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纳木错dolphin
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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。我整理了电磁场微波技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!

“电磁场与微波技术”课程的改革与实践

摘要:在对“电磁场与微波技术”课程的改革与实践中,分析了目前该课程的教学中存在的主要问题,结合课程特点和“三本院校”学生的实际情况,整合了电磁场与电磁波、微波技术和天线理论三门课程的主要内容,加强了该课程与工程实际的结合,适应了三本学校的应用型人才的目标,并通过教学方式和考核方式等方面的具体改革措施,提高了该课程的教学质量,尤其是提高了学生对该课程的相关知识和技术的实际应用能力。

关键词:电磁场与微波技术;工程实际;考核制度

作者简介:张具琴(1980-),女,河南信阳人,黄河科技学院电子信息工程学院,讲师;贾洁(1982-),女,河南安阳人,黄河科技学院电子信息工程学院,助教。(河南郑州450063)

中图分类号:     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2012)17-0054-02

随着信息时代的发展,作为信息主要载体发展方向的高频电磁波—微波,不仅在卫星通信、计算机通信、移动通信、雷达等高科技领域得到了广泛的应用,而且已经深入到了各行各业中,在人们的日常生活也扮演着重要角色。因此对于电子信息专业的学生来说,电磁场、微波技术与天线类课程在目前及今后都是不可缺少的主干专业课程。[1,2]但由于该课程的自身特点及对于该课程教学的一些传统认识,使得学生对该课程的知识和技能的学习和掌握不能满足国内对电磁场与微波技术及其相关专业人才的需求。为提高该课程教学质量和人才培养质量,尤其是针对三本院校的应用型人才培养目标,笔者认真分析了该课程教学中的问题,结合课程特点和“三本院校”学生的实际情况,对该课程进行了一系列的改革和实践探索,并取得了一定的成果。

一、“教”“学”中的主要问题

该课程传统的教学方法是以事实性知识传授为教学目标,即课程内容是介绍“是什么”“为什么”,而缺乏“怎么做”“怎么用”,过分强调理论,而缺乏对知识的实际应用。

目前该类课程所用教材多为一本学校编著,这些教材整体突出课程内容的完整性和理论分析的严密性。对于理论基础一般也较为薄弱、更注重实际应用能力的三本学生来说算是“天书一部”,学习起来也“味同嚼蜡”,教师授课也是事倍功半,教学效果很不理想,很多三本学校对该课程的开设是“形同虚设”。

该类课程的教学模式仍是以理论教学为主的,教学方法和内容很少涉及该课程的实际知识应用和人才就业的方向指导,结果学生学完后除了知道有很多公式推导外,对该课程其他方面相关内容知之甚少,所以缺乏学习动力,教学效果不佳。

对于该课程的考核制度多为“一刀切”模式,即“考试分数定高低”,未能考虑学生的个体差异,忽视学生学习能力、学习过程、学习方式差别,不能很好调动学生的积极性和主动性。

二、改革方法和措施

1.改革传统的事实性知识传授的教学目标,更注重对实际应用能力的培养

在教学内容中,增加具体理论的应用实例分析,[3]使学生对电磁场和微波的实用性有较好的认识;增加微波技术在新科技和社会生产生活中的实际应用的一些例子,使学生有更强的学习兴趣和学习动力;课程中很多知识点的引入,都以思考题和小的科研课题的形式提出,使学生应用所学的理论知识分析解决实际问题的能力与创新、研究能力得到相应的锻炼。

增开相应的微波实验项目,使学生的实际动手能力得到很好提高,考虑到实验室建设的成本的问题,可以通过先引入微波的仿真实验项目或者引入与现有的大学物理实验、通信原理实验等成熟实验项目相结合的实验项目。[4]

