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序論：在您撰寫電磁波課程論文時，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(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
一、工程實例教學(xué)實踐
《電磁場與電磁波》是電子信息類專業(yè)的主干基礎(chǔ)課程，涉及大量的場論和矢量分析方面的數(shù)學(xué)知識，覆蓋內(nèi)容較廣，且有一定的深度。相對于應(yīng)用型課程，該課程的理論分析內(nèi)容較多，課程理解需要學(xué)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(xué)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(jié)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(xué)中主要做電容和互感的測量實驗，多導(dǎo)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(xué)生在掌握部分電容和互感的特性及測量原理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用測試具體參數(shù)，對比測試結(jié)果與理論計算結(jié)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(xué)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(yīng)用有機結(jié)合到課程教學(xué)中，課堂氛圍異?；钴S，學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)生在此基礎(chǔ)上開始研究電磁理論新的應(yīng)用。
二、課堂教學(xué)與課外科技活動結(jié)合
除課堂教學(xué)外，根據(jù)實際課堂教學(xué)內(nèi)容，定期給學(xué)生布置與實際應(yīng)用相關(guān)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(xué)生分組內(nèi)部科技小競賽等，復(fù)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(xué)生由淺入深地了解到電磁應(yīng)用的廣闊性，避免了學(xué)生學(xué)習(xí)的盲目性，避免在學(xué)生中形成學(xué)習(xí)電磁場無用論的觀點。
關(guān)鍵詞 電磁場與電磁波 課程教學(xué)探究 現(xiàn)代信息技術(shù) 整合
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
1 省內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀分析
“卓越人才培養(yǎng)計劃”要求學(xué)校培養(yǎng)出基礎(chǔ)扎實、知識面寬、創(chuàng)新實踐能力強、具有社會責(zé)任感、團隊合作精神和卓越人才培養(yǎng)潛質(zhì)的優(yōu)秀學(xué)生。對于我校電信、電科專業(yè)學(xué)生而言，最好的平臺之一就是利用好每一年一度的電子設(shè)計競賽和物理創(chuàng)新大賽。而要想在各類大型競賽中獲得成績，學(xué)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(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。如何上好這門基礎(chǔ)課，給同學(xué)們提供扎實的理論指導(dǎo)，是卓越人才培養(yǎng)計劃必然要求。信息化是當今世界經(jīng)濟和社會發(fā)展的大趨勢，當代教育技術(shù)的發(fā)展，給電磁場與電磁波課程的學(xué)習(xí)帶來新的春天。在新的教育理念下，探索信息技術(shù)與學(xué)科課程整合成為當前教育研究的一個熱點內(nèi)容。研究信息技術(shù)與電磁場與電磁波課程整合，對于整體優(yōu)化教學(xué)過程，深化高等教育改革，增進學(xué)生的專業(yè)知識學(xué)習(xí)效果，提高學(xué)生的信息技術(shù)能力，培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和創(chuàng)新精神具有重大的現(xiàn)實意義。作為一門探究性課程。我們將如何信息技術(shù)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(yǎng)理念落實到具體教學(xué)環(huán)節(jié)中。推行啟發(fā)式、探究式、討論式、小制作等授課方式，將創(chuàng)新實踐能力訓(xùn)練貫穿于課程教學(xué)之中。
2 課程教學(xué)改革研究對促進教學(xué)工作、提高教學(xué)質(zhì)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(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。它以麥克斯韋方程為根本基礎(chǔ)構(gòu)建電磁理論的知識體系，它研究自然界中電磁現(xiàn)象和電磁過程。近年來材料、光子晶體等領(lǐng)域的理論研究和材料研發(fā)的突破給經(jīng)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(xué)生的動手創(chuàng)造能力的培養(yǎng)遺跡從事相關(guān)科學(xué)研究都具有基礎(chǔ)性的重要意義，對于學(xué)習(xí)其它相關(guān)專業(yè)（如通信技術(shù)、電力系統(tǒng)、電子技術(shù)、激光技術(shù)、光學(xué)工程等）的課程也有重要影響。
（3）以多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心的信息技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)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(xué)與當代信息技術(shù)的整合與深化，使學(xué)生掌握電磁場與電磁波課程知識所涉及的相關(guān)科學(xué)方法，有效提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，提高學(xué)生知識拓展能力和自我學(xué)習(xí)能力。
3 課程教學(xué)探究的實施方案
3.1 具體研究對象和內(nèi)容
（1）我們將采用傳統(tǒng)板書、電子課件、網(wǎng)絡(luò)和視頻多種手段結(jié)合。課內(nèi)講授與課外討論和制作相結(jié)合、基礎(chǔ)理論教學(xué)與學(xué)科前沿講座結(jié)合，基本理論訓(xùn)練與科研實踐訓(xùn)練相結(jié)合。（2）針對電磁場與電磁波是理論基礎(chǔ)課的特點，課堂教學(xué)主要采用探究式課堂教學(xué)法：即每節(jié)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(xué)生的疑難問題和創(chuàng)造欲望。（3）鼓勵和指導(dǎo)有能力的學(xué)生提早進入科研實踐訓(xùn)練、參加各類科技競賽。將學(xué)生撰寫課程小論文融入教學(xué)全過程，從中選出有質(zhì)量的項目進入科研實踐訓(xùn)練。構(gòu)建多樣化應(yīng)用型人才，培養(yǎng)應(yīng)用型、復(fù)合型、技能型人才，增強畢業(yè)生就業(yè)能力；完成本課的預(yù)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(qū)別于實物的物質(zhì)形態(tài)，具有抽象的特征。為避免課程教學(xué)的數(shù)學(xué)化，我們將充分應(yīng)用當代信息技術(shù)的優(yōu)勢，比如說應(yīng)用視頻教學(xué)資料增強學(xué)生的感性認識和動手能力，同時反過來應(yīng)用于當代信息技術(shù)，充分發(fā)展學(xué)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(chuàng)新平臺，促進電磁場與電磁波的教學(xué)。
3.2 課堂教學(xué)改革研究擬達到的目標
