研后導師的研究方向，在畢業設計過程中兩個學生非常地努力，克服了種種困難，出色地完成了畢業設計，畢業設計答辯獲得了優秀成績。同時，考研的專業課成績和復試的成績在考生中名列前茅，分別順利地被北京郵電大學和中科院錄取為碩士研究生，所撰寫的科研論文經筆者修改后也發表在核心期刊上。通過畢業設計與考研研究方向結合，取得了較好的效果。
4.建立有效的溝通聯系制度
參加教師的科研項目研究是鍛煉學生各方面能力的一次極好的機會。然而，由于本科生初次接觸這類實踐性較強的教學過程，難免有些不適應，建立有效的溝通和聯系制度顯得十分必要。在上課的同時，又要參加科研實踐，對學生的要求較高。筆者的做法是建立研究生與學生討論的例會制度，堅持每周兩次研究生與本科學生會面，其中一次為指導教師答疑解惑時間，另一次為詳細討論、總結交流會。每位同學都要在會上對前一階段的電磁場與電磁波課程學習中所遇到的問題進行總結，并把課程中所學習的內容與研究課題的內容關聯，找出課程中哪些是基礎知識、哪些是研究課題中遇到的問題以及解決課題某些難題的需要自學和補充的知識，提出來讓大家討論。在討論時，指導教師傾聽、引導和總結，鼓勵學生間的自主交流。這樣既可實時掌握課程的教學效果和學生課題研究的參與程度及進展情況，也可以使學生間了解彼此的體會，相互促進，形成良好的學習、科研氛圍。筆者近幾年的實踐表明，例會制度是行之有效的，取得了一定的效果。
5.強調規范化管理和檢查制度
對研究生指導本科生參加研究項目、促進電磁場與電磁波課程學習的過程要規范組織管理和操作程序，明確責任，理順關系，制定完善的規章制度，使管理科學化、規范化。在這個過程中，指導教師要督促和指導學生按照規范化的程序保質、保量按時地完成各階段的任務。具體地講，每個參加課題研究的學生要寫一個實踐報告，總結參加課題的收獲和電磁場與電磁波課程學習的體會與方法，供本屆和下一屆學生參考以及教師授課時講解。
三、收獲與體會
本次研究以提高工程電磁場導論和電磁場與電磁波的教學效果為出發點，以國家科技重大專項中的瞬變電磁場監測二氧化碳專題研究作為依托，探索和研究本類課程教學的理論與實踐方法，以求通過學生參加項目的實施和研究過程，提高對本門類課程學習的積極性和認清學習與掌握該類課程的重要性以及與后續課程學習（例如，天線和微波課程的學習）、考研、畢業后從事相關領域工作的相關性。通過優選的5～10名2010級及2011級學生參加瞬變電磁場監測二氧化碳專題研究項目，跟蹤和評價學生參加實際的研究項目對本類課程學習和教學效果提高的促進作用，使學生能夠學以致用，為改進電磁場與電磁波課程的教學積累經驗，奠定基礎。通過本次實踐研究得到了以下幾點認識：
理論教學與科研項目相結合是科研成果轉化為教學成果的途徑，是科研與教學相互作用、促進教學水平提高和學生獲取課程內容感性知識的有效手段，有助于提高該類課程學生學習的興趣和自覺性，提高教學效果。
在本項目的實踐過程中可以培養學生的團結、協作精神、責任意識，挑戰困難的勇氣和創新精神，獨立地解決問題的能力和溝通能力等。同時，在項目的實施過程中，結合學生的實際情況，提前開設畢業設計題目，摸索行之有效的畢業設計科學和規范的管理方法、正確指導、有效溝通方法，促進畢業設計的質量提升。此外，在項目的研究過程中，有意識地培養學生對本校的眷戀度，提高考研第一志愿報考本校本專業的比例，提高本專業的考研率。
通過本項目的實施探索課程教學改革的有效途徑和方法，形成一套行之有效的管理辦法，為該類課程的教學提供示范。
探索學科建設成果轉化為本科人才培養優勢的機制與途徑，在此成果的基礎上凝練新的學科方向，促進學科建設。
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關鍵字：Mathematica，電動力學，課堂教學
中圖分類號：G423.07 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00
引言
大學高等教育通常致力于培養專業基礎扎實、有較強實踐能力和拓展潛力、富有創新精神的本科人才。其中理工科專業要求學生系統掌握專業基礎理論、基本實驗方法和實驗技能，并具有較強的數理基礎。近些年，大學普遍擴招，生源質量下降，學生數學基礎不夠扎實，冷門專業情況更是嚴重，不少學生往往因專業知識在數學計算上的復雜及相關定理、概念和過程的抽象等問題而失去學習興趣，導致專業課的教學學習效果不夠理想[1]。
