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作者简介：刘鑫（1980-），女，黑龙江佳木斯人，黑龙江科技大学电气与信息工程学院，讲师；
赵志信（1979-），男，黑龙江哈尔滨人，黑龙江科技大学电气与信息工程学院，讲师，哈尔滨工业大学电子与信息工程学院博士研究生。
基金项目：本文系黑龙江省教育厅“十二五”规划课题“EIP-CDIO在电磁场与微波技术类课程教学中的应用”（课题编号：GBD1212069）、黑龙江省高教学会十二五规划课题“EIP-CDIO 模式下电磁场与微波技术类课程教学改革探讨”（课题编号：HGJXH C110902）、黑龙江科技大学教研项目的研究成果。
中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0073-02
“电磁场与电磁波”课程是通信工程专业的一门专业基础课。它是在“大学物理”（电磁学）课程的基础上进一步研究电磁场与电磁波的基本属性、描述方法、运动规律、与物质的相互作用及其应用。“电磁场与电磁波”是“微波技术”、“移动通信”、“光纤通信”等相关课程的前续课程，可见该课程在通信工程专业课程体系中的重要性。学生在学习本门课程时普遍反映难度很大。以下针对本课程的特点，就教学内容和方法进行探讨。
一、“电磁场与电磁波”课程特点
1.所需基础知识面广
“电磁场与电磁波”课程是以高等数学、大学物理、复变函数等课程为基础，所涉及的内容很广。因此要想学好这门课，必须有很好的数学和物理基础。
2.推导多、计算难
“电磁场与电磁波”课程中所涉及的公式和推导很多且计算难度大，许多结论是由推导总结而得到的。推导中需要用到大量的矢量运算、微分方程、积分方程等，过程非常复杂。
3.课时少、内容多
由于教学大纲的重新修订，“电磁场与电磁波”课程的学时由54学时调整为45学时，但教学内容并没有做大的调整，主要包括静电场、恒定电场、恒定磁场、静态场边值问题、时变电磁场、平面电磁波、导行电磁波等。[1]
二、教学内容和方法的研究
1.针对不同的学生讲授不同的内容
笔者所在高校通信工程专业学生分为二本生和三本生，二者在教学计划中的差别之一是三本生在“电磁场与电磁波”课程后没有“微波技术”课程。这就要求针对二者在教学内容上有区分。导行电磁波在“微波技术”课程中会有深入的讲解，因此针对二本生可以不讲授这部分内容，针对三本生则需要讲授。
2.理清思路，围绕“一条线”展开电磁场理论教学
学生在学习“电磁场与电磁波”课程时感觉内容多且条理性差，在课上对于讲授内容不知如何定位，不了解各个章节之间的关联，这就导致学生思路不清晰，进而产生厌学情绪。针对这一情况，在上课时要给学生理清思路。
针对《电磁场与电磁波》教材，[2]说明其章节安排。教材分为数学和物理基础部分（第1章）、电磁场部分（第2-5章）和电磁波部分（第6-8章）。电磁场根据时间变化特性可分为静态场（第2-4章）和时变场（第5章）。静态场包括静电场、恒定电场和恒定磁场。电磁场部分围绕亥姆霍兹定理展开研究，亥姆霍兹定理讲述的是在空间有限区域的任一矢量场由它的散度、旋度和边界条件唯一确定。[2]亥姆霍兹定理说明研究一个矢量场必须要研究该场的散度、旋度和边界条件，而场的散度、旋度又构成场的基本方程。此外，研究场时还可以借助辅助量，辅助量一般为位函数和场能量。因此，电磁场理论的“一条线”可以归纳为“基本方程（散度、旋度）—边界条件—位函数—场能量”。表1以边莉编著的《电磁场与电磁波》教材中静电场、恒定磁场和时变电磁场为例说明“一条线”对应的内容。由于恒定电场与静电场有可比拟性，因此对于恒定电场可以采取与静电场相比较的方法来教学。学生通过表1对电磁场理论部分的主要内容能够产生较有条理性的认识，在上课时知道所学知识在整个电磁场知识体系中的位置，学习时不会抓不到头绪。
3.教学中结合实际应用，培养学生初步的科研能力
由于电磁场与电磁波理论性强，在教学中要结合实际讲解理论，例如讲授电磁波在介质中透射时，解释日常用到的微波炉工作原理。微波在穿过有耗介质（含水分子的食物）时，使水分子产生“共振”现象，水分子之间发生激烈的摩擦和碰撞，进而产生热量，加热含水的食物。在学生的学习过程中教师不断地解答现实中的各类现象，可以促使学生激发更强的求知欲，从而使学生能够主动地学习。
除了课堂上的教学要结合实际应用外，还应鼓励学生课后以课程中的某一个知识点为出发点，查阅相关科研文章。例如，讲到电磁波在介质中传播特性时，结合黑龙江科技学院矿业特色，要求学生下载并阅读文章《“电磁场理论”课程教学中两个实例的应用》，[3]并要求学生回答手机能否应用于煤矿井上与井下的透地通信。学生通过对文章的查找、自学，对知识点做进一步的掌握，可以从中获得成就感，同时有益于培养学生初步的科研能力。
4.多媒体教学与板书相结合
传统的黑板板书教学的优点是教学速度较慢，留给学生思考的时间较多，使其能跟上教学进度，学生注意力容易集中。它的缺点是耗时多，且不容易展示图片，对动态显示更是无能为力。多媒体教学的出现弥补了板书教学的缺点，例如法拉第电磁感应定律、均匀平面波极化和传播等等通过多媒体可以动态地演示给学生，增强学生的理解能力，加深学生的印象，提高教学效果。
多媒体教学方法虽然优点多，但不能一味使用而放弃板书。多媒体反映的信息量大，教学速度快，如果大量使用多媒体会使学生跟不上教师的节奏。一旦听不懂，学生会厌倦学习，形成恶性循环。因此，采用多媒体与板书相结合的教学方式更适宜。对于重点内容还是使用板书比较好，过于烦琐且只需了解的推导过程、例题题目、图片、动态演示等采用多媒体比较适合。
5.教与练并重，认真批改作业
在“电磁场与电磁波”的教学中，有必要给学生留一些课后的作业，从而巩固课堂上的学习。学生在课堂上听懂教师的讲解，通过课后的练习将课堂上知识的掌握情况反馈给教师，使得教师更好地掌握学生的薄弱环节，在课堂上予以重点讲解。从作业情况看，部分学生学习态度不端正，抄袭他人作业，这样会导致教师对学生掌握情况的判断出现错误。针对这种情况，有必要在第一次作业中找出作业雷同的学生进行谈话，必须在抄袭刚一出现时就将其遏制在萌芽状态。笔者在教学中针对作业抄袭情况采取过上述办法，个别抄袭情况还存在，但总体上明显下降。
6.健全考核机制
为了加强对教学过程的监管，采用8+2的考核机制，即总成绩中期末考试占80%，平时成绩占20%。平时成绩包括课堂表现（出勤、课堂回答问题等）、作业和期中考试。平时成绩的考核可以使学生提高对课程的重视程度，必要时可以采取一些压制手段。例如课堂提问回答错误的学生扣1分，回答正确加1分。这样教师可以向不认真听课的学生提问，提醒其集中注意力。而回答问题的正确与否关系到期末成绩，所以回答错误的学生会期望在下一次被提问时能够回答正确而补得1分。通过这种方式可以有效地管理表现不理想的学生。
