時間：2023-06-13 09:26:05
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作者簡介：劉鑫（1980-），女，黑龍江佳木斯人，黑龍江科技大學電氣與信息工程學院，講師；
趙志信（1979-），男，黑龍江哈爾濱人，黑龍江科技大學電氣與信息工程學院，講師，哈爾濱工業大學電子與信息工程學院博士研究生。
基金項目：本文系黑龍江省教育廳“十二五”規劃課題“EIP-CDIO在電磁場與微波技術類課程教學中的應用”（課題編號：GBD1212069）、黑龍江省高教學會十二五規劃課題“EIP-CDIO 模式下電磁場與微波技術類課程教學改革探討”（課題編號：HGJXH C110902）、黑龍江科技大學教研項目的研究成果。
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）14-0073-02
“電磁場與電磁波”課程是通信工程專業的一門專業基礎課。它是在“大學物理”（電磁學）課程的基礎上進一步研究電磁場與電磁波的基本屬性、描述方法、運動規律、與物質的相互作用及其應用。“電磁場與電磁波”是“微波技術”、“移動通信”、“光纖通信”等相關課程的前續課程，可見該課程在通信工程專業課程體系中的重要性。學生在學習本門課程時普遍反映難度很大。以下針對本課程的特點，就教學內容和方法進行探討。
一、“電磁場與電磁波”課程特點
1.所需基礎知識面廣
“電磁場與電磁波”課程是以高等數學、大學物理、復變函數等課程為基礎，所涉及的內容很廣。因此要想學好這門課，必須有很好的數學和物理基礎。
2.推導多、計算難
“電磁場與電磁波”課程中所涉及的公式和推導很多且計算難度大，許多結論是由推導總結而得到的。推導中需要用到大量的矢量運算、微分方程、積分方程等，過程非常復雜。
3.課時少、內容多
由于教學大綱的重新修訂，“電磁場與電磁波”課程的學時由54學時調整為45學時，但教學內容并沒有做大的調整，主要包括靜電場、恒定電場、恒定磁場、靜態場邊值問題、時變電磁場、平面電磁波、導行電磁波等。[1]
二、教學內容和方法的研究
1.針對不同的學生講授不同的內容
筆者所在高校通信工程專業學生分為二本生和三本生，二者在教學計劃中的差別之一是三本生在“電磁場與電磁波”課程后沒有“微波技術”課程。這就要求針對二者在教學內容上有區分。導行電磁波在“微波技術”課程中會有深入的講解，因此針對二本生可以不講授這部分內容，針對三本生則需要講授。
2.理清思路，圍繞“一條線”展開電磁場理論教學
學生在學習“電磁場與電磁波”課程時感覺內容多且條理性差，在課上對于講授內容不知如何定位，不了解各個章節之間的關聯，這就導致學生思路不清晰，進而產生厭學情緒。針對這一情況，在上課時要給學生理清思路。
針對《電磁場與電磁波》教材，[2]說明其章節安排。教材分為數學和物理基礎部分（第1章）、電磁場部分（第2-5章）和電磁波部分（第6-8章）。電磁場根據時間變化特性可分為靜態場（第2-4章）和時變場（第5章）。靜態場包括靜電場、恒定電場和恒定磁場。電磁場部分圍繞亥姆霍茲定理展開研究，亥姆霍茲定理講述的是在空間有限區域的任一矢量場由它的散度、旋度和邊界條件唯一確定。[2]亥姆霍茲定理說明研究一個矢量場必須要研究該場的散度、旋度和邊界條件，而場的散度、旋度又構成場的基本方程。此外，研究場時還可以借助輔助量，輔助量一般為位函數和場能量。因此，電磁場理論的“一條線”可以歸納為“基本方程（散度、旋度）—邊界條件—位函數—場能量”。表1以邊莉編著的《電磁場與電磁波》教材中靜電場、恒定磁場和時變電磁場為例說明“一條線”對應的內容。由于恒定電場與靜電場有可比擬性，因此對于恒定電場可以采取與靜電場相比較的方法來教學。學生通過表1對電磁場理論部分的主要內容能夠產生較有條理性的認識，在上課時知道所學知識在整個電磁場知識體系中的位置，學習時不會抓不到頭緒。
3.教學中結合實際應用，培養學生初步的科研能力
由于電磁場與電磁波理論性強，在教學中要結合實際講解理論，例如講授電磁波在介質中透射時，解釋日常用到的微波爐工作原理。微波在穿過有耗介質（含水分子的食物）時，使水分子產生“共振”現象，水分子之間發生激烈的摩擦和碰撞，進而產生熱量，加熱含水的食物。在學生的學習過程中教師不斷地解答現實中的各類現象，可以促使學生激發更強的求知欲，從而使學生能夠主動地學習。
除了課堂上的教學要結合實際應用外，還應鼓勵學生課后以課程中的某一個知識點為出發點，查閱相關科研文章。例如，講到電磁波在介質中傳播特性時，結合黑龍江科技學院礦業特色，要求學生下載并閱讀文章《“電磁場理論”課程教學中兩個實例的應用》，[3]并要求學生回答手機能否應用于煤礦井上與井下的透地通信。學生通過對文章的查找、自學，對知識點做進一步的掌握，可以從中獲得成就感，同時有益于培養學生初步的科研能力。
4.多媒體教學與板書相結合
傳統的黑板板書教學的優點是教學速度較慢，留給學生思考的時間較多，使其能跟上教學進度，學生注意力容易集中。它的缺點是耗時多，且不容易展示圖片，對動態顯示更是無能為力。多媒體教學的出現彌補了板書教學的缺點，例如法拉第電磁感應定律、均勻平面波極化和傳播等等通過多媒體可以動態地演示給學生，增強學生的理解能力，加深學生的印象，提高教學效果。
多媒體教學方法雖然優點多，但不能一味使用而放棄板書。多媒體反映的信息量大，教學速度快，如果大量使用多媒體會使學生跟不上教師的節奏。一旦聽不懂，學生會厭倦學習，形成惡性循環。因此，采用多媒體與板書相結合的教學方式更適宜。對于重點內容還是使用板書比較好，過于煩瑣且只需了解的推導過程、例題題目、圖片、動態演示等采用多媒體比較適合。
5.教與練并重，認真批改作業
在“電磁場與電磁波”的教學中，有必要給學生留一些課后的作業，從而鞏固課堂上的學習。學生在課堂上聽懂教師的講解，通過課后的練習將課堂上知識的掌握情況反饋給教師，使得教師更好地掌握學生的薄弱環節，在課堂上予以重點講解。從作業情況看，部分學生學習態度不端正，抄襲他人作業，這樣會導致教師對學生掌握情況的判斷出現錯誤。針對這種情況，有必要在第一次作業中找出作業雷同的學生進行談話，必須在抄襲剛一出現時就將其遏制在萌芽狀態。筆者在教學中針對作業抄襲情況采取過上述辦法，個別抄襲情況還存在，但總體上明顯下降。
6.健全考核機制
為了加強對教學過程的監管，采用8+2的考核機制，即總成績中期末考試占80%，平時成績占20%。平時成績包括課堂表現（出勤、課堂回答問題等）、作業和期中考試。平時成績的考核可以使學生提高對課程的重視程度，必要時可以采取一些壓制手段。例如課堂提問回答錯誤的學生扣1分，回答正確加1分。這樣教師可以向不認真聽課的學生提問，提醒其集中注意力。而回答問題的正確與否關系到期末成績，所以回答錯誤的學生會期望在下一次被提問時能夠回答正確而補得1分。通過這種方式可以有效地管理表現不理想的學生。
期末考試采取閉卷考試方式，而期中考試采取“一張紙開卷”的考試方式。所謂“一張紙開卷”是指在考試時學生可以參考自己帶的一張A4紙進行答題，考試前學生可以在紙的正反面手寫與課程相關的任何內容。“一張紙開卷”，有效地督促學生對上半學期所學知識進行歸納和總結，教師通過一張紙的書寫內容以及答題情況對學生上半學期的學習情況有所掌握，考試過后可以針對學生普遍沒有掌握好的知識點重新講解。教師針對這些內容可以反思教學方法的不足之處，以便在新一輪上課時有所改進。此外，通過期中考試教師可以在下半學期對成績不好的學生加強管理。考試題目題型應該多樣化，包括是非判斷題、選擇題、填空題、計算題、證明題等題型，從多方面考核學生。
