时间：2023-03-21 17:14:01
序论：在您撰写电磁波课程论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
一、工程实例教学实践
《电磁场与电磁波》是电子信息类专业的主干基础课程，涉及大量的场论和矢量分析方面的数学知识，覆盖内容较广，且有一定的深度。相对于应用型课程，该课程的理论分析内容较多，课程理解需要学生花费较大的精力和时间，且需要能够静下心来思考电磁场问题，因此，对于工科学生来说普遍较难理解。然而，该课程讲授的知识、理论和方法，在实际工程中具有一定的普适性，更容易与工程实例结合。以静态场为例，静态场是不随时间变化的场，是时变场的特例，在静态场部分的教学中主要做电容和互感的测量实验，多导体的部分电容和互感是静态场中非常重要的两个概念。要求学生在掌握部分电容和互感的特性及测量原理的基础上，应用测试具体参数，对比测试结果与理论计算结果是否相吻合。再如麦克斯韦方程组，看似只是一组毫无新意、索然无味的方程，多数同学接触到它都有一定的畏难情绪。但如果将“电磁隐形衣”“左手电磁材料”“磁悬浮”“无线电力传输”等实际应用有机结合到课程教学中，课堂氛围异常活跃，学生的学习热情大大提高，对实际工程实例的思考更加深入彻底，甚至有学生在此基础上开始研究电磁理论新的应用。
二、课堂教学与课外科技活动结合
除课堂教学外，根据实际课堂教学内容，定期给学生布置与实际应用相关的作业，可以是科技小论文、工程实例中简单问题的解决方案、学生分组内部科技小竞赛等，复杂的形式可以是参加校外知名企业的有奖科技竞赛、区域性科技创新能力大赛等。此外，通过讲解电磁场在实际工程中运用的一些案例，以及让学生由浅入深地了解到电磁应用的广阔性，避免了学生学习的盲目性，避免在学生中形成学习电磁场无用论的观点。
关键词 电磁场与电磁波 课程教学探究 现代信息技术 整合
中图分类号：G424 文献标识码：A
1 省内外相关研究现状分析
“卓越人才培养计划”要求学校培养出基础扎实、知识面宽、创新实践能力强、具有社会责任感、团队合作精神和卓越人才培养潜质的优秀学生。对于我校电信、电科专业学生而言，最好的平台之一就是利用好每一年一度的电子设计竞赛和物理创新大赛。而要想在各类大型竞赛中获得成绩，学生必需要有扎实的理论知识。其中电磁场与电磁波是高等院校通信工程、电子信息工程专业的一门重要的专业基础课。如何上好这门基础课，给同学们提供扎实的理论指导，是卓越人才培养计划必然要求。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，当代教育技术的发展，给电磁场与电磁波课程的学习带来新的春天。在新的教育理念下，探索信息技术与学科课程整合成为当前教育研究的一个热点内容。研究信息技术与电磁场与电磁波课程整合，对于整体优化教学过程，深化高等教育改革，增进学生的专业知识学习效果，提高学生的信息技术能力，培养学生的合作意识和创新精神具有重大的现实意义。作为一门探究性课程。我们将如何信息技术与电磁场与电磁波课程整合方面进行了初步的探讨。将“知识、能力、人格”的培养理念落实到具体教学环节中。推行启发式、探究式、讨论式、小制作等授课方式，将创新实践能力训练贯穿于课程教学之中。
2 课程教学改革研究对促进教学工作、提高教学质量的作用和意义探究
（1）作为一门探究性课程，电磁场与电磁波课程是通信工程、电子信息工程专业的一门重要的专业基础课。它以麦克斯韦方程为根本基础构建电磁理论的知识体系，它研究自然界中电磁现象和电磁过程。近年来材料、光子晶体等领域的理论研究和材料研发的突破给经典电磁理论带来了勃勃生机。
（2）另一方面，电磁场与电磁波课程对于学生的动手创造能力的培养遗迹从事相关科学研究都具有基础性的重要意义，对于学习其它相关专业（如通信技术、电力系统、电子技术、激光技术、光学工程等）的课程也有重要影响。
（3）以多媒体技术和网络技术为核心的信息技术在教育领域中的应用是教育信息化的重要标志。通过电磁场与电磁波课程的探究教学与当代信息技术的整合与深化，使学生掌握电磁场与电磁波课程知识所涉及的相关科学方法，有效提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，提高学生知识拓展能力和自我学习能力。
3 课程教学探究的实施方案
3.1 具体研究对象和内容
（1）我们将采用传统板书、电子课件、网络和视频多种手段结合。课内讲授与课外讨论和制作相结合、基础理论教学与学科前沿讲座结合，基本理论训练与科研实践训练相结合。（2）针对电磁场与电磁波是理论基础课的特点，课堂教学主要采用探究式课堂教学法：即每节课突出一个主题，讲清论透；每个主题，通过多种形式的师生互动，及时了解学生的疑难问题和创造欲望。（3）鼓励和指导有能力的学生提早进入科研实践训练、参加各类科技竞赛。将学生撰写课程小论文融入教学全过程，从中选出有质量的项目进入科研实践训练。构建多样化应用型人才，培养应用型、复合型、技能型人才，增强毕业生就业能力；完成本课的预期目的。（4）电磁场与电磁波也是一门实践性很强的课程，其研究对象——场是区别于实物的物质形态，具有抽象的特征。为避免课程教学的数学化，我们将充分应用当代信息技术的优势，比如说应用视频教学资料增强学生的感性认识和动手能力，同时反过来应用于当代信息技术，充分发展学生的物理思维和物理探究能力。（5）我们将充分利用好点子竞赛等创新平台，促进电磁场与电磁波的教学。
