彭麟　姜興　仇玉杰

【摘 要】《電磁場》課程與當(dāng)前的科研熱點密切相關(guān)，卻為廣大教師所忽視；重視《電磁場》課程與科研的關(guān)系研究，對于促進(jìn)《電磁場》這樣一門教學(xué)與學(xué)習(xí)難度很大的電子信息專業(yè)基礎(chǔ)課的教學(xué)作用很大。本文從當(dāng)前電磁場領(lǐng)域的天線的四分之一波長反射板應(yīng)用、人工磁導(dǎo)體（Artificial Magnetic Conductor， AMC）和“隱身衣”等研究熱點淺談科研對電磁場課程教學(xué)的促進(jìn)作用。

【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(jìn)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(jìn)作用并不太認(rèn)同；或者一些老師雖口頭上認(rèn)同科研對電磁場教學(xué)有促進(jìn)作用，但卻體會不深，思想上也不重視。筆者認(rèn)為科研對電磁場課程的促進(jìn)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(zhǔn)確、自信；2）教學(xué)中增加科研前沿可以促進(jìn)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(jìn)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(yán)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(dāng)介紹電磁場在通信（手機、基站、衛(wèi)星等）、探測（探地雷達(dá)，石油探測等）、定位（各種雷達(dá)）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(dāng)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？祝=-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(dá)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)前國際前沿研究的一個熱點人工磁導(dǎo)體（Artificial Magnetic Conductor， 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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dāng)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(tuán)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(dāng)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(rèn)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(jìn)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。

【參考文獻(xiàn)】

[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， Feb， 2008： 11-13.

[2]張華美，徐立勤.《電磁場理論》課程教學(xué)的幾點認(rèn)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.

[5]D. Sievenpiper. High-impedance electromagnetic surface[D]. Los Angeles， CA： Dep. E lect. Eng. Univ California at Los Angeles， 1999： 35-86.

[6]浙江大學(xué)研究團(tuán)隊研制出六邊形柱狀“隱身衣”. http：//news.china.com.cn/2013-11/01/content_30465937_3.htm[Z].

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