2.突破传统的一本院校所编教材的限制,使学生在有限的时间内掌握具有生命力的知识基础和必要技能,以满足高素质应用人才知识结构和素质结构的需求

在实际授课过程中注重将“电磁场与电磁波”、“微波技术”和“天线理论”有机结合,采用电磁场与微波技术结合的自编的简本教材为授课教材,把天线及应用作为扩展补充教材,将三者精要贯穿于教学中。这大大节约了理论教学时间,使学生有更多的时间参与到实践中去,有利于培养学生应具有的实践能力。

具体教学内容方面:加强了该课程中的最基本的电磁场的概念、定理的讲解,力求夯实该门课程的基础;增加了微波在新科技中的应用和微波的发展前景的介绍和大量的网络理论应用实例分析等,有利于学生学习目标、学习兴趣的建立和实际应用能力的提高;针对该门课程涉及知识面广、理论性较强的特点,对于只是涉及而非重点内容大胆删减或者采用增加附录的形式直接给出,这样有利于学生有针对性地学习;对于课程中的概念采用“量纲分析法”,使学生对概念的物理意义有更深地理解,应用起来能够更加娴熟;对于其他新知识的引入采用“概念—方程—新概念”教学模式,顺着学生的理解思路,水到渠成;更加注重了理论与实践的结合,每个具体的理论讲完后,立即有相应的实例分析,既有利于提高学生的实际分析问题的能力又有利于提高其学习兴趣。

3.改革传统的理论教学为主的教学方法,开展“以应用为基本出发点”的理论教学方法研究

(1)以应用为本,确定理论教学的研究方法。在教学大纲和简本教材中,弱化理论讲解,重视实际解决问题能力的提高,主要采用“用什么理论,讲什么理论”和选学、自学内容相结合的模式,即让大多数学生学到了本课程的主要内容,又让学有富余的学生得到更深层次的提高。

(2)注重对学生进行思维能力与应用能力的训练。改变传统的纯理论讲解、缺少实际应用实例的情况,在教学过程中注重理论讲解、实例分析、习题课相结合;以思考题和小的科研课题的形式,对学生进行有效的思维能力与应用能力训练。

(3)具体教学方法中,采用多种方法相结合,尤其是板书和多媒体相结合教学。对于主要理论、公式的推导,以板书教学为主,有利于学生的理解和接受;而对于一些介绍性知识、实例讲解和仿真实验方面,可辅以多媒体教学和动画演示,丰富学生的感性认识和知识量。

(4)注重案例教学。例如,以往年学生的毕业设计为案例,阐明微波是如何用来解决实际问题的;提出目前理论应用于实际的方向和技术瓶颈,鼓励同学们探索和研究,力争做到理论与实践相互联系,相互穿插,相辅相成,使学生真正从这门课程中学到“实惠”,即掌握了具体知识的应用,也为其以后的就业指明了方向。

(5)开设“第二课堂”教学法。针对学生层次的差异,可以采用课堂教学与网络教学相结合的方式、给出小型科研调研题目等方式,[5,6]使每个学生的潜能都能得到最大的发挥。充分利用黄河科技学院(以下简称“我校”)的校企业合作平台,让学生利用半年左右的时间充分参与到微波天线企业一线的科研和生产中,在理解整机工作原理的基础上,研究实际的产品部件;通过在学生与学生之间、学生与老师之间、工程技术人员之间对出现问题的讨论,使学生更全面地思考和理解问题,另一方面也能使学生掌握和了解最新的知识,适应科技高速发展的需要,实现与时俱进。

4.改革传统的考核制度“一刀切”模式,开辟“多样化的柔性”考核制度

结合“因材施教”的指导方针,认真考虑学生的个体差异,增强“第二课堂”的作用,开设“老生研讨课”,加重过程考核,提出开卷考试制度等方案,极大地调动了学生的积极性和主动性,提高了教学效果。传统的终结性考核以理论知识、标准答案、闭卷形式为主。改革后的考核方式更加注重过程考核,加入调研报告成绩,课程小结成绩实,实践环节成绩;考试试卷上增设选做题目、课程设想等,给学生充足的学习空间,有利于激发学生的学习自主性,提高学习的自觉性和自学能力;考试采用开卷形式,重视知识的应用而弱化死记硬背,加强学生的应用能力的考核。