在課堂教學(xué)中，突出學(xué)生的參與性，使他們主動獲取而不是被動接受科學(xué)結(jié)論，強調(diào)思維互動，使學(xué)生感覺電磁場與電磁波發(fā)人深思，不難入門。作為電磁理論基礎(chǔ)的麥克斯韋方程是從大量個體電磁實驗總結(jié)而得的“共性”規(guī)律。同時，電磁場與電磁波與其他物理學(xué)分支也具有“共性”和“個性”的關(guān)系。針對這一特點，教學(xué)中注意引導(dǎo)學(xué)生“相似性形象思維”，開展“抽象思維”，促成“頓悟思維”。學(xué)生感覺電磁場與電磁波思路清晰，容易理解。激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，經(jīng)常采用課堂討論，由學(xué)生提問，在教師引導(dǎo)下大家討論，總結(jié)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(xué)充分使用多媒體，盡力使用圖像和色彩搭配，使學(xué)生建立正確的物理圖像。
3.3 課堂教學(xué)改革研究擬解決的主要問題
（1）突出科學(xué)性和探究性。電磁場與電磁波探究式教學(xué)，強調(diào)學(xué)生能力的培養(yǎng)。教學(xué)中遵循“物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)—物理現(xiàn)象的描述—物理過程的分析—結(jié)果驗證與實驗測量”，再現(xiàn)科學(xué)研究過程，突出物理學(xué)實驗性的特征。教學(xué)中注意知識拓展，充分聯(lián)系實際應(yīng)用和現(xiàn)代科技發(fā)展，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和畢業(yè)生就業(yè)的適應(yīng)性。（2）重視物理思維和學(xué)生能力培養(yǎng)。課程教學(xué)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(xué)生正確建立物理圖像，認識物理過程。提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。培養(yǎng)他們的科學(xué)創(chuàng)新能力。（3）推進個性化教育。探究式教學(xué)可以使具有不同基礎(chǔ)的學(xué)生各有所獲。課程網(wǎng)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(xué)改革研究的特色和應(yīng)用價值及推廣
4.1 特色
（1）通過網(wǎng)絡(luò)解答學(xué)生的問題，及時了解學(xué)生的創(chuàng)造欲望。（2）通過課外閱讀、討論與講座擴展學(xué)生視野，引導(dǎo)學(xué)生了解學(xué)科前沿發(fā)展動態(tài)，將有些問題安排給學(xué)生進行課外閱讀和討論，提高學(xué)生獨立分析問題的能力。
4.2 創(chuàng)新點
（1）網(wǎng)絡(luò)與視頻教學(xué)可以擴展學(xué)生自主學(xué)習(xí)空間，有些問題通過播放視頻，讓學(xué)生可以直觀地理解電磁現(xiàn)象基本規(guī)律的內(nèi)涵。（2）多種形式的師生互動，可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)與創(chuàng)造欲望。（3）科研實踐訓(xùn)練培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力，從學(xué)生課程論文中，挑選有質(zhì)量的項目進入科研實踐訓(xùn)練。 鼓勵和指導(dǎo)有能力的學(xué)生參加各級科研訓(xùn)練項目與科技競賽。
4.3 應(yīng)用價值及推廣
（1）當代教育技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)提供了傳統(tǒng)教學(xué)中所沒有的優(yōu)勢。通過播放演示實驗中的與電磁場與電磁波現(xiàn)象相關(guān)的視頻資料，學(xué)生可以直觀地理解這些現(xiàn)象及其物理內(nèi)涵。（2）任課教師通過課后答疑和討論、電子郵件、學(xué)生QQ群，解答學(xué)生的問題，了解學(xué)生的創(chuàng)造欲望，指導(dǎo)有能力的學(xué)生開展科研實踐訓(xùn)練、參加各類科技競賽。這種教學(xué)方式不僅對提高學(xué)生的理解能力、動手能力、創(chuàng)新能力都有相當好的效果，同時也可以促進本課程的教學(xué)改進也很有益。（3）同時這種教學(xué)模式還可以推廣到其他物理類基礎(chǔ)學(xué)科，對于改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，增強教學(xué)效果以及學(xué)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(xué)發(fā)展比較成熟的一門學(xué)科，從電磁理論發(fā)展史看，章章節(jié)節(jié)中滲透著科學(xué)家的成功思想和方法，讓學(xué)生了解并學(xué)習(xí)這一點，對于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)學(xué)生的物理直覺和科學(xué)素質(zhì)是十分有益的，這也是本課程教學(xué)的一個目的。本課程教學(xué)的基本要求是：使學(xué)生系統(tǒng)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(guī)律，并能夠熟練運用知識分析和解決相關(guān)電磁問題。
參考文獻
[1] 吳海江.科學(xué)原創(chuàng)與科學(xué)積累[J].自然辯證法研究，2002.18（5）：42-50.
[2] 孫秀英.全國科技創(chuàng)新大會在京舉行[N].人民日報，2012-07-08.
[3] 姜宇.在“電磁場與電磁波”課程中建立創(chuàng)新理念[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，2009（1）.
“電磁場與微波實驗”課程是本科通信專業(yè)學(xué)生重要的基礎(chǔ)實驗課程之一，電磁場理論數(shù)學(xué)公式繁多，概念抽象，電磁波看不到、摸不著，學(xué)生難以理解。在過去的理論教學(xué)實踐中，單靠課堂講解，很容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，而且，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和動手能力，因此其實驗課程顯得尤為重要。為適應(yīng)這一教學(xué)需要，我們開設(shè)了涉及電磁波空間波長測量、極化和二次輻射等內(nèi)容的實驗課程，以電磁學(xué)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(xué)生對理論知識的理解，以實驗反哺理論教學(xué)，培養(yǎng)通信專業(yè)學(xué)生具備從事天線、微波電路的設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試和工程應(yīng)用基本能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和探究意識，實現(xiàn)“讓學(xué)生用實驗的手段和方法研究電磁規(guī)律”這個總體目標。
一、改進實驗教學(xué)方式
由于電磁場與微波類課程理論性強，要求學(xué)生具有較強的抽象思維能力，學(xué)生反映學(xué)習(xí)枯燥，因此，實驗課程的開設(shè)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(xiàn)在學(xué)生的面前，讓學(xué)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(zhàn)。經(jīng)過多年教學(xué)實踐，我們總結(jié)出兩種生動、直觀的教學(xué)方法，能充分調(diào)動學(xué)生的實驗學(xué)習(xí)熱情。
1.多媒體動畫演示