期末考试采取闭卷考试方式，而期中考试采取“一张纸开卷”的考试方式。所谓“一张纸开卷”是指在考试时学生可以参考自己带的一张A4纸进行答题，考试前学生可以在纸的正反面手写与课程相关的任何内容。“一张纸开卷”，有效地督促学生对上半学期所学知识进行归纳和总结，教师通过一张纸的书写内容以及答题情况对学生上半学期的学习情况有所掌握，考试过后可以针对学生普遍没有掌握好的知识点重新讲解。教师针对这些内容可以反思教学方法的不足之处，以便在新一轮上课时有所改进。此外，通过期中考试教师可以在下半学期对成绩不好的学生加强管理。考试题目题型应该多样化，包括是非判断题、选择题、填空题、计算题、证明题等题型，从多方面考核学生。
三、结束语
“电磁场与电磁波”课程理论性很强，存在着教师难教、学生难学的情况。我们在注重培养学生的学习兴趣的基础上，把教学内容归纳成一条主线，教学中结合实际应用，培养学生初步的科研能力，多方面对学生进行考核。从学生的反馈情况来看，这些做法取得了一定的成绩。
参考文献：
[中图分类号] R593.22 [文献标识码] A [文章编号] 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
电磁波层次成像技术是在医学层析成像技术理论上发展起来的，结合了层析成像技术和电磁波勘探技术的特点，具有探测精度高、信息量大的优势，因此在地质体内部结构的勘测中应用也越来越多。电磁波层析成像技术最初于上世纪二十年代在前苏联进行研究，至七十年代美国开始应用于钻孔间的探测等。直到上世纪八十年代，在我国的一些高校才开始对该技术进行研究，现在，高技术已经在石油、金属矿、地下水、岩溶、桩基等领域内广泛使用。电磁波层析成像技术主要涵盖电磁波系数层析成像、电磁波走时层析成像或电磁波相位层析成像，因此文章针对该技术在复杂高边坡工程地质勘察中的实际应用进行分析。
1 电磁波层析成像技术
电磁波层析成像技术，简称EMT，是根据医学中的CT技术发展而来，电磁波勘探是利用电磁波在介质中传播的速度以及衰减性来判断介质的分布及存在，通过一定频率的电磁波对地质体进行扫描，然后利用根据系统接收到周围不同方向的电磁波波场性质，进行计算以及图像重建，从而得到地质体内部的结构构造分布及其性质。在工程中，通常是利用介质对电磁波的衰减吸收系数对地质体中电磁波的传播特性指标进行定量，例如完整的岩体、坚硬的岩体中电磁波的吸收系数低，完整性越差、如溶洞、断裂带、裂隙带的电磁波波速低，吸收系数高，通过对吸收系数的分析，真实的反映出地质发育的空间分布特征。
2 边坡工程场区地质条件
本工程为一处废弃矿山高边坡工程，高度100米左右，计划在此地利用边坡建在摩崖石刻。工程影响深度约50米，工程的规模、设计位置及建造工艺均与边坡内部岩体的完整性、岩溶及断裂构造等相关，对钻探工程也有特殊要求，所以，必须对以上一方面的因素进行详细的勘测。根据地质调查与钻探资料显示，场区近地表地层为第四季松散堆积物，下部为石炭系船山组灰岩，岩体内存在发育良好的裂隙岩溶，节理发育完整，如图1，对岩溶裂隙的分布与发育影响较大，造成沿线地质异物和周围岩物性质存在较大的差异，特别是溶洞内充满黏性土、裂隙内充水等现象，电磁波在穿过这些地质体时，有明显的衰减，吸收系数变化明显，为电磁波层析成像技术的应用提供了条件。
3 电磁波层析成像测试
测试采用国产JWQ-5地下电测波法采集系统，在钻孔中分别放置发射机与接收机，固定发射机，接收机沿孔壁上下移动扫描，发射点与接收点密度都是1米，孔间距不大于25米。进行现场测试时，电磁波透视的分辨异常和距离都受工作频率的影响，高频率下，穿透距离短，但是分辨率高，经过测试，选择8MHz的发射频率，既保证有足够的穿透距离，又保证有较好的接收质量，本测试对现场10组孔间进行电测波层析成像的测试。
4 ZK7-ZK3-ZK13-ZK5-ZK11电磁波层析成像地质解释
该层位于边坡外侧与边坡近乎平行处，是该工程最重要的探测剖面，沿着剖面穿越坡体的上部，有多条溶蚀裂隙发育。在孔ZK3-ZK13处，高程大于112米时，吸收系数范围基本高于0.80nB/m，说明该处的裂隙发育较好；而高小于112米时，吸收系数基本在0.5-0.80 nB/m之间，说明岩体的整体性较完整；高程小于104米时，吸收系数低于0.5 nB/m，说明岩体的完整性较好。在浅地表处吸收系数较高的位置，表现出高异常特征，呈块状分布，因此可能存在溶蚀、断裂发育。高程在113米时，有明显异常体，呈块状分布，因此可能存在溶蚀、断裂发育，如图2所示。而在113米到114米附近突然变高，说明该深度处存在严重的溶蚀带。
从上图可以看出，ZK13和ZK5间存在三处电磁波衰减异常带，高程在108米处有吸收系数呈带状分布的异常带，可能是受溶蚀发育的影响。在ZK13以东出现吸收系数较高的异常带，说明其裂隙、溶蚀发育较好。同时根据电场衰减曲线观测结果，在112米高程上的衰减偏高，也就说明该处肯定有裂隙或溶蚀发育。在ZK5以东大概16米处，有高异常带分布，这与溶蚀现象有直接的关系，根据吸收系数的变化，以及在114米处的电场剖面严重衰减的现象出现，可以反映出和溶蚀槽RSC5的影响有关。综合进行后，可以确定溶蚀裂隙槽向下延伸至标高105米附近，影响的宽度大概在1-1.5米。
5 电磁波层析成像探测的规律
通过对作业区10组孔间的电磁波吸收系数进行探测，用所得到的探测结果和其它方法得到的结果进行对比可以发现，在场区内将破碎-极破碎岩体、裂隙发育-强发育带的吸收系数视为大于1 nB/m，较破碎、较发育带以及溶蚀带的吸收系数视为0.75-1 nB/m之间，而局部裂隙带、较完整的wanting吸收系数范围为0.55-0.75 nB/m，完整岩体吸收系数范围为0.1-0.55 nB/m；而冲水溶洞或填充黏土的裂隙以及破碎带的吸收系数为0.95-1.5 nB/m之间，呈现出高异常孤立体、构造破碎带及裂隙发育带表现为高异常体，呈现出带状或条状分布。
岩体整体的破碎程度可以用电磁波同步测量曲线的形状变化进行宏观的反应。通常，曲线 向右偏，表明吸收系数相对较大，存在大规模的溶洞或裂隙发育，如果曲线向左偏，表明此处岩体较为完整。岩体完整性的垂向变化规律可以由各剖面电磁波吸收系数成像剖面的垂向变化宏观反映出来。在存在溶蚀槽、溶蚀裂隙带以及溶洞等构造发育的时候，岩体的电磁波衰减一般比较强烈，岩体较为破碎，岩体结构以及完整性的变化通过其它探测方法测得结果与电磁波层析成像探测的结果相似性较高。
6 结论
将钻探技术与电磁波层析成像技术相结合，能够对岩体中的溶洞、断裂破碎带及裂隙发育带的分布特征及发育程度有效的进行探索，两种技术是互补的关系。根据探测结果表明，高程在108-112米以上的岩体发育有岩溶、节理裂隙，岩体较破碎；高程在100-112米范围内的岩体较完整；高程在90-85米以下，岩体完整，结构均匀。根据电磁波层析成像技术的应用，能够对勘测区域的地质构造以及发育特征有效的进行探测，从而为工程建造提供科学的参考依据。
参考文献：
[1]张旻舳，师学明.电磁波层析成像技术进展[J].工程地球物理学报，2009（4）.
