在“電磁場與電磁波”的課堂教學(xué)中介紹專業(yè)知識

摘要 “電磁場與電磁波”是一門公認(rèn)為難教和難學(xué)的課程，許多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中興趣不高且有畏難情緒，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在課堂教學(xué)中，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，將有關(guān)專業(yè)知識如電波傳播與天線、射頻技術(shù)、微波技術(shù)、電磁兼容技術(shù)等融于教學(xué)中。

關(guān)鍵詞 課堂教學(xué) 學(xué)習(xí)興趣 電磁場與電磁波

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一般情況下，對于大二學(xué)生，他們對自己本專業(yè)還是很關(guān)注的，通過入學(xué)時的專業(yè)介紹，能對自己所學(xué)專業(yè)有個大概的了解，但限于知識面，不能全面正確理解自己專業(yè)的內(nèi)容，因而存在畏難情緒，不能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。另一方面，教師如果能結(jié)合課堂內(nèi)容，在講授專業(yè)基礎(chǔ)課時介紹相關(guān)專業(yè)知識，使學(xué)生對所學(xué)專業(yè)有更深入的理解，并形成良好印象。

1 通過課堂教學(xué)介紹相關(guān)專業(yè)知識從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

“電磁場與電磁波”是工科通信工程、電子信息專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課程， 也是微波技術(shù)、微波網(wǎng)絡(luò)、天線原理等后續(xù)課程的理論基礎(chǔ)， 是一門理論性強(qiáng)、概念抽象、數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)繁瑣、難教和難學(xué)的課程。①針對這些特點(diǎn)，教師如何通過課堂教學(xué)來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生不再產(chǎn)生畏難情緒，一直是一線教師值得探索的問題。托爾斯泰說過：“成功的教學(xué)所需要的不是強(qiáng)制，而是激發(fā)學(xué)生的興趣”，許多專家和業(yè)內(nèi)人士都或多或少地提到了激發(fā)學(xué)生的興趣。那么，對于“電磁場與波”這門課程，如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣呢？ 我們通過介紹專業(yè)知識來增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得了一定效果。

2 在“電磁場與電磁波”的課堂教學(xué)中介紹專業(yè)知識

2.1 介紹電波傳播與天線

電磁場理論指出，在時變的情況下，電場和磁場相互激勵，在空間形成電磁波，時變電磁場的能量以電磁波的形式進(jìn)行傳播。當(dāng)電流密度、電荷密度均不為零時，麥克斯韋方程如式，，，所示，此時表示天線上有激勵電流密度、電荷密度時，由上述方程及矢量位法即可求得天線的輻射場。

發(fā)射天線或自然源輻射的無線電波，通過介質(zhì)或受到介質(zhì)分界面的影響，而到達(dá)接收天線的過程，稱為無線電波傳播，電波受媒質(zhì)和媒質(zhì)交界面的作用，產(chǎn)生反射、散射、折射、繞射和吸收等現(xiàn)象。為了確定無線電系統(tǒng)的頻率、功率、增益、靈敏度、信號噪聲比和工作方式等，都需要對無線電波傳播特性有所了解。

無線電通信、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子對抗、遙感、射電天文等工程系統(tǒng)，凡是利用電磁波來傳遞信息的，都依靠天線來進(jìn)行工作，天線是在無線電設(shè)備中用來發(fā)射或接收電磁波的部件，天線通常由金屬導(dǎo)線（桿）或金屬面制成，前者稱為線天線，后者稱為面天線。另外，在用電磁波傳送能量方面，非信號的能量輻射也需要天線。通常一副天線既可作為發(fā)射天線，也可作為接收天線，配有雙工器的天線可以收發(fā)同時共用，但有些天線只適宜作接收天線使用。目前應(yīng)用較多的如衛(wèi)星天線、手機(jī)天線、基站天線、電視發(fā)射或接收天線等等。

2.2 射頻技術(shù)②

在電磁場理論中，坡印廷定理是1884年約翰·坡印亭（John Poynting）提出的關(guān)于電磁場能量守恒的定理。坡印廷定理表明，在電磁場中的任意閉合面上，坡印廷矢量的外法向分量的閉面積分，等于閉合面所包圍的體積中所儲存的電場能和磁場能的時間減少率減去容積中轉(zhuǎn)化為熱能的電能耗散率。