基于此種情況，已有不少人把多種現代教育技術如Matlab，Java，Mathematica等軟件應用到課堂教學中[2， 3]，使現代教學技術在提高學生學習積極性、優化課堂、提高課堂效率等方面取得了較好的效果。Mathematica是一款科學計算軟件，其很好地結合了數值和符號計算引擎、圖形系統、編程語言、文本系統以及與其他應用程序的高級連接。很多功能在相應領域內處于世界領先地位，截至2014年，它也是世界上使用最廣泛的數學軟件之一。普遍認為Mathematica的標志著現代科技計算的開始，它是世界上通用計算系統中最強大的系統。自從1988以來，它已經對科技和其它領域中計算機的運用方式產生了深刻的影響，并且在國外教學工作中獲得了廣泛的應用[4， 5]。從google學術搜索中搜尋Mathematica以及Education相關條目，有近十萬條結果。從高中到研究生數以百計的課程都使用它，并有多本關于Mathematica教學的圖書出版，涵蓋多門專業教學。Karim等人[5]甚至還基于Mathematica軟件開展了遠程教學。而在我國，雖然教師們對于現代化手段在教學中的應用很早就開展了研究，但是一直以來不夠重視，特別是Mathematica軟件在教學中的應用和國際相比還處于初級階段，還沒有得到廣大教師的足夠重視和普遍使用。這從google學術檢索中就可以發現，Mathematica與教育教學等詞條相關的論文搜索結果還不到三千條。相關教學論文數量不夠充分，內容也還很不深入，相關中文教材也處于缺乏狀態，并且這些研究主要分布于大學物理以及數學分析這兩門課程[2， 3， 6]。對于Mathematica在數學、物理等數學要求較高的大學各專業核心課程教學中的應用工作還未深入展開，而物理、電子等系核心專業課之一――電動力學的數學要求遠比普通理工科專業高，因此本文欲在前人研究基礎上，以電動力學部分難點的教學工作為例，展開深入分析，力圖引入Mathematica軟件輔助教學，消除學生對復雜公式的畏懼感，直觀準確地展示各種物理圖像，使學生對課程的學習有良好的進步。
1 應用
本文研究目的旨在借助于Mathematica軟件將學生從復雜的微分偏微分方程求解過程中解放出來，并用圖形和動畫直觀展示各重點難點，從而降低專業課的學習難度，達到提高學生學習積極性的目的，并使學生初步掌握Mathematica軟件的使用方法，提高他們學習新事物的能力。
電動力學是很多大學專業的主干課程之一，如電子、信息、通信、物理等學科。其主要內容就是麥克斯韋方程組的來由及其在各種條件下的具體應用。此處我們以電磁波的傳播為例，在瞬變條件下，變化的電場和磁場相互激發，形成在空間傳播的電磁波。單從字面描述以及電磁波方程來看，較為抽象。學生一般很難理解。通過使用Mathematica軟件，我們可以將平面電磁波的傳播用圖1展示。從圖1中可以清晰看出平面電磁波的幾個特性：1，平面電磁波是橫波；2，電場、磁場以及傳播方向三者是相互垂直的； 3，電場和磁場是同位相。
圖1是靜態圖，實際上，通過圖2所示代碼，我們還可以用動畫演示電磁波的傳播。圖2所示代碼形式簡潔，接近于自然語言，這樣就讓學生無須較高的編程水平即可自行編寫代碼，容易激發學生的學習興趣。圖2所示代碼會生成一個簡潔易懂，易于操作的界面，可以通過設置循環播放，良好地演示電磁波的傳播。通過“waves”按鈕可以分別演示不同個數的完整波形，時間軸可以快速或慢速地動態演示電磁波的傳播過程，讓學生輕松理解電磁波傳播過程。
除了平面電磁波在無界空間的自由傳播之外，平面電磁波在兩塊平行板之間的傳播，也能形象清晰地展示。如圖3所示，此圖可以大大加深學生對電磁波傳播的理解，便于學生學習。誠然此圖所需代碼較為復雜，不僅需要相關的電動力學知識，還必須熟悉偏微分方程求解理論，此外對Mathematica軟件的使用熟悉程度也有要求，學生難以短時間內獨立完成，需要進一步的訓練之后才可能完成。類似的內容可以讓學生課后完成，作為考核內容，這樣可避免學生過于依賴該軟件而忽視數學學習的重要性。
總而言之，Mathematica應用到電動力學課堂教學中，能讓教學過程更生動，促進學生學習理解。