[2]杜兴忠，曹俊兴.电磁波层析成像在岩溶勘查中的应用研究[J].工程地球物理学报，2008（5）.
[3]井西利，杨长春，王世清.一种改进的地震反射层析成像方法[J].地球物理学报，2007（6）.
中图分类号：TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）04-0792-03
电磁场与电磁波课程是电子信息科学专业学生必修的一门重要的专业基础课程，该课程理论性强，相关定理模型抽象。由于电磁场、电磁波看不见、摸不着，传统教学基本依据公式推导出其传播特性、存在状态等特性，抽象的定律、严密的数学推证令学生望而生畏。整个教学过程既难教又难学，而近几年该课程在教学内容不变的情况下课时却不断被压缩。因此，如何在教学过程中把握重点、弱化数学比例、优化课程结构成为课程改革重点。
结合长期积累的教学经验，修改教学文件，将仿真软件引入电磁场与电磁波的教学中，把课程中抽象概念定理以三维模型的形式直观的展示给学生；利用软件模拟各种电磁波分布形式、波导结构和自由空间电磁波的特性等，并能动态模拟电磁波的传播和辐射特性；利用软件简化数学计算，减少公式推导过程；还可以设计电磁仿真实验，把理论教学和仿真实验教学有效结合起来，加深学生对理论知识的理解，收到了较好的教学效果。
1 仿真软件在教学中应用
1）基本概念、定理定律的仿真演示。本课程涉及较多的定理，库仑定律、安培力定律、高斯通量定理、安培环路定律等定理是研究电磁场的基础，电磁场的理论基础麦克斯韦方程组也是由这些定理上推导总结出。以往在讲解过程中，公式繁杂， 推导多， 学生用大量的时间理解定律模型、复习数学知识，浪费大量学时，反而忽略了对概念本身的理解。利用仿真软件将这些定理动态演示，将复杂的电磁场理论通过演示的方式表示出来，结果清晰、直观的表现出了各种电磁场模型的特性，形象、直观、便于理解，它不仅可以激发学生的学习兴趣，而且加快学生理解速度提高了教学质量。
2）电磁场和电磁波的存在形式、特性分布等内容的图示化。课程中涉及较多的求解场量分布、特性等内容，以往教学中推导出结果都是数学公式，对数学知识薄弱和空间思维差的学生而言整个教学过程就像解数学题、而与场无关。我们利用软件将常见的场量分布形式图形化，根据源的不同分布求出不同场图，绘制矢量线（电力线、磁力线）、等值线（等位线）、箭头图等，以帮助学生更好地理解场。例如电偶极子的电场分布、同轴电缆电场分布、均匀平面电磁波传播、球面电磁波传播、矩形波导传播时电磁场特性等。
3）计算方式的简化。课程在求解问题时，经常会涉及复杂的数学计算过程，利用软件强大的仿真功能，将计算过程简化，运用符号运算功能进行数学公式推导，根据数值计算功能进行习题求解等，节约授课时间，提高教学效率。如电磁场中梯度、散度、旋度问题、求静态边值时有限差分法、有限元法、镜像法等。
2 具体应用实例
随着计算机的快速发展，近几年出现了大量的电磁场和微波电路仿真软件，如美国ANSOFT公司的HFSS（高频电磁场仿真）、MATLAB、ANSYS等软件。这些软件功能强大、界面友好，编程简洁、效率高，特别适合于教学演示和学生实践，用户可以在短时间内掌握其主要内容和基本操作。下面我们简单介绍几个具体应用实例：
1）镜像法
镜像法是一种求解边值问题的间接方法，其基本原理是：用放置在所求场域之外的假想电荷（即像电荷）等效的替代导体表面（或介质分界面）上的感应电荷（或极化电荷）对场分布的影响，从而将求解实际的边值问题转换为求解无界空间的问题。利用软件仿真孤立电荷产生的场和像电荷产生场以及叠加后的场，电荷电量、导体半径等参数可根据实际情况输入。下图为半径为2电荷为4时产生的场图。
2）矩形波导传播
课程在讲解矩形波导传播时，电磁场分量公式表示如公式所示。
让学生根据公式理解其传输特性比较困难。通过Matlab 计算并绘出任意时刻金属矩形波导的主模 TE10 模的电磁场分布图，直观的展示了波的传输特性。
3）有限差分法求电磁场静态边值
有限差分法是求电磁场静态边值问题的一种数字计算法，把连续空间离散化，空间离散化越细，解的误差越小，其计算量就越大，就使课程中大量时间用在处理数据上。而利用matlab编写程序，根据已知条件自动生成矩阵数据，绘制电场和电力线图形，使讲解过程清晰明了。
3 结束语
本文根据电磁场与电磁波少学时、概念抽象等特点，将仿真软件强大的计算与图像功能运用于电磁场与电磁波的教学中，使电磁场与电磁波分析研究问题简单方便，帮助学生直观的分析和理解课程内容，不但能大大加深学生对抽象电磁场问题的理解，激发学生的学习兴趣，而且也提高了学生对工程软件的实际应用能力，取得了很好的教学效果。对提高教学效果具有非常重要的意义。
参考文献：
[1] 陈其昌.MATLAB在射频电路设计中的应用[M]. 北京：电子工业出版社，2013.