電磁場中的電場強(qiáng)度E與磁場強(qiáng)度H叉乘所得的矢量，即E€譎=S，代表電磁場能流密度，表示一個與垂直通過單位面積的功率相關(guān)的矢量。人們稱這個矢量S為坡印廷矢量，這也表明電磁能量是通過電磁場傳輸?shù)摹?/p>

射頻技術(shù)（RFID）是Radio Frequency Identification的縮寫，即射頻識別。常稱為感應(yīng)式電子晶片或近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子標(biāo)簽、電子條碼等。其原理為由掃描器發(fā)射一特定頻率的無線電波能量給接收器，用以驅(qū)動接收器電路將內(nèi)部的代碼送出，此時掃描器便接收此代碼。接收器的特殊在于免電池、免接觸、免刷卡，故不怕臟污，且晶片密碼為世界唯一無法復(fù)制，安全性高、長壽命。

最基本的RFID系統(tǒng)由三部分組成：電子標(biāo)簽（Tag）、讀寫器（Reader）、天線（Antenna）。

RFID技術(shù)應(yīng)用給各行各業(yè)都帶來了巨大的技術(shù)變革和新興的行業(yè)機(jī)會，如在零售、物流行業(yè)，門禁、汽車門鎖和安全管理方面，醫(yī)藥行業(yè)，運(yùn)輸和通關(guān)，金融行業(yè)等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3 微波技術(shù)

微波是指波長在1mm～1000mm、頻率在300MHz～300GHz范圍之間的電磁波，因為它的波長與長波、中波與短波相比來說，要“微小”得多，所以它也就得名為“微波”了。

微波技術(shù)與工程應(yīng)用緊密聯(lián)系。如同軸線應(yīng)用在有線電視、閉路監(jiān)控系統(tǒng)、電信企業(yè)的傳輸部門等；波導(dǎo)應(yīng)用在功率較高的場合如雷達(dá)、基站等，功率分配器、隔離器、定向耦合器等應(yīng)用在室內(nèi)分布系統(tǒng)和基站等。

2.4 電磁兼容技術(shù)③

電磁場理論中學(xué)習(xí)了靜電場、恒定電場、恒定磁場、時變電磁場等，這些知識均能應(yīng)用到電磁兼容領(lǐng)域，電磁兼容性或電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC）是在電學(xué)中研究意外電磁能量的產(chǎn)生、傳播和接收，以及這種能量所引起的有害影響。電磁兼容（EMC）也指電氣及電子設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即要求在同一電磁環(huán)境中的上述各種設(shè)備都能正常工作中互不干擾，達(dá)到“兼容”狀態(tài)。

對消費(fèi)類電子產(chǎn)品（信息技術(shù)設(shè)備、音視頻產(chǎn)品、家電和玩具、燈具、工科醫(yī)產(chǎn)品）、軍工產(chǎn)品和汽車電子產(chǎn)品等均需進(jìn)行電磁兼容檢測。不過對不同產(chǎn)品，有不同的測試標(biāo)準(zhǔn)和項目，但都必須經(jīng)過相應(yīng)的測試。

3 總結(jié)

在“電磁場與波”的課堂教學(xué)中，為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，將有關(guān)專業(yè)知識如電波傳播與天線、射頻技術(shù)、微波技術(shù)、電磁兼容技術(shù)等融于教學(xué)中，使學(xué)生從宏觀上較深入地了解“電磁場與波”這門課程的用途，從而下定學(xué)習(xí)決心，為以后的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

本文得到電子科技大學(xué)中山學(xué)院質(zhì)量工程建設(shè)項目資助，項目編號2009JXTD02

注釋

① 吳良美.電磁場與波課堂教學(xué)方法淺談[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報（ 社會科學(xué)版），2010.27（2）：128-129.

② 謝處方，饒克謹(jǐn).電磁場與電磁波[M].北京：高等教育出版社，2009.

③ 聞映紅.電磁場與電磁兼容[M].北京：科學(xué)出版社，2010.