另外,本课程的教学中也广泛利用网上电子教案、习题库等教学资源,为学生的自学和课后复习提供了一定的空间,随着课程网络资源的建设,教学中可利用校园网实现网络教学、在线测试、在线答疑。

三、改革实践的效果

课程教学目标和教学内容的调整,理顺并抓住了根本,节省了时间,避免了枯燥繁冗的数学推导过程,使学生接触更多的工程实践,适应了三本学校的应用型人才目标;教学方法、教学手段的改革,加强了理论与实际的联系,避免了学生对该课程中一些难而无用的知识纠结,侧重工程实际应用,使他们的实践能力大大提高;考核方式的改革,使学生的学习积极性得到了全面地调动,学生能够主动参与到学习过程中,学习方式灵活、学习兴趣也有了很大的提高。

改革后学生能够积极主动地参与到“电磁场与微波技术”的学习中,通过亲身体验和相关内容的学习,积累和丰富直接经验,促进学生掌握了该课程的基本知识和基本技能,培养了学生的创新精神、实践能力和终身学习的能力。具体表现在以下几个方面:本课程的合格率达到了95%以上,优秀率将近40%;有近50%的学生投入到该课程的研讨式学习和科研课题研究中,6名同学在科技期刊上发表了科研论文;三届毕业设计有13名学生做了该方向的课题,[7]其中3名同学取得了优秀毕业设计的成绩;在两届全国大学生电子设计大赛中,2名同学选择了该方向的创新设计并取得了优异成绩;该方向的就业率和考研率都有很大提高,2005级以来三届近400名毕业生中就有15名学生从事该方向工作,实现了我校该方向就业的零的突破,有近30名毕业生选择该方向为研究生报考方向。

四、结束语

该课程的教学改革和实践在教学质量和人才培养方面取得了一定的成绩,但教学改革任重道远,要培养出既具有理论知识基础又具有较强实践能力的适应时代的高素质应用人才,必须与时俱进地调整和充实教学的各个环节,协调和配合好教学体制和机制的多方面才能达到最佳效果。

参考文献:

[1]盛振华.电磁场微波技术与天线[M].西安:西安电子科技大学出版社1995.

[2]李丽华.论三本院校电磁场与微波技术课程教学[J].投资与合作(学术版),2010,(9):64-65.

[3]陈帝伊,刘淑琴,许景辉,等.“电磁场理论”课程的教学改革探讨[J].电气电子教学学报,2009,(4):116-117.

[4]杨再旺,张淑娥.谈《电磁场与微波技术》实验方法改革[J].中国电力教育,2005,(S1):147-150.

[5]陈宏,费跃农,郑三元,等.研究性学习在“模拟电子技术”课程教学中的应用[J].电气电子教学学报,2009,(5):108-110.

[6]刘云.浅谈“微波技术与天线”课程中的创造力培养[J].电气电子教学学报,2011,(2):8-9.

[7]郑娟,蒋军.电磁场与微波技术方向毕业设计指导[J].黄山学院学报,2009,(3):125-127.

