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摘要：电磁场与微波技术系列课程是电子类专业学生必修的主干课程，具有难学难教的特点。结合多年教学实践，从培养学生工程化实践能力入手，完善教学内容，结合工程实例、专业仿真软件等辅助教学，提高了教学质量，加强了学生工程实践能力的培养。
关键词：电磁场与微波技术；工程化教学；研究；实践
电磁场与微波技术系列课程是高等院校电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程等专业的重要专业基础课[1，2]，包括《电磁场与电磁波》、《微波技术》和《射频微波电路设计》。该系列课程的学习，为学生以后从事移动通信、航空航天、雷达通讯、环境监测等方面的工程研究打下基础。
该系列课程涉及许多普通物理学电磁学内容和大量的数学知识，内容广泛，概念抽象，推导复杂，课程的这些特点决定了教与学具有较大的难度。针对这种状况，结合实际教学实践，完善教学内容，改进教学方法，使教学更加形象化、通俗化，使学生的课程学习更轻松，同时注重学生工程化思想和创新能力培养，注重工程实际问题导向和工程案例教学，从而达到培养学生工程实践能力的教学目标[3]。
1 完善教学内容
1.1 压缩重复内容的课时
《电磁场与电磁波》的基础课程是《普通物理学》。《普通物理学》是理工科高等院校必开的一门基础课。《电磁场与电磁波》的主要内容有矢量分析、电磁场的基本规律、静态电磁场及其边值问题的解、时变电磁场、均匀平面波的传播、平面电磁波的反射和折射等。对比发现《普通物理学》的电磁学理论与《电磁场与电磁波》第二章的部分内容重复。所以在《电磁场与电磁波》的教学过程中，适当压缩重复部分的教学课时，加强电磁波极化部分的教学。在讲解极化这一重要概念时，从手机接听问题入手，例如手机信号不清楚时，可适当改变手机的位置，当接收天线与入射波的极化状态匹配时，可获得最佳的接收效果，由此引入学生兴趣，重点讲解极化的概念。
1.2增加创新实验设计
在基础实验的基础上增加创新实验，旨在培养学生的实践创新能力。以微波技术课程的实验为例，基础的实验主要包括传输线理论、匹配理论、功率分配器和定向耦合器等，大多属于验证性實验，将实验的结果与教材中的结论对比，加深学生对课程中基本理论的理解。在实验过程中，学生大都是对照实验参考书给出的步骤操作，缺乏主动学习的积极性。
创新实验更多的是锻炼学生分析和解决问题的能力[4]。例如指导教师给出元件的设计指标，要求学生根据指标进行理论设计，再利用软件建模仿真分析。从提出问题到找到解决方法并完成实验，有力的提高学生的学习兴趣，培养了实践创新能力，为学生的毕业设计奠定坚实的基础，对学生的就业也有促进作用。
2 改进教学方法
2.1 问题引入教学法
学生普遍认为《大学物理》课程难度大。而电磁场与微波技术系列课程除要求学生物理基础扎实外，还必须掌握大量数学知识，对学生来说是“难上加难”。这就导致相当一部分学生失去学习的积极性。如何激发学生的学习兴趣是该课程的首要任务。课程虽然理论性强，但与人们的日常生活联系紧密。在学习理论知识之前，先抛出问题如为什么在微波炉中的肉能熟，而盛肉的盘子不会烤焦？为什么海水中潜艇之间通信困难？在解决问题的过程中，逐步引出学习的知识点。通过问题引发和引导学生思考，促使学生将书本和课堂的知识用于分析实际问题，做到学以致用和活学活用，提高学生学习的积极性。
2.2 工程实例与理论知识相结合
讲授基本概念、基本理论的同时，结合章节内容，选取典型的工程实例、应用性例题进行讲解，理论联系实际，加深学生对基础知识的理解，同时也培养了学生的工程实践素质[5]。例如在讲解矩形波导的壁电流分布及应用时，可借助裂缝天线的工程，根据波导理论，开槽切割管壁电流，波导内传输模式的能量将向空间辐射，由此可确定裂缝天线辐射槽的位置。工程实例的引入，使学生对抽象的场分布有更直观的认识。
2.3结合仿真软件辅助教学
随着计算机技术的迅速发展，人们开始采用电磁场仿真软件进行微波元器件的设计和分析。目前，应用比较多的电磁场仿真软件有HFSS、ADS、CST等。其中HFSS是一款基于有限元法的三维电磁场仿真软件，因其设计界面直观，绘图功能强大，被广泛应用[6]。