3.2 课堂教学改革研究拟达到的目标
在课堂教学中，突出学生的参与性，使他们主动获取而不是被动接受科学结论，强调思维互动，使学生感觉电磁场与电磁波发人深思，不难入门。作为电磁理论基础的麦克斯韦方程是从大量个体电磁实验总结而得的“共性”规律。同时，电磁场与电磁波与其他物理学分支也具有“共性”和“个性”的关系。针对这一特点，教学中注意引导学生“相似性形象思维”，开展“抽象思维”，促成“顿悟思维”。学生感觉电磁场与电磁波思路清晰，容易理解。激发学生学习兴趣，经常采用课堂讨论，由学生提问，在教师引导下大家讨论，总结得出准确认识。由于分析“电磁场和电磁波”要在多维时空中抽象思维，课堂教学充分使用多媒体，尽力使用图像和色彩搭配，使学生建立正确的物理图像。
3.3 课堂教学改革研究拟解决的主要问题
（1）突出科学性和探究性。电磁场与电磁波探究式教学，强调学生能力的培养。教学中遵循“物理现象的发现—物理现象的描述—物理过程的分析—结果验证与实验测量”，再现科学研究过程，突出物理学实验性的特征。教学中注意知识拓展，充分联系实际应用和现代科技发展，提高了学生学习兴趣和毕业生就业的适应性。（2）重视物理思维和学生能力培养。课程教学中锻炼“相似性形象思维”，提高“抽象思维”，促成“顿悟思维”。采用多媒体手段、有效使用图示，帮助学生正确建立物理图像，认识物理过程。提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。培养他们的科学创新能力。（3）推进个性化教育。探究式教学可以使具有不同基础的学生各有所获。课程网站的建立和电磁场与电磁波论坛的开通，也将有效推动个性化教育的实施。
4 课堂教学改革研究的特色和应用价值及推广
4.1 特色
（1）通过网络解答学生的问题，及时了解学生的创造欲望。（2）通过课外阅读、讨论与讲座扩展学生视野，引导学生了解学科前沿发展动态，将有些问题安排给学生进行课外阅读和讨论，提高学生独立分析问题的能力。
4.2 创新点
（1）网络与视频教学可以扩展学生自主学习空间，有些问题通过播放视频，让学生可以直观地理解电磁现象基本规律的内涵。（2）多种形式的师生互动，可以了解学生的学习与创造欲望。（3）科研实践训练培养学生的探索精神和创新能力，从学生课程论文中，挑选有质量的项目进入科研实践训练。 鼓励和指导有能力的学生参加各级科研训练项目与科技竞赛。
4.3 应用价值及推广
（1）当代教育技术中网络视频教学提供了传统教学中所没有的优势。通过播放演示实验中的与电磁场与电磁波现象相关的视频资料，学生可以直观地理解这些现象及其物理内涵。（2）任课教师通过课后答疑和讨论、电子邮件、学生QQ群，解答学生的问题，了解学生的创造欲望，指导有能力的学生开展科研实践训练、参加各类科技竞赛。这种教学方式不仅对提高学生的理解能力、动手能力、创新能力都有相当好的效果，同时也可以促进本课程的教学改进也很有益。（3）同时这种教学模式还可以推广到其他物理类基础学科，对于改变传统的教学模式，增强教学效果以及学生的动手能力和知识理解都有很好的借鉴作用。
电磁场与电磁波是物理学发展比较成熟的一门学科，从电磁理论发展史看，章章节节中渗透着科学家的成功思想和方法，让学生了解并学习这一点，对于培养学生学习方法，培养学生的物理直觉和科学素质是十分有益的，这也是本课程教学的一个目的。本课程教学的基本要求是：使学生系统而深入地掌握静电场和静磁场理论，掌握电磁波的传播和电磁场辐射规律，并能够熟练运用知识分析和解决相关电磁问题。
参考文献
[1] 吴海江.科学原创与科学积累[J].自然辩证法研究，2002.18（5）：42-50.
[2] 孙秀英.全国科技创新大会在京举行[N].人民日报，2012-07-08.
[3] 姜宇.在“电磁场与电磁波”课程中建立创新理念[J].电气电子教学学报，2009（1）.
“电磁场与微波实验”课程是本科通信专业学生重要的基础实验课程之一，电磁场理论数学公式繁多，概念抽象，电磁波看不到、摸不着，学生难以理解。在过去的理论教学实践中，单靠课堂讲解，很容易使学生失去学习兴趣，而且，不利于培养学生的自主学习能力和动手能力，因此其实验课程显得尤为重要。为适应这一教学需要，我们开设了涉及电磁波空间波长测量、极化和二次辐射等内容的实验课程，以电磁学基本定律为切入点，用场方程来描述场分布，重点反映空间交变场的一些最基本特性，加深学生对理论知识的理解，以实验反哺理论教学，培养通信专业学生具备从事天线、微波电路的设计、开发、调试和工程应用基本能力，培养学生的创新思维和探究意识，实现“让学生用实验的手段和方法研究电磁规律”这个总体目标。
一、改进实验教学方式
由于电磁场与微波类课程理论性强，要求学生具有较强的抽象思维能力，学生反映学习枯燥，因此，实验课程的开设难度较大。如何将看不见、摸不着的电磁场用形象生动的方式展现在学生的面前，让学生更好地掌握微波的基本知识和测量方法，是本门实验课程面临的最大挑战。经过多年教学实践，我们总结出两种生动、直观的教学方法，能充分调动学生的实验学习热情。
1.多媒体动画演示
教师提前准备好关于电磁场与微波理论相关知识的一些多媒体动画（视频或FLASH等），在开始实验前，给学生播放诸如电磁波的传播、驻波的形成、极化特性等动画（视频），直观反映电磁波的特点，将枯燥的电磁波理论变得生动，既能吸引注意力，又有助于学生对抽象基本概念的理解。