【中图分类号】G718.5 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）01-0209-02
引言
随着微波、磁场技术的广泛应用，电磁场、电磁波知识的教学成为了当前高职物理课程教学的重点内容。尤其是对于高职学校机电专业学生而言，电磁场与电磁波教学尤其重要，是必不可少的内容。但是近几年来，随着高职院校的扩招，高职学生的学习能力不够高是客观问题，所以在高职物理教学的过程中保证高职学生高效的学习尤为重要。本文将从高职机电专业物理教学实际出发，探讨高职物理课中电磁场与电磁波教学的具体策略，希望能为提高高职物理课程电磁场与电磁波教学水平起到一定的积极作用。
1.高职物理课程中电磁场与电磁波内容的特点
电磁场和电磁波是高职物理课程中包含丰富的数学和物理知识的部分课程，是高职物理课中难教、难学的一部分。该部分内容不但具有较强的理论性，同时还具有数学推导过程繁琐、概念抽象等特点，这就要求学生在学习过程中应该具有较强的抽象思维能力、空间想象能力以及逻辑推理能力，在学习的过程中采用多样化的分析方法。毋庸回避，而这对基础不是很扎实的高职学生具有一定的难度。加之，由于高职物理电磁场和电磁波的部分实践教学成本较高，教师在教学过程中就忽略了这部分实践教学内容，导致学生在实际的学习过程中对学科知识难以理解和掌握，导致学生对电磁波和电磁场的相关知识理解不够深入，难以融会贯通。
例如，在电磁波与电磁场的教学过程中，通常是以麦克斯韦的电磁场基本理论为基础，在此基础上分析并论述“电磁场与电磁波”的相关内容。在该部分内容的学习过程中，由于学生物理、数学知识以及抽象思维能力的不足，导致学生在理解电磁理论方程的过程中出现了似懂非懂、知其然而不知其所以然的问题。这些特点都要求对现代高职物理教学方式进行改革。
2.教学方法的选择
在采用传统的教学方法过程中，高职物理课中的电磁场与电磁波教学主要注重理论教学，而实践教学内容所占的比例相对较小。这首先给学生形成了一个该部分内容实用性不强的印象，导致高职学生完全失去了学习动力。同时，该部分内容还存在着考核内容较为单一，绝大部分情况是通过笔试考试分数决定考核成绩，没有对高职学生的动手能力进行锻炼与考核。基于此，在高职物理课中的电磁场与电磁波教学过程中应该从以下几个方面着手改革：
2.1 将提高学生兴趣作为主要目标，以实践应用作为教学组织的主要内容
在教学过程中，从机电专业工程应用以及工程实践的角度出发，以具体的实际问题为突破口，对课本的内容进行讲授，采用理论联系实际的方式，极大地激发学生的学习兴趣。在教学过程中注重理论知识以及理论知识在实际生活中的应用实例介绍，诸如电磁场理论在现代通信卫星、电磁波技术在医疗、生物及化学等多个领域的应用，提高学生的学习兴趣。
2.2 充分利用现代信息网络，持续更新教学内容
随着现代电磁技术的迅速发展，高职物理教学内容应该在基础内容和知识方面进行持续的更新，尤其是在电磁技术的应用方面，应该通过持续更新的方式方能充分提高学生的学习兴趣。对于更新教学内容的方式，利用现代信息网络是一个有效的途径。这不但要求教师在教学过程中充分应用信息网络，同时还应该积极地引导学生正确合理地使用网络资源，对电磁学科发展与应用的最新动态予以认识。教师在教学的过程中则重点关注电磁技术的发展现状，在对原有经典理论知识进行分析、讲解的同时，适当地增加新的理论及应用技术，对教学讲义进行持续更新、充实和完善。
2.3 淡化理论公式的推导过程
电磁波理论公式的推导是一个较为复杂而繁琐的过程，它对高等数学以及电磁学等都有较高的要求。但是，从高职学生的实际情况以及学生工作过程中的实际应用来看，学生只需要对各个微波元器件的工作原理进行了解，在此基础上对元器件的内部结构与尺寸等进行适当改进即可，并不需要太多的数学理论知识。因此，高职教师在教学的过程中可以适当地对理论公式予以淡化，这样不但消除了学生畏难的情绪，同时也提高了学生的学习积极性。
2.4 综合采用多种教学方法
当前高职物理教学过程中，主要采用的教学方法包括利用仿真软件教学和多媒体教学两种主要的方式。其中，仿真软件教学方式给学生提供了一个真实的数字平台，学生能够通过软件设计出元器件。在教学中充分的利用仿真软件可以有效的缩短电磁理论计算的时间，同时还可以显著的提高学生的设计能力。
而多媒体教学具有图、文、声并茂的教学特点，所以在教学过程中适当的应用多媒体来表示电磁波元器件的外部特点及内部结构特征，通过短片、动画等形式使得学生能够对课本上的理论知识形成一个更加深刻、直观的理解。
同时，对于条件不够成熟的高职院校而言，在教学的过程中可以通过形象化的教学方式提高电与磁物理教学的水平。例如，在教授“运动的电场产生磁场”的教学内容方面时，长直导线长为L，其中通过电流I，则与导线距离为r处的磁通密度为B，
这时，长直导线周围的磁感线应该是一个沿着垂直导线平面内的同心圆，可以采用右手螺旋定则的方式予以表示，可以用图1表示。
而从形象化教学的角度出发，设想伴随着运动电荷产生了一个运动的电场，而运动的电场又会产生一个运动的磁场。如图2所示，当载流导线的电子以速度做定向运动时，导线截面中的正离子被认为是静止不动的，而正离子所产生的静电场与电子产生的静电场则出现相互抵消的现象。但是，由于正离子静止不动，导致运动电子所产生的电场并没有被抵消。然而，由于正离子没有运动，从而伴随运动电子的运动电场所产生的磁场没有抵消。这时，在导线长为L，半径为r的圆柱面之上，导线的线电荷密度为ρ，则在该圆柱面上所产生的电通量是：
电通量=E×S=E2πrL。
由高斯定理有：
则与导线相距πr距离的运动电场的场强E=。
2.5 积极开展互动式的教学方式
在新的教学理念之下，学生是整个教学过程的主体。因此，教师在教学过程中通过互动式的教学方法，让学生带着自己的知识，经验、思考、灵感、兴致参与活动，这样可以为他们萌发创新意识，培养创新能力提供良好的契机。为了形成较好的学习氛围，应该鼓励学生提问。教师可以在电磁场或者电磁波结束之后进行分组讨论，通过这种方式能有效的提高他们学好高职物理课程的积极性与信心。同时，教师还应该强化教学实践环节，通过实践教学活动提高学生对知识的理解与巩固，锻炼学生的整体应用能力，提高学生解决实际问题的能力。同时，及时的更新课程内容，对教学讲义进行逐步的完善，带动学生的学习兴趣。由于高职物理的理论性较强，因此在教学的过程中还可以采用上述形象化的教学方式来加强学生对理论知识的理解，并结合实验课程增加学生的感性认识，加深学生对所学习内容的理解与掌握。