教師提前準備好關(guān)于電磁場與微波理論相關(guān)知識的一些多媒體動畫（視頻或FLASH等），在開始實驗前，給學(xué)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(xué)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(xué)過程中，能發(fā)揮重要輔助作用。在做每個實驗項目驗前，可布置學(xué)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(shè)備測試結(jié)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(shè)備價格昂貴，臺套數(shù)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(shù)、場分布，為教、學(xué)都提供了有力的軟件支撐。在仿真實驗中，借助軟件可再現(xiàn)電磁波的動態(tài)特性，包括：行波、駐波的三維動態(tài)模擬，波導(dǎo)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(xué)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(xiàn)的目的。
目前，我院將微波分光儀、電磁場參數(shù)測量系統(tǒng)、射頻參數(shù)測量系統(tǒng)三套硬件分別結(jié)合不同的軟件，進行教學(xué)，學(xué)生對于電磁基本概念、傳播特性、場分布等內(nèi)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(xué)生對此類課程的學(xué)習(xí)態(tài)度發(fā)生了極大轉(zhuǎn)變。
二、改革實驗項目及內(nèi)容
“電磁場與微波實驗”課程是學(xué)生理解電磁場與微波天線技術(shù)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(xué)習(xí)中的模糊認識認識，能形象、生動的豐富場類課程的內(nèi)容。實驗項目的改革將實現(xiàn)由單純驗證型向設(shè)計研究型轉(zhuǎn)變，建立較完善的場類實驗教學(xué)新體系，逐步增加綜合型和創(chuàng)新型實驗的比例，增設(shè)一些學(xué)生感興趣并富有挑戰(zhàn)性的實驗內(nèi)容。將電磁仿真技術(shù)應(yīng)用于場類實驗的教學(xué)中，將抽象的場問題形象化，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生成為實驗教學(xué)的主體，做到“實踐檢驗理論，理論指導(dǎo)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(chǔ)實驗，學(xué)生可觀察測量到電磁波波長、頻率、波腹、波節(jié)、反射、衍射、偏振、極化等電磁現(xiàn)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(xiàn)象鮮活的呈現(xiàn)出來，一目了然。學(xué)生可以從程序代碼和仿真結(jié)果圖兩方面與硬件實驗結(jié)果做對比，并對結(jié)果進行各種函數(shù)后處理，得到所需的結(jié)果。例如電磁波的極化實驗，硬件設(shè)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(shù)據(jù)相比，Matlab的圖形具有更大的親和力。
2.對設(shè)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(shè)計相結(jié)合的教學(xué)方法。結(jié)合學(xué)時，將每批同學(xué)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(shè)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(fā)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(xué)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(shù)、硬件傳輸?shù)戎T多問題需要不斷調(diào)試，才能得到預(yù)期的目的。無論實驗結(jié)果如何，這都能極大的鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力和團隊合作能力。
傳統(tǒng)“電磁場與微波實驗”所開設(shè)的實驗項目為7個硬件單元驗證性實驗項目，1個設(shè)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(xué)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(shù)，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(shè)計等實驗項目，增加發(fā)射機、接收機和天線設(shè)計等軟、硬件設(shè)計，合并兩次課時為一次（4個學(xué)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(shè)計、完成實驗，加大了實驗難度，提升實驗教學(xué)質(zhì)量。
三、實驗成績考核要全面
實驗課成績著重考核學(xué)生對實驗原理、內(nèi)容的理解程度，考查學(xué)生的動手能力和分析解決問題的能力。因此，成績評定應(yīng)看重學(xué)生的實驗態(tài)度、軟硬件能力、實驗數(shù)據(jù)、誤差等幾個方面，總體上呈現(xiàn)出兩頭小、中間大的正態(tài)分布趨勢。
1.預(yù)習(xí)情況
引入“仿真實驗”的教學(xué)方式，有效彌補了課內(nèi)學(xué)時不足，將學(xué)生預(yù)習(xí)情況按比例記入總成績，提前給學(xué)生布置下一次實驗的任務(wù)，鼓勵學(xué)生利用課余時間鉆研，預(yù)習(xí)實驗原理，建立好仿真軟件的模型，預(yù)料在實驗室里可能會出現(xiàn)的問題，明確需要驗證、觀測的現(xiàn)象、參數(shù)，明確實驗?zāi)康摹?/p>
2.實驗過程
教師指導(dǎo)實驗教學(xué)按互動研討的方式實施，鼓勵學(xué)生勤思考，多提問，分析在軟件設(shè)計和硬件調(diào)試測量過程中出現(xiàn)的問題，記錄自己的心得體會，重點考察學(xué)生分析問題和解決問題的能力。教師根據(jù)學(xué)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(xué)生對一些常用儀器設(shè)備（示波器、選頻放大器等）的熟練使用程度，二是實驗數(shù)據(jù)的準確度，按一定比例記入總成績。
3.實驗報告
實驗報告應(yīng)占總評成績的50%以上，是學(xué)生對實驗過程的全面總結(jié)，尤其是實驗數(shù)據(jù)的準確記錄和思考題的認真程度，反映出了學(xué)生做該次實驗的體會和質(zhì)量，所以要求學(xué)生不只是完成作業(yè)，還需把實驗報告當作一次科技論文寫作訓(xùn)練，力求數(shù)據(jù)嚴謹，概念準確，分析合理，文字簡明流暢，這對于培養(yǎng)學(xué)生具有嚴謹?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，良好的職業(yè)習(xí)慣，扎實的科技論文寫作技能方面，都有良好的效果。
4.教學(xué)相長
在實驗過程前、后，鼓勵學(xué)生勤思考，多提問，鼓勵學(xué)生對課程內(nèi)容和教師授課提出有創(chuàng)新性、建設(shè)性的意見，適當記入總評成績。
四、建立開放實驗室
實驗課學(xué)時不足，這是各高校實驗教學(xué)面臨的一個共同的難題。由于微波設(shè)備臺套數(shù)的限制，學(xué)生分組完成“電磁場與微波實驗”課程中的綜合性、設(shè)計性實驗時，往往感覺“一次實驗2個學(xué)時”時間不夠，如發(fā)射機、接收機實驗，需要首先完成HFSS軟件設(shè)計，再進行硬件的測試。顯然，2個學(xué)時的時間不夠，因此實驗室采取開放的方式，方便學(xué)生根據(jù)自己的時間自由進入實驗室。教師在制定教學(xué)方案時，可設(shè)置2-3個綜合性、設(shè)計性實驗項目為學(xué)生自主實驗，學(xué)生實驗前先查閱資料，設(shè)計好方案， 按2-4人為一個課題組，經(jīng)指導(dǎo)教師審查實驗方案、可行性后，在實驗室開放的數(shù)周時間內(nèi)，自由安排時間進入到開放實驗室進行硬件設(shè)計、軟件編程、系統(tǒng)調(diào)試和撰寫報告等。
【關(guān)鍵詞】電磁場；課程教學(xué)；科研
0引言