2.借助Matlab、HFSS等仿真软件
Matlab具备强大的计算、图像处理功能，在电磁场与微波实验的教学过程中，能发挥重要辅助作用。在做每个实验项目验前，可布置学生提前查找（或由教师直接给出）Matlab的代码，将软件仿真和硬件设备测试结合起来，既能软、硬件互补，深入理解实验原理，又能解决微波设备价格昂贵，台套数不足的难题。Ansoft Designer，Microwave，HFSS等电磁仿真软件，能从不同的角度模拟天线等电磁元器件的特性参数、场分布，为教、学都提供了有力的软件支撑。在仿真实验中，借助软件可再现电磁波的动态特性，包括：行波、驻波的三维动态模拟，波导中电磁波的传播和分布特性，偶极子天线的方向图分布等，通过仿真实验，使学生形象逼真地了解电磁波的空间分布和传播特性，达到硬件实验装置无法实现的目的。
目前，我院将微波分光仪、电磁场参数测量系统、射频参数测量系统三套硬件分别结合不同的软件，进行教学，学生对于电磁基本概念、传播特性、场分布等内容，变得不再抽象，由畏难变得充满兴趣，积极性得到很大提高，能积极思考、提问，并能利用课后时间对思考题进行软件测试，学生对此类课程的学习态度发生了极大转变。
二、改革实验项目及内容
“电磁场与微波实验”课程是学生理解电磁场与微波天线技术理论的重要途径，能有效弥补理论课堂讲授的不足，有助于澄清理论课程学习中的模糊认识认识，能形象、生动的丰富场类课程的内容。实验项目的改革将实现由单纯验证型向设计研究型转变，建立较完善的场类实验教学新体系，逐步增加综合型和创新型实验的比例，增设一些学生感兴趣并富有挑战性的实验内容。将电磁仿真技术应用于场类实验的教学中，将抽象的场问题形象化，能激发学生的学习兴趣，使学生成为实验教学的主体，做到“实践检验理论，理论指导实践，实验课程与理论课程相辅相成”。
1.对于验证性实验，在完成硬件实验的同时，增加软件仿真手段。通过硬件基础实验，学生可观察测量到电磁波波长、频率、波腹、波节、反射、衍射、偏振、极化等电磁现象，深入体会迈克尔逊干涉、布拉格衍射等电磁特性，能加深对电磁波空间传播特性的认识和理解。与此同时，由于电磁波看不见，摸不着，传播过程只能靠想象，引入Matlab软件仿真手段，将使电磁现象鲜活的呈现出来，一目了然。学生可以从程序代码和仿真结果图两方面与硬件实验结果做对比，并对结果进行各种函数后处理，得到所需的结果。例如电磁波的极化实验，硬件设备只能靠微安表感知是椭圆极化还是圆极化，引入Matlab程序，可直观的看到电磁波传播的过程、椭圆极化和圆极化的方向图，与冷冰冰的仪器数据相比，Matlab的图形具有更大的亲和力。
2.对设计研究性实验，采取分小组、分功能模块和电磁仿真软件（Ansoft Designer、HFSS等）总体设计相结合的教学方法。结合学时，将每批同学分为若干课题小组，每个小组3-4人，由每位小组成员分工完成各个软、硬件模块设计，进而组合成整体，完成整个大综合实验。例如做射频图像传输实验时，1人做射频前端发射机软件部分，1人做后端接收机软件部分，另外2人合力完成硬件部分实验，最终4人共同提交完整的实验报告。实验过程中，学生通过搜集资料，小组成员讨论，与教师讨论完成课题期间，软件参数、硬件传输等诸多问题需要不断调试，才能得到预期的目的。无论实验结果如何，这都能极大的锻炼学生发现、分析、解决问题的能力和团队合作能力。
传统“电磁场与微波实验”所开设的实验项目为7个硬件单元验证性实验项目，1个设计研究性实验项目。我们改革的做法是每个验证性实验项目配以电磁仿真软件程序，并在有限学时下减少2-3个单元性实验项目，增加1-2个综合性实验，减少实验个数，增加实验难度、深度和实用性，例如减少电磁波反射衍射、定向耦合器、振荡器设计等实验项目，增加发射机、接收机和天线设计等软、硬件设计，合并两次课时为一次（4个学时），以课题小组的形式各自分别完成一个大综合实验，从硬件和软件角度设计、完成实验，加大了实验难度，提升实验教学质量。
三、实验成绩考核要全面
实验课成绩着重考核学生对实验原理、内容的理解程度，考查学生的动手能力和分析解决问题的能力。因此，成绩评定应看重学生的实验态度、软硬件能力、实验数据、误差等几个方面，总体上呈现出两头小、中间大的正态分布趋势。
1.预习情况
引入“仿真实验”的教学方式，有效弥补了课内学时不足，将学生预习情况按比例记入总成绩，提前给学生布置下一次实验的任务，鼓励学生利用课余时间钻研，预习实验原理，建立好仿真软件的模型，预料在实验室里可能会出现的问题，明确需要验证、观测的现象、参数，明确实验目的。
2.实验过程
教师指导实验教学按互动研讨的方式实施，鼓励学生勤思考，多提问，分析在软件设计和硬件调试测量过程中出现的问题，记录自己的心得体会，重点考察学生分析问题和解决问题的能力。教师根据学生的分析问题的能力和动手解决能力评定成绩，一是考核学生对一些常用仪器设备（示波器、选频放大器等）的熟练使用程度，二是实验数据的准确度，按一定比例记入总成绩。
3.实验报告
实验报告应占总评成绩的50%以上，是学生对实验过程的全面总结，尤其是实验数据的准确记录和思考题的认真程度，反映出了学生做该次实验的体会和质量，所以要求学生不只是完成作业，还需把实验报告当作一次科技论文写作训练，力求数据严谨，概念准确，分析合理，文字简明流畅，这对于培养学生具有严谨的科学作风，良好的职业习惯，扎实的科技论文写作技能方面，都有良好的效果。
4.教学相长