2.6 对教学内容进行精心设计
电磁场与电磁波的内容具有理论性较强、内容枯燥以及思维抽象等特点，导致学生难以提起兴趣进行深入的学习，在学习的过程中容易出现走神等现象。这时，教师应该以提高学生兴趣为首要目的，对教学内容进行精心设计，这一点尤为重要。在实际的讲授过程中，将重点放在电磁学的基本概念以及基本理论的阐释方面；而在实践课程的教学过程中，结合课程教学的主要内容，精心设计几个经典的案例，在每次课程进行之前都从工程实际出发，提起学生的学习胃口，接下来的课程教学内容自然能够达到预期的效果。
结语：
本文在对高职物理课程中电磁场与电磁波的教学特点进行论述的同时，对高职物理课程电磁场与电磁波的教学策略进行分析。同时，以具体的教学内容为例探讨了电磁场与电磁波的教学策略，对提高高职物理课程中电磁场与电磁波的教学水平具有一定的积极作用。
参考文献：
作者简介：张平娟（1981-），女，安徽怀远人，安徽科技学院机电与车辆工程学院，讲师。（安徽 蚌埠 233100）
基金项目：本文系安徽科技学院教研项目（项目编号：X201095）的研究成果。
中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）30-0048-01
一切电现象都会产生电磁场，而电磁波的辐射与传播规律更是一切无线电活动的基础。电磁场与电磁波广泛应用于现代电子通信技术领域。“电磁场与电磁波”是多种学科的交叉点，它不仅是微波、天线、电磁兼容的理论基础，而且各种现代通信方式，如光纤通信、移动通信、卫星通信以及电视、雷达等各种专门学科都是以电磁波携带信息的方式来实现的。广泛应用的超小超薄的大规模集成电路更是充满了电磁场的问题。由于“电磁场与电磁波”是众多学科的理论基础，从而成为相关专业课程建设非常重要的环节。
“电磁场与电磁波”课程理论性、系统性很强，逻辑严谨，学习它不仅可以获得场和波的理论，而且有助于培养正确的思维方法和分析问题的能力。
但是就是这样一门课程历来被公认为是一门难教、难学的课，电磁场与电磁波课程教学现状：电磁场与电磁波课程主要涉及电磁场的源与场的关系，电磁波在空间传播的规律，电磁波的产生、辐射、传播、电磁干扰、电磁兼容以及电磁理论在各方面的应用。主要有以下几个特点：该课程理论性强，概念抽象，数学推导繁多；教学计划修订后该课程的教学学时被压缩，既要在教学计划学时内完成教学内容，这就会使每节课的上课内容增加；课程涉及的知识点多，包括时域、频域、空域和极化，相应的物理量需用复数来表示。这就要求学生有复变函数、矢量分析和场论的基本知识。
基于现状，笔者结合自身教学实践，就教学内容和教学方法的改进方面提出了一些见解，希望和同行进行交流。
一、教学内容优化
1.根据课程需要，合理进行学时分配
电磁场与电磁波是在公共课程大学物理基础上开设的，大学物理的下册电磁学理论部分已经包括了真空和介质中的静电场、恒定电流场和恒定磁场、电磁感应现象，并做了详细的讲解，对麦克斯韦方程组也进行了简单介绍。与“电磁场与电磁波”相比较发现两门课程在内容上有较多的重复，但是大学物理侧重于静态电磁场以及电磁场的物理性，应用对象以物理为主，而“电磁场与电磁波”在内容上有了较大的扩展，不仅包括静态场还有时变场以及电磁波的发射传播、传播和接收，更注重时变的场和波，应用对象以通信、电视、雷达遥感等和电磁波的发射、传输和接收相关的技术领域。在课程的讲解过程中还要根据实际情况调整各章节的学时，静电场部分在大学物理中详细介绍，在这里可以适当压缩，由于时变场是本课程的重点，应当增加学时，使学生能够更加深入理解电磁波传播的特性，掌握时变场的分析方法。无线传输的在现代自动化控制系统中的应用越来越广泛，这就使得电磁波的发射和接收成为其中主要的部件之一。天线是完成电磁波发射和接收的功能元件，因此应增加此部分内容的讲解力度，保证与后续的专业课程衔接。
2.注重矢量分析与场论知识的讲解
在课程的开始，教材一般会安排矢量与场论部分的知识，因为这部分知识是用来研究电磁场的重要工具。学生虽然在“电磁场与电磁波”课程之前也有过矢量分析、场论以及电磁场理论分析中使用的一些特殊函数，但是学得不够深，有的已差不多忘记，所以在介绍电磁场内容之前要把这部分知识讲透彻，这样才能使学生后面的学习轻松些，而不是开始就一头雾水，之后就完全跟不上。
二、教学方法探讨
教学过程是课程教学效果的关键。长期以来，对于“电磁场与电磁波”这样理论性较强的课程教学都是老师在台上讲、学生在下面听，为了在有限的课堂教学时间内完成教学计划的全部内容，教师基本上是满堂灌，但是实际效果往往不是很理想，就个人教学的实际得到一些教学方法上的体会。
1.教学手段更新
“电磁场与电磁波”之所以让教师感觉难教、学生感觉难学，是因为本课程基本上用数学语言来描述物理现象，讲解过程中用到拉普拉斯方程、泊松方程、散度、梯度、旋度等大量的数学知识。在传统的板书教学中，公式推导就会占用大量的时间，降低课堂讲授效率，也使得学生感到枯燥、乏味，而且板书教学不能把抽象的物理概念、模型很好地显示出来，现代多媒体技术能够弥补板书教学的缺陷。首先，可以把重要的理论推导事先通过公式编辑器编辑好，在上课时重点讲解难点，这样就可以节省了课堂时间，提高了效率。另外，还可以借助一些软件，比如MATLAB、FLASH来画点位分布、时变场分布图等，还可以进行一些仿真。把抽象的概念变得直观，增加了学生学习的兴趣。在教学上采用板书和多媒体的有机结合，使课堂教学快慢有序，更好地提高教学效果。
2.增加应用背景介绍
随着科技的发展，电磁场理论在工程实践、科学研究和家庭生活中应用越来越广泛，在教学的过程中若能有意识地利用好这些教学实例，在课堂上提出一些问题：飞机为什么可以隐身？微波炉为什么不能用金属器皿？短波收音机为什么在晚上收到更多的台、电磁炉的工作原理等，就可以让学生带着问题学习，充分认识课程的重要性，提高学习的主动性，让他们在理解基本点的同时激发学生学习的兴趣。另外，在教学过程中也可以让同学们通过一些实际应用课题及时了解学术动态，提高自学能力和学习效果。