在教学过程中可引入HFSS仿真实例，将原来看不见、摸不着的场用形象的电流线、电场线甚至传播过程动态演示出来[7]。例如为了更逼真的讲解电磁波在矩形波导中的传输过程，应用HFSS的动画功能可演示电场、磁场随电磁波传播时的动态变化情况，帮助学生理解理论知识的同时加深学生的记忆，激发学生学习该系列课程的兴趣。
2.4 多媒体与板书相结合
电磁场与微波技术系列课程有部分概念很抽象，例如均匀平面波在导电媒质中的传播，单靠板书是很难讲解传播过程及特点。借助多媒体课件，学生可直观认识传播过程，并根据传播过程的一系列变化总结传播特点。
但对于该系列课程而言，全部采用多媒体课件教学效果不是很理想。因为该课程数学基础要求较高，在理论教学中有大量的数学推导和计算，如果这部分内容采用多媒体教学，学生很难跟上，对知识点也是一知半解，印象不深。因此涉及到重要概念的推导、习题的讲解时，我们采用板书教学。如《电磁场与电磁波》课程中静电场电场强度的散度和旋度的推导可用PPT，快速放映。而要求学生必须要掌握的方向导数和梯度的计算，可采用板书的形式，逐步给出计算过程，加深学生的印象，同时提高了学生参与的积极性。将多媒体与板书有机结合起来，发挥各自的教学优势，可提高教学效果。
3结语
电磁场与微波技术系列课程难教难学，而掌握本系列课程的理论知识，对电子信息工程、通信工程等专业的学生来说又非常重要。在课程教学过程中探索新的教学方法，引入工程实例、仿真软件等辅助教学，提高学生学习的兴趣，并引导学生将理论知识应用到工程实践中，提高课程教学质量，培养学生工程化实践能力，加强工程应用型人才培养。
参考文献：
[1]谢处方.电磁场与电磁波 （第4版）[M].北京：高等教育出版，2006.
[2]赵春晖.微波技术[M].北京：高等教育出版社，2007.
[3]刘世军.工程化教育背景下工科大学生创新能力培养研究 [J].长春工业大学学报，2014， 35（2）： 120-122.
[4]姚华桢.电磁场与电磁波课程的教学研究[J].中国现代教育装备，2007，7：50-51.
[5]饶黄云.“电磁场与电磁波”课程的教学研究 [J].华东理工大学学报，2010，29（1）：71-73.
[6]李明洋.HFSS电磁场仿真设计-从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2013.
[7]李九生.电磁场理论与微波技术课程实践教学探索[J].电气电子教学学报，2008，30 （4）： 63-64.
关键词：电磁场与微波技术；工程化教学；研究；实践
电磁场与微波技术系列课程是高等院校电子信息工程、电子信息科学与技术、通信工程等专业的重要专业基础课[1，2]，包括《电磁场与电磁波》、《微波技术》和《射频微波电路设计》。该系列课程的学习，为学生以后从事移动通信、航空航天、雷达通讯、环境监测等方面的工程研究打下基础。
该系列课程涉及许多普通物理学电磁学内容和大量的数学知识，内容广泛，概念抽象，推导复杂，课程的这些特点决定了教与学具有较大的难度。针对这种状况，结合实际教学实践，完善教学内容，改进教学方法，使教学更加形象化、通俗化，使学生的课程学习更轻松，同时注重学生工程化思想和创新能力培养，注重工程实际问题导向和工程案例教学，从而达到培养学生工程实践能力的教学目标[3]。
1 完善教学内容
1.1 压缩重复内容的课时
《电磁场与电磁波》的基础课程是《普通物理学》。《普通物理学》是理工科高等院校必开的一门基础课。《电磁场与电磁波》的主要内容有矢量分析、电磁场的基本规律、静态电磁场及其边值问题的解、时变电磁场、均匀平面波的传播、平面电磁波的反射和折射等。对比发现《普通物理学》的电磁学理论与《电磁场与电磁波》第二章的部分内容重复。所以在《电磁场与电磁波》的教学过程中，适当压缩重复部分的教学课时，加强电磁波极化部分的教学。在讲解极化这一重要概念时，从手机接听问题入手，例如手机信号不清楚时，可适当改变手机的位置，当接收天线与入射波的极化状态匹配时，可获得最佳的接收效果，由此引入学生兴趣，重点讲解极化的概念。
1.2增加创新实验设计
在基础实验的基础上增加创新实验，旨在培养学生的实践创新能力。以微波技术课程的实验为例，基础的实验主要包括传输线理论、匹配理论、功率分配器和定向耦合器等，大多属于验证性實验，将实验的结果与教材中的结论对比，加深学生对课程中基本理论的理解。在实验过程中，学生大都是对照实验参考书给出的步骤操作，缺乏主动学习的积极性。