探討《電磁場》課程教學(xué)方法的論文已經(jīng)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(xué)（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(xué)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(xiàn)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(xué)中增加科研前沿可以促進學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，在愉快地學(xué)習(xí)；4）科研前沿在課堂的滲透可以培養(yǎng)學(xué)生的研究興趣，潛移默化中鼓勵學(xué)生進入科學(xué)研究的殿堂。
1科研與電磁場教學(xué)
從教學(xué)來說，將課本枯燥的理論知識與實際應(yīng)用和國際前沿科學(xué)研究聯(lián)系起來，以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。電磁場課程不但學(xué)習(xí)困難，而且很多學(xué)生反映不知道學(xué)習(xí)這門課有何用處，這些問題嚴重打擊了學(xué)生的學(xué)習(xí)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(yīng)用，讓學(xué)生明白學(xué)習(xí)并不單單是枯燥的理論知識，這些知識都是指導(dǎo)實際的基礎(chǔ)，解決學(xué)生為什么要學(xué)的問題。除可適當介紹電磁場在通信（手機、基站、衛(wèi)星等）、探測（探地雷達，石油探測等）、定位（各種雷達）和微波醫(yī)療等的應(yīng)用外，還可介紹具體知識的應(yīng)用。如當講授電磁波對理想導(dǎo)體平面的垂直入射這一章節(jié)時，將會講到電磁波全部被理想導(dǎo)體（PEC）反射回來且反相（反射系數(shù)為Γ＝－1），此時可以引申這一特性在天線上的應(yīng)用。如圖1所示，在很多定向天線應(yīng)用中，經(jīng)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(dǎo)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(nèi)容的拓展，可以使得學(xué)生明白所學(xué)知識并非無用處，而是在實際中大有用處的，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。圖1理想導(dǎo)體在天線上的應(yīng)用同時可適當介紹本課程理論知識與國際前沿科學(xué)研究的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生探索知識的熱情。介紹當前國際前沿科學(xué)研究時，可將其嵌入到具體的關(guān)聯(lián)章節(jié)知識講授中，使學(xué)生明白課堂所學(xué)知識與當前研究熱點的聯(lián)系。如在圖1講到的理想導(dǎo)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(xiàn)代微波系統(tǒng)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(dǎo)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(tǒng)的尺寸大大減小了。從而讓學(xué)生了解科學(xué)研究的前沿，提高學(xué)習(xí)的興趣。圖2人工磁導(dǎo)體在天線上的應(yīng)用如當講授電磁波對介質(zhì)分界面的斜入射知識時，可列舉2013年浙江大學(xué)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(jié)構(gòu)，當電磁波入射到結(jié)構(gòu)上時發(fā)生全透射現(xiàn)象（折射），經(jīng)過數(shù)次折射當電磁波出射該結(jié)構(gòu)時，波的傳播路徑不變，就好像從來沒存在該結(jié)構(gòu)一樣，而放置于結(jié)構(gòu)中心的物體就被隱身了。這種學(xué)科前沿知識的介紹，讓學(xué)生明白了所學(xué)課本知識與科學(xué)研究的關(guān)系，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。圖3應(yīng)用電磁波對介質(zhì)分界面的斜入射知識的“隱身衣”俗話說興趣是學(xué)習(xí)的最好老師，適當介紹電磁場理論知識在實際工程中的應(yīng)用和在國際科學(xué)研究前沿的應(yīng)用，可以活潑課堂教學(xué)，讓學(xué)生明白電磁場知識是怎樣在實際工程中應(yīng)用的，讓學(xué)生了解當前科學(xué)研究前沿，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，大大提高課堂教學(xué)的效果。
2結(jié)束語
電磁場課程是教學(xué)和學(xué)習(xí)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(xué)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(xué)具有很大的促進作用。我們應(yīng)將理論知識與工程實際和學(xué)科前沿相聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和科學(xué)研究的熱情，為我國的科研事業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀的人才。
作者:彭麟 姜興 仇玉杰 單位:桂林電子科技大學(xué)信息與通信學(xué)院
【參考文獻】
［1］田雨波,張貞凱.“電磁場理論”教學(xué)改革初探[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報，,Vol.30,No.1，F(xiàn)eb,2008:11-13.
［2］張華美,徐立勤.《電磁場理論》課程教學(xué)的幾點認識[J].科技信息,2010(14):3.
［3］彭麟.電磁場輔導(dǎo)課的幾點體會[J].科技信息,2014(5):45.
［4］彭麟,姜興.二本院校電磁場教學(xué)初探兼與美國大學(xué)教學(xué)比較[J].中國電力教育,2014(17):73-74.
關(guān)鍵詞：工程電磁場教學(xué)；科研項目；教學(xué)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(xué)信息與通信工程學(xué)院，教授。（北京 100101）
基金項目：本文系北京信息科技大學(xué)2012年度教學(xué)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(yè)的專業(yè)骨干課程。為了使學(xué)生能夠?qū)W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(xué)效果都不夠理想。究其原因，一方面是該類課程的學(xué)習(xí)的確困難，數(shù)學(xué)公式繁多，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高，同時電磁場與電磁波既看不見又摸不著，要求學(xué)生要有較好的空間想象力，加之教學(xué)方法主要以理論教學(xué)為主，沒有相應(yīng)的科研課題與之對應(yīng)，學(xué)生得不到感性認知，造成學(xué)習(xí)該門課程的目的不夠明確，學(xué)習(xí)的積極性和主動性欠缺，影響了后續(xù)的微波技術(shù)、電磁兼容等課程的學(xué)習(xí)，甚至影響了考研。為此急需將理論課程的學(xué)習(xí)與科研項目相結(jié)合，探索這類課程教學(xué)與實踐相結(jié)合的方法、具體實施的步驟、理論課與實踐課的學(xué)時比例等問題，為該類課程的教學(xué)改革積累經(jīng)驗，提供第一手資料。
一、本科教學(xué)與科研項目結(jié)合的優(yōu)點
1.有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)的難點之一。在教授該門課程的過程中，經(jīng)常有學(xué)生問老師學(xué)習(xí)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(yīng)用實例，學(xué)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(xué)專門設(shè)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(jiān)測二氧化碳專題研究作為基礎(chǔ)，從2010級及2011級電子信號工程專業(yè)及通信工程專業(yè)的本科生中優(yōu)選5～10名左右的學(xué)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(xué)習(xí)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(xué)習(xí)的目的和意義，提高學(xué)習(xí)的自覺性。同時，為探索本課程教學(xué)方法和實踐教學(xué)的改革積累經(jīng)驗。