3.简化数学推导，及时归纳总结
当学生拿到教材看到尽是数学推导时就会产生厌恶感，另外，有的同学会从高年级同学那里得知这门课程很“难”，便会在心理上排斥。针对这种情况，笔者采用的是简化数学推导、重思路分析和结果的方法。这样就不会有繁琐的数学公式推导。在教学内容上对一些知识点，比如恒定电磁场部分的静电场和恒定磁场以及恒定电流场、静态场中的极化和磁化、时变场的中的时变电场与时变磁场之间有些对偶知识点要及时总结归纳，并与相对应的一些知识点比较，这样可以增加记忆效果。
4.增加习题训练，提高分析能力
在教学过程中，经常会听学生说“老师上课讲的都懂，可是不会做题”，这是历届学生中普遍存在的现象。因为电磁场不是单纯的数学问题。在教学中老师要及时掌握学生的学习情况，并调整教学进度。讲解知识点的时候要及时进行总结，讲解例题并归纳解题方法，多做课后习题，及时辅导。电磁场这门课程还存在教学内容多而教学学时少的矛盾，可以借助网络来进行交流。
5.提高教师的自身素质和教学水平
在教学中提倡互动，但教师仍然是占主体地位的。只有教师的自身素质提高了才能有效地改善教学效果。首先，教师要热爱所从事的教育事业，把全部精力投入到教学工作中。教师要经常通过进修的方式提高自己的知识水平，通过和学生互动以及教师间的交流发现教学中的不足并能够及时改正。教师还应在教学中加强教学管理，不断地完善教学资料，建立习题和试题库，注重教学研究和与兄弟院校间的交流，不断地提高教学水平。
三、结束语
电磁场是电类专业的一门核心课程，教学过程特点鲜明，如何组织教学非常重要。教学改革就是要重点提高学生的学习兴趣，在内容上使复杂的问题简单化，方便学生理解，互动地组织教学，有效提高学生应用所学电磁场理论知识解决问题的能力。
参考文献：
［关键词］电磁场与电磁波；教学研究；HFSS；实践教学
“电磁场与电磁波”主要研究电磁场和电磁波的基本概念、基本理论与应用。该课程主要从矢量分析入手，介绍电磁场中的静态场、时变场和电磁波的基本理论与特点，为“微波技术基础”、“天线与电波传播”、“射频电路”等后继课程的学习奠定必要的理论基础。但是由于该课程数学要求高、公式多、物理概念抽象、理论难以掌握，使学生在学习过程中力不从心，往往有畏难情绪在里面。特别是对合肥师范学院这种应用型二本高校来说，学生的基础相对重点院校的学生而言要差点，而且学习的自主性也欠缺，因此学习效果不是很理想，可能会有个别学生到学期结束都达不到这门课程学习的基本要求。如何做好应用型高校电磁场与电磁波课程的教学工作是比较紧迫的问题，需要花更多的心思和精力来探讨研究。笔者结合多年电磁场与电磁波课程的教学经验，有针对性的对课程进行改革，通过课堂上学生实时反馈情况对教学方式进行调整，结合应用型高校的实际情况探索该课程的教学。
1教学内容研究
本课程包括电磁场和电磁波两大部分。电磁场部分是在高等数学的基础上，运用矢量分析的方法，描述静电场和恒定磁场的基本物理概念、研究静态场的解题方法、以及在总结基本实验定律的基础上给出时变电磁场的基本规律。电磁波部分主要是介绍平面电磁波传输特性、电磁波在导行系统的传播规律及天线的基本理论。由于本校电磁场与电磁波课程只有48学时，需要针对应用型高校学生的特点分层次讲解课程内容，对理论性、逻辑性较强的知识点做选修处理，既满足大部分学生对基本知识点掌握的要求，又满足部分学生向重点高校考研的需求。将课程的必修知识点按照掌握、理解、了解三个层次具体划分为：掌握矢量运算，梯度、散度和旋度，高斯公式和斯托克斯公式，时变电磁场的麦克斯韦方程组、电磁波的波动方程等；理解电磁场的矢量位势和标量位、泊松方程、时谐平面电磁波、截止频率和谐振频率等概念；了解分离变量法、库仑规范、洛仑兹规范、滞后位等。而对镜像法、有界空间中电磁波的求解方法、电磁辐射等作为选修内容。做出以上的安排主要考虑下面两个因素：
一、有限的课时要优先考虑重点内容，对电磁场和电磁波涉及的核心知识点必须要详细讲解，比如散度、旋度、梯度、麦克斯韦方程组、波动方程、平面电磁波等，至少要花三分之一的课时结合多种教学手段让学生在理解物理概念的基础上掌握基本公式及应用。而对一些比较复杂的问题，如分离变量法、镜像法等知识点，通过弱化在总学时的比例或用选修的方式做简化处理；
二、由于我校电子信息工程、通信工程专业有电磁场与电磁波方面的后继课程－－－－专业必修课“微波技术”、专业方向课程“天线与电波传播”和“射频电路”，这些课程覆盖了“电磁场与电磁波”课程的不足，如有界空间中电磁波的求解方法、电磁辐射等知识点完全可以在后继课程中系统学习。
2教学方法研究
通过多年课堂教学的探索和总结，针对二本高校学生数理基础较薄弱的特点，同时为适应应用型高校的办学需求，为该课程制定一套教学方法，使抽象的概念形象化，难懂的公式物理化，知识掌握的系统化，最终将理论基础与实际应用密切联系，激发学生兴趣，培养学生探索性学习素养，启迪学生创新思想，促进学生知识拓展应用能力的提高。
2．1知识点形象化、系统化
在形象化讲解抽象概念的基础上，将相近或易混淆的内容做比较，通过列表的方式从物理概念、数学公式、适用条件等方面将概念进行区分，使分散的问题系统化，加深学生的理解和记忆。下面以三个度（梯度、散度、旋度）的讲解为例，说明该过程的具体实施。如何将概念形象化？例如在讲解梯度时，以温度场为例，介绍温度沿不同方向的变化率。该问题针对某一温度场中的山峰，甲、乙、丙三人分别从三个不同的方向由山脚爬到山顶，行程L分别是120km、100km、80km，其中丙是垂直路径，可以很容易算出三种不同方向的温度平均变化率ΔTL，其中丙方向的变化率最大。然后引导学生思考，如果是对温度场的某点A来说，平均变化率就变为温度沿三种方向在A点的变化率，表述为TL沿不同方向，自然引出方向性导数的概念。进一步提示学生，在所有方向的变化率中，总有一个方向变化率是最大的，这个值就是梯度的大小，这个方向就是梯度的方向，最终将针对标量场的梯度概念给完整引出。在系统讲解完梯度、散度、旋度后，用列表的方式对问题进行区分，找到三者之间的异同。
2．2HFSS软件实践教学