2 結束語
當前我國大學專業課教學中，數學分析軟件的使用還處于初級階段。學生薄弱的數學基礎與專業課較高的數學分析要求是專業課學習過程中的主要矛盾之一。本文著力于解決由學生薄弱的數學基礎和抽象的專業概念所引起的在專業課學習上的困難，讓學生開闊視野，并培養學生利用工具軟件的能力。從而可以將專業課學習過程中的復雜數學問題交給專業數學分析軟件Mathematica來進行，學生只需掌握基本的數學原理，了解相關知識，配合Mathematica豐富的互動界面和圖形顯示功能，就能達到更充分更深層次理解內容本質的目的。本文重點有機銜接了電動力學與Mathematica軟件，通過Mathematica在電動力學課堂教學上的使用，達到加強基本理論教學，擴展學生視野，引導學生關注科學前沿的發展動態，并訓練學生的創新精神，而且避免了學生過于依賴該軟件而置數學于不顧的情況。對于電動力學課程中的主要內容，可以建立一系列相應的數值程序，進而開發一個系統性的課件，輔助課堂教學，這將會對教學效果產生很大的促進作用。
參考文獻
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關鍵詞：電磁場；理論教學；課程評價
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）07-0222-02
一、教學現狀
“電磁場原理”作為電氣類專業開設的一門專業選修課，旨在將電路、信號與系統、通信原理等課程的內在聯系用數學物理方程的形式進行理論整合。并通過教學活動，培養學生的科學思維能力和理論推導能力[1]。
學生和教師在教學交互過程中最集中的矛盾點在于，學生認為課程抽象難懂、高度依賴課堂的講授過程、沒有課后的相應預習與反饋，導致課堂教學活動以后，學生對電磁理論知識的理解處于一種似懂非懂的狀態，不能靈活運用現有知識解釋實踐中遇到的電磁現象。一般認為，合適的教學方法，以及適當的教學手段是激發學生學習興趣的最有效方法[2]。為了解決這一矛盾，提高教學的趣味性、直觀性，提升學生對教學活動的關注度，在課堂上引入了多媒體教學手段[3-4]，并使用各種工程軟件[4]將試驗結論圖表化。事實上，這在很大程度上降低了理論教學的要求，側重于簡單、應用、結論性的內容，而對理論推導過程中的技巧性和邏輯演繹部分卻是一帶而過，而這些往往是這門課程的精華所在，體現的是前人對已有知識的創造性應用，而這些正是當代大學生所缺乏的。因此，通常采用多媒體技術與板書教學相結合[5]的授課形式。
所以，在激發學生學習興趣的同時，如何讓學生對電磁場理論體系理解得更深刻、掌握得更充分，并能催生出學生的自主學習能力就是一個值得研究的課題。當代大學生對課程分數異常敏感，因此，通過對課程學習評價方式進行改革，在理論教學活動中適度給予學生“自主學習”的靈活度，讓學生在課程實施框架內進行理論、實踐的自由發揮，不僅可以激發學生的學習熱情，同時可以培養學生掌握知識、應用知識的能力，從而達到加深學生對課程內容理解的目的。
二、“自主學習”的評價原則
課程評價方式的改變不僅要適應學校的教學現狀，充分考慮到生源質量（學生的基礎知識、分析問題的能力[6]，特別是微積分和矢量幾何知識）等因素，同時也要考慮電磁場原理這門課程在校內的發展沿革，適應電氣類專業的當前需求，在學校的要求、專業的需求、教學的成果三者之間取得平衡。通過教學內容的整合、教學方法的改變[7]，達到提高學生理論素養和實踐能力的教學目的。武漢輕工大學《關于課程學習評價方式改革的指導性意見》明確提出，要改變課程學習評價方式單一、重結果輕過程的現象，采用多次、不同形式的評價方式，綜合評定學生成績及學習效果。
“自主學習”的目的在于促進學生的課外閱讀和工程實踐；評價的原則是以過程考核和能力考核作為學生知識掌握的評價依據，因此在教學評價的時效性和針對性上與以往的評價方式有很大不同。電磁設備和無線通訊技術的大范圍普及，也為“自主學習”評價方式的建立提供了良好的支撐，在學習了位移電流和坡印亭方程的數學模型后，學生可以在課堂的小組討論和課后的小論文作業中舉出相關的應用實例，解釋移動設備無線充電、手機工作時會發熱的原理，使抽象理論和具體應用無縫對接，培養學生理論聯系實際的思考能力，同時也考查學生對某一知識點的掌握情況。通過教學過程中的“自主學習”評價，做到對重要知識點的全覆蓋。
