顏文燕　陸汝華

摘要：電磁場與電磁波這門課程是電子信息工程和通信工程專業(yè)的必修課程，也是難點(diǎn)課程。針對電磁場與電磁波概念抽象、公式繁多等特點(diǎn)，改善教學(xué)方法，將科研內(nèi)容與電磁場與電磁波課堂教學(xué)相結(jié)合，可獲得良好的課堂學(xué)習(xí)效果。通過講述高斯光束和全反射的實(shí)例來體現(xiàn)科研內(nèi)容融入到電磁場與電磁波課堂教學(xué)中，使這門課程的學(xué)習(xí)更直觀形象。

關(guān)鍵詞：電磁場與電磁波；科研；課堂教學(xué)

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）08-0149-02

Abstract： The electromagnetic field and electromagnetic wave， this course is compulsory course of electronic information engineering and communication engineering specialty， is also a difficult course. In view of the concept of electromagnetic field and electromagnetic wave is various characteristics such as abstraction， formula， improve teaching methods， the research content and electromagnetic field and electromagnetic wave of classroom teaching， the combination of a good classroom learning effect can be obtained. Through the example of gaussian beam and total reflection to reflect the scientific research content into the electromagnetic field and electromagnetic wave in the classroom teaching， make the course more intuitive image of learning.

Key words： electromagnetic field and electromagnetic wave； scientific research； classroom teaching

教學(xué)離不開科研，科研離不開教學(xué)。高等教育的三項(xiàng)職能即：培養(yǎng)專門人才；科學(xué)研究；服務(wù)社會。培養(yǎng)專門人才指的是教學(xué)，高等教育除了教學(xué)之外，科學(xué)研究也是高等教育的重要職能，沒有科研的教學(xué)是沒有活力的教學(xué)，只要將教學(xué)與科研相結(jié)合我們高校的高等教育才能真正服務(wù)社會。

1 教學(xué)與科研的關(guān)系

教學(xué)和科研是緊密結(jié)合在一起的：一方面，教學(xué)為科研提供了方向，通過教學(xué)提出問題，同時(shí)也是科研成果交流和討論的好平臺；另一方面，科研使教學(xué)更有活力，科研給教學(xué)帶來新的知識和成果，讓教學(xué)緊跟學(xué)術(shù)前沿，教學(xué)與科研相結(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(jìn)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。

高等教育的主要目的在于培養(yǎng)人才，培養(yǎng)德、智、體全面發(fā)展的創(chuàng)新型人才，尤其是工科專業(yè)的學(xué)生，知識日新月異，新的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，若只局限于書本上的知識，將很難跟上時(shí)代的節(jié)奏，這也對教師的教學(xué)提出了更高的要求。教學(xué)只有與科研相結(jié)合，了解學(xué)術(shù)前沿，給學(xué)生傳播專業(yè)方面最新的知識，學(xué)生才能真正有所收獲，不被時(shí)代所淘汰。同時(shí)，教師從事科研也有助于提高自身的素質(zhì)，一直保持學(xué)習(xí)的狀態(tài)，將科研與教學(xué)相結(jié)合，有助于提高教師的學(xué)術(shù)品味，塑造教師在學(xué)生心目中的良好形象，在學(xué)生中產(chǎn)生良好的聲望?？蒲锌勺尳處熒羁汤斫鈱I(yè)知識，提高教師師資水平和培養(yǎng)學(xué)生心智。這種教學(xué)模式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)符合社會發(fā)展規(guī)律的創(chuàng)新型人才。

2 科研在電磁場與電磁波課程教學(xué)中的應(yīng)用

電磁場與電磁波這門課程是電子信息工程和通信工程專業(yè)的學(xué)生的必修課，也是難點(diǎn)課程，電磁場與電磁波這門課程，具有概念抽象、公式繁雜、內(nèi)容繁多的特點(diǎn)。不少學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課程時(shí)反映吃力，難以理解其中的概念，甚至有些學(xué)生在學(xué)完這門課程后，完全不知道講了些什么。針對這些情況，改變教學(xué)模式，將科研過程中的有限元分析軟件COMSOL應(yīng)用到該門課程的教學(xué)中，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)這門課程的興趣，培養(yǎng)學(xué)生探究未知問題的精神，課堂教學(xué)效果顯著。我們將科研應(yīng)用到電磁場與電磁波課堂教學(xué)中，以課堂中講述高斯光束和全反射兩個(gè)知識點(diǎn)為例，將理論學(xué)習(xí)與用COMSOL 有限元分析軟件模擬的高斯光束和全反射的模擬仿真結(jié)合到知識點(diǎn)的理論學(xué)習(xí)中。COMSOL軟件是一種模擬電磁場與電磁波的軟件，目前廣泛應(yīng)用于變換光學(xué)設(shè)計(jì)光電磁器件中，如偏振分離器、出射方向可控的移位器、電場旋轉(zhuǎn)器等器件的設(shè)計(jì)。 COMSOL軟件具有操作簡單、容易掌握、界面友好的特點(diǎn)。

（1）高斯光束。通常情形，激光諧振腔發(fā)出的基模輻射場，其橫截面的振幅分布遵守高斯函數(shù)，故稱高斯光束。高斯光束的應(yīng)用非常廣泛，在很多光電磁器件的模擬中，都是將高斯光束作為入射光束。高斯光束的表示形式如下：

圖1高斯光束模擬圖形象直觀，可以幫助學(xué)生加深對高斯光束的理解，在教學(xué)過程中，可以直接通過軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，激起學(xué)生的好奇心，將課本上的理論聯(lián)系起來，通過數(shù)形結(jié)合來理解高斯光束，通過模擬圖可以看出高斯光束波束能量分布具有軸對稱性，在中部場強(qiáng)最大，靠近邊緣處強(qiáng)度迅速減弱?；诟咚构馐奶攸c(diǎn)，在一些光電磁器件的設(shè)計(jì)中，高斯光束常常用作入射光束，用來準(zhǔn)直和聚焦。掌握高斯光束的特點(diǎn)，對繼續(xù)深造的學(xué)生以后研究變換光學(xué)和高功率激光具有非常重大的意義。

（2）全反射。首先從理論上闡述全反射的概念：

由此可見，因函數(shù)，故只有當(dāng)時(shí)才可能發(fā)生全反射現(xiàn)象。也就是說，只有當(dāng)平面波由介電常數(shù)較大的光密介質(zhì)進(jìn)入介電常數(shù)較小的光疏介質(zhì)時(shí)，才可能發(fā)生全反射現(xiàn)象。為了讓學(xué)生真正理解全反射，我們利用有限元分析方法COMSOL軟件來模擬全反射，幫助學(xué)生真正理解其物理意義。在課堂上利用COMSOL軟件對全反射進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，將理論與仿真軟件相結(jié)合，深刻剖析全反射的概念。單純地講解全反射的概念，學(xué)生并不能真正理解，通過以下模擬圖學(xué)生可以很快把握全反射的概念。圖2為全反射的模擬圖：

3 結(jié)束語

將電磁場與電磁波課堂教學(xué)和課題研究相結(jié)合，體現(xiàn)了教學(xué)與科研相輔相成的關(guān)系，良好的課堂教學(xué)離不開科研，科研依托于教學(xué)，課堂教學(xué)與科研緊密結(jié)合，既促進(jìn)了課堂教學(xué)，加強(qiáng)課堂教學(xué)效果，同時(shí)也給科研提供了分享的平臺，促進(jìn)科研。

參考文獻(xiàn)：

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