“電磁場與微波技術”課程設計

花濤　王青云　梁瑞宇　沈衛康

摘 要 針對電磁場與微波技術課程中許多學生數理基礎不夠扎實，對課程中的數學推導以及公式記憶和理解產生畏懼感，從而對整個課程失去興趣這一學情，本文提出通過突出各知識點之間聯系，強調對所有知識點整體把握。并以靜態電磁場邊界條件這一重要概念的教學設計為例，闡述“強調知識點之間聯系”這一思想在教學過程中的運用。強調以應用實例講解導入新概念的教學方法，增加學生對公式概念的理解和學習興趣。

關鍵詞 電磁場 微波技術 知識點之間聯系 實例導入

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.10.067

"Electromagnetic Field and Microwave Technology" Curriculum Design

——Take ?"Static Electromagnetic Field Boundary Conditions" Instructional Design as the Case

HUA Tao， WANG Qingyun， LIANG Ruiyu， SHEN Weikang

（School of Communication Engineering， Nanjing Institute of Technology， Nanting， Jiangsu 211167）

Abstract Electromagnetic Field and Microwave Technology curriculum for many students in mathematics and physics solid enough， the mathematical derivation of the curriculum as well as memory and understanding formulas generate a sense of fear， and thus lose interest in the whole course of this learning situation. Proposed by highlighting links between knowledge， emphasis on overall grasp all the knowledge points. Instructional Design and static electromagnetic field boundary conditions for this important concept， for example， describes "stressed the link between knowledge，" the idea of using the teaching process. Emphasizes application examples to explain the concept of introducing new teaching methods， increase students' understanding of the concept of formula and interest in learning.

Key words Electromagnetic Field; Microwave Technology; link between knowledge; examples import

0 引言

電磁場與微波技術，是電子信息類學科的一門非常重要的專業理論課，目的是滿足學生以后從事微波天線以及射頻類的相關工作需求。通過本課程的學習，可以使學生掌握電磁場的基本定律和基本性質。也只有學好電磁場理論，才能理解天線雷達微波技術等相關的后續課程。本課程需要用到的數學知識較多，因此學生想要學好該課程，就需要在高等數學課程中打下良好的基礎。但是在很多高校，尤其是在二本院校中，許多學生數學功底較薄弱，甚至沒有真正建立微積分的概念，對理論學習普遍興趣不高，并且對公式推導有天然的恐懼感。①②③④⑤所以在教授過程中，教師應盡量省略冗長推導過程，講清楚結論和應用實例，導入新課時，要聯系學生熟悉的事物并講解原理。

1 強調知識點之間聯系

對于許多學生在學習該課程“不能很好地梳理清楚眾多數學公式之間的聯系，以及不能很好地運用公式解決實際問題”這一實際學情。建議將“化煩為簡”的思路貫穿整個教學過程。一個較難的問題，往往是由許多簡單的問題以及他們之間的聯系組成的。所以教師在教學過程中，應當突出各個知識點之間的聯系，強調對所有知識點整體的把握。這樣就會讓學生覺得這些方程公式的學習和推導其實不難，從而提升學生學習該課程的熱情和效果。

在強調知識點間的關聯的時候，同時也要講清楚各知識點間的區別。同時，注意新舊知識點的聯系也是有效的教學方法。著名教育學家奧蘇貝爾的非常著名的“有意義學習法”認為：新知識的學習必須以已有的認知結構為基礎。所以教師在講授知識的過程中，如何找到新舊知識點之間的關聯，從而合理地在舊知識的基礎上引入新知識。成為講好電磁場與微波技術這門課，以及其他相似課程的關鍵。

2 以應用實例講解導入新概念

學生缺乏對數學公式的興趣，歸根到底是因為腦海中缺乏一種立體的形象和各知識點的關聯。當教師在導入一個新的概念時，如果以一個應用實例給學生做講解，會大大增加學生的學習興趣，讓學生更加形象地理解所要掌握的概念公式。

例如，在講授電介質中的極化現象時，如果僅僅從公式的推導去代入，學生往往聽不懂，也沒有學習下去的興趣。但是如果以生活中常見的微波爐的原理作為知識點的引入，會起到事半功倍的效果。微波爐的工作原理是：（1）微波爐是利用電磁波的能量來加熱食物的。（2）微波爐由一個磁控管將電能轉化為電磁波，然后照射到食物上。（3）食物被電磁場加熱的原因：因為食物中含有水分子，而水分子具有一定的電偶極矩，在高頻電磁場作用下，正負電荷將受到電場力的作用，電偶極矩發生迅速變化和旋轉，使得水分子運動加劇，溫度上升，熟化食物。通過實例形象的解釋，學生會迫切地想要了解電偶極矩是怎么回事，怎樣的結構。這時教師再去講解是由于極化現象產生的電偶極矩，學生比較容易接受。