2.更好地鍛煉學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力
科研項目所研究的內(nèi)容都是本學(xué)科、本專業(yè)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(chuàng)新。學(xué)生參與教師的科研項目，利用已學(xué)過的知識，在教師的指導(dǎo)下獨立地解決問題，可以培養(yǎng)、鍛煉獨立工作的能力。由于科研項目研究的都是本學(xué)科最前沿的問題，學(xué)生難免會遇到?jīng)]有學(xué)過的理論或遇到?jīng)]有涉及的實際問題，這會激發(fā)學(xué)生的自學(xué)熱情及挑戰(zhàn)困難的勇氣和創(chuàng)新精神?？蒲许椖可婕暗膬?nèi)容廣泛，需要項目組成員間的緊密協(xié)作和良好的溝通，在此過程中可以培養(yǎng)學(xué)生的團結(jié)、協(xié)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(yǎng)學(xué)生的責(zé)任意識
科研項目通常是分割成許多相互聯(lián)系和相互滲透的子課題。學(xué)生承擔的部分內(nèi)容是項目的有機組成部分，如果學(xué)生由于自身的原因完不成指導(dǎo)教師所布置的畢業(yè)設(shè)計，某種程度上就會影響整個項目完成的進度。學(xué)生迫于這方面的考慮就會增強責(zé)任意識，起早貪黑，刻苦鉆研，克服困難，完成任務(wù)。
二、具體的實施過程和方法
1.學(xué)生的優(yōu)選
在教師的指導(dǎo)下，優(yōu)選出的本科學(xué)生與研究生多次見面、溝通，探討課題的研究內(nèi)容、研究難點和與電磁場與電磁波類課程的關(guān)系，使學(xué)生真正了解所學(xué)課程的用武之地，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)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(zhì)的一維正演解釋方法研究、中心回線裝置的水平層狀介質(zhì)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(zhì)的一維縱向電導(dǎo)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(nèi)容和研究難度，確定本科生畢業(yè)設(shè)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(nèi)容和減少難度確定的。
2.指導(dǎo)過程的有效性
學(xué)生選定后，對教師而言即開始了教學(xué)與研究項目結(jié)合、提升教學(xué)效果的實踐工作。教師從授課計劃到教學(xué)方法的改進，乃至教學(xué)管理部門——教務(wù)處的管理模式都應(yīng)該有相應(yīng)的調(diào)整。整個過程的每個環(huán)節(jié)均直接影響該項目的實施質(zhì)量。教師應(yīng)做到嚴格要求、整體把握、指導(dǎo)具體、科學(xué)有效。
在學(xué)生參加課題研究和上課的同時，教師應(yīng)指導(dǎo)研究生與本科學(xué)生做好確定方案，在研究生的指導(dǎo)下查找相關(guān)的文獻，擬補參與課題研究所需知識的不足，以便學(xué)生盡早進入工作狀態(tài)。文獻檢索與應(yīng)用是科學(xué)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(fù)的必要手段。然而，考慮到學(xué)生的能力和精力有限，加之大三時學(xué)習(xí)任務(wù)也較繁重，進行大規(guī)模的資料檢索工作不太現(xiàn)實，筆者的做法是指定部分關(guān)鍵性的專著和論文，要求學(xué)生查找和閱讀，以便他們迅速進入狀態(tài)，少走彎路。
3.與考研方向相結(jié)合，促進考研率的提高
出于就業(yè)形勢的壓力和繼續(xù)深造的要求，很大一部分學(xué)生要參加考研。由于考研復(fù)習(xí)外語和數(shù)學(xué)與參加課題研究的時間有一定的沖突，處理不好會影響學(xué)生對參加課題時間和精力的投入。如果能將課題研究與學(xué)生的本科畢業(yè)設(shè)計和考研后的研究方向相結(jié)合則可最大限度地調(diào)動學(xué)生參與課題研究的積極性。而且，如果他們現(xiàn)在所學(xué)習(xí)和研究的內(nèi)容就是他們碩士階段的研究方向，這對于考研的專業(yè)課考試和復(fù)試階段的口試都有極大的幫助，因此學(xué)生會投入極大的熱情和盡最大的努力學(xué)好電磁場與電磁波這類課程，高質(zhì)量地完成畢業(yè)設(shè)計。例如，筆者2013年度所帶的兩個學(xué)生所作的畢業(yè)設(shè)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(xué)生所做的畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容既與本人的科研項目結(jié)合，也是他們考研后導(dǎo)師的研究方向，在畢業(yè)設(shè)計過程中兩個學(xué)生非常地努力，克服了種種困難，出色地完成了畢業(yè)設(shè)計，畢業(yè)設(shè)計答辯獲得了優(yōu)秀成績。同時，考研的專業(yè)課成績和復(fù)試的成績在考生中名列前茅，分別順利地被北京郵電大學(xué)和中科院錄取為碩士研究生，所撰寫的科研論文經(jīng)筆者修改后也發(fā)表在核心期刊上。通過畢業(yè)設(shè)計與考研研究方向結(jié)合，取得了較好的效果。
4.建立有效的溝通聯(lián)系制度
參加教師的科研項目研究是鍛煉學(xué)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(xué)過程，難免有些不適應(yīng)，建立有效的溝通和聯(lián)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(xué)生的要求較高。筆者的做法是建立研究生與學(xué)生討論的例會制度，堅持每周兩次研究生與本科學(xué)生會面，其中一次為指導(dǎo)教師答疑解惑時間，另一次為詳細討論、總結(jié)交流會。每位同學(xué)都要在會上對前一階段的電磁場與電磁波課程學(xué)習(xí)中所遇到的問題進行總結(jié)，并把課程中所學(xué)習(xí)的內(nèi)容與研究課題的內(nèi)容關(guān)聯(lián)，找出課程中哪些是基礎(chǔ)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(xué)和補充的知識，提出來讓大家討論。在討論時，指導(dǎo)教師傾聽、引導(dǎo)和總結(jié)，鼓勵學(xué)生間的自主交流。這樣既可實時掌握課程的教學(xué)效果和學(xué)生課題研究的參與程度及進展情況，也可以使學(xué)生間了解彼此的體會，相互促進，形成良好的學(xué)習(xí)、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(diào)規(guī)范化管理和檢查制度
對研究生指導(dǎo)本科生參加研究項目、促進電磁場與電磁波課程學(xué)習(xí)的過程要規(guī)范組織管理和操作程序，明確責(zé)任，理順關(guān)系，制定完善的規(guī)章制度，使管理科學(xué)化、規(guī)范化。在這個過程中，指導(dǎo)教師要督促和指導(dǎo)學(xué)生按照規(guī)范化的程序保質(zhì)、保量按時地完成各階段的任務(wù)。具體地講，每個參加課題研究的學(xué)生要寫一個實踐報告，總結(jié)參加課題的收獲和電磁場與電磁波課程學(xué)習(xí)的體會與方法，供本屆和下一屆學(xué)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(dǎo)論和電磁場與電磁波的教學(xué)效果為出發(fā)點，以國家科技重大專項中的瞬變電磁場監(jiān)測二氧化碳專題研究作為依托，探索和研究本類課程教學(xué)的理論與實踐方法，以求通過學(xué)生參加項目的實施和研究過程，提高對本門類課程學(xué)習(xí)的積極性和認清學(xué)習(xí)與掌握該類課程的重要性以及與后續(xù)課程學(xué)習(xí)（例如，天線和微波課程的學(xué)習(xí)）、考研、畢業(yè)后從事相關(guān)領(lǐng)域工作的相關(guān)性。通過優(yōu)選的5～10名2010級及2011級學(xué)生參加瞬變電磁場監(jiān)測二氧化碳專題研究項目，跟蹤和評價學(xué)生參加實際的研究項目對本類課程學(xué)習(xí)和教學(xué)效果提高的促進作用，使學(xué)生能夠?qū)W以致用，為改進電磁場與電磁波課程的教學(xué)積累經(jīng)驗，奠定基礎(chǔ)。通過本次實踐研究得到了以下幾點認識：