三、結束語
“電磁場與電磁波”課程理論性很強，存在著教師難教、學生難學的情況。我們在注重培養學生的學習興趣的基礎上，把教學內容歸納成一條主線，教學中結合實際應用，培養學生初步的科研能力，多方面對學生進行考核。從學生的反饋情況來看，這些做法取得了一定的成績。
參考文獻：
[中圖分類號] R593.22 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2012）08（c）-0087-03
Observation of clinical efficacy and nursing effect on specific electromagnetic wave combined with Capsaicin Ointment in the treatment of rheumatoid arthritis
電磁波層次成像技術是在醫學層析成像技術理論上發展起來的，結合了層析成像技術和電磁波勘探技術的特點，具有探測精度高、信息量大的優勢，因此在地質體內部結構的勘測中應用也越來越多。電磁波層析成像技術最初于上世紀二十年代在前蘇聯進行研究，至七十年代美國開始應用于鉆孔間的探測等。直到上世紀八十年代，在我國的一些高校才開始對該技術進行研究，現在，高技術已經在石油、金屬礦、地下水、巖溶、樁基等領域內廣泛使用。電磁波層析成像技術主要涵蓋電磁波系數層析成像、電磁波走時層析成像或電磁波相位層析成像，因此文章針對該技術在復雜高邊坡工程地質勘察中的實際應用進行分析。
1 電磁波層析成像技術
電磁波層析成像技術，簡稱EMT，是根據醫學中的CT技術發展而來，電磁波勘探是利用電磁波在介質中傳播的速度以及衰減性來判斷介質的分布及存在，通過一定頻率的電磁波對地質體進行掃描，然后利用根據系統接收到周圍不同方向的電磁波波場性質，進行計算以及圖像重建，從而得到地質體內部的結構構造分布及其性質。在工程中，通常是利用介質對電磁波的衰減吸收系數對地質體中電磁波的傳播特性指標進行定量，例如完整的巖體、堅硬的巖體中電磁波的吸收系數低，完整性越差、如溶洞、斷裂帶、裂隙帶的電磁波波速低，吸收系數高，通過對吸收系數的分析，真實的反映出地質發育的空間分布特征。
2 邊坡工程場區地質條件
本工程為一處廢棄礦山高邊坡工程，高度100米左右，計劃在此地利用邊坡建在摩崖石刻。工程影響深度約50米，工程的規模、設計位置及建造工藝均與邊坡內部巖體的完整性、巖溶及斷裂構造等相關，對鉆探工程也有特殊要求，所以，必須對以上一方面的因素進行詳細的勘測。根據地質調查與鉆探資料顯示，場區近地表地層為第四季松散堆積物，下部為石炭系船山組灰巖，巖體內存在發育良好的裂隙巖溶，節理發育完整，如圖1，對巖溶裂隙的分布與發育影響較大，造成沿線地質異物和周圍巖物性質存在較大的差異，特別是溶洞內充滿黏性土、裂隙內充水等現象，電磁波在穿過這些地質體時，有明顯的衰減，吸收系數變化明顯，為電磁波層析成像技術的應用提供了條件。
3 電磁波層析成像測試
測試采用國產JWQ-5地下電測波法采集系統，在鉆孔中分別放置發射機與接收機，固定發射機，接收機沿孔壁上下移動掃描，發射點與接收點密度都是1米，孔間距不大于25米。進行現場測試時，電磁波透視的分辨異常和距離都受工作頻率的影響，高頻率下，穿透距離短，但是分辨率高，經過測試，選擇8MHz的發射頻率，既保證有足夠的穿透距離，又保證有較好的接收質量，本測試對現場10組孔間進行電測波層析成像的測試。
4 ZK7-ZK3-ZK13-ZK5-ZK11電磁波層析成像地質解釋
該層位于邊坡外側與邊坡近乎平行處，是該工程最重要的探測剖面，沿著剖面穿越坡體的上部，有多條溶蝕裂隙發育。在孔ZK3-ZK13處，高程大于112米時，吸收系數范圍基本高于0.80nB/m，說明該處的裂隙發育較好；而高小于112米時，吸收系數基本在0.5-0.80 nB/m之間，說明巖體的整體性較完整；高程小于104米時，吸收系數低于0.5 nB/m，說明巖體的完整性較好。在淺地表處吸收系數較高的位置，表現出高異常特征，呈塊狀分布，因此可能存在溶蝕、斷裂發育。高程在113米時，有明顯異常體，呈塊狀分布，因此可能存在溶蝕、斷裂發育，如圖2所示。而在113米到114米附近突然變高，說明該深度處存在嚴重的溶蝕帶。
從上圖可以看出，ZK13和ZK5間存在三處電磁波衰減異常帶，高程在108米處有吸收系數呈帶狀分布的異常帶，可能是受溶蝕發育的影響。在ZK13以東出現吸收系數較高的異常帶，說明其裂隙、溶蝕發育較好。同時根據電場衰減曲線觀測結果，在112米高程上的衰減偏高，也就說明該處肯定有裂隙或溶蝕發育。在ZK5以東大概16米處，有高異常帶分布，這與溶蝕現象有直接的關系，根據吸收系數的變化，以及在114米處的電場剖面嚴重衰減的現象出現，可以反映出和溶蝕槽RSC5的影響有關。綜合進行后，可以確定溶蝕裂隙槽向下延伸至標高105米附近，影響的寬度大概在1-1.5米。
5 電磁波層析成像探測的規律
通過對作業區10組孔間的電磁波吸收系數進行探測，用所得到的探測結果和其它方法得到的結果進行對比可以發現，在場區內將破碎-極破碎巖體、裂隙發育-強發育帶的吸收系數視為大于1 nB/m，較破碎、較發育帶以及溶蝕帶的吸收系數視為0.75-1 nB/m之間，而局部裂隙帶、較完整的wanting吸收系數范圍為0.55-0.75 nB/m，完整巖體吸收系數范圍為0.1-0.55 nB/m；而沖水溶洞或填充黏土的裂隙以及破碎帶的吸收系數為0.95-1.5 nB/m之間，呈現出高異常孤立體、構造破碎帶及裂隙發育帶表現為高異常體，呈現出帶狀或條狀分布。
巖體整體的破碎程度可以用電磁波同步測量曲線的形狀變化進行宏觀的反應。通常，曲線 向右偏，表明吸收系數相對較大，存在大規模的溶洞或裂隙發育，如果曲線向左偏，表明此處巖體較為完整。巖體完整性的垂向變化規律可以由各剖面電磁波吸收系數成像剖面的垂向變化宏觀反映出來。在存在溶蝕槽、溶蝕裂隙帶以及溶洞等構造發育的時候，巖體的電磁波衰減一般比較強烈，巖體較為破碎，巖體結構以及完整性的變化通過其它探測方法測得結果與電磁波層析成像探測的結果相似性較高。
6 結論
將鉆探技術與電磁波層析成像技術相結合，能夠對巖體中的溶洞、斷裂破碎帶及裂隙發育帶的分布特征及發育程度有效的進行探索，兩種技術是互補的關系。根據探測結果表明，高程在108-112米以上的巖體發育有巖溶、節理裂隙，巖體較破碎；高程在100-112米范圍內的巖體較完整；高程在90-85米以下，巖體完整，結構均勻。根據電磁波層析成像技術的應用，能夠對勘測區域的地質構造以及發育特征有效的進行探測，從而為工程建造提供科學的參考依據。
參考文獻：
[1]張旻舳，師學明.電磁波層析成像技術進展[J].工程地球物理學報，2009（4）.
[2]杜興忠，曹俊興.電磁波層析成像在巖溶勘查中的應用研究[J].工程地球物理學報，2008（5）.
[3]井西利，楊長春，王世清.一種改進的地震反射層析成像方法[J].地球物理學報，2007（6）.
