“电磁场与微波技术”课程设计

花涛　王青云　梁瑞宇　沈卫康

摘 要 针对电磁场与微波技术课程中许多学生数理基础不够扎实，对课程中的数学推导以及公式记忆和理解产生畏惧感，从而对整个课程失去兴趣这一学情，本文提出通过突出各知识点之间联系，强调对所有知识点整体把握。并以静态电磁场边界条件这一重要概念的教学设计为例，阐述“强调知识点之间联系”这一思想在教学过程中的运用。强调以应用实例讲解导入新概念的教学方法，增加学生对公式概念的理解和学习兴趣。

关键词 电磁场 微波技术 知识点之间联系 实例导入

中图分类号：G424文献标识码：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

电磁场与微波技术，是电子信息类学科的一门非常重要的专业理论课，目的是满足学生以后从事微波天线以及射频类的相关工作需求。通过本课程的学习，可以使学生掌握电磁场的基本定律和基本性质。也只有学好电磁场理论，才能理解天线雷达微波技术等相关的后续课程。本课程需要用到的数学知识较多，因此学生想要学好该课程，就需要在高等数学课程中打下良好的基础。但是在很多高校，尤其是在二本院校中，许多学生数学功底较薄弱，甚至没有真正建立微积分的概念，对理论学习普遍兴趣不高，并且对公式推导有天然的恐惧感。①②③④⑤所以在教授过程中，教师应尽量省略冗长推导过程，讲清楚结论和应用实例，导入新课时，要联系学生熟悉的事物并讲解原理。

1 强调知识点之间联系

对于许多学生在学习该课程“不能很好地梳理清楚众多数学公式之间的联系，以及不能很好地运用公式解决实际问题”这一实际学情。建议将“化烦为简”的思路贯穿整个教学过程。一个较难的问题，往往是由许多简单的问题以及他们之间的联系组成的。所以教师在教学过程中，应当突出各个知识点之间的联系，强调对所有知识点整体的把握。这样就会让学生觉得这些方程公式的学习和推导其实不难，从而提升学生学习该课程的热情和效果。

在强调知识点间的关联的时候，同时也要讲清楚各知识点间的区别。同时，注意新旧知识点的联系也是有效的教学方法。著名教育学家奥苏贝尔的非常著名的“有意义学习法”认为：新知识的学习必须以已有的认知结构为基础。所以教师在讲授知识的过程中，如何找到新旧知识点之间的关联，从而合理地在旧知识的基础上引入新知识。成为讲好电磁场与微波技术这门课，以及其他相似课程的关键。

2 以应用实例讲解导入新概念

学生缺乏对数学公式的兴趣，归根到底是因为脑海中缺乏一种立体的形象和各知识点的关联。当教师在导入一个新的概念时，如果以一个应用实例给学生做讲解，会大大增加学生的学习兴趣，让学生更加形象地理解所要掌握的概念公式。

例如，在讲授电介质中的极化现象时，如果仅仅从公式的推导去代入，学生往往听不懂，也没有学习下去的兴趣。但是如果以生活中常见的微波炉的原理作为知识点的引入，会起到事半功倍的效果。微波爐的工作原理是：（1）微波炉是利用电磁波的能量来加热食物的。（2）微波炉由一个磁控管将电能转化为电磁波，然后照射到食物上。（3）食物被电磁场加热的原因：因为食物中含有水分子，而水分子具有一定的电偶极矩，在高频电磁场作用下，正负电荷将受到电场力的作用，电偶极矩发生迅速变化和旋转，使得水分子运动加剧，温度上升，熟化食物。通过实例形象的解释，学生会迫切地想要了解电偶极矩是怎么回事，怎样的结构。这时教师再去讲解是由于极化现象产生的电偶极矩，学生比较容易接受。

例如也可以通过隐身战斗机的实例来引入一些重要的概念。在理工类专业，学生往往对军事方面有着很浓的兴趣。通过战斗机的隐身原理来引入，学生会非常感兴趣。隐身大体可以分为三种：（1）视觉隐身（或光学隐身）。这时可以引入光线弯曲，透视的概念;（2）红外隐身。这时可以引入红外辐射屏蔽的原理;（3）电磁隐身（或雷达隐身）。这时可以引入外形整体设计，涂敷吸波材料，面阻抗加载的原理。