为改善比较死板的教学现状，同时贴合应用型办学思想，对该课程的一些知识点在理论推导的基础上用软件仿真的形式将无形的场结构有形化，加深学生对知识点的把握程度。工程上常用的HFSS有限元分析软件，对于一些典型的电磁场问题，如电场分布、磁场分布、电感、电容等，可以提供直观的场结构显示。下面就以半波偶极子为例，利用HF－SS软件建模仿真其空间辐射场结构。例：设计一个中心频率为3GHz的半波偶极子天线，计算其空间电场分布。传统教学过程是首先分析电偶极子的远区电场分布，通过在球坐标系中将电位函数高阶近似的方式推出电偶极子的远区场电场E＝－"φ＝p4πε0r3（2cosθer＋sinθeθ），其中p为电偶极矩；然后根据偶极子天线的对称性计算对称天线的辐射电场；最后计算3GHz下天线的辐射场分布和方向性函数。实践教学过程则是依托HFSS软件，通过建模仿真的方式直观的得到半偶极子场结构。设置扫频范围2．5GHz－3．5GHz，S11参数、方向图，以及电场分布。相比繁琐的理论公式的推导计算，HFSS软件实践教学方式更容易被学生接受，在掌握电场结构的基础上提高了学习兴趣，为以后的工程应用奠定基础。
3总结
“电磁场与电磁波”做为电子信息类、通信工程类本科专业的一门专业基础课，具有十分重要的核心地位。针对应用型高校如何实施教学过程是值得研究和探索的问题。本文从教学内容和教学方式两个方面，围绕教学做了初步探讨。经过实际教学检验，取得了令人满意的教学效果。
［参考文献］
［1］王士彬，张莲，万沛霖，包明．“电磁场”课程教学内容改革的实践［J］．电气电子教学学报，2006，28（5）：8－11．
［2］彭麟．中美高校电磁场教学比较研究［J］．中国电力教育，2014，312（17）：73－74．
［3］谢处方．电磁场与电磁波［M］．北京：高等教育出版社，2010．
［4］孙玉发．电磁场与电磁波［M］．合肥：合肥工业大学出版社，2006．
中图分类号：O441-4 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2015）21-0006-02
《电磁场与电磁波》是普通高等学校电子信息类、电气信息类专业本科生必修的一门专业基础课，该课程主要研究宏观电磁场的基本规律及分析计算方法，为采用“场”的观点解决实际电磁问题和今后在这一领域的继续深造打下较扎实的基础。随着电子信息和通信系统的发展，我国对电磁场与电磁波工程技术的研究也发展迅速。因此，为适应新形势下人才培养目标，如何在有限的教学时间内开好该课程是急需解决的问题。我们在课程教学过程中，努力摸索合适的教学方法，以期提高教学效果。
一、充分利用多媒体技术和网络资源
《电磁场与电磁波》课程涉及较多抽象理论、概念以及大量的公式、定理及复杂的计算过程，如果只使用传统的板书教学方法，学生普遍缺乏学习兴趣。而多媒体课件可以提供文字、图像和声音等多方面的信息，更以形象、生动、直观的方式展现教学知识点，有助于学生很快抓住学习的知识点。并且对于较为复杂的场，我们可以借助MATLAB、电磁仿真软件等进行仿真和数值计算，将场的分布等做成动画直观演示给学生，使抽象的问题形象化。教学内容以图文并茂的多媒体手段呈现，能从多角度吸引学生注意力，激发学生兴趣。且使用多媒体教学，扩展了教学内容，提高了教学效率。适当的板书教学配合形象生动的多媒体展示，可以达到最佳的教学效果。
随着互联网技术的飞速发展，网络教学资源越来越丰富，可以充分利用网络资源，扩展课堂教学空间，弥补课堂教学的不足。学生可上网搜索相关知识点，拓宽学习渠道，开拓学习思路，加深对课堂知识的掌握。还可将课程的资料上传至网络，让学生利用课余时间查阅、学习，方便学生课前预习和课后复习。通过网络途径，积极引导学生利用网络资源了解学科发展的最新动态以及热点问题，进行自主的探究式学习，将理论运用于实际。
二、教学内容体系的优化
从我校学生的实际情况出发，通过多方比较，我们最终选择了郑钧编著的《电磁场与电磁波》作为主要教材，该教材由浅入深，内容编排较为合理和连贯，理论的系统性和逻辑性较好。《电磁场与电磁波》课程是先修课程《大学物理》的延续，需注意前后课程的衔接，同时避免授课内容的重复性。以往课程教学中，根据教材的内容编排讲授会导致对静态场的授课时间较多，可是其基本理论学生在学习《大学物理》时却已学过，学生觉得没有吸引力，导致学习效果欠佳。时变场的内容是本课程的授课重点，同时也是考核的重点，课时却相对不足，很难保证教学质量和教学效果。因此，有必要对课程知识结构进行优化，缩减静态场授课学时，增加时变场授课学时，这样的课时分配更显合理性。对静态场的教学，教师以讲解重难点为主，学生课下自学部分内容为辅。时变场授课内容包括电磁感应、麦克斯韦方程组、波动方程，时谐电磁场，到平面波的传播及平面边界的入射，波导及天线，学时数的增多使得时变场的学习更为系统和全面，学生可以较为牢固地掌握时变场的分析思路和计算方法，从而系统地了解电磁场与电磁波的理论。
三、案例式教学，培养学生的创新能力
电磁场理论有广泛的应用背景，因此在课堂授课中教师可以增加与理论密切相关的应用背景知识，列举一些工程实践和日常生活中电磁理论应用的案例。案例式教学是将理论联系实际，让学生直接了解理论知识的实际应用，不仅活跃课堂的氛围，避免学生分散注意力，而且有助于开阔学生的思路，使学生充分认识到本课程的重要性，提高学习的主动性。我们选取了如电磁辐射与电磁污染、静电复印工作原理、医学中的微波治疗、磁共振成像技术、喷墨打印机、静电屏蔽、多普勒雷达等内容作为案例，进一步结合课堂教学知识点进行归纳讲解，让学生从案例中更深刻地了解教学内容，同时培养学生逻辑思维与创新思维。也可以介绍学科发展前沿，比如“电磁隐形衣”“电磁黑洞”等，结合课程内容提出问题进行启发式教学，培养学生分析问题的能力。
总之，在电子信息迅速发展、电磁应用越来越广泛的背景下，课题组教师经过多年的不懈努力，《电磁场与电磁波》课程教学实践取得了一定成效，教学效果得到明显改善。当然，还有许多工作需要进一步完善，我们一定会在今后的教学实践中继续改进。
参考文献：
[1]袁明辉，莫礼东.CAI在《电磁场理论》教学中的应用[J].科技创新导报，2015，（2）：134-135.