中圖分類號：TP391.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）04-0792-03
電磁場與電磁波課程是電子信息科學專業學生必修的一門重要的專業基礎課程，該課程理論性強，相關定理模型抽象。由于電磁場、電磁波看不見、摸不著，傳統教學基本依據公式推導出其傳播特性、存在狀態等特性，抽象的定律、嚴密的數學推證令學生望而生畏。整個教學過程既難教又難學，而近幾年該課程在教學內容不變的情況下課時卻不斷被壓縮。因此，如何在教學過程中把握重點、弱化數學比例、優化課程結構成為課程改革重點。
結合長期積累的教學經驗，修改教學文件，將仿真軟件引入電磁場與電磁波的教學中，把課程中抽象概念定理以三維模型的形式直觀的展示給學生；利用軟件模擬各種電磁波分布形式、波導結構和自由空間電磁波的特性等，并能動態模擬電磁波的傳播和輻射特性；利用軟件簡化數學計算，減少公式推導過程；還可以設計電磁仿真實驗，把理論教學和仿真實驗教學有效結合起來，加深學生對理論知識的理解，收到了較好的教學效果。
1 仿真軟件在教學中應用
1）基本概念、定理定律的仿真演示。本課程涉及較多的定理，庫侖定律、安培力定律、高斯通量定理、安培環路定律等定理是研究電磁場的基礎，電磁場的理論基礎麥克斯韋方程組也是由這些定理上推導總結出。以往在講解過程中，公式繁雜， 推導多， 學生用大量的時間理解定律模型、復習數學知識，浪費大量學時，反而忽略了對概念本身的理解。利用仿真軟件將這些定理動態演示，將復雜的電磁場理論通過演示的方式表示出來，結果清晰、直觀的表現出了各種電磁場模型的特性，形象、直觀、便于理解，它不僅可以激發學生的學習興趣，而且加快學生理解速度提高了教學質量。
2）電磁場和電磁波的存在形式、特性分布等內容的圖示化。課程中涉及較多的求解場量分布、特性等內容，以往教學中推導出結果都是數學公式，對數學知識薄弱和空間思維差的學生而言整個教學過程就像解數學題、而與場無關。我們利用軟件將常見的場量分布形式圖形化，根據源的不同分布求出不同場圖，繪制矢量線（電力線、磁力線）、等值線（等位線）、箭頭圖等，以幫助學生更好地理解場。例如電偶極子的電場分布、同軸電纜電場分布、均勻平面電磁波傳播、球面電磁波傳播、矩形波導傳播時電磁場特性等。
3）計算方式的簡化。課程在求解問題時，經常會涉及復雜的數學計算過程，利用軟件強大的仿真功能，將計算過程簡化，運用符號運算功能進行數學公式推導，根據數值計算功能進行習題求解等，節約授課時間，提高教學效率。如電磁場中梯度、散度、旋度問題、求靜態邊值時有限差分法、有限元法、鏡像法等。
2 具體應用實例
隨著計算機的快速發展，近幾年出現了大量的電磁場和微波電路仿真軟件，如美國ANSOFT公司的HFSS（高頻電磁場仿真）、MATLAB、ANSYS等軟件。這些軟件功能強大、界面友好，編程簡潔、效率高，特別適合于教學演示和學生實踐，用戶可以在短時間內掌握其主要內容和基本操作。下面我們簡單介紹幾個具體應用實例：
1）鏡像法
鏡像法是一種求解邊值問題的間接方法，其基本原理是：用放置在所求場域之外的假想電荷（即像電荷）等效的替代導體表面（或介質分界面）上的感應電荷（或極化電荷）對場分布的影響，從而將求解實際的邊值問題轉換為求解無界空間的問題。利用軟件仿真孤立電荷產生的場和像電荷產生場以及疊加后的場，電荷電量、導體半徑等參數可根據實際情況輸入。下圖為半徑為2電荷為4時產生的場圖。
2）矩形波導傳播
課程在講解矩形波導傳播時，電磁場分量公式表示如公式所示。
讓學生根據公式理解其傳輸特性比較困難。通過Matlab 計算并繪出任意時刻金屬矩形波導的主模 TE10 模的電磁場分布圖，直觀的展示了波的傳輸特性。
3）有限差分法求電磁場靜態邊值
有限差分法是求電磁場靜態邊值問題的一種數字計算法，把連續空間離散化，空間離散化越細，解的誤差越小，其計算量就越大，就使課程中大量時間用在處理數據上。而利用matlab編寫程序，根據已知條件自動生成矩陣數據，繪制電場和電力線圖形，使講解過程清晰明了。
3 結束語
本文根據電磁場與電磁波少學時、概念抽象等特點，將仿真軟件強大的計算與圖像功能運用于電磁場與電磁波的教學中，使電磁場與電磁波分析研究問題簡單方便，幫助學生直觀的分析和理解課程內容，不但能大大加深學生對抽象電磁場問題的理解，激發學生的學習興趣，而且也提高了學生對工程軟件的實際應用能力，取得了很好的教學效果。對提高教學效果具有非常重要的意義。
參考文獻：
[1] 陳其昌.MATLAB在射頻電路設計中的應用[M]. 北京：電子工業出版社，2013.
【中圖分類號】G718.5 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）01-0209-02
引言
隨著微波、磁場技術的廣泛應用，電磁場、電磁波知識的教學成為了當前高職物理課程教學的重點內容。尤其是對于高職學校機電專業學生而言，電磁場與電磁波教學尤其重要，是必不可少的內容。但是近幾年來，隨著高職院校的擴招，高職學生的學習能力不夠高是客觀問題，所以在高職物理教學的過程中保證高職學生高效的學習尤為重要。本文將從高職機電專業物理教學實際出發，探討高職物理課中電磁場與電磁波教學的具體策略，希望能為提高高職物理課程電磁場與電磁波教學水平起到一定的積極作用。
1.高職物理課程中電磁場與電磁波內容的特點
電磁場和電磁波是高職物理課程中包含豐富的數學和物理知識的部分課程，是高職物理課中難教、難學的一部分。該部分內容不但具有較強的理論性，同時還具有數學推導過程繁瑣、概念抽象等特點，這就要求學生在學習過程中應該具有較強的抽象思維能力、空間想象能力以及邏輯推理能力，在學習的過程中采用多樣化的分析方法。毋庸回避，而這對基礎不是很扎實的高職學生具有一定的難度。加之，由于高職物理電磁場和電磁波的部分實踐教學成本較高，教師在教學過程中就忽略了這部分實踐教學內容，導致學生在實際的學習過程中對學科知識難以理解和掌握，導致學生對電磁波和電磁場的相關知識理解不夠深入，難以融會貫通。
例如，在電磁波與電磁場的教學過程中，通常是以麥克斯韋的電磁場基本理論為基礎，在此基礎上分析并論述“電磁場與電磁波”的相關內容。在該部分內容的學習過程中，由于學生物理、數學知識以及抽象思維能力的不足，導致學生在理解電磁理論方程的過程中出現了似懂非懂、知其然而不知其所以然的問題。這些特點都要求對現代高職物理教學方式進行改革。
2.教學方法的選擇
在采用傳統的教學方法過程中，高職物理課中的電磁場與電磁波教學主要注重理論教學，而實踐教學內容所占的比例相對較小。這首先給學生形成了一個該部分內容實用性不強的印象，導致高職學生完全失去了學習動力。同時，該部分內容還存在著考核內容較為單一，絕大部分情況是通過筆試考試分數決定考核成績，沒有對高職學生的動手能力進行鍛煉與考核。基于此，在高職物理課中的電磁場與電磁波教學過程中應該從以下幾個方面著手改革：
2.1 將提高學生興趣作為主要目標，以實踐應用作為教學組織的主要內容
在教學過程中，從機電專業工程應用以及工程實踐的角度出發，以具體的實際問題為突破口，對課本的內容進行講授，采用理論聯系實際的方式，極大地激發學生的學習興趣。在教學過程中注重理論知識以及理論知識在實際生活中的應用實例介紹，諸如電磁場理論在現代通信衛星、電磁波技術在醫療、生物及化學等多個領域的應用，提高學生的學習興趣。
2.2 充分利用現代信息網絡，持續更新教學內容
