羅偉　王斌　黃文　阮巍

摘 要 《高等電磁場理論》是高校電子科學與技術研究生專業(yè)開設的一門重要基礎理論課程，其特點為采用數學物理方法對各類電磁現象進行分析研究，并且建立系統(tǒng)的電磁場理論體系，同時也是天線和射頻電路技術課程的基礎，因此在教學過程中存在一些問題值得探討。文章針對教學內容的銜接、應用技術的結合以及數值方法教學三個方面，從教學內容和教學方法角度進行探討，并且給出了一些建議和解決方法，對提高教學效率和保證教學質量具有一定的參考價值。

關鍵詞 高等電磁場 數值計算 教學方法

中圖分類號：G642.41 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2017）15-0001-02

一、引言

當前我國通信產業(yè)蓬勃發(fā)展，呈現出與電子產業(yè)融合的趨勢。各大通信運營商和設備商對電子科學與技術專業(yè)研究生的人才需求量迅速增加，同時也對該專業(yè)研究生理論素養(yǎng)和實踐能力的要求越來越高?！陡叩入姶艌隼碚摗纷鳛橐婚T重要的理論基礎課程，是相關專業(yè)研究生高階課程學習的基礎，也是研究生創(chuàng)新研究的理論思想源泉。該課程內容涵蓋場論、電磁波傳播特性和原理、輻射與散射、諧振以及數值算法等研究方向，其特點是對數學物理方法中偏微分方程求解能力具有較高要求。鑒于該課程強烈的數學物理背景，在教學實踐中如何把握理論知識和工程技術的結合與平衡，是一個值得長期研究探討的問題。

二、教學實踐中存在的問題

《高等電磁場理論》這門課程涵蓋知識點非常廣泛，而且需要學生具備較強的數學物理方法分析能力，在有限的課時內，采用有效的教學方法，才能使學生將各個知識點融會貫通，充分理解，并轉化為創(chuàng)新能力。

1.教學內容的銜接

電子科學與技術專業(yè)碩士研究生一般都在本科階段完成了《電磁場與電磁波》和《微波技術基礎》兩門課程的學習。在進入《高等電磁場理論》課程時，可能會存在學習目標不明確，學習興趣不足的問題。同時來自非電磁場相關專業(yè)的研究生，可能在場論和偏微分方程求解能力方面存在一定欠缺。這些問題都給學生的學習帶來困難，影響教學效果。我們需要認真考慮教學內容的銜接，激發(fā)學生的學習興趣，幫助學生完成該課程學習。

《電磁場與電磁波》和《微波技術基礎》是工科類高校電子工程、信息工程、通信工程等本科專業(yè)學生的必修課程，是電子信息大類專業(yè)學生的基礎知識部分。在課程定位上，其作為專業(yè)基礎課，將為后續(xù)應用技術課程奠定基礎。這兩門課程內容主要包含對各類電磁現象和微波技術的初步規(guī)律性描述，用到的數學方法主要涉及微積分等基礎工具。《高等電磁場理論》作為研究生理論課程，需要引導學生對場論進行詳細回顧，建立數學方法解決物理問題的指導思想。對于非電磁場背景的研究生，需要指導學生自主高效完成相關電磁場和數學基礎的知識儲備學習。教學內容上，不能停留在孤立物理現象的數學描述和解釋，需要幫助學生建立完備的知識體系，具備采用數理方法總結普遍性宏觀電磁場理論的能力。

2.應用技術的結合

《高等電磁場理論》課程包含唯一性定理、鏡像原理和惠更斯原理等重要電磁原理的數學推導學習。不同于本科學習，該課程要求學生不僅能夠理解原理內容，而且能夠借助數學工具進行相應的理論梳理推導，并分析研究電磁散射和輻射等現象，同時具備轉化為實際問題解決能力。為了使學生建立扎實完備的數學體系，同時不陷入純粹的數學推導，需要結合一定的工程應用技術知識，引導學生利用課程中的研究方法和原理，開展自身研究課題的創(chuàng)新分析。

電子科學與技術專業(yè)研究生的研究內容主要包括天線和射頻技術研究、高頻電路設計研究、微電子技術和計算電磁學算法研究等方向。在掌握基本原理知識的基礎上，需要鼓勵學生在各自的研究領域基于電磁場原理進行實際問題的分析和解決。例如指導學生基于鏡像原理進行定向天線設計，解決基站天線架設問題，以及完成簡單邊界條件下散射問題的簡化，將理論研究與工程創(chuàng)新充分結合。

3.數值方法教學

高等電磁理論中數值方法知識是計算電磁學研究的重要內容。根據教學經驗，大部分學生會對其中復雜繁瑣的數學推導望而生畏，影響其對數值方法的學習信心建立。數值方法的特點是要將電磁問題數學模型化，然后結合計算機技術進行快速計算處理。各類算法紛繁復雜，特性各異，需要正確合理引導，才能達到預期教學效果。

為了幫助學生深入理解電磁學數值算法核心思想，需要在課堂講解的基礎上，指導學生針對具體的電磁問題進行編程計算，在實踐過程中結合電磁場理論，分析各類電磁現象，摸索物理規(guī)律。例如針對理想線天線輻射問題，引導學生采用矩量法和有限元法分別進行編程計算，比較兩種算法差異和特點，深刻理解算法內核。隨著計算電磁學的快速發(fā)展，目前業(yè)內涌現出大量商業(yè)電磁仿真軟件，如HFSS、FEKO和CST等。在講解算法原理的同時，也需要向學生介紹多種商業(yè)軟件，并培養(yǎng)學生進行工具軟件的操作技能。

三、結語

本文針對“高等電磁場理論”課程教學過程中存在的一些問題展開討論，分別對教學內容的銜接、應用技術的結合和數值方法教學相關內容進行分析，探索以上問題的解決方法，使學生建立充分的學習興趣和學習信心，掌握理論結合實踐的科學方法論，提高該課程的教學效率，保證課程的教學質量，具有一定的參考價值。

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基金項目：重慶郵電大學校級教改項目 （XWTJG1401）。