例如也可以通過隱身戰斗機的實例來引入一些重要的概念。在理工類專業，學生往往對軍事方面有著很濃的興趣。通過戰斗機的隱身原理來引入，學生會非常感興趣。隱身大體可以分為三種：（1）視覺隱身（或光學隱身）。這時可以引入光線彎曲，透視的概念;（2）紅外隱身。這時可以引入紅外輻射屏蔽的原理;（3）電磁隱身（或雷達隱身）。這時可以引入外形整體設計，涂敷吸波材料，面阻抗加載的原理。

3 以“靜態電磁場邊界條件”教學設計為例闡述“知識點之間關聯”的運用

我們以講授“電磁場與微波技術”課程中的一個非常重要概念“靜態電磁場邊界條件”時的教學設計為例，來體現“強調知識點之間聯系”這一思想在教學過程中的運用。

首先我們針對電磁場邊界條件，提出動態（時變）電磁場的邊界條件與靜態電磁場的完全相同。這樣我們就只需要學習靜態電磁場的邊界條件，具體分為靜電場的邊界條件和恒定磁場的邊界條件。然后我們運用“電場和磁場對偶”的思想，重點學習和推導靜電場的邊界條件。其法向和切向邊界條件證明過程則分別對應著靜電場基本方程積分形式的兩個方程。這樣一個整體的學習電磁場邊界條件問題就化簡成了學習靜態電磁場中的靜電場邊界條件這一比較簡單的問題。磁場的邊界條件可以運用“電場和磁場對偶”的思想來學習，推導過程與靜電場邊界條件證明過程極為相似。具體的磁場邊界條件推導過程可以讓學生在課后自己練習，以加深印象。

整個課程中要強調“對偶”的觀點。只要記住一組方程，其他的方程都會與這組方程有一種對稱的聯系。這對學生記憶理解電磁場的基本公式有很大幫助。重點讓學生掌握各個數學方程之間的聯系，理清方程的涵義和相互聯系，以便可以從整體上掌握所有的電磁場理論公式。這樣就可以讓學生對數學方程公式的“畏懼感”消失了。

具體證明靜電場邊界條件的時候可以詳細的講解每一步過程。做到多媒體教學演示與黑板板書相結合，圖形和文字并茂加深學生印象。同時重點需要注意的地方用紅色標注以示突出。整個教學過程要做到：重點內容突出、尊重教學特點、多種教學手段結合、授課上下連貫層次清晰。

具體的教學流程總體設計如圖1。

4 進一步改革建議

在教授此門課程的過程中，教師應該改變傳統的學科本位課程觀，在采用能力本位課程觀的基礎上，朝多元整合型方向發展，形成一種多元整合的課程觀。具體改革的思路表現為：

（1）堅持理論與實踐相結合。應該更多融入產業要素、行業要素、企業要素、職業要素和實踐要素。（2）適當增加實驗課時量，最好可以讓學生學會電磁場天線微波類的仿真軟件，如ADS、HFSS。增加學生今后就業選擇面。（3）采取靈活多變的教學手段。板書與PPT課件相結合。特別重要的公式帶著學生一起在黑板上推導一遍。對于冗長推導的章節，過程盡量簡化，讓學生掌握重要概念，對公式可以持拿來主義，關鍵是會用！充分發揮計算機的仿真功能，給學生展示電磁天線仿真的實例，激發學生學習的熱情，讓他們有自己試一試的熱情。告訴學生教師自己以往“背公式”的訣竅。

5 小結

本文提出在學習“電磁場與微波技術”課程中，通過“強調聯系”的教學思想，突出各個知識點之間的聯系，強調對所有知識點整體的把握，以此來幫助學生對公式的記憶和理解，提升學生的學習熱情和效率。本文以講授“靜態電磁場邊界條件”這一重要概念時的教學設計為例，闡述在講授過程中如何強調公式之間的聯系。同時也強調以應用實例引入概念講解來激發學生的學習興趣。

注釋

① 李九生，裘國華.電磁場理論與微波技術教學改革研究[J].中國現代教育裝備，2012.3：57-58.

② 林相波，劉軍民.電磁場與電磁波課程教學中的幾點思考[J].電氣電子教學學報，2009.31（2）：95-96.

③ 袁明輝.電磁場理論教學研究[J].科技創新導報，2010.5：184.

④ 蘇艷.電磁場與電磁波教學方法探討[J].科技信息，2010.21：107.

⑤ 張會芝，劉艷芳.通信工程專業電磁場理論課程教學探索[J].中國現代教育裝備，2009.8：107-108.