隨著現代電磁技術的迅速發展，高職物理教學內容應該在基礎內容和知識方面進行持續的更新，尤其是在電磁技術的應用方面，應該通過持續更新的方式方能充分提高學生的學習興趣。對于更新教學內容的方式，利用現代信息網絡是一個有效的途徑。這不但要求教師在教學過程中充分應用信息網絡，同時還應該積極地引導學生正確合理地使用網絡資源，對電磁學科發展與應用的最新動態予以認識。教師在教學的過程中則重點關注電磁技術的發展現狀，在對原有經典理論知識進行分析、講解的同時，適當地增加新的理論及應用技術，對教學講義進行持續更新、充實和完善。
2.3 淡化理論公式的推導過程
電磁波理論公式的推導是一個較為復雜而繁瑣的過程，它對高等數學以及電磁學等都有較高的要求。但是，從高職學生的實際情況以及學生工作過程中的實際應用來看，學生只需要對各個微波元器件的工作原理進行了解，在此基礎上對元器件的內部結構與尺寸等進行適當改進即可，并不需要太多的數學理論知識。因此，高職教師在教學的過程中可以適當地對理論公式予以淡化，這樣不但消除了學生畏難的情緒，同時也提高了學生的學習積極性。
2.4 綜合采用多種教學方法
當前高職物理教學過程中，主要采用的教學方法包括利用仿真軟件教學和多媒體教學兩種主要的方式。其中，仿真軟件教學方式給學生提供了一個真實的數字平臺，學生能夠通過軟件設計出元器件。在教學中充分的利用仿真軟件可以有效的縮短電磁理論計算的時間，同時還可以顯著的提高學生的設計能力。
而多媒體教學具有圖、文、聲并茂的教學特點，所以在教學過程中適當的應用多媒體來表示電磁波元器件的外部特點及內部結構特征，通過短片、動畫等形式使得學生能夠對課本上的理論知識形成一個更加深刻、直觀的理解。
同時，對于條件不夠成熟的高職院校而言，在教學的過程中可以通過形象化的教學方式提高電與磁物理教學的水平。例如，在教授“運動的電場產生磁場”的教學內容方面時，長直導線長為L，其中通過電流I，則與導線距離為r處的磁通密度為B，
這時，長直導線周圍的磁感線應該是一個沿著垂直導線平面內的同心圓，可以采用右手螺旋定則的方式予以表示，可以用圖1表示。
而從形象化教學的角度出發，設想伴隨著運動電荷產生了一個運動的電場，而運動的電場又會產生一個運動的磁場。如圖2所示，當載流導線的電子以速度做定向運動時，導線截面中的正離子被認為是靜止不動的，而正離子所產生的靜電場與電子產生的靜電場則出現相互抵消的現象。但是，由于正離子靜止不動，導致運動電子所產生的電場并沒有被抵消。然而，由于正離子沒有運動，從而伴隨運動電子的運動電場所產生的磁場沒有抵消。這時，在導線長為L，半徑為r的圓柱面之上，導線的線電荷密度為ρ，則在該圓柱面上所產生的電通量是：
電通量=E×S=E2πrL。
由高斯定理有：
則與導線相距πr距離的運動電場的場強E=。
2.5 積極開展互動式的教學方式
在新的教學理念之下，學生是整個教學過程的主體。因此，教師在教學過程中通過互動式的教學方法，讓學生帶著自己的知識，經驗、思考、靈感、興致參與活動，這樣可以為他們萌發創新意識，培養創新能力提供良好的契機。為了形成較好的學習氛圍，應該鼓勵學生提問。教師可以在電磁場或者電磁波結束之后進行分組討論，通過這種方式能有效的提高他們學好高職物理課程的積極性與信心。同時，教師還應該強化教學實踐環節，通過實踐教學活動提高學生對知識的理解與鞏固，鍛煉學生的整體應用能力，提高學生解決實際問題的能力。同時，及時的更新課程內容，對教學講義進行逐步的完善，帶動學生的學習興趣。由于高職物理的理論性較強，因此在教學的過程中還可以采用上述形象化的教學方式來加強學生對理論知識的理解，并結合實驗課程增加學生的感性認識，加深學生對所學習內容的理解與掌握。
2.6 對教學內容進行精心設計
電磁場與電磁波的內容具有理論性較強、內容枯燥以及思維抽象等特點，導致學生難以提起興趣進行深入的學習，在學習的過程中容易出現走神等現象。這時，教師應該以提高學生興趣為首要目的，對教學內容進行精心設計，這一點尤為重要。在實際的講授過程中，將重點放在電磁學的基本概念以及基本理論的闡釋方面；而在實踐課程的教學過程中，結合課程教學的主要內容，精心設計幾個經典的案例，在每次課程進行之前都從工程實際出發，提起學生的學習胃口，接下來的課程教學內容自然能夠達到預期的效果。
結語：
本文在對高職物理課程中電磁場與電磁波的教學特點進行論述的同時，對高職物理課程電磁場與電磁波的教學策略進行分析。同時，以具體的教學內容為例探討了電磁場與電磁波的教學策略，對提高高職物理課程中電磁場與電磁波的教學水平具有一定的積極作用。
參考文獻：
作者簡介：張平娟（1981-），女，安徽懷遠人，安徽科技學院機電與車輛工程學院，講師。（安徽 蚌埠 233100）
基金項目：本文系安徽科技學院教研項目（項目編號：X201095）的研究成果。
中圖分類號：G642?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）30-0048-01
一切電現象都會產生電磁場，而電磁波的輻射與傳播規律更是一切無線電活動的基礎。電磁場與電磁波廣泛應用于現代電子通信技術領域。“電磁場與電磁波”是多種學科的交叉點，它不僅是微波、天線、電磁兼容的理論基礎，而且各種現代通信方式，如光纖通信、移動通信、衛星通信以及電視、雷達等各種專門學科都是以電磁波攜帶信息的方式來實現的。廣泛應用的超小超薄的大規模集成電路更是充滿了電磁場的問題。由于“電磁場與電磁波”是眾多學科的理論基礎，從而成為相關專業課程建設非常重要的環節。
“電磁場與電磁波”課程理論性、系統性很強，邏輯嚴謹，學習它不僅可以獲得場和波的理論，而且有助于培養正確的思維方法和分析問題的能力。
但是就是這樣一門課程歷來被公認為是一門難教、難學的課，電磁場與電磁波課程教學現狀：電磁場與電磁波課程主要涉及電磁場的源與場的關系，電磁波在空間傳播的規律，電磁波的產生、輻射、傳播、電磁干擾、電磁兼容以及電磁理論在各方面的應用。主要有以下幾個特點：該課程理論性強，概念抽象，數學推導繁多；教學計劃修訂后該課程的教學學時被壓縮，既要在教學計劃學時內完成教學內容，這就會使每節課的上課內容增加；課程涉及的知識點多，包括時域、頻域、空域和極化，相應的物理量需用復數來表示。這就要求學生有復變函數、矢量分析和場論的基本知識。
基于現狀，筆者結合自身教學實踐，就教學內容和教學方法的改進方面提出了一些見解，希望和同行進行交流。
一、教學內容優化
1.根據課程需要，合理進行學時分配
電磁場與電磁波是在公共課程大學物理基礎上開設的，大學物理的下冊電磁學理論部分已經包括了真空和介質中的靜電場、恒定電流場和恒定磁場、電磁感應現象，并做了詳細的講解，對麥克斯韋方程組也進行了簡單介紹。與“電磁場與電磁波”相比較發現兩門課程在內容上有較多的重復，但是大學物理側重于靜態電磁場以及電磁場的物理性，應用對象以物理為主，而“電磁場與電磁波”在內容上有了較大的擴展，不僅包括靜態場還有時變場以及電磁波的發射傳播、傳播和接收，更注重時變的場和波，應用對象以通信、電視、雷達遙感等和電磁波的發射、傳輸和接收相關的技術領域。在課程的講解過程中還要根據實際情況調整各章節的學時，靜電場部分在大學物理中詳細介紹，在這里可以適當壓縮，由于時變場是本課程的重點，應當增加學時，使學生能夠更加深入理解電磁波傳播的特性，掌握時變場的分析方法。無線傳輸的在現代自動化控制系統中的應用越來越廣泛，這就使得電磁波的發射和接收成為其中主要的部件之一。天線是完成電磁波發射和接收的功能元件，因此應增加此部分內容的講解力度，保證與后續的專業課程銜接。
2.注重矢量分析與場論知識的講解