“自主學習”評價方式是以培養能力為導向的評價機制，弱化了期末考試的評分比重，加大了對每個知識點的考查力度，強化了對學生的課后閱讀及思考、工程實踐能力的成績評價。
三、“自主學習”的評價內容
“自主學習”評價的目的是為了提高學生對知識點理解的深度以及應用理論知識到實際工程問題中的能力。因此，在教學開始的第一堂課，就要清楚地向學生闡明“自主學習”的評價內容，并在發放給學生的“課程教學實施方案”中進行文字說明。在教學過程中，針對知識要點進行的測評前，須告知學生采用的評價方式和時段，需要閱讀的參考文獻資料和需要準備的其他輔助器材。在評價完成后，及時向學生反饋評價分數和評語，讓學生了解自己的知識掌握情況。評價內容一般包括以下6個方面。
評價內容（1）：課后作業（占平時成績30%）。①每一章節課堂學習完成后，要求學生能夠自主推導這一章節中具有結論意義的數學物理方程，并解釋這一（組）方程的適用條件和物理意義，加強學生對知識點的記憶，作為課后作業的第一部分；②任課教師出一道典型應用題，要求學生能夠根據已知條件模擬計算實際工作中可能遇到的問題，并給出具體的數值結果，考查學生應用知識解決實際問題的能力。
評價內容（2）：分組討論（占平時成績30%）。①對于電磁場（包括靜電場、穩恒電場、恒定磁場、時諧場等），要求學生以5―6人為一個小組，在學習完課程內容后，任選其中一項作為題目，以多媒體報告的形式用課堂知識解釋一種觀測到的物理現象或者提出一種新型應用技術的可能性；②每個報告的r間不超過5分鐘，總的耗時不超過兩節課。
評價內容（3）：小論文（占平時成績30%）。①每個討論小組根據分組討論的結果，結合多媒體報告的內容，在參考近五年外文相關文獻的基礎上形成小論文；②小論文應該有明確的結論性陳述，對涉及到的電磁理論模型有詳細說明，要求字數不少于2000字，內容理論結合實際，引用的外文文獻和多媒體報告內容相關。
評價內容（4）：加分環節（占總成績的10%）。如果學生能夠根據電磁理論，設計并自主動手制作一種已有（如電刷）或者某種新型傳感器，則予以加分鼓勵。
評價內容（5）：處罰。對于在作業、分組討論、小論文環節明顯應付或者抄襲、舞弊的記零分，不予成績。
u價內容（6）：平時成績的構成。課后作業30%、分組討論30%、小論文30%、考勤10%；平時成績占總成績的50%；加分環節的10分為總成績的10%。
“自主學習”的評價內容可以針對某一個知識點、也可以針對一個章節來進行，總體上覆蓋課程體系中的所有知識點，鼓勵學生在教學大綱的所列部分進行自由發揮，也支持學生依據興趣，針對諸如高壓輸電線電磁輻射、室內WIFI電磁輻射屏蔽等現象進行科學分析、構想解決方案，培養學生獨立思考和探索的能力。通過這種評價方式，教師掌握學生每一階段的知識掌握情況，學生則通過評價的反饋分數，了解自己的當前學習狀況。評價內容既體現了學生個體的學習成果，也反映了學生團隊的分工協作能力。
四、“自主學習”的評價效果
在電氣專業的電磁場原理教學中，嘗試進行“自主學習”的課程評價，并通過平行班的對比發現，進行“自主學習”的班級不及格學生非常少，高分學生增加；學生總評成績的分布也更加科學合理，趨于正態分布；而平行班的成績分布則趨于梯形；學生在教務系統中對教師的評價也較平行班的要高，學生對這種教學方式持積極肯定的態度，認為通過課程學習，掌握了電磁理論的基礎性、原理性的知識，并能夠對實際問題進行分析和解釋?？傮w而言，“自主學習”評價體系的教學效果是積極的。
五、結語
通過實施“自主學習”評價的方案，緩解了學生對理論教學的畏懼情緒，在不降低理論教學要求的前提下，讓學生積極參與到教學互動中，引導學生進行知識的搜集、整理、分析和邏輯推演，將抽象的電磁理論和具體的工業產品、物理現象、實驗結論緊密的聯系起來，在激發學生自主學習熱情的同時，培養學生分析問題的能力，提升學生的創新意識，實現學生綜合素質的提高。
六、致謝
本文的研究內容得到了武漢輕工大學“課程評價方式改革試點”項目的資助，編號為2016088。
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