在实验过程前、后，鼓励学生勤思考，多提问，鼓励学生对课程内容和教师授课提出有创新性、建设性的意见，适当记入总评成绩。
四、建立开放实验室
实验课学时不足，这是各高校实验教学面临的一个共同的难题。由于微波设备台套数的限制，学生分组完成“电磁场与微波实验”课程中的综合性、设计性实验时，往往感觉“一次实验2个学时”时间不够，如发射机、接收机实验，需要首先完成HFSS软件设计，再进行硬件的测试。显然，2个学时的时间不够，因此实验室采取开放的方式，方便学生根据自己的时间自由进入实验室。教师在制定教学方案时，可设置2-3个综合性、设计性实验项目为学生自主实验，学生实验前先查阅资料，设计好方案， 按2-4人为一个课题组，经指导教师审查实验方案、可行性后，在实验室开放的数周时间内，自由安排时间进入到开放实验室进行硬件设计、软件编程、系统调试和撰写报告等。
【关键词】电磁场；课程教学；科研
0引言
探讨《电磁场》课程教学方法的论文已经不少[1-4]，但是科研对《电磁场》课程的促进作用的论文却很少见。实际上，有些教师对于科研对电磁场教学（其他课程亦然）具有重大促进作用并不太认同；或者一些老师虽口头上认同科研对电磁场教学有促进作用，但却体会不深，思想上也不重视。笔者认为科研对电磁场课程的促进作用主要体现在以下几点：1）科研可以使教师透彻理解知识点，授课更加准确、自信；2）教学中增加科研前沿可以促进学生对知识理解的融会贯通；3）科研前沿在课堂的渗透可以激励学生学习的兴趣，在愉快地学习；4）科研前沿在课堂的渗透可以培养学生的研究兴趣，潜移默化中鼓励学生进入科学研究的殿堂。
1科研与电磁场教学
从教学来说，将课本枯燥的理论知识与实际应用和国际前沿科学研究联系起来，以激起学生的学习热情。电磁场课程不但学习困难，而且很多学生反映不知道学习这门课有何用处，这些问题严重打击了学生的学习兴趣。因此，我们在授课时要注意穿插电磁场知识在我们实际中的应用，让学生明白学习并不单单是枯燥的理论知识，这些知识都是指导实际的基础，解决学生为什么要学的问题。除可适当介绍电磁场在通信（手机、基站、卫星等）、探测（探地雷达，石油探测等）、定位（各种雷达）和微波医疗等的应用外，还可介绍具体知识的应用。如当讲授电磁波对理想导体平面的垂直入射这一章节时，将会讲到电磁波全部被理想导体（PEC）反射回来且反相（反射系数为Γ＝－1），此时可以引申这一特性在天线上的应用。如图1所示，在很多定向天线应用中，经常使用一块金属板作为反射板/地板，以将一半的能量反射回另一面，使波1和波2同相叠加，达到提高天线增益3dB及屏蔽背面物体的目的。因为理想导体（PEC）的反相特性，需要把天线安放到距离地板1/4波长，以得到波1和波2同相叠加。通过对授课内容的拓展，可以使得学生明白所学知识并非无用处，而是在实际中大有用处的，从而激发学生的学习热情。图1理想导体在天线上的应用同时可适当介绍本课程理论知识与国际前沿科学研究的关系，激发学生探索知识的热情。介绍当前国际前沿科学研究时，可将其嵌入到具体的关联章节知识讲授中，使学生明白课堂所学知识与当前研究热点的联系。如在图1讲到的理想导体（PEC）作为天线的反射板/地板时，其需距离天线为1/4波长，因此，其一个缺点就是体积太大。但现代微波系统不断小型化的背景下，PEC作为反射板越来越不适用。当前国际前沿研究的一个热点人工磁导体（ArtificialMagneticConductor,AMC）可以解决这个问题[5]。如图2所示，与PEC不同，AMC可以同相反射电磁波，因而天线与反射板之间的距离可以远远小于波长，整个天线系统的尺寸大大减小了。从而让学生了解科学研究的前沿，提高学习的兴趣。图2人工磁导体在天线上的应用如当讲授电磁波对介质分界面的斜入射知识时，可列举2013年浙江大学陈红胜团队的最新研究成果：“隐身衣”[6]。如图3所示，该前沿研究成果是一精致的六角形结构，当电磁波入射到结构上时发生全透射现象（折射），经过数次折射当电磁波出射该结构时，波的传播路径不变，就好像从来没存在该结构一样，而放置于结构中心的物体就被隐身了。这种学科前沿知识的介绍，让学生明白了所学课本知识与科学研究的关系，提高学生学习的兴趣。图3应用电磁波对介质分界面的斜入射知识的“隐身衣”俗话说兴趣是学习的最好老师，适当介绍电磁场理论知识在实际工程中的应用和在国际科学研究前沿的应用，可以活泼课堂教学，让学生明白电磁场知识是怎样在实际工程中应用的，让学生了解当前科学研究前沿，可以激发学生学习的热情，大大提高课堂教学的效果。
2结束语
电磁场课程是教学和学习难度很大的一门课程，但也是十分重要的一门课程，搞好这样一门课程的教学工作时每一个电磁场课程教师都需要认真思考的问题。而科研对于搞好这样一门课程的教学具有很大的促进作用。我们应将理论知识与工程实际和学科前沿相联系，激发学生学习的热情和科学研究的热情，为我国的科研事业培养优秀的人才。
作者:彭麟 姜兴 仇玉杰 单位:桂林电子科技大学信息与通信学院
【参考文献】
［1］田雨波,张贞凯.“电磁场理论”教学改革初探[J].电气电子教学学报，,Vol.30,No.1，Feb,2008:11-13.
［2］张华美,徐立勤.《电磁场理论》课程教学的几点认识[J].科技信息,2010(14):3.
［3］彭麟.电磁场辅导课的几点体会[J].科技信息,2014(5):45.
［4］彭麟,姜兴.二本院校电磁场教学初探兼与美国大学教学比较[J].中国电力教育,2014(17):73-74.