在課程的開始，教材一般會安排矢量與場論部分的知識，因為這部分知識是用來研究電磁場的重要工具。學生雖然在“電磁場與電磁波”課程之前也有過矢量分析、場論以及電磁場理論分析中使用的一些特殊函數，但是學得不夠深，有的已差不多忘記，所以在介紹電磁場內容之前要把這部分知識講透徹，這樣才能使學生后面的學習輕松些，而不是開始就一頭霧水，之后就完全跟不上。
二、教學方法探討
教學過程是課程教學效果的關鍵。長期以來，對于“電磁場與電磁波”這樣理論性較強的課程教學都是老師在臺上講、學生在下面聽，為了在有限的課堂教學時間內完成教學計劃的全部內容，教師基本上是滿堂灌，但是實際效果往往不是很理想，就個人教學的實際得到一些教學方法上的體會。
1.教學手段更新
“電磁場與電磁波”之所以讓教師感覺難教、學生感覺難學，是因為本課程基本上用數學語言來描述物理現象，講解過程中用到拉普拉斯方程、泊松方程、散度、梯度、旋度等大量的數學知識。在傳統的板書教學中，公式推導就會占用大量的時間，降低課堂講授效率，也使得學生感到枯燥、乏味，而且板書教學不能把抽象的物理概念、模型很好地顯示出來，現代多媒體技術能夠彌補板書教學的缺陷。首先，可以把重要的理論推導事先通過公式編輯器編輯好，在上課時重點講解難點，這樣就可以節省了課堂時間，提高了效率。另外，還可以借助一些軟件，比如MATLAB、FLASH來畫點位分布、時變場分布圖等，還可以進行一些仿真。把抽象的概念變得直觀，增加了學生學習的興趣。在教學上采用板書和多媒體的有機結合，使課堂教學快慢有序，更好地提高教學效果。
2.增加應用背景介紹
隨著科技的發展，電磁場理論在工程實踐、科學研究和家庭生活中應用越來越廣泛，在教學的過程中若能有意識地利用好這些教學實例，在課堂上提出一些問題：飛機為什么可以隱身？微波爐為什么不能用金屬器皿？短波收音機為什么在晚上收到更多的臺、電磁爐的工作原理等，就可以讓學生帶著問題學習，充分認識課程的重要性，提高學習的主動性，讓他們在理解基本點的同時激發學生學習的興趣。另外，在教學過程中也可以讓同學們通過一些實際應用課題及時了解學術動態，提高自學能力和學習效果。
3.簡化數學推導，及時歸納總結
當學生拿到教材看到盡是數學推導時就會產生厭惡感，另外，有的同學會從高年級同學那里得知這門課程很“難”，便會在心理上排斥。針對這種情況，筆者采用的是簡化數學推導、重思路分析和結果的方法。這樣就不會有繁瑣的數學公式推導。在教學內容上對一些知識點，比如恒定電磁場部分的靜電場和恒定磁場以及恒定電流場、靜態場中的極化和磁化、時變場的中的時變電場與時變磁場之間有些對偶知識點要及時總結歸納，并與相對應的一些知識點比較，這樣可以增加記憶效果。
4.增加習題訓練，提高分析能力
在教學過程中，經常會聽學生說“老師上課講的都懂，可是不會做題”，這是歷屆學生中普遍存在的現象。因為電磁場不是單純的數學問題。在教學中老師要及時掌握學生的學習情況，并調整教學進度。講解知識點的時候要及時進行總結，講解例題并歸納解題方法，多做課后習題，及時輔導。電磁場這門課程還存在教學內容多而教學學時少的矛盾，可以借助網絡來進行交流。
5.提高教師的自身素質和教學水平
在教學中提倡互動，但教師仍然是占主體地位的。只有教師的自身素質提高了才能有效地改善教學效果。首先，教師要熱愛所從事的教育事業，把全部精力投入到教學工作中。教師要經常通過進修的方式提高自己的知識水平，通過和學生互動以及教師間的交流發現教學中的不足并能夠及時改正。教師還應在教學中加強教學管理，不斷地完善教學資料，建立習題和試題庫，注重教學研究和與兄弟院校間的交流，不斷地提高教學水平。
三、結束語
電磁場是電類專業的一門核心課程，教學過程特點鮮明，如何組織教學非常重要。教學改革就是要重點提高學生的學習興趣，在內容上使復雜的問題簡單化，方便學生理解，互動地組織教學，有效提高學生應用所學電磁場理論知識解決問題的能力。
參考文獻：
［關鍵詞］電磁場與電磁波；教學研究；HFSS；實踐教學
“電磁場與電磁波”主要研究電磁場和電磁波的基本概念、基本理論與應用。該課程主要從矢量分析入手，介紹電磁場中的靜態場、時變場和電磁波的基本理論與特點，為“微波技術基礎”、“天線與電波傳播”、“射頻電路”等后繼課程的學習奠定必要的理論基礎。但是由于該課程數學要求高、公式多、物理概念抽象、理論難以掌握，使學生在學習過程中力不從心，往往有畏難情緒在里面。特別是對合肥師范學院這種應用型二本高校來說，學生的基礎相對重點院校的學生而言要差點，而且學習的自主性也欠缺，因此學習效果不是很理想，可能會有個別學生到學期結束都達不到這門課程學習的基本要求。如何做好應用型高校電磁場與電磁波課程的教學工作是比較緊迫的問題，需要花更多的心思和精力來探討研究。筆者結合多年電磁場與電磁波課程的教學經驗，有針對性的對課程進行改革，通過課堂上學生實時反饋情況對教學方式進行調整，結合應用型高校的實際情況探索該課程的教學。
1教學內容研究
本課程包括電磁場和電磁波兩大部分。電磁場部分是在高等數學的基礎上，運用矢量分析的方法，描述靜電場和恒定磁場的基本物理概念、研究靜態場的解題方法、以及在總結基本實驗定律的基礎上給出時變電磁場的基本規律。電磁波部分主要是介紹平面電磁波傳輸特性、電磁波在導行系統的傳播規律及天線的基本理論。由于本校電磁場與電磁波課程只有48學時，需要針對應用型高校學生的特點分層次講解課程內容，對理論性、邏輯性較強的知識點做選修處理，既滿足大部分學生對基本知識點掌握的要求，又滿足部分學生向重點高校考研的需求。將課程的必修知識點按照掌握、理解、了解三個層次具體劃分為：掌握矢量運算，梯度、散度和旋度，高斯公式和斯托克斯公式，時變電磁場的麥克斯韋方程組、電磁波的波動方程等；理解電磁場的矢量位勢和標量位、泊松方程、時諧平面電磁波、截止頻率和諧振頻率等概念；了解分離變量法、庫侖規范、洛侖茲規范、滯后位等。而對鏡像法、有界空間中電磁波的求解方法、電磁輻射等作為選修內容。做出以上的安排主要考慮下面兩個因素：
一、有限的課時要優先考慮重點內容，對電磁場和電磁波涉及的核心知識點必須要詳細講解，比如散度、旋度、梯度、麥克斯韋方程組、波動方程、平面電磁波等，至少要花三分之一的課時結合多種教學手段讓學生在理解物理概念的基礎上掌握基本公式及應用。而對一些比較復雜的問題，如分離變量法、鏡像法等知識點，通過弱化在總學時的比例或用選修的方式做簡化處理；
二、由于我校電子信息工程、通信工程專業有電磁場與電磁波方面的后繼課程－－－－專業必修課“微波技術”、專業方向課程“天線與電波傳播”和“射頻電路”，這些課程覆蓋了“電磁場與電磁波”課程的不足，如有界空間中電磁波的求解方法、電磁輻射等知識點完全可以在后繼課程中系統學習。
2教學方法研究
通過多年課堂教學的探索和總結，針對二本高校學生數理基礎較薄弱的特點，同時為適應應用型高校的辦學需求，為該課程制定一套教學方法，使抽象的概念形象化，難懂的公式物理化，知識掌握的系統化，最終將理論基礎與實際應用密切聯系，激發學生興趣，培養學生探索性學習素養，啟迪學生創新思想，促進學生知識拓展應用能力的提高。
2．1知識點形象化、系統化
