在“電磁場與電磁波”的課堂教學中介紹專業知識

摘要 “電磁場與電磁波”是一門公認為難教和難學的課程，許多學生在學習過程中興趣不高且有畏難情緒，為提高學生的學習興趣，在課堂教學中，結合教學內容，將有關專業知識如電波傳播與天線、射頻技術、微波技術、電磁兼容技術等融于教學中。

關鍵詞 課堂教學 學習興趣 電磁場與電磁波

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

一般情況下，對于大二學生，他們對自己本專業還是很關注的，通過入學時的專業介紹，能對自己所學專業有個大概的了解，但限于知識面，不能全面正確理解自己專業的內容，因而存在畏難情緒，不能激發學生學習興趣。另一方面，教師如果能結合課堂內容，在講授專業基礎課時介紹相關專業知識，使學生對所學專業有更深入的理解，并形成良好印象。

1 通過課堂教學介紹相關專業知識從而提高學生學習興趣

“電磁場與電磁波”是工科通信工程、電子信息專業的一門重要的基礎課程， 也是微波技術、微波網絡、天線原理等后續課程的理論基礎， 是一門理論性強、概念抽象、數學公式推導繁瑣、難教和難學的課程。①針對這些特點，教師如何通過課堂教學來激發學生的學習興趣，使學生不再產生畏難情緒，一直是一線教師值得探索的問題。托爾斯泰說過：“成功的教學所需要的不是強制，而是激發學生的興趣”，許多專家和業內人士都或多或少地提到了激發學生的興趣。那么，對于“電磁場與波”這門課程，如何提高學生的學習興趣呢？ 我們通過介紹專業知識來增強學生的學習興趣，取得了一定效果。

2 在“電磁場與電磁波”的課堂教學中介紹專業知識

2.1 介紹電波傳播與天線

電磁場理論指出，在時變的情況下，電場和磁場相互激勵，在空間形成電磁波，時變電磁場的能量以電磁波的形式進行傳播。當電流密度、電荷密度均不為零時，麥克斯韋方程如式，，，所示，此時表示天線上有激勵電流密度、電荷密度時，由上述方程及矢量位法即可求得天線的輻射場。

發射天線或自然源輻射的無線電波，通過介質或受到介質分界面的影響，而到達接收天線的過程，稱為無線電波傳播，電波受媒質和媒質交界面的作用，產生反射、散射、折射、繞射和吸收等現象。為了確定無線電系統的頻率、功率、增益、靈敏度、信號噪聲比和工作方式等，都需要對無線電波傳播特性有所了解。

無線電通信、廣播、電視、雷達、導航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進行工作，天線是在無線電設備中用來發射或接收電磁波的部件，天線通常由金屬導線（桿）或金屬面制成，前者稱為線天線，后者稱為面天線。另外，在用電磁波傳送能量方面，非信號的能量輻射也需要天線。通常一副天線既可作為發射天線，也可作為接收天線，配有雙工器的天線可以收發同時共用，但有些天線只適宜作接收天線使用。目前應用較多的如衛星天線、手機天線、基站天線、電視發射或接收天線等等。

2.2 射頻技術②

在電磁場理論中，坡印廷定理是1884年約翰·坡印亭（John Poynting）提出的關于電磁場能量守恒的定理。坡印廷定理表明，在電磁場中的任意閉合面上，坡印廷矢量的外法向分量的閉面積分，等于閉合面所包圍的體積中所儲存的電場能和磁場能的時間減少率減去容積中轉化為熱能的電能耗散率。

電磁場中的電場強度E與磁場強度H叉乘所得的矢量，即E€譎=S，代表電磁場能流密度，表示一個與垂直通過單位面積的功率相關的矢量。人們稱這個矢量S為坡印廷矢量，這也表明電磁能量是通過電磁場傳輸的。

射頻技術（RFID）是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別。常稱為感應式電子晶片或近接卡、感應卡、非接觸卡、電子標簽、電子條碼等。其原理為由掃描器發射一特定頻率的無線電波能量給接收器，用以驅動接收器電路將內部的代碼送出，此時掃描器便接收此代碼。接收器的特殊在于免電池、免接觸、免刷卡，故不怕臟污，且晶片密碼為世界唯一無法復制，安全性高、長壽命。

最基本的RFID系統由三部分組成：電子標簽（Tag）、讀寫器（Reader）、天線（Antenna）。

RFID技術應用給各行各業都帶來了巨大的技術變革和新興的行業機會，如在零售、物流行業，門禁、汽車門鎖和安全管理方面，醫藥行業，運輸和通關，金融行業等行業中得到了廣泛的應用。

2.3 微波技術

微波是指波長在1mm～1000mm、頻率在300MHz～300GHz范圍之間的電磁波，因為它的波長與長波、中波與短波相比來說，要“微小”得多，所以它也就得名為“微波”了。

微波技術與工程應用緊密聯系。如同軸線應用在有線電視、閉路監控系統、電信企業的傳輸部門等；波導應用在功率較高的場合如雷達、基站等，功率分配器、隔離器、定向耦合器等應用在室內分布系統和基站等。

2.4 電磁兼容技術③

電磁場理論中學習了靜電場、恒定電場、恒定磁場、時變電磁場等，這些知識均能應用到電磁兼容領域，電磁兼容性或電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC）是在電學中研究意外電磁能量的產生、傳播和接收，以及這種能量所引起的有害影響。電磁兼容（EMC）也指電氣及電子設備在共同的電磁環境中能執行各自功能的共存狀態，即要求在同一電磁環境中的上述各種設備都能正常工作中互不干擾，達到“兼容”狀態。

對消費類電子產品（信息技術設備、音視頻產品、家電和玩具、燈具、工科醫產品）、軍工產品和汽車電子產品等均需進行電磁兼容檢測。不過對不同產品，有不同的測試標準和項目，但都必須經過相應的測試。

3 總結

在“電磁場與波”的課堂教學中，為提高學生的學習興趣，結合教學內容，將有關專業知識如電波傳播與天線、射頻技術、微波技術、電磁兼容技術等融于教學中，使學生從宏觀上較深入地了解“電磁場與波”這門課程的用途，從而下定學習決心，為以后的學習打下堅實的基礎。

本文得到電子科技大學中山學院質量工程建設項目資助，項目編號2009JXTD02

注釋

① 吳良美.電磁場與波課堂教學方法淺談[J].安徽工業大學學報（ 社會科學版），2010.27（2）：128-129.

② 謝處方，饒克謹.電磁場與電磁波[M].北京：高等教育出版社，2009.

③ 聞映紅.電磁場與電磁兼容[M].北京：科學出版社，2010.