理論教學(xué)與科研項目相結(jié)合是科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)成果的途徑，是科研與教學(xué)相互作用、促進教學(xué)水平提高和學(xué)生獲取課程內(nèi)容感性知識的有效手段，有助于提高該類課程學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自覺性，提高教學(xué)效果。
在本項目的實踐過程中可以培養(yǎng)學(xué)生的團結(jié)、協(xié)作精神、責(zé)任意識，挑戰(zhàn)困難的勇氣和創(chuàng)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(jié)合學(xué)生的實際情況，提前開設(shè)畢業(yè)設(shè)計題目，摸索行之有效的畢業(yè)設(shè)計科學(xué)和規(guī)范的管理方法、正確指導(dǎo)、有效溝通方法，促進畢業(yè)設(shè)計的質(zhì)量提升。此外，在項目的研究過程中，有意識地培養(yǎng)學(xué)生對本校的眷戀度，提高考研第一志愿報考本校本專業(yè)的比例，提高本專業(yè)的考研率。
通過本項目的實施探索課程教學(xué)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(xué)提供示范。
探索學(xué)科建設(shè)成果轉(zhuǎn)化為本科人才培養(yǎng)優(yōu)勢的機制與途徑，在此成果的基礎(chǔ)上凝練新的學(xué)科方向，促進學(xué)科建設(shè)。
參考文獻：
[1]朱希安. 本科畢業(yè)設(shè)計：嘗試與科研項目結(jié)合[J].北京教育（高教版），2007，（10）：41-42.
[2]朱希安.淺析教學(xué)改革的制約因素和基本出發(fā)點[J]. 遼寧大學(xué)學(xué)報（哲學(xué)社會科學(xué)版），2007，109（1）：85-87.
[3]廖志凌，邵學(xué)軍，劉賢興等. 高校本科畢業(yè)設(shè)計中存在的問題及對策[J]. 江蘇大學(xué)學(xué)報（高教研究版），2004，（2）：82-85.
[4]宮新保，馬偉敏，周希朗.通過畢業(yè)設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生的科研能力[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報，2002，（6）：217-219.
[5]付瑞東，崔占全. 關(guān)于提高畢業(yè)設(shè)計質(zhì)量的幾點思考[J]. 教學(xué)研究，2003，（4）：362-363.
關(guān)鍵字：Mathematica，電動力學(xué)，課堂教學(xué)
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(xué)高等教育通常致力于培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)扎實、有較強實踐能力和拓展?jié)摿?、富有?chuàng)新精神的本科人才。其中理工科專業(yè)要求學(xué)生系統(tǒng)掌握專業(yè)基礎(chǔ)理論、基本實驗方法和實驗技能，并具有較強的數(shù)理基礎(chǔ)。近些年，大學(xué)普遍擴招，生源質(zhì)量下降，學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實，冷門專業(yè)情況更是嚴重，不少學(xué)生往往因?qū)I(yè)知識在數(shù)學(xué)計算上的復(fù)雜及相關(guān)定理、概念和過程的抽象等問題而失去學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致專業(yè)課的教學(xué)學(xué)習(xí)效果不夠理想[1]。
基于此種情況，已有不少人把多種現(xiàn)代教育技術(shù)如Matlab，Java，Mathematica等軟件應(yīng)用到課堂教學(xué)中[2， 3]，使現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)在提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、優(yōu)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(xué)計算軟件，其很好地結(jié)合了數(shù)值和符號計算引擎、圖形系統(tǒng)、編程語言、文本系統(tǒng)以及與其他應(yīng)用程序的高級連接。很多功能在相應(yīng)領(lǐng)域內(nèi)處于世界領(lǐng)先地位，截至2014年，它也是世界上使用最廣泛的數(shù)學(xué)軟件之一。普遍認為Mathematica的標志著現(xiàn)代科技計算的開始，它是世界上通用計算系統(tǒng)中最強大的系統(tǒng)。自從1988以來，它已經(jīng)對科技和其它領(lǐng)域中計算機的運用方式產(chǎn)生了深刻的影響，并且在國外教學(xué)工作中獲得了廣泛的應(yīng)用[4， 5]。從google學(xué)術(shù)搜索中搜尋Mathematica以及Education相關(guān)條目，有近十萬條結(jié)果。從高中到研究生數(shù)以百計的課程都使用它，并有多本關(guān)于Mathematica教學(xué)的圖書出版，涵蓋多門專業(yè)教學(xué)。Karim等人[5]甚至還基于Mathematica軟件開展了遠程教學(xué)。而在我國，雖然教師們對于現(xiàn)代化手段在教學(xué)中的應(yīng)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(xué)中的應(yīng)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(xué)術(shù)檢索中就可以發(fā)現(xiàn)，Mathematica與教育教學(xué)等詞條相關(guān)的論文搜索結(jié)果還不到三千條。相關(guān)教學(xué)論文數(shù)量不夠充分，內(nèi)容也還很不深入，相關(guān)中文教材也處于缺乏狀態(tài)，并且這些研究主要分布于大學(xué)物理以及數(shù)學(xué)分析這兩門課程[2， 3， 6]。對于Mathematica在數(shù)學(xué)、物理等數(shù)學(xué)要求較高的大學(xué)各專業(yè)核心課程教學(xué)中的應(yīng)用工作還未深入展開，而物理、電子等系核心專業(yè)課之一――電動力學(xué)的數(shù)學(xué)要求遠比普通理工科專業(yè)高，因此本文欲在前人研究基礎(chǔ)上，以電動力學(xué)部分難點的教學(xué)工作為例，展開深入分析，力圖引入Mathematica軟件輔助教學(xué)，消除學(xué)生對復(fù)雜公式的畏懼感，直觀準確地展示各種物理圖像，使學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)有良好的進步。
1 應(yīng)用
本文研究目的旨在借助于Mathematica軟件將學(xué)生從復(fù)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(yè)課的學(xué)習(xí)難度，達到提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的目的，并使學(xué)生初步掌握Mathematica軟件的使用方法，提高他們學(xué)習(xí)新事物的能力。