关键词：工程电磁场教学；科研项目；教学效果
作者简介：朱希安（1962-），男，黑龙江讷河人，北京信息科技大学信息与通信工程学院，教授。（北京 100101）
基金项目：本文系北京信息科技大学2012年度教学改革立项项目（项目编号：2012JGYB17）的研究成果。
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）02-0062-02
工程电磁场和电磁场与电磁波课程分别是电子信息工程和通信工程专业的专业骨干课程。为了使学生能够学好和掌握这门课程，该门课程的教师费劲了心机，想尽了办法，总的看教学效果都不够理想。究其原因，一方面是该类课程的学习的确困难，数学公式繁多，对学生的数学基础要求高，同时电磁场与电磁波既看不见又摸不着，要求学生要有较好的空间想象力，加之教学方法主要以理论教学为主，没有相应的科研课题与之对应，学生得不到感性认知，造成学习该门课程的目的不够明确，学习的积极性和主动性欠缺，影响了后续的微波技术、电磁兼容等课程的学习，甚至影响了考研。为此急需将理论课程的学习与科研项目相结合，探索这类课程教学与实践相结合的方法、具体实施的步骤、理论课与实践课的学时比例等问题，为该类课程的教学改革积累经验，提供第一手资料。
一、本科教学与科研项目结合的优点
1.有效提高学生学习的兴趣和自觉性
工程电磁场和电磁场与电磁波课程的讲授是诸多课程教学的难点之一。在教授该门课程的过程中，经常有学生问老师学习该门课程究竟有什么用？对以后找工作有什么帮助？每当遇到这样的问题，即使老师讲了许多应用实例，学生仍很难得到感性认知。基于上述实际情况，北京信息科技大学专门设立了研究课题。课题以国家科技重大专项中的瞬变电磁场监测二氧化碳专题研究作为基础，从2010级及2011级电子信号工程专业及通信工程专业的本科生中优选5～10名左右的学生参与该项目的具体研究，以求使他们能够提高对电磁场与电磁波学习的兴趣，增加该门课程的感性认识，深刻地理解和掌握本门课程学习的目的和意义，提高学习的自觉性。同时，为探索本课程教学方法和实践教学的改革积累经验。
2.更好地锻炼学生的实践能力、创新能力
科研项目所研究的内容都是本学科、本专业急需解决的问题，具有很强的综合性，并在某种程度上需要创新。学生参与教师的科研项目，利用已学过的知识，在教师的指导下独立地解决问题，可以培养、锻炼独立工作的能力。由于科研项目研究的都是本学科最前沿的问题，学生难免会遇到没有学过的理论或遇到没有涉及的实际问题，这会激发学生的自学热情及挑战困难的勇气和创新精神。科研项目涉及的内容广泛，需要项目组成员间的紧密协作和良好的沟通，在此过程中可以培养学生的团结、协作精神，提高处理问题、解决问题的能力和沟通能力。
3.有利于培养学生的责任意识
科研项目通常是分割成许多相互联系和相互渗透的子课题。学生承担的部分内容是项目的有机组成部分，如果学生由于自身的原因完不成指导教师所布置的毕业设计，某种程度上就会影响整个项目完成的进度。学生迫于这方面的考虑就会增强责任意识，起早贪黑，刻苦钻研，克服困难，完成任务。
二、具体的实施过程和方法
1.学生的优选
在教师的指导下，优选出的本科学生与研究生多次见面、沟通，探讨课题的研究内容、研究难点和与电磁场与电磁波类课程的关系，使学生真正了解所学课程的用武之地，激发他们的学习主动性和自觉性。例如：研究生的研究课题中有：重叠回线装置的水平层状介质的一维正演解释方法研究、中心回线装置的水平层状介质的一维正演解释方法研究、瞬变电磁信号消噪方法研究、中心回线装置的水平层状介质的一维纵向电导解释方法研究等。通过上述过程，从研究生的研究课题中，减少研究内容和研究难度，确定本科生毕业设计题目。例如：瞬变电磁信号小波阈值消噪方法研究、瞬变电磁信号不同小波分解层次消噪对比分析、瞬变电磁信号独立成分分析消噪方法研究、瞬变电磁重叠回线装置均匀半空间视电阻率的研究、瞬变电磁中心回线装置均匀半空间视电阻率的研究、基于小波阈值的瞬变电磁信号去噪方法研究、不同小波基的瞬变电磁信号消噪对比分析等都是从研究生课题中缩减内容和减少难度确定的。
2.指导过程的有效性
学生选定后，对教师而言即开始了教学与研究项目结合、提升教学效果的实践工作。教师从授课计划到教学方法的改进，乃至教学管理部门——教务处的管理模式都应该有相应的调整。整个过程的每个环节均直接影响该项目的实施质量。教师应做到严格要求、整体把握、指导具体、科学有效。
在学生参加课题研究和上课的同时，教师应指导研究生与本科学生做好确定方案，在研究生的指导下查找相关的文献，拟补参与课题研究所需知识的不足，以便学生尽早进入工作状态。文献检索与应用是科学研究的必备能力之一。合理利用文献资料是了解前人成果、避免低水平重复的必要手段。然而，考虑到学生的能力和精力有限，加之大三时学习任务也较繁重，进行大规模的资料检索工作不太现实，笔者的做法是指定部分关键性的专著和论文，要求学生查找和阅读，以便他们迅速进入状态，少走弯路。
3.与考研方向相结合，促进考研率的提高
出于就业形势的压力和继续深造的要求，很大一部分学生要参加考研。由于考研复习外语和数学与参加课题研究的时间有一定的冲突，处理不好会影响学生对参加课题时间和精力的投入。如果能将课题研究与学生的本科毕业设计和考研后的研究方向相结合则可最大限度地调动学生参与课题研究的积极性。而且，如果他们现在所学习和研究的内容就是他们硕士阶段的研究方向，这对于考研的专业课考试和复试阶段的口试都有极大的帮助，因此学生会投入极大的热情和尽最大的努力学好电磁场与电磁波这类课程，高质量地完成毕业设计。例如，笔者2013年度所带的两个学生所作的毕业设计题目是《瞬变电磁信号独立成分分析消噪方法研究》和《瞬变电磁重叠回线装置均匀半空间视电阻率的研究》。由于这两个学生所做的毕业设计的内容既与本人的科研项目结合，也是他们考研后导师的研究方向，在毕业设计过程中两个学生非常地努力，克服了种种困难，出色地完成了毕业设计，毕业设计答辩获得了优秀成绩。同时，考研的专业课成绩和复试的成绩在考生中名列前茅，分别顺利地被北京邮电大学和中科院录取为硕士研究生，所撰写的科研论文经笔者修改后也发表在核心期刊上。通过毕业设计与考研研究方向结合，取得了较好的效果。