在形象化講解抽象概念的基礎上，將相近或易混淆的內容做比較，通過列表的方式從物理概念、數學公式、適用條件等方面將概念進行區分，使分散的問題系統化，加深學生的理解和記憶。下面以三個度（梯度、散度、旋度）的講解為例，說明該過程的具體實施。如何將概念形象化？例如在講解梯度時，以溫度場為例，介紹溫度沿不同方向的變化率。該問題針對某一溫度場中的山峰，甲、乙、丙三人分別從三個不同的方向由山腳爬到山頂，行程L分別是120km、100km、80km，其中丙是垂直路徑，可以很容易算出三種不同方向的溫度平均變化率ΔTL，其中丙方向的變化率最大。然后引導學生思考，如果是對溫度場的某點A來說，平均變化率就變為溫度沿三種方向在A點的變化率，表述為TL沿不同方向，自然引出方向性導數的概念。進一步提示學生，在所有方向的變化率中，總有一個方向變化率是最大的，這個值就是梯度的大小，這個方向就是梯度的方向，最終將針對標量場的梯度概念給完整引出。在系統講解完梯度、散度、旋度后，用列表的方式對問題進行區分，找到三者之間的異同。
2．2HFSS軟件實踐教學
為改善比較死板的教學現狀，同時貼合應用型辦學思想，對該課程的一些知識點在理論推導的基礎上用軟件仿真的形式將無形的場結構有形化，加深學生對知識點的把握程度。工程上常用的HFSS有限元分析軟件，對于一些典型的電磁場問題，如電場分布、磁場分布、電感、電容等，可以提供直觀的場結構顯示。下面就以半波偶極子為例，利用HF－SS軟件建模仿真其空間輻射場結構。例：設計一個中心頻率為3GHz的半波偶極子天線，計算其空間電場分布。傳統教學過程是首先分析電偶極子的遠區電場分布，通過在球坐標系中將電位函數高階近似的方式推出電偶極子的遠區場電場E＝－"φ＝p4πε0r3（2cosθer＋sinθeθ），其中p為電偶極矩；然后根據偶極子天線的對稱性計算對稱天線的輻射電場；最后計算3GHz下天線的輻射場分布和方向性函數。實踐教學過程則是依托HFSS軟件，通過建模仿真的方式直觀的得到半偶極子場結構。設置掃頻范圍2．5GHz－3．5GHz，S11參數、方向圖，以及電場分布。相比繁瑣的理論公式的推導計算，HFSS軟件實踐教學方式更容易被學生接受，在掌握電場結構的基礎上提高了學習興趣，為以后的工程應用奠定基礎。
3總結
“電磁場與電磁波”做為電子信息類、通信工程類本科專業的一門專業基礎課，具有十分重要的核心地位。針對應用型高校如何實施教學過程是值得研究和探索的問題。本文從教學內容和教學方式兩個方面，圍繞教學做了初步探討。經過實際教學檢驗，取得了令人滿意的教學效果。
［參考文獻］
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中圖分類號：O441-4 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2015）21-0006-02
《電磁場與電磁波》是普通高等學校電子信息類、電氣信息類專業本科生必修的一門專業基礎課，該課程主要研究宏觀電磁場的基本規律及分析計算方法，為采用“場”的觀點解決實際電磁問題和今后在這一領域的繼續深造打下較扎實的基礎。隨著電子信息和通信系統的發展，我國對電磁場與電磁波工程技術的研究也發展迅速。因此，為適應新形勢下人才培養目標，如何在有限的教學時間內開好該課程是急需解決的問題。我們在課程教學過程中，努力摸索合適的教學方法，以期提高教學效果。
一、充分利用多媒體技術和網絡資源
《電磁場與電磁波》課程涉及較多抽象理論、概念以及大量的公式、定理及復雜的計算過程，如果只使用傳統的板書教學方法，學生普遍缺乏學習興趣。而多媒體課件可以提供文字、圖像和聲音等多方面的信息，更以形象、生動、直觀的方式展現教學知識點，有助于學生很快抓住學習的知識點。并且對于較為復雜的場，我們可以借助MATLAB、電磁仿真軟件等進行仿真和數值計算，將場的分布等做成動畫直觀演示給學生，使抽象的問題形象化。教學內容以圖文并茂的多媒體手段呈現，能從多角度吸引學生注意力，激發學生興趣。且使用多媒體教學，擴展了教學內容，提高了教學效率。適當的板書教學配合形象生動的多媒體展示，可以達到最佳的教學效果。
隨著互聯網技術的飛速發展，網絡教學資源越來越豐富，可以充分利用網絡資源，擴展課堂教學空間，彌補課堂教學的不足。學生可上網搜索相關知識點，拓寬學習渠道，開拓學習思路，加深對課堂知識的掌握。還可將課程的資料上傳至網絡，讓學生利用課余時間查閱、學習，方便學生課前預習和課后復習。通過網絡途徑，積極引導學生利用網絡資源了解學科發展的最新動態以及熱點問題，進行自主的探究式學習，將理論運用于實際。
二、教學內容體系的優化
從我校學生的實際情況出發，通過多方比較，我們最終選擇了鄭鈞編著的《電磁場與電磁波》作為主要教材，該教材由淺入深，內容編排較為合理和連貫，理論的系統性和邏輯性較好。《電磁場與電磁波》課程是先修課程《大學物理》的延續，需注意前后課程的銜接，同時避免授課內容的重復性。以往課程教學中，根據教材的內容編排講授會導致對靜態場的授課時間較多，可是其基本理論學生在學習《大學物理》時卻已學過，學生覺得沒有吸引力，導致學習效果欠佳。時變場的內容是本課程的授課重點，同時也是考核的重點，課時卻相對不足，很難保證教學質量和教學效果。因此，有必要對課程知識結構進行優化，縮減靜態場授課學時，增加時變場授課學時，這樣的課時分配更顯合理性。對靜態場的教學，教師以講解重難點為主，學生課下自學部分內容為輔。時變場授課內容包括電磁感應、麥克斯韋方程組、波動方程，時諧電磁場，到平面波的傳播及平面邊界的入射，波導及天線，學時數的增多使得時變場的學習更為系統和全面，學生可以較為牢固地掌握時變場的分析思路和計算方法，從而系統地了解電磁場與電磁波的理論。
三、案例式教學，培養學生的創新能力
電磁場理論有廣泛的應用背景，因此在課堂授課中教師可以增加與理論密切相關的應用背景知識，列舉一些工程實踐和日常生活中電磁理論應用的案例。案例式教學是將理論聯系實際，讓學生直接了解理論知識的實際應用，不僅活躍課堂的氛圍，避免學生分散注意力，而且有助于開闊學生的思路，使學生充分認識到本課程的重要性，提高學習的主動性。我們選取了如電磁輻射與電磁污染、靜電復印工作原理、醫學中的微波治療、磁共振成像技術、噴墨打印機、靜電屏蔽、多普勒雷達等內容作為案例，進一步結合課堂教學知識點進行歸納講解，讓學生從案例中更深刻地了解教學內容，同時培養學生邏輯思維與創新思維。也可以介紹學科發展前沿，比如“電磁隱形衣”“電磁黑洞”等，結合課程內容提出問題進行啟發式教學，培養學生分析問題的能力。
總之，在電子信息迅速發展、電磁應用越來越廣泛的背景下，課題組教師經過多年的不懈努力，《電磁場與電磁波》課程教學實踐取得了一定成效，教學效果得到明顯改善。當然，還有許多工作需要進一步完善，我們一定會在今后的教學實踐中繼續改進。
參考文獻：
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在巖溶隧道施工時，由于受工程地質條件和水文地質條件復雜多變性和目前勘查技術水平的影響，若不能預先了解隧道掌子面前方的不良地質情況（斷層、破碎帶、溶洞、暗河、軟弱地層等）， 貿然施工極有可能帶來無法預估的后果[1][2]。因此，在隧道開挖過程中，進行超前地質預報就顯得尤為重要。
采用科學先進的隧道超前地質預報的手段有很多種，其中地質雷達以其分辨率高、快速經濟，靈活方便，圖像易識別和結果處理速度快的優點，以及減少隧道施工的盲目性，近年來在國內隧道施工中使用的較為廣泛。
二、基本理論
（一）地質雷達工作原理
地質雷達是用頻率介于106-109Hz的無線電波來確定地下介質分布的一種方法[3]。其工作原理如圖一所示，高頻電磁波以寬頻帶、短脈沖形式，通過發射天線送入地下，經過有電性差異的地下巖層或或目標體反射后返回地面，被接收天線所接收。該法稱為電磁波反射定位探測法，因此遵循幾何光學原理[4]。高頻電磁波在介質中傳播的時候，其波形、電磁場強度與路徑將隨所穿過的介質的電性特征和幾何形態而變化。因此了解地層的基本信息特征，可以根據電磁波反射信號的振幅、時頻、相位等特征進行分析。可大致確定地下界面或存在異常的空間位置及結構（見下圖）。