電動力學(xué)是很多大學(xué)專業(yè)的主干課程之一，如電子、信息、通信、物理等學(xué)科。其主要內(nèi)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(yīng)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(fā)，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(xué)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(tài)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(xué)生無須較高的編程水平即可自行編寫代碼，容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)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(shè)置循環(huán)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(shù)的完整波形，時間軸可以快速或慢速地動態(tài)演示電磁波的傳播過程，讓學(xué)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(xué)生對電磁波傳播的理解，便于學(xué)生學(xué)習(xí)。誠然此圖所需代碼較為復(fù)雜，不僅需要相關(guān)的電動力學(xué)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(xué)生難以短時間內(nèi)獨立完成，需要進一步的訓(xùn)練之后才可能完成。類似的內(nèi)容可以讓學(xué)生課后完成，作為考核內(nèi)容，這樣可避免學(xué)生過于依賴該軟件而忽視數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的重要性。
總而言之，Mathematica應(yīng)用到電動力學(xué)課堂教學(xué)中，能讓教學(xué)過程更生動，促進學(xué)生學(xué)習(xí)理解。
2 結(jié)束語
當前我國大學(xué)專業(yè)課教學(xué)中，數(shù)學(xué)分析軟件的使用還處于初級階段。學(xué)生薄弱的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與專業(yè)課較高的數(shù)學(xué)分析要求是專業(yè)課學(xué)習(xí)過程中的主要矛盾之一。本文著力于解決由學(xué)生薄弱的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和抽象的專業(yè)概念所引起的在專業(yè)課學(xué)習(xí)上的困難，讓學(xué)生開闊視野，并培養(yǎng)學(xué)生利用工具軟件的能力。從而可以將專業(yè)課學(xué)習(xí)過程中的復(fù)雜數(shù)學(xué)問題交給專業(yè)數(shù)學(xué)分析軟件Mathematica來進行，學(xué)生只需掌握基本的數(shù)學(xué)原理，了解相關(guān)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(nèi)容本質(zhì)的目的。本文重點有機銜接了電動力學(xué)與Mathematica軟件，通過Mathematica在電動力學(xué)課堂教學(xué)上的使用，達到加強基本理論教學(xué)，擴展學(xué)生視野，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)前沿的發(fā)展動態(tài)，并訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新精神，而且避免了學(xué)生過于依賴該軟件而置數(shù)學(xué)于不顧的情況。對于電動力學(xué)課程中的主要內(nèi)容，可以建立一系列相應(yīng)的數(shù)值程序，進而開發(fā)一個系統(tǒng)性的課件，輔助課堂教學(xué)，這將會對教學(xué)效果產(chǎn)生很大的促進作用。
參考文獻
[1] 羅琬華. 對電動力學(xué)課程改革的研究[J]. 西南師范大學(xué)學(xué)報： 自然科學(xué)版. 2008， （6）.
[2] 郝艷莉， 張濱燕. 數(shù)學(xué)軟件 Mathematica 在高等數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 南通航運職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報. 2009， 8（3）： 120-123.
[3] 孫曉玲， 王寧. 利用 Mathematica 實驗教學(xué)融入數(shù)學(xué)思想的研究與實踐[J]. 合肥師范學(xué)院學(xué)報. 2009， （3）： 32-34.
[4] N.F. Britton. Essential mathematical biology[M]. Springer， 2003.
關(guān)鍵詞：電磁場；理論教學(xué)；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(xué)現(xiàn)狀
“電磁場原理”作為電氣類專業(yè)開設(shè)的一門專業(yè)選修課，旨在將電路、信號與系統(tǒng)、通信原理等課程的內(nèi)在聯(lián)系用數(shù)學(xué)物理方程的形式進行理論整合。并通過教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和理論推導(dǎo)能力[1]。
學(xué)生和教師在教學(xué)交互過程中最集中的矛盾點在于，學(xué)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(yīng)預(yù)習(xí)與反饋，導(dǎo)致課堂教學(xué)活動以后，學(xué)生對電磁理論知識的理解處于一種似懂非懂的狀態(tài)，不能靈活運用現(xiàn)有知識解釋實踐中遇到的電磁現(xiàn)象。一般認為，合適的教學(xué)方法，以及適當?shù)慕虒W(xué)手段是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的最有效方法[2]。為了解決這一矛盾，提高教學(xué)的趣味性、直觀性，提升學(xué)生對教學(xué)活動的關(guān)注度，在課堂上引入了多媒體教學(xué)手段[3-4]，并使用各種工程軟件[4]將試驗結(jié)論圖表化。事實上，這在很大程度上降低了理論教學(xué)的要求，側(cè)重于簡單、應(yīng)用、結(jié)論性的內(nèi)容，而對理論推導(dǎo)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(xiàn)的是前人對已有知識的創(chuàng)造性應(yīng)用，而這些正是當代大學(xué)生所缺乏的。因此，通常采用多媒體技術(shù)與板書教學(xué)相結(jié)合[5]的授課形式。
所以，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，如何讓學(xué)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(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力就是一個值得研究的課題。當代大學(xué)生對課程分數(shù)異常敏感，因此，通過對課程學(xué)習(xí)評價方式進行改革，在理論教學(xué)活動中適度給予學(xué)生“自主學(xué)習(xí)”的靈活度，讓學(xué)生在課程實施框架內(nèi)進行理論、實踐的自由發(fā)揮，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時可以培養(yǎng)學(xué)生掌握知識、應(yīng)用知識的能力，從而達到加深學(xué)生對課程內(nèi)容理解的目的。
二、“自主學(xué)習(xí)”的評價原則
課程評價方式的改變不僅要適應(yīng)學(xué)校的教學(xué)現(xiàn)狀，充分考慮到生源質(zhì)量（學(xué)生的基礎(chǔ)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(nèi)的發(fā)展沿革，適應(yīng)電氣類專業(yè)的當前需求，在學(xué)校的要求、專業(yè)的需求、教學(xué)的成果三者之間取得平衡。通過教學(xué)內(nèi)容的整合、教學(xué)方法的改變[7]，達到提高學(xué)生理論素養(yǎng)和實踐能力的教學(xué)目的。武漢輕工大學(xué)《關(guān)于課程學(xué)習(xí)評價方式改革的指導(dǎo)性意見》明確提出，要改變課程學(xué)習(xí)評價方式單一、重結(jié)果輕過程的現(xiàn)象，采用多次、不同形式的評價方式，綜合評定學(xué)生成績及學(xué)習(xí)效果。