创新实验更多的是锻炼学生分析和解决问题的能力[4]。例如指导教师给出元件的设计指标，要求学生根据指标进行理论设计，再利用软件建模仿真分析。从提出问题到找到解决方法并完成实验，有力的提高学生的学习兴趣，培养了实践创新能力，为学生的毕业设计奠定坚实的基础，对学生的就业也有促进作用。
2 改进教学方法
2.1 问题引入教学法
学生普遍认为《大学物理》课程难度大。而电磁场与微波技术系列课程除要求学生物理基础扎实外，还必须掌握大量数学知识，对学生来说是“难上加难”。这就导致相当一部分学生失去学习的积极性。如何激发学生的学习兴趣是该课程的首要任务。课程虽然理论性强，但与人们的日常生活联系紧密。在学习理论知识之前，先抛出问题如为什么在微波炉中的肉能熟，而盛肉的盘子不会烤焦？为什么海水中潜艇之间通信困难？在解决问题的过程中，逐步引出学习的知识点。通过问题引发和引导学生思考，促使学生将书本和课堂的知识用于分析实际问题，做到学以致用和活学活用，提高学生学习的积极性。
2.2 工程实例与理论知识相结合
讲授基本概念、基本理论的同时，结合章节内容，选取典型的工程实例、应用性例题进行讲解，理论联系实际，加深学生对基础知识的理解，同时也培养了学生的工程实践素质[5]。例如在讲解矩形波导的壁电流分布及应用时，可借助裂缝天线的工程，根据波导理论，开槽切割管壁电流，波导内传输模式的能量将向空间辐射，由此可确定裂缝天线辐射槽的位置。工程实例的引入，使学生对抽象的场分布有更直观的认识。
2.3结合仿真软件辅助教学
随着计算机技术的迅速发展，人们开始采用电磁场仿真软件进行微波元器件的设计和分析。目前，应用比较多的电磁场仿真软件有HFSS、ADS、CST等。其中HFSS是一款基于有限元法的三维电磁场仿真软件，因其设计界面直观，绘图功能强大，被广泛应用[6]。
在教学过程中可引入HFSS仿真实例，将原来看不见、摸不着的场用形象的电流线、电场线甚至传播过程动态演示出来[7]。例如为了更逼真的讲解电磁波在矩形波导中的传输过程，应用HFSS的动画功能可演示电场、磁场随电磁波传播时的动态变化情况，帮助学生理解理论知识的同时加深学生的记忆，激发学生学习该系列课程的兴趣。
2.4 多媒体与板书相结合
电磁场与微波技术系列课程有部分概念很抽象，例如均匀平面波在导电媒质中的传播，单靠板书是很难讲解传播过程及特点。借助多媒体课件，学生可直观认识传播过程，并根据传播过程的一系列变化总结传播特点。
但对于该系列课程而言，全部采用多媒体课件教学效果不是很理想。因为该课程数学基础要求较高，在理论教学中有大量的数学推导和计算，如果这部分内容采用多媒体教学，学生很难跟上，对知识点也是一知半解，印象不深。因此涉及到重要概念的推导、习题的讲解时，我们采用板书教学。如《电磁场与电磁波》课程中静电场电场强度的散度和旋度的推导可用PPT，快速放映。而要求学生必须要掌握的方向导数和梯度的计算，可采用板书的形式，逐步给出计算过程，加深学生的印象，同时提高了学生参与的积极性。将多媒体与板书有机结合起来，发挥各自的教学优势，可提高教学效果。
3结语
电磁场与微波技术系列课程难教难学，而掌握本系列课程的理论知识，对电子信息工程、通信工程等专业的学生来说又非常重要。在课程教学过程中探索新的教学方法，引入工程实例、仿真软件等辅助教学，提高学生学习的兴趣，并引导学生将理论知识应用到工程实践中，提高课程教学质量，培养学生工程化实践能力，加强工程应用型人才培养。
参考文献：
[1]谢处方.电磁场与电磁波 （第4版）[M].北京：高等教育出版，2006.
[2]赵春晖.微波技术[M].北京：高等教育出版社，2007.
[3]刘世军.工程化教育背景下工科大学生创新能力培养研究 [J].长春工业大学学报，2014， 35（2）： 120-122.
[4]姚华桢.电磁场与电磁波课程的教学研究[J].中国现代教育装备，2007，7：50-51.
[5]饶黄云.“电磁场与电磁波”课程的教学研究 [J].华东理工大学学报，2010，29（1）：71-73.
[6]李明洋.HFSS电磁场仿真设计-从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2013.
[7]李九生.电磁场理论与微波技术课程实践教学探索[J].电气电子教学学报，2008，30 （4）： 63-64.