4.建立有效的沟通联系制度
参加教师的科研项目研究是锻炼学生各方面能力的一次极好的机会。然而，由于本科生初次接触这类实践性较强的教学过程，难免有些不适应，建立有效的沟通和联系制度显得十分必要。在上课的同时，又要参加科研实践，对学生的要求较高。笔者的做法是建立研究生与学生讨论的例会制度，坚持每周两次研究生与本科学生会面，其中一次为指导教师答疑解惑时间，另一次为详细讨论、总结交流会。每位同学都要在会上对前一阶段的电磁场与电磁波课程学习中所遇到的问题进行总结，并把课程中所学习的内容与研究课题的内容关联，找出课程中哪些是基础知识、哪些是研究课题中遇到的问题以及解决课题某些难题的需要自学和补充的知识，提出来让大家讨论。在讨论时，指导教师倾听、引导和总结，鼓励学生间的自主交流。这样既可实时掌握课程的教学效果和学生课题研究的参与程度及进展情况，也可以使学生间了解彼此的体会，相互促进，形成良好的学习、科研氛围。笔者近几年的实践表明，例会制度是行之有效的，取得了一定的效果。
5.强调规范化管理和检查制度
对研究生指导本科生参加研究项目、促进电磁场与电磁波课程学习的过程要规范组织管理和操作程序，明确责任，理顺关系，制定完善的规章制度，使管理科学化、规范化。在这个过程中，指导教师要督促和指导学生按照规范化的程序保质、保量按时地完成各阶段的任务。具体地讲，每个参加课题研究的学生要写一个实践报告，总结参加课题的收获和电磁场与电磁波课程学习的体会与方法，供本届和下一届学生参考以及教师授课时讲解。
三、收获与体会
本次研究以提高工程电磁场导论和电磁场与电磁波的教学效果为出发点，以国家科技重大专项中的瞬变电磁场监测二氧化碳专题研究作为依托，探索和研究本类课程教学的理论与实践方法，以求通过学生参加项目的实施和研究过程，提高对本门类课程学习的积极性和认清学习与掌握该类课程的重要性以及与后续课程学习（例如，天线和微波课程的学习）、考研、毕业后从事相关领域工作的相关性。通过优选的5～10名2010级及2011级学生参加瞬变电磁场监测二氧化碳专题研究项目，跟踪和评价学生参加实际的研究项目对本类课程学习和教学效果提高的促进作用，使学生能够学以致用，为改进电磁场与电磁波课程的教学积累经验，奠定基础。通过本次实践研究得到了以下几点认识：
理论教学与科研项目相结合是科研成果转化为教学成果的途径，是科研与教学相互作用、促进教学水平提高和学生获取课程内容感性知识的有效手段，有助于提高该类课程学生学习的兴趣和自觉性，提高教学效果。
在本项目的实践过程中可以培养学生的团结、协作精神、责任意识，挑战困难的勇气和创新精神，独立地解决问题的能力和沟通能力等。同时，在项目的实施过程中，结合学生的实际情况，提前开设毕业设计题目，摸索行之有效的毕业设计科学和规范的管理方法、正确指导、有效沟通方法，促进毕业设计的质量提升。此外，在项目的研究过程中，有意识地培养学生对本校的眷恋度，提高考研第一志愿报考本校本专业的比例，提高本专业的考研率。
通过本项目的实施探索课程教学改革的有效途径和方法，形成一套行之有效的管理办法，为该类课程的教学提供示范。
探索学科建设成果转化为本科人才培养优势的机制与途径，在此成果的基础上凝练新的学科方向，促进学科建设。
参考文献：
[1]朱希安. 本科毕业设计：尝试与科研项目结合[J].北京教育（高教版），2007，（10）：41-42.
[2]朱希安.浅析教学改革的制约因素和基本出发点[J]. 辽宁大学学报（哲学社会科学版），2007，109（1）：85-87.
[3]廖志凌，邵学军，刘贤兴等. 高校本科毕业设计中存在的问题及对策[J]. 江苏大学学报（高教研究版），2004，（2）：82-85.
[4]宫新保，马伟敏，周希朗.通过毕业设计培养学生的科研能力[J]. 电气电子教学学报，2002，（6）：217-219.
[5]付瑞东，崔占全. 关于提高毕业设计质量的几点思考[J]. 教学研究，2003，（4）：362-363.
关键字：Mathematica，电动力学，课堂教学
中图分类号：G423.07 文献标识码：A文章编号：1674-098X（2015）05（a）-0000-00
引言
大学高等教育通常致力于培养专业基础扎实、有较强实践能力和拓展潜力、富有创新精神的本科人才。其中理工科专业要求学生系统掌握专业基础理论、基本实验方法和实验技能，并具有较强的数理基础。近些年，大学普遍扩招，生源质量下降，学生数学基础不够扎实，冷门专业情况更是严重，不少学生往往因专业知识在数学计算上的复杂及相关定理、概念和过程的抽象等问题而失去学习兴趣，导致专业课的教学学习效果不够理想[1]。
基于此种情况，已有不少人把多种现代教育技术如Matlab，Java，Mathematica等软件应用到课堂教学中[2， 3]，使现代教学技术在提高学生学习积极性、优化课堂、提高课堂效率等方面取得了较好的效果。Mathematica是一款科学计算软件，其很好地结合了数值和符号计算引擎、图形系统、编程语言、文本系统以及与其他应用程序的高级连接。很多功能在相应领域内处于世界领先地位，截至2014年，它也是世界上使用最广泛的数学软件之一。普遍认为Mathematica的标志着现代科技计算的开始，它是世界上通用计算系统中最强大的系统。自从1988以来，它已经对科技和其它领域中计算机的运用方式产生了深刻的影响，并且在国外教学工作中获得了广泛的应用[4， 5]。从google学术搜索中搜寻Mathematica以及Education相关条目，有近十万条结果。从高中到研究生数以百计的课程都使用它，并有多本关于Mathematica教学的图书出版，涵盖多门专业教学。Karim等人[5]甚至还基于Mathematica软件开展了远程教学。而在我国，虽然教师们对于现代化手段在教学中的应用很早就开展了研究，但是一直以来不够重视，特别是Mathematica软件在教学中的应用和国际相比还处于初级阶段，还没有得到广大教师的足够重视和普遍使用。这从google学术检索中就可以发现，Mathematica与教育教学等词条相关的论文搜索结果还不到三千条。相关教学论文数量不够充分，内容也还很不深入，相关中文教材也处于缺乏状态，并且这些研究主要分布于大学物理以及数学分析这两门课程[2， 3， 6]。对于Mathematica在数学、物理等数学要求较高的大学各专业核心课程教学中的应用工作还未深入展开，而物理、电子等系核心专业课之一――电动力学的数学要求远比普通理工科专业高，因此本文欲在前人研究基础上，以电动力学部分难点的教学工作为例，展开深入分析，力图引入Mathematica软件辅助教学，消除学生对复杂公式的畏惧感，直观准确地展示各种物理图像，使学生对课程的学习有良好的进步。
