高等电磁场理论教学中物理思维培育的探索

来源:用户上传      作者:

　　摘要：高等电磁场理论是研究生专业核心课程，是本科电磁场理论课程的深化和拓展。为了提高学生学习该课程的积极性，提高教学效果，在课堂教学中尽可能地采用物理模型、物理现象对概念和公式进行讲解，从而使学生对电磁场理论的概念理解可以更加深刻、更加物理。通过初步实践该课堂教学方法，发现该教学方法能提高教学质量。
　　关键词：高等电磁场理论；物理思维；研究生
　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）24-0124-02
　　研究生课程《高等电磁场理论》是在本科生电磁场理论的基础上将学生的电磁场理论水平提高一步，使其电磁理论知识进一步系统化，为学生修习其他课程（如《计算电磁学》、《高等天线》和《导波场论》等）打好基础，是一门承上启下的专业核心课程。因此，在内容安排上，以加强电磁理论的基础为主，兼顾电磁领域的一些最新发展和一些最新概念。国内大学一般具有较好的课程体系，教学内容集中充足。《高等电磁场理论》课程学习需要巩固基础知识，同时需要在若干部分进行深化和拓展，例如基本电磁理论中的本构关系、电磁能量与功率的概念等。课程内容较多，并且课程实施过程中有大量的公式推导，使用传统的教学方法不能达到很好的效果，容易导致学生学习热情和积极性较低，课堂气氛低沉[1]。为了确保授课效果，让学生掌握知识点的同时，能够尽可能地理解授课内容，同时调动学生学习积極性和学习兴趣，我们需要在教学过程中重视电磁场理论中基础的、重要的物理意义和物理本质讲解。将冗长的公式推导、复杂的理论“嚼碎”，在正常教学内容的基础上增加物理本质的介绍，可以使学生形成物理思维，从最底层的物理意义出发学习和思考，为后续的科学与工程问题研究打好基础。
　　一、基本概念的物理解释
　　电磁场理论课程中有许多抽象、易混淆的概念，学生接受课堂讲授之后往往会处于比较迷惑的状态。将这类概念通过从更加一般性的物理意义出发开始讲解，对抽象的、易混淆的概念进行解释，往往会达到较好的效果。例如波导传输中的相速度和群速度，以及能速度这三个概念。首先相速度和能速度是针对单一频率的概念，而群速度是包含一个频点附近的一个频段。
　　以上通过将均匀矩形波导中的波传播问题分解成两个方向的平面波，然后针对平面波进行分析，使用投影的方法即可求得相速度和群速度。这是一种先使用欧拉公式，将模式场方程分解成两个方向的平面波，然后再进行分析的方法。另外还有一种直接用镜像原理进行等效，直接分析的方法。
　　首先假设一个波导截面，电场在Y方向上没有变化，因此我们可以忽略波导的顶部和底部，将波导简化成为间距为a的两块金属板，波导中存在激励S0。[3]
　　应用镜像原理，即可将问题转化为
　　二、结束语
　　对理论性较强且应用面很广的专业核心课程，如电磁场理论，一般是涉及许多领域，例如雷达、遥感、地理勘探、生物电磁效应、天线、无线通信、光子技术及高频电路等[2]，教师局限于自身的知识面，课堂讲授内容很难覆盖那么广的领域，较好的教学方法是将底层的物理原理讲透，这有助于适应不同知识背景、不同理论基础、不同应用方向学生的需求。
　　参考文献：
　　[1]朱安福.“电磁场与电磁波”课程教学实践与探讨[J].中国电力教学，2013，（26）：45-46.
　　[2]Jian-Ming Jin，Theory and Computation of Electromagnetic Fields[M].John Wiley & Sons，Inc.，2015.
　　[3]Richard Feynman，Robert B.The Feynman lectures on physics.Pearson Education，Inc.，1989.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-14940184.htm