（二）電池波的傳播特征
地質雷達在探測過程中，雷達電池波可近似的認為它為均勻平面電池波。在其傳播過程中，它的電池分量瞬時波動方程為[5]：
（三）地質雷達的探測方法
影響地質雷達的探測深度、分辨率以及精度的主要因素包括兩方面。一是探測對象所處環境的電導率、介電常數等因素。二是主要與探測時所采用的頻率大小、采樣速度等有關。在實際應用中，采用恰當的方法技術，是探測成功與否的關鍵因素。
因掌子面和隧道圍巖條件的不同，所以，井字形、十字形和一字形等是常用的布置形式，如情況特殊可密雷達測線條數和重復掃描來提高探測結果的精確性[6]。測量方式分為點測和連續測量。點測方式是通過電腦鍵盤發送信號觸發指令給雷達主機，每按一次采集鍵便可采集一道數據，此后逐點移動天線，直至所有測線完成。連續測量方式是只需拖動天線，系統將依據掃描速度的設定自動采集數據，此種方法較簡單，不用進行人工干預。
地質雷達是具有操作簡單、經濟、快速等優勢，對地質災害的反應較為明顯，這主要體現在掌子面前方富水、溶洞、夾泥溶槽等。但是需要提出的是雷達，圖像的解釋具有多解性，電磁波的干擾因素也往往較多，因此，在實際應用過程中要注意以下幾點：
1.隧道所在地區的區域地質構造需要仔細研究，分析出該地區不良地質體的類型、特點等。此外，現場數據的采集也很重要，對用物探設備進行超前地質預報有著指導意義。綜合以上兩點，可以等到精度較高的預報結果。
2.雷達圖像具有多解性，在數據處理后期的解釋應與測區實際的地質情況相結合，我們常常會遇到各種不同類型的干擾，不同類的的干擾在雷達軟件解譯出來的波形中也有不同的表現形式，因此，要想達到準確預報的目的，需注意排除圖像中的干擾因素。
參考文獻：
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中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）17-0115-02
電磁場理論為眾多交叉學科領域及新技術的理論基礎和重要的發源地。“電磁場與電磁波”課程涵蓋的內容是信息類專業學生應具備知識結構的重要組成部分，對于通信工程的學生尤為重要。“電磁場與電磁波”課程是通信工程專業的必修課程，開設此課程讓學生通曉和掌握電磁場與電磁波的基本規律、基本特性、分析方法及其應用，為后繼專業課程學習及今后的工作奠定必要基礎。
一、教師和學生明確課程的教學地位及教學目的
針對“電磁場與電磁波”課程難教難學的現狀，應從教師和學生兩個方面改進教學。教師要把課程的目標定位弄清楚，就是要使學生能夠掌握電磁場與電磁波的知識的同時，也要注重各種能力的培養（如邏輯推理、科學思維、創新意識等）。課堂教學是提高教學質量的關鍵，要加強教師本身的能力和素質，還要真心地熱愛教學工作，所以上課要有熱情，掌握節奏，有張有弛，要讓學生思考與老師同步。老師要準備好課堂教學，上課要突出“講”字，不能背書。課堂講解要留有懸念，講透就是失敗者了。電磁場與電磁波課程強化場與波的基本概念和基本理論，充分調動學生的學習積極性，引導學生認識知識的重要性，把學生的主觀能動性發揮出來。作為教師還應該關注科技動態，不斷充實自己，做到與時俱進。
學生方面，學生需理解電磁場理論，而不是簡單地了解。要充分認識電磁場與電磁波理論在現代通信中的重要性，努力克服困難來掌握電磁場與電磁波的基本理論知識，不斷提高自己的各種能力，才能在未來的學習和工作中具備一定的優勢。一名合格的電子、通信、信息工程類專業的大學生，應學好電磁場理論，以處理本專業中出現的最基本的電磁場問題。
二、電磁場與電磁波課程教學體系的變化
為了使學生學習電磁場與電磁波的課程變得容易些，教材前面補充了一些數學矢量分析和場論的內容，這樣就補充了學習場的分析方法、解決電磁場的數學基礎，能更好地建立場的概念。通過課程的學習，學生對宏觀電磁場與電磁波的基本概念和規律有深入完整的理解。掌握麥克斯韋方程組的含義及其應用，了解媒質的電磁特性及電磁邊界條件，學會定量計算簡單電磁場和電磁波問題的基本方法，具備對簡單工程電磁場問題的分析能力。教學中會遇到一些困難，如概念抽象、理解困難、公式多、運算難、數學基礎要求高、內容繁雜、信息量大、基礎理論與實際應用聯系的距離遠等。針對這些困難在教學內容上進行了相關的調整。改變以往電磁場分析和電磁波傳播理論兩大部分組成的內容，我們要建立電磁場和電磁波的整體概念，采用靜態和動態的混合教學模式，來突出電磁場的基本規律，歸納總結出宏觀電磁現象的普遍規律即經典麥克斯韋方程組，討論靜態場、時變場以及電磁波的傳播與輻射特性。教學圍繞基本知識點展開，從多個途徑、多個角度盡可能將科學內涵表述清楚。教師要重視緒論課，也就是第一堂課一定要講得精彩，牢牢抓住同學們的注意力，激發電磁場學習和探索的興趣和欲望。緒論課介紹電磁場相關內容，如什么是電磁場、電磁場理論的作用、電磁場理論的用途、發展、為什么學習電磁場課程、怎樣學好電磁場課程等。還要推薦參考書和相關網站，以及讀書時的注意事項。隨著科學技術的發展，電磁科學領域特別是電子與信息科學領域取得一系列重大成就，課程針對這些問題進行嘗試，如增加應用實例、科研成果，將能反映近代科學技術的成就和一些對學生有重要意義的工程內容，引入本門課程的課堂教學之中。
三、教學方法改革
教師要有先進的教學思想，提高自身的業務能力，改進教學方法，增強課堂教學效果。重點培養學生學習興趣和愛好。在教學實踐中，應介紹本課程的定位、內容、特點、與其他課程的關系以及學習方法等。教師在上課時要有激情，必須真心地熱愛教學工作。教學過程不僅僅是傳授知識，更要重視學生能力的培養，如分析能力、運用能力和解決問題能力。學習要以思考為基礎，而思考是由懷疑和答案組成的。知道的越多懷疑就越多，于是問題也就增加了，所以發問會使人進步，問題和答案一樣重要。電磁場理論博大精深，傾畢生心血也未必能講好，教師應積極開展教改、教研活動，注意教學團隊的培養，要經常交流教學情況，討論課程的重點和難點。組織教學改革和教學研究等方面的研討，吸收并掌握國內外先進的教學理念，了解課程發展動態。講課過程就是自己學習的過程、發現知識缺陷的過程、提高進步的過程、享受人生的過程。教師要把發展學生獨立思考和判斷能力始終放在首位，而不應當把獲得專業知識放在首位。鼓勵學生追求知識，培養他們提出問題的習慣。加強教學過程中的互動效果和學生的參與程度，引導學生多思考，多問為什么，任意表達，敢于標新立異，打破陳規，懷疑一切。建設“電磁場與電磁波”網絡課程。網絡信息量大，可在課堂上實時地補充相關教學資料，圖文并茂，形象生動，學生不會疲倦。教師可以通過網絡課程的教學和輔導，豐富素材，使網絡課件內容具有前沿性、實用性、綜合性和系統性，有利于不斷提高課程教學質量。還要加強電子教材的制作，使電子教材資源的數量和質量得到提高，同時完善“電磁場與電磁波”試題庫、在線測試與答疑等。
四、考試方法的改革