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爱米利的米粒

关于光的本性问题很早就引起了人们的关注。微粒说1638年,法国数学家皮埃尔·伽森荻(Pierre Gassendi)提出物体是由大量坚硬粒子组成的。并在1660年出版的他所著的书中涉及到了他对于光的观点,也认为光也是由大量坚硬粒子组成的。牛顿随后对于伽森荻的这种观点进行研究,他根据光的直线传播规律、光的偏振现象,最终于1675年提出假设,认为光是从光源发出的一种物质微粒,在均匀媒质中以一定的速度传播。微粒说很容易解释光的直进性和反射现象,因为粒子与光滑平面发生碰撞的反射定律与光的反射定律相同。然而微粒说在解释一束光射到两种介质分界面处会同时反射和折射,以及几束光交叉相遇后彼此毫不妨碍的继续向前传播等现象时,却发生了很大困难。波动说罗伯特·胡克在1685年发表的《显微术》一书中,认为光是一种振动,发光体的每一振动在介质中向各个方向传播。胡克初步建立了波面和波线的概念,并把波面的思想用于对光的折射和薄膜颜色的研究。惠更斯(Christian Huygens)著《论光》更明确地提出了光是一种波动的主张,他认为光是一种介质的运动,该运动从介质的一部分以有限速度依次地向其他部分传播,他把光的传播方式与声音在空气中的传播作比较。波动说很容易能够解释微粒说不能解释的两个问题。水波可以同时发生反射和折射,并且水波的反射和折射规律和光完全相同。湖面上的激烈水波能够自由的互相穿过,通过一个窗口能够同时听到窗外几个人讲话的声音,这些都是人们熟知的波的现象。然而,早期的波动说缺乏定量的数学严密性,也缺乏对波动特性的足够说明,仍然摆脱不了几何光学的观念。同时,惠更斯所提出的波动说是把光比作像“水波”一样的机械波,即机械波的传播需要依靠介质,而光却能在真空中(即无介质)传播。牛顿并不是在根本上否认光的波动性,事实上正是牛顿首先提出了光在本质上是一种周期过程的观点,他还多次提到光可能是一种振动并与声波作对比。然而从他的著作《光学》的其他部分来看,他还是倾向于光的微粒说。突出的例子是从光的微粒说出发,根据机械粒子遵守的力学规律来解释光的反射定律和折射定律,并得出了光密介质中的光速要大于光疏介质中的光速这一与事实不符的结论。英国物理学家托马斯·杨(1773年 – 1829年)用干涉实验证明了光的波动性由于牛顿在学术界有很高的声望,致使微粒说在其后的100多年里一直占着主导地位,而波动说却发展得很慢。同时,如果要证明光具有波动性,必须设法显示出光具有干涉现象,而干涉现象的产生必须得到两列相干光,然而要得到两列相干光在当时是很困难的。直到1801年英国物理学家托马斯·杨(Thomas Young)终于用干涉实验证明了光的波动性。详见杨氏双缝干涉实验电磁说到19世纪中期,光的波动性已经得到公认,然而当时人们只了解在介质中传播的机械波,认为光波也是一种机械波。而任何机械波的传播都依靠介质,光却能在真空中传播。从太阳和其他恒星所发出的光,是通过什么介质传播过来的呢?为了说明光传播的这个问题,人们便假设在宇宙空间中到处充满着一种特殊的物质,这种物质被称作以太,光便是通过“以太”来进行传播。为了解释光波的各种性质,对于“以太”这个概念又进一步提出了种种假设。譬如,“以太”的密度极小,却具有较大的弹性等。由于对“以太”性质种种假设间存在明显的矛盾,人们很难相信存在这种物质。而为证明“以太”存在的各种实验也都以失败而告终。1846年,法拉第发现在磁场的作用下,偏振光的振动面会发生改变。这一重要的发现,表明光和电磁现象间存在着某种联系,同时将人们的目光转移到了电磁现象来考虑。19世纪60年代,麦克斯韦在研究电磁场理论时预见了电磁波的存在。同时指出电磁波是一种横波,电磁波的传播速度等于光速。麦克斯韦通过电磁波与光波的相似性质,提出假设,认为光波是一种电磁波。20多年后,赫兹用实验证实了电磁波的存在,测得电磁波的传播速度的确与光速相同,同时电磁波也能够产生反射、折射、干涉、衍射、偏振等现象,从实验中证明了光是一种电磁波。光子说光的电磁说使光的波动理论发展到相当完美的地步。但是,还是在赫兹用实验证实光的电磁说的时候,就已经发现了光电效应这一现象,而这一发现也使光的电磁说遇到了无法克服的困难。1905年爱因斯坦提出光量子论,运用光子的概念解释了光电效应。

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甜甜小小宝Sally

这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射参考文献〔1〕文舸一.计算电磁学的进展与展望〔J〕.电子学报,1995,

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