举例浅谈在电磁场课程教学中引入科研前沿

彭麟　姜兴　仇玉杰

【摘 要】《电磁场》课程与当前的科研热点密切相关，却为广大教师所忽视；重视《电磁场》课程与科研的关系研究，对于促进《电磁场》这样一门教学与学习难度很大的电子信息专业基础课的教学作用很大。本文从当前电磁场领域的天线的四分之一波长反射板应用、人工磁导体（Artificial Magnetic Conductor， AMC）和“隐身衣”等研究热点浅谈科研对电磁场课程教学的促进作用。

【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？祝=-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（Artificial Magnetic Conductor， 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。

【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.

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

[6]浙江大学研究团队研制出六边形柱状“隐身衣”. http：//news.china.com.cn/2013-11/01/content_30465937_3.htm[Z].

[责任编辑：杨玉洁]