1 应用
本文研究目的旨在借助于Mathematica软件将学生从复杂的微分偏微分方程求解过程中解放出来，并用图形和动画直观展示各重点难点，从而降低专业课的学习难度，达到提高学生学习积极性的目的，并使学生初步掌握Mathematica软件的使用方法，提高他们学习新事物的能力。
电动力学是很多大学专业的主干课程之一，如电子、信息、通信、物理等学科。其主要内容就是麦克斯韦方程组的来由及其在各种条件下的具体应用。此处我们以电磁波的传播为例，在瞬变条件下，变化的电场和磁场相互激发，形成在空间传播的电磁波。单从字面描述以及电磁波方程来看，较为抽象。学生一般很难理解。通过使用Mathematica软件，我们可以将平面电磁波的传播用图1展示。从图1中可以清晰看出平面电磁波的几个特性：1，平面电磁波是横波；2，电场、磁场以及传播方向三者是相互垂直的； 3，电场和磁场是同位相。
图1是静态图，实际上，通过图2所示代码，我们还可以用动画演示电磁波的传播。图2所示代码形式简洁，接近于自然语言，这样就让学生无须较高的编程水平即可自行编写代码，容易激发学生的学习兴趣。图2所示代码会生成一个简洁易懂，易于操作的界面，可以通过设置循环播放，良好地演示电磁波的传播。通过“waves”按钮可以分别演示不同个数的完整波形，时间轴可以快速或慢速地动态演示电磁波的传播过程，让学生轻松理解电磁波传播过程。
除了平面电磁波在无界空间的自由传播之外，平面电磁波在两块平行板之间的传播，也能形象清晰地展示。如图3所示，此图可以大大加深学生对电磁波传播的理解，便于学生学习。诚然此图所需代码较为复杂，不仅需要相关的电动力学知识，还必须熟悉偏微分方程求解理论，此外对Mathematica软件的使用熟悉程度也有要求，学生难以短时间内独立完成，需要进一步的训练之后才可能完成。类似的内容可以让学生课后完成，作为考核内容，这样可避免学生过于依赖该软件而忽视数学学习的重要性。
总而言之，Mathematica应用到电动力学课堂教学中，能让教学过程更生动，促进学生学习理解。
2 结束语
当前我国大学专业课教学中，数学分析软件的使用还处于初级阶段。学生薄弱的数学基础与专业课较高的数学分析要求是专业课学习过程中的主要矛盾之一。本文着力于解决由学生薄弱的数学基础和抽象的专业概念所引起的在专业课学习上的困难，让学生开阔视野，并培养学生利用工具软件的能力。从而可以将专业课学习过程中的复杂数学问题交给专业数学分析软件Mathematica来进行，学生只需掌握基本的数学原理，了解相关知识，配合Mathematica丰富的互动界面和图形显示功能，就能达到更充分更深层次理解内容本质的目的。本文重点有机衔接了电动力学与Mathematica软件，通过Mathematica在电动力学课堂教学上的使用，达到加强基本理论教学，扩展学生视野，引导学生关注科学前沿的发展动态，并训练学生的创新精神，而且避免了学生过于依赖该软件而置数学于不顾的情况。对于电动力学课程中的主要内容，可以建立一系列相应的数值程序，进而开发一个系统性的课件，辅助课堂教学，这将会对教学效果产生很大的促进作用。
参考文献
[1] 罗琬华. 对电动力学课程改革的研究[J]. 西南师范大学学报： 自然科学版. 2008， （6）.
[2] 郝艳莉， 张滨燕. 数学软件 Mathematica 在高等数学教学中的应用[J]. 南通航运职业技术学院学报. 2009， 8（3）： 120-123.
[3] 孙晓玲， 王宁. 利用 Mathematica 实验教学融入数学思想的研究与实践[J]. 合肥师范学院学报. 2009， （3）： 32-34.
[4] N.F. Britton. Essential mathematical biology[M]. Springer， 2003.
关键词：电磁场；理论教学；课程评价
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）07-0222-02
一、教学现状
“电磁场原理”作为电气类专业开设的一门专业选修课，旨在将电路、信号与系统、通信原理等课程的内在联系用数学物理方程的形式进行理论整合。并通过教学活动，培养学生的科学思维能力和理论推导能力[1]。
学生和教师在教学交互过程中最集中的矛盾点在于，学生认为课程抽象难懂、高度依赖课堂的讲授过程、没有课后的相应预习与反馈，导致课堂教学活动以后，学生对电磁理论知识的理解处于一种似懂非懂的状态，不能灵活运用现有知识解释实践中遇到的电磁现象。一般认为，合适的教学方法，以及适当的教学手段是激发学生学习兴趣的最有效方法[2]。为了解决这一矛盾，提高教学的趣味性、直观性，提升学生对教学活动的关注度，在课堂上引入了多媒体教学手段[3-4]，并使用各种工程软件[4]将试验结论图表化。事实上，这在很大程度上降低了理论教学的要求，侧重于简单、应用、结论性的内容，而对理论推导过程中的技巧性和逻辑演绎部分却是一带而过，而这些往往是这门课程的精华所在，体现的是前人对已有知识的创造性应用，而这些正是当代大学生所缺乏的。因此，通常采用多媒体技术与板书教学相结合[5]的授课形式。
所以，在激发学生学习兴趣的同时，如何让学生对电磁场理论体系理解得更深刻、掌握得更充分，并能催生出学生的自主学习能力就是一个值得研究的课题。当代大学生对课程分数异常敏感，因此，通过对课程学习评价方式进行改革，在理论教学活动中适度给予学生“自主学习”的灵活度，让学生在课程实施框架内进行理论、实践的自由发挥，不仅可以激发学生的学习热情，同时可以培养学生掌握知识、应用知识的能力，从而达到加深学生对课程内容理解的目的。
二、“自主学习”的评价原则