對該課程概念抽象、理論公式復雜、知識點多等特點，老師們在完成課程教學時，要制定合適的教學大綱，選定合適的教材，采用適合學生的教學方法和考試方式等，這樣對學生而言，既能學習知識又能培養能力。考試題不出難題、怪題，出些概念題、基本知識題。對于學習努力的學生，考試時得到高分是有利的，可以減少學生學習這門課程的恐懼心理，同時增加親近感，有付出就有回報，這樣就可以讓更多的學生選擇上電磁場課，客觀上普及了電磁場知識。而且好分數對就業有利，今后學生在工作中遇到電磁場問題時不回避，增加解決問題的信心。注重平時基本概念和分析計算方法的訓練及考核。加強平時環節，避免讓學生出現期末一考定乾坤的現象。需要我們考試采用多樣形式，閉卷筆試是一種常用考試手段，但不唯一。可以加強平時習題的訓練，來提高平時的成績，再如開展小測驗、教與學的交流、課堂教學討論等，每學期再加上期中考試，檢驗學生前半學期的學習效果，減輕學生期末考試的壓力。這樣平時作業占總成績的10%，平時表現5%，面試小測驗的成績占總成績的10%，期中考試成績占總成績的20%，加起來可達到45%，學生對期末考試的壓力將會大大減少，對待學習自己也會倍感輕松的。
五、結束語
“電磁場與電磁波”在通信工程專業建設中有著重要的地位。通過教學上的改革，使學生感到枯燥乏味的“電磁場與電磁波”課程教學變得生動有趣，充分調動學生的學習興趣。經過教學實踐和改革，有了滿足培養學生要求的“電磁場與電磁波”的教學內容、教學大綱、考試題庫等材料。通信工程專業的“電磁學與電磁波”是專業基礎課程，教師進行反復摸索，現已形成具有專業性、基礎性、前沿性的教學方法和教學手段，當然，還有不完善的地方，這需在今后的教學中繼續完善。對于學生而言，掌握好本課程的理論，需要從場與波的角度理解和掌握，對后續專業課程有很大的幫助，能夠深入分析與解釋物理現象的本質，學生學好“電磁場與電磁波”會對相關學科中不斷出現的新內容有一定的理解能力，有利于增強學生的創新能力。
參考文獻：
中圖分類號:U416文獻標識碼:A文章編號:1009-2374(2010)07-0028-03
在橋梁病害中,由于橋頭引道高填土產生不均勻沉降,致使許多橋梁橋面與引道路面銜接處不夠平整順適,從而使車輛駛過橋頭時,產生輕微或嚴重跳車。橋后臺背沉降也是目前國內城市道路較常見的病害,而且隨著城市道路橋梁建設的加快,交通流量的增加,這個問題越來越突出。橋頭沉降跳車不但影響車速,影響行車質量,也會影響橋梁使用壽命;由于路面瀝青材料的老化,極易造成上部的瀝青混凝土砼鋪裝層由于沉降而破壞,這種破壞的直接結果是路面開裂,地表水沿裂縫下滲直接沖刷臺背填土,導致臺背填土變形或者流失,最終使得該處路基發生沉降,破壞了受力結構,出現空洞、路面沉陷的嚴重問題。
近年來地質雷達在路面、橋面的探測工作中得到越來越廣泛的應用,它具有探測精度高,探測時間短,探測深度可控等一系列優點。但是在地質雷達的實際應用中,仍然存在著一些問題。例如讀圖難度較大,需要大量工程經驗等。因此,本文在總結前人的基礎上,對地質雷達的應用進行了總結,并結合工程實例對地質雷達的應用進行了全面的描述。
一、地質雷達探測原理
探地雷達作為路面檢測的一項新技術,具有連續無損探測、高效、高精度等優點。該方法既能準確地提供城市道路面層和基層的厚度參數,同時又可以探測路基內存在的病害隱患及其結構缺陷,有助于道路養護管理部門及時發現和盡早處理,確保道路行車的安全暢通。探地雷達由主機、天線和配套軟件等幾部分組成,根據電磁波在有耗介質中的傳播特性,發射天線向地下發射高頻脈沖電磁波,當其遇到地下不均勻體(界面)時會反射一部分電磁波,其反射系數主要取決于地下介質的介電常數,雷達主機通過對此部分的反射波進行適時接收和處理,達到探測識別地下目標物的目的,如圖1、圖2所示:
電磁波在特定介質中的傳播速度是不變的,因此根據探地雷達記錄上的地面反射波與地下反射波的時間差ΔT,即可據下式算出基層異常的埋藏深度H:
H=V?ΔT/2 (1)
式中,H即為目標層厚度;V是電磁波在地下介質中的傳播速度,其大小由下式表示:
式中,C是電磁波在大氣中的傳播速度,約為3×108 km/s;ε為相對介電常數,取決于地下各層構成物質的介電常數。
雷達波反射信號的振幅與反射系統成正比,在以位移電流為主的低損耗介質中,反射系數可表示為:
式中:ε1、ε2分別為上下介質的介電常數。
由上式可知,反射信號的強度主要取決于上、下層介質的電性差異,電性差越大,反射信號越強,對于非磁性介質,電磁波的反射特性僅與介質的介電常數有關。城市道路為層狀結構,均為非磁性介質,各層介質的介電常數有明顯的差異,它們之間能形成良好的電磁波反射界面。探地雷達發射的電磁波脈沖向下傳播遇到這些反射界面時,就會產生發射。當結構層發生破損(如出現空洞、裂縫、脫空等),在雷達資料中便會出現明顯的特征反射,如:脫空時將產生夾層反射,空洞會產生繞射等;當結構層因透水性問題而使某層含水量增大,或出現軟弱夾層時,介電常數將明顯增大,在資料中就可以得到高含水性的反射;且探地雷達具有極高的探測精度,在道路的結構層劃分、病害檢測、隱患調查中具有良好的檢測效果。
各類巖石、各類土的電磁學性質有了很多的研究和測定。空氣是自然界中電阻率最大、介電常數最小的介質,電磁波速最高,衰減最小。水是自然界中介電常數最大的介質,電磁波速最低。干燥的巖石、土和混凝土其電磁參數雖有差異,但差異不大,基本上多數屬于高阻介質,介常數在4～9之間,屬中等波速介質。但是由于各類巖土不同的孔隙率和飽水程度,顯現出較大的電磁學性質差異。這些差異表現在介電常數和電導率方面,決定了不同巖性對應不同的波速和不同的衰減。
二、應用實例
勘察所用儀器為意大利IDS公司生產的RIS_K2-0型雷達,根據現場情況,選用400MHz天線工作,具體測試參數見表1:
(一)簡介
浙江省某橋建于1988年,全橋長273米,主橋為預應力鋼筋混凝土T梁,橋墩為鋼筋混凝土空心墩。
(二)測線布置與工作量完成情況
沿車輛通行方向南測引道布置測線5條,測線號分別為:02線、03線、04線、05線、11線;沿紹興路方向北測引道布置測線5條,側線號分別為:06線、07線、08線、09線、10線,測線長均為30米。測線布置示意圖如圖3所示:
工作量完成情況:
縱測線:10條×30米/條=300米。
(三)勘察結果分析
所有結果均在普通模式下查找存在缺陷的位置。進行Move to Start處理,并在map_cl_01模式下觀察道路層狀結構的完整性。在map_cl_01模式下路面瀝青面層呈藍色,墊層呈紅色,基層呈現紅藍交替的層狀結構。這種現象是由于瀝青面層與墊層介電常數差異較大,且墊層介電常數大于瀝青面層,反射雷達波反相且反射強烈。
02～05線:02～06線典型區段如圖4所示。02～06線不存在明顯的缺陷,圖中可見,地基層厚實,反射強烈,同相軸連續,說明路面下結構狀況良好。
06線:06線位置如圖5所示。06線自起始點12米以后的部分尚在施工,路面未鋪裝。從圖5中可以看到在12米處雷達圖像出現明顯的跳動,且同性軸出現錯位,與實際情況符合很好。
07～09線:07～09線位置如圖6所示。07～09線不存在明顯的缺陷,其典型區段如圖6所示。圖中可見,地基層厚實,反射強烈,同相軸連續,說明路面下結構狀況良好。
10線:10線位置如圖7所示。從圖7中可見,在路面下距起始點7m存在疑似金屬管線物體,物體呈現正相雷達反射且反射強烈,反射曲線呈近似雙曲線,圖中13.5～16m處0.5～1.5m深處存在似高含水區。其它位置雷達探測圖如圖8的典型區段。從圖8中可見,同相軸連續,說明路面下結構狀況良好。
三、結論
根據以上的雷達探測圖像分析并結合已有的對垂直于行車方向進行探測所得結果得出如下結論:該橋橋臺后背基本完好,部分存在疑似沉陷、松散、高含水等區域等缺陷。該探測結果與后期鉆孔取樣所得結果符合很好。因此,本次地質雷達探測是成功的。
地質雷達探測具有經濟,高效,非破壞性等優點,探測精度高,分辨率高。在公路橋橋面破損長期動態監測方面必將有廣泛的應用前景。
參考文獻