“自主學(xué)習(xí)”的目的在于促進學(xué)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(xué)生知識掌握的評價依據(jù)，因此在教學(xué)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(shè)備和無線通訊技術(shù)的大范圍普及，也為“自主學(xué)習(xí)”評價方式的建立提供了良好的支撐，在學(xué)習(xí)了位移電流和坡印亭方程的數(shù)學(xué)模型后，學(xué)生可以在課堂的小組討論和課后的小論文作業(yè)中舉出相關(guān)的應(yīng)用實例，解釋移動設(shè)備無線充電、手機工作時會發(fā)熱的原理，使抽象理論和具體應(yīng)用無縫對接，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的思考能力，同時也考查學(xué)生對某一知識點的掌握情況。通過教學(xué)過程中的“自主學(xué)習(xí)”評價，做到對重要知識點的全覆蓋。
“自主學(xué)習(xí)”評價方式是以培養(yǎng)能力為導(dǎo)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(xué)生的課后閱讀及思考、工程實踐能力的成績評價。
三、“自主學(xué)習(xí)”的評價內(nèi)容
“自主學(xué)習(xí)”評價的目的是為了提高學(xué)生對知識點理解的深度以及應(yīng)用理論知識到實際工程問題中的能力。因此，在教學(xué)開始的第一堂課，就要清楚地向?qū)W生闡明“自主學(xué)習(xí)”的評價內(nèi)容，并在發(fā)放給學(xué)生的“課程教學(xué)實施方案”中進行文字說明。在教學(xué)過程中，針對知識要點進行的測評前，須告知學(xué)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?qū)W生反饋評價分數(shù)和評語，讓學(xué)生了解自己的知識掌握情況。評價內(nèi)容一般包括以下6個方面。
評價內(nèi)容（1）：課后作業(yè)（占平時成績30%）。①每一章節(jié)課堂學(xué)習(xí)完成后，要求學(xué)生能夠自主推導(dǎo)這一章節(jié)中具有結(jié)論意義的數(shù)學(xué)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(xué)生對知識點的記憶，作為課后作業(yè)的第一部分；②任課教師出一道典型應(yīng)用題，要求學(xué)生能夠根據(jù)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(shù)值結(jié)果，考查學(xué)生應(yīng)用知識解決實際問題的能力。
評價內(nèi)容（2）：分組討論（占平時成績30%）。①對于電磁場（包括靜電場、穩(wěn)恒電場、恒定磁場、時諧場等），要求學(xué)生以5―6人為一個小組，在學(xué)習(xí)完課程內(nèi)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(xiàn)象或者提出一種新型應(yīng)用技術(shù)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(jié)課。
評價內(nèi)容（3）：小論文（占平時成績30%）。①每個討論小組根據(jù)分組討論的結(jié)果，結(jié)合多媒體報告的內(nèi)容，在參考近五年外文相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上形成小論文；②小論文應(yīng)該有明確的結(jié)論性陳述，對涉及到的電磁理論模型有詳細說明，要求字數(shù)不少于2000字，內(nèi)容理論結(jié)合實際，引用的外文文獻和多媒體報告內(nèi)容相關(guān)。
評價內(nèi)容（4）：加分環(huán)節(jié)（占總成績的10%）。如果學(xué)生能夠根據(jù)電磁理論，設(shè)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(nèi)容（5）：處罰。對于在作業(yè)、分組討論、小論文環(huán)節(jié)明顯應(yīng)付或者抄襲、舞弊的記零分，不予成績。
u價內(nèi)容（6）：平時成績的構(gòu)成。課后作業(yè)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(huán)節(jié)的10分為總成績的10%。
“自主學(xué)習(xí)”的評價內(nèi)容可以針對某一個知識點、也可以針對一個章節(jié)來進行，總體上覆蓋課程體系中的所有知識點，鼓勵學(xué)生在教學(xué)大綱的所列部分進行自由發(fā)揮，也支持學(xué)生依據(jù)興趣，針對諸如高壓輸電線電磁輻射、室內(nèi)WIFI電磁輻射屏蔽等現(xiàn)象進行科學(xué)分析、構(gòu)想解決方案，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和探索的能力。通過這種評價方式，教師掌握學(xué)生每一階段的知識掌握情況，學(xué)生則通過評價的反饋分數(shù)，了解自己的當前學(xué)習(xí)狀況。評價內(nèi)容既體現(xiàn)了學(xué)生個體的學(xué)習(xí)成果，也反映了學(xué)生團隊的分工協(xié)作能力。
四、“自主學(xué)習(xí)”的評價效果
在電氣專業(yè)的電磁場原理教學(xué)中，嘗試進行“自主學(xué)習(xí)”的課程評價，并通過平行班的對比發(fā)現(xiàn)，進行“自主學(xué)習(xí)”的班級不及格學(xué)生非常少，高分學(xué)生增加；學(xué)生總評成績的分布也更加科學(xué)合理，趨于正態(tài)分布；而平行班的成績分布則趨于梯形；學(xué)生在教務(wù)系統(tǒng)中對教師的評價也較平行班的要高，學(xué)生對這種教學(xué)方式持積極肯定的態(tài)度，認為通過課程學(xué)習(xí)，掌握了電磁理論的基礎(chǔ)性、原理性的知識，并能夠?qū)嶋H問題進行分析和解釋?？傮w而言，“自主學(xué)習(xí)”評價體系的教學(xué)效果是積極的。
五、結(jié)語
通過實施“自主學(xué)習(xí)”評價的方案，緩解了學(xué)生對理論教學(xué)的畏懼情緒，在不降低理論教學(xué)要求的前提下，讓學(xué)生積極參與到教學(xué)互動中，引導(dǎo)學(xué)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(yè)產(chǎn)品、物理現(xiàn)象、實驗結(jié)論緊密的聯(lián)系起來，在激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)熱情的同時，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識，實現(xiàn)學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。
六、致謝
本文的研究內(nèi)容得到了武漢輕工大學(xué)“課程評價方式改革試點”項目的資助，編號為2016088。
參考文獻
[1]孫賢明，王海華，劉萬強.“電磁場與電磁波”課程教學(xué)研究[D].中國光學(xué)學(xué)會光學(xué)大學(xué)，2010.
[2]程莉，徐春梅.《電磁場與電磁波》課程教學(xué)改革新思路[J].科學(xué)研究，2010，（35）.
[3]照日格圖.淺析多媒體技術(shù)在電磁學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].蘭州教育學(xué)院學(xué)報，2014，（09）.
[4]林志立.基于Mathematica的“電磁場與電磁波”課程輔助教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2016，（01）.
[5]周宏威，張少如，等.電磁場課程理論及實踐教學(xué)改革[J].實驗室研究與探索，2013，32（08）.
[6]張起晶，孫桂芝，等.電磁場與電磁波課程教學(xué)改革研究[J].黑龍江教育：高教研究與評估，2011，（10）.
[7]李雪萍，張瑜.基于CDIO的電磁場與電磁波課程教學(xué)改革探討[J].求知導(dǎo)刊，2016，（02）.