课程评价方式的改变不仅要适应学校的教学现状，充分考虑到生源质量（学生的基础知识、分析问题的能力[6]，特别是微积分和矢量几何知识）等因素，同时也要考虑电磁场原理这门课程在校内的发展沿革，适应电气类专业的当前需求，在学校的要求、专业的需求、教学的成果三者之间取得平衡。通过教学内容的整合、教学方法的改变[7]，达到提高学生理论素养和实践能力的教学目的。武汉轻工大学《关于课程学习评价方式改革的指导性意见》明确提出，要改变课程学习评价方式单一、重结果轻过程的现象，采用多次、不同形式的评价方式，综合评定学生成绩及学习效果。
“自主学习”的目的在于促进学生的课外阅读和工程实践；评价的原则是以过程考核和能力考核作为学生知识掌握的评价依据，因此在教学评价的时效性和针对性上与以往的评价方式有很大不同。电磁设备和无线通讯技术的大范围普及，也为“自主学习”评价方式的建立提供了良好的支撑，在学习了位移电流和坡印亭方程的数学模型后，学生可以在课堂的小组讨论和课后的小论文作业中举出相关的应用实例，解释移动设备无线充电、手机工作时会发热的原理，使抽象理论和具体应用无缝对接，培养学生理论联系实际的思考能力，同时也考查学生对某一知识点的掌握情况。通过教学过程中的“自主学习”评价，做到对重要知识点的全覆盖。
“自主学习”评价方式是以培养能力为导向的评价机制，弱化了期末考试的评分比重，加大了对每个知识点的考查力度，强化了对学生的课后阅读及思考、工程实践能力的成绩评价。
三、“自主学习”的评价内容
“自主学习”评价的目的是为了提高学生对知识点理解的深度以及应用理论知识到实际工程问题中的能力。因此，在教学开始的第一堂课，就要清楚地向学生阐明“自主学习”的评价内容，并在发放给学生的“课程教学实施方案”中进行文字说明。在教学过程中，针对知识要点进行的测评前，须告知学生采用的评价方式和时段，需要阅读的参考文献资料和需要准备的其他辅助器材。在评价完成后，及时向学生反馈评价分数和评语，让学生了解自己的知识掌握情况。评价内容一般包括以下6个方面。
评价内容（1）：课后作业（占平时成绩30%）。①每一章节课堂学习完成后，要求学生能够自主推导这一章节中具有结论意义的数学物理方程，并解释这一（组）方程的适用条件和物理意义，加强学生对知识点的记忆，作为课后作业的第一部分；②任课教师出一道典型应用题，要求学生能够根据已知条件模拟计算实际工作中可能遇到的问题，并给出具体的数值结果，考查学生应用知识解决实际问题的能力。
评价内容（2）：分组讨论（占平时成绩30%）。①对于电磁场（包括静电场、稳恒电场、恒定磁场、时谐场等），要求学生以5―6人为一个小组，在学习完课程内容后，任选其中一项作为题目，以多媒体报告的形式用课堂知识解释一种观测到的物理现象或者提出一种新型应用技术的可能性；②每个报告的r间不超过5分钟，总的耗时不超过两节课。
评价内容（3）：小论文（占平时成绩30%）。①每个讨论小组根据分组讨论的结果，结合多媒体报告的内容，在参考近五年外文相关文献的基础上形成小论文；②小论文应该有明确的结论性陈述，对涉及到的电磁理论模型有详细说明，要求字数不少于2000字，内容理论结合实际，引用的外文文献和多媒体报告内容相关。
评价内容（4）：加分环节（占总成绩的10%）。如果学生能够根据电磁理论，设计并自主动手制作一种已有（如电刷）或者某种新型传感器，则予以加分鼓励。
评价内容（5）：处罚。对于在作业、分组讨论、小论文环节明显应付或者抄袭、舞弊的记零分，不予成绩。
u价内容（6）：平时成绩的构成。课后作业30%、分组讨论30%、小论文30%、考勤10%；平时成绩占总成绩的50%；加分环节的10分为总成绩的10%。
“自主学习”的评价内容可以针对某一个知识点、也可以针对一个章节来进行，总体上覆盖课程体系中的所有知识点，鼓励学生在教学大纲的所列部分进行自由发挥，也支持学生依据兴趣，针对诸如高压输电线电磁辐射、室内WIFI电磁辐射屏蔽等现象进行科学分析、构想解决方案，培养学生独立思考和探索的能力。通过这种评价方式，教师掌握学生每一阶段的知识掌握情况，学生则通过评价的反馈分数，了解自己的当前学习状况。评价内容既体现了学生个体的学习成果，也反映了学生团队的分工协作能力。
四、“自主学习”的评价效果
在电气专业的电磁场原理教学中，尝试进行“自主学习”的课程评价，并通过平行班的对比发现，进行“自主学习”的班级不及格学生非常少，高分学生增加；学生总评成绩的分布也更加科学合理，趋于正态分布；而平行班的成绩分布则趋于梯形；学生在教务系统中对教师的评价也较平行班的要高，学生对这种教学方式持积极肯定的态度，认为通过课程学习，掌握了电磁理论的基础性、原理性的知识，并能够对实际问题进行分析和解释。总体而言，“自主学习”评价体系的教学效果是积极的。
五、结语
通过实施“自主学习”评价的方案，缓解了学生对理论教学的畏惧情绪，在不降低理论教学要求的前提下，让学生积极参与到教学互动中，引导学生进行知识的搜集、整理、分析和逻辑推演，将抽象的电磁理论和具体的工业产品、物理现象、实验结论紧密的联系起来，在激发学生自主学习热情的同时，培养学生分析问题的能力，提升学生的创新意识，实现学生综合素质的提高。
六、致谢
本文的研究内容得到了武汉轻工大学“课程评价方式改革试点”项目的资助，编号为2016088。
参考文献
[1]孙贤明，王海华，刘万强.“电磁场与电磁波”课程教学研究[D].中国光学学会光学大学，2010.
[2]程莉，徐春梅.《电磁场与电磁波》课程教学改革新思路[J].科学研究，2010，（35）.
[3]照日格图.浅析多媒体技术在电磁学教学中的应用[J].兰州教育学院学报，2014，（09）.
[4]林志立.基于Mathematica的“电磁场与电磁波”课程辅助教学改革研究[J].教育教学论坛，2016，（01）.
[5]周宏威，张少如，等.电磁场课程理论及实践教学改革[J].实验室研究与探索，2013，32（08）.
[6]张起晶，孙桂芝，等.电磁场与电磁波课程教学改革研究[J].黑龙江教育：高教研究与评估，2011，（10）.
[7]李雪萍，张瑜.基于CDIO的电磁场与电磁波课程教学改革探讨[J].求知导刊，2016，（02）.