3 以“静态电磁场边界条件”教学设计为例阐述“知识点之间关联”的运用

我们以讲授“电磁场与微波技术”课程中的一个非常重要概念“静态电磁场边界条件”时的教学设计为例，来体现“强调知识点之间联系”这一思想在教学过程中的运用。

首先我们针对电磁场边界条件，提出动态（时变）电磁场的边界条件与静态电磁场的完全相同。这样我们就只需要学习静态电磁场的边界条件，具体分为静电场的边界条件和恒定磁场的边界条件。然后我们运用“电场和磁场对偶”的思想，重点学习和推导静电场的边界条件。其法向和切向边界条件证明过程则分别对应着静电场基本方程积分形式的两个方程。这样一个整体的学习电磁场边界条件问题就化简成了学习静态电磁场中的静电场边界条件这一比较简单的问题。磁场的边界条件可以运用“电场和磁场对偶”的思想来学习，推导过程与静电场边界条件证明过程极为相似。具体的磁场边界条件推导过程可以让学生在课后自己练习，以加深印象。

整个课程中要强调“对偶”的观点。只要记住一组方程，其他的方程都会与这组方程有一种对称的联系。这对学生记忆理解电磁场的基本公式有很大帮助。重点让学生掌握各个数学方程之间的联系，理清方程的涵义和相互联系，以便可以从整体上掌握所有的电磁场理论公式。这样就可以让学生对数学方程公式的“畏惧感”消失了。

具体证明静电场边界条件的时候可以详细的讲解每一步过程。做到多媒体教学演示与黑板板书相结合，图形和文字并茂加深学生印象。同时重点需要注意的地方用红色标注以示突出。整个教学过程要做到：重点内容突出、尊重教学特点、多种教学手段结合、授课上下连贯层次清晰。

具体的教学流程总体设计如图1。

4 进一步改革建议

在教授此门课程的过程中，教师应该改变传统的学科本位课程观，在采用能力本位课程观的基础上，朝多元整合型方向发展，形成一种多元整合的课程观。具体改革的思路表现为：

（1）坚持理论与实践相结合。应该更多融入产业要素、行业要素、企业要素、职业要素和实践要素。（2）适当增加实验课时量，最好可以让学生学会电磁场天线微波类的仿真软件，如ADS、HFSS。增加学生今后就业选择面。（3）采取灵活多变的教学手段。板书与PPT课件相结合。特别重要的公式带着学生一起在黑板上推导一遍。对于冗长推导的章节，过程尽量简化，让学生掌握重要概念，对公式可以持拿来主义，关键是会用！充分发挥计算机的仿真功能，给学生展示电磁天线仿真的实例，激发学生学习的热情，让他们有自己试一试的热情。告诉学生教師自己以往“背公式”的诀窍。

5 小结

本文提出在学习“电磁场与微波技术”课程中，通过“强调联系”的教学思想，突出各个知识点之间的联系，强调对所有知识点整体的把握，以此来帮助学生对公式的记忆和理解，提升学生的学习热情和效率。本文以讲授“静态电磁场边界条件”这一重要概念时的教学设计为例，阐述在讲授过程中如何强调公式之间的联系。同时也强调以应用实例引入概念讲解来激发学生的学习兴趣。

注释

① 李九生，裘国华.电磁场理论与微波技术教学改革研究[J].中国现代教育装备，2012.3：57-58.

② 林相波，刘军民.电磁场与电磁波课程教学中的几点思考[J].电气电子教学学报，2009.31（2）：95-96.

③ 袁明辉.电磁场理论教学研究[J].科技创新导报，2010.5：184.

④ 苏艳.电磁场与电磁波教学方法探讨[J].科技信息，2010.21：107.

⑤ 张会芝，刘艳芳.通信工程专业电磁场理论课程教学探索[J].中国现代教育装备，2009.8：107-108.