在岩溶隧道施工时，由于受工程地质条件和水文地质条件复杂多变性和目前勘查技术水平的影响，若不能预先了解隧道掌子面前方的不良地质情况（断层、破碎带、溶洞、暗河、软弱地层等）， 贸然施工极有可能带来无法预估的后果[1][2]。因此，在隧道开挖过程中，进行超前地质预报就显得尤为重要。
采用科学先进的隧道超前地质预报的手段有很多种，其中地质雷达以其分辨率高、快速经济，灵活方便，图像易识别和结果处理速度快的优点，以及减少隧道施工的盲目性，近年来在国内隧道施工中使用的较为广泛。
二、基本理论
（一）地质雷达工作原理
地质雷达是用频率介于106-109Hz的无线电波来确定地下介质分布的一种方法[3]。其工作原理如图一所示，高频电磁波以宽频带、短脉冲形式，通过发射天线送入地下，经过有电性差异的地下岩层或或目标体反射后返回地面，被接收天线所接收。该法称为电磁波反射定位探测法，因此遵循几何光学原理[4]。高频电磁波在介质中传播的时候，其波形、电磁场强度与路径将随所穿过的介质的电性特征和几何形态而变化。因此了解地层的基本信息特征，可以根据电磁波反射信号的振幅、时频、相位等特征进行分析。可大致确定地下界面或存在异常的空间位置及结构（见下图）。
（二）电池波的传播特征
地质雷达在探测过程中，雷达电池波可近似的认为它为均匀平面电池波。在其传播过程中，它的电池分量瞬时波动方程为[5]：
（三）地质雷达的探测方法
影响地质雷达的探测深度、分辨率以及精度的主要因素包括两方面。一是探测对象所处环境的电导率、介电常数等因素。二是主要与探测时所采用的频率大小、采样速度等有关。在实际应用中，采用恰当的方法技术，是探测成功与否的关键因素。
因掌子面和隧道围岩条件的不同，所以，井字形、十字形和一字形等是常用的布置形式，如情况特殊可密雷达测线条数和重复扫描来提高探测结果的精确性[6]。测量方式分为点测和连续测量。点测方式是通过电脑键盘发送信号触发指令给雷达主机，每按一次采集键便可采集一道数据，此后逐点移动天线，直至所有测线完成。连续测量方式是只需拖动天线，系统将依据扫描速度的设定自动采集数据，此种方法较简单，不用进行人工干预。
地质雷达是具有操作简单、经济、快速等优势，对地质灾害的反应较为明显，这主要体现在掌子面前方富水、溶洞、夹泥溶槽等。但是需要提出的是雷达，图像的解释具有多解性，电磁波的干扰因素也往往较多，因此，在实际应用过程中要注意以下几点：
1.隧道所在地区的区域地质构造需要仔细研究，分析出该地区不良地质体的类型、特点等。此外，现场数据的采集也很重要，对用物探设备进行超前地质预报有着指导意义。综合以上两点，可以等到精度较高的预报结果。
2.雷达图像具有多解性，在数据处理后期的解释应与测区实际的地质情况相结合，我们常常会遇到各种不同类型的干扰，不同类的的干扰在雷达软件解译出来的波形中也有不同的表现形式，因此，要想达到准确预报的目的，需注意排除图像中的干扰因素。
参考文献：
[1]王梦恕.对岩溶地区隧道施工水文地质超前预报的意见[J].铁道勘察，2004（1）：7-9，18
[2]吕乔森，罗学东，任浩.综合超前地质预报技术在穿河隧道中的应用[J].隧道建设，2009，29（2）：189-193
[3]白冰，周健.探地雷达测试技术发展概况及其应用现状[J].岩石力学与工程学报，2001，20（4）：527-531
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）17-0115-02
电磁场理论为众多交叉学科领域及新技术的理论基础和重要的发源地。“电磁场与电磁波”课程涵盖的内容是信息类专业学生应具备知识结构的重要组成部分，对于通信工程的学生尤为重要。“电磁场与电磁波”课程是通信工程专业的必修课程，开设此课程让学生通晓和掌握电磁场与电磁波的基本规律、基本特性、分析方法及其应用，为后继专业课程学习及今后的工作奠定必要基础。
一、教师和学生明确课程的教学地位及教学目的
针对“电磁场与电磁波”课程难教难学的现状，应从教师和学生两个方面改进教学。教师要把课程的目标定位弄清楚，就是要使学生能够掌握电磁场与电磁波的知识的同时，也要注重各种能力的培养（如逻辑推理、科学思维、创新意识等）。课堂教学是提高教学质量的关键，要加强教师本身的能力和素质，还要真心地热爱教学工作，所以上课要有热情，掌握节奏，有张有弛，要让学生思考与老师同步。老师要准备好课堂教学，上课要突出“讲”字，不能背书。课堂讲解要留有悬念，讲透就是失败者了。电磁场与电磁波课程强化场与波的基本概念和基本理论，充分调动学生的学习积极性，引导学生认识知识的重要性，把学生的主观能动性发挥出来。作为教师还应该关注科技动态，不断充实自己，做到与时俱进。
学生方面，学生需理解电磁场理论，而不是简单地了解。要充分认识电磁场与电磁波理论在现代通信中的重要性，努力克服困难来掌握电磁场与电磁波的基本理论知识，不断提高自己的各种能力，才能在未来的学习和工作中具备一定的优势。一名合格的电子、通信、信息工程类专业的大学生，应学好电磁场理论，以处理本专业中出现的最基本的电磁场问题。
二、电磁场与电磁波课程教学体系的变化
为了使学生学习电磁场与电磁波的课程变得容易些，教材前面补充了一些数学矢量分析和场论的内容，这样就补充了学习场的分析方法、解决电磁场的数学基础，能更好地建立场的概念。通过课程的学习，学生对宏观电磁场与电磁波的基本概念和规律有深入完整的理解。掌握麦克斯韦方程组的含义及其应用，了解媒质的电磁特性及电磁边界条件，学会定量计算简单电磁场和电磁波问题的基本方法，具备对简单工程电磁场问题的分析能力。教学中会遇到一些困难，如概念抽象、理解困难、公式多、运算难、数学基础要求高、内容繁杂、信息量大、基础理论与实际应用联系的距离远等。针对这些困难在教学内容上进行了相关的调整。改变以往电磁场分析和电磁波传播理论两大部分组成的内容，我们要建立电磁场和电磁波的整体概念，采用静态和动态的混合教学模式，来突出电磁场的基本规律，归纳总结出宏观电磁现象的普遍规律即经典麦克斯韦方程组，讨论静态场、时变场以及电磁波的传播与辐射特性。教学围绕基本知识点展开，从多个途径、多个角度尽可能将科学内涵表述清楚。教师要重视绪论课，也就是第一堂课一定要讲得精彩，牢牢抓住同学们的注意力，激发电磁场学习和探索的兴趣和欲望。绪论课介绍电磁场相关内容，如什么是电磁场、电磁场理论的作用、电磁场理论的用途、发展、为什么学习电磁场课程、怎样学好电磁场课程等。还要推荐参考书和相关网站，以及读书时的注意事项。随着科学技术的发展，电磁科学领域特别是电子与信息科学领域取得一系列重大成就，课程针对这些问题进行尝试，如增加应用实例、科研成果，将能反映近代科学技术的成就和一些对学生有重要意义的工程内容，引入本门课程的课堂教学之中。
三、教学方法改革
教师要有先进的教学思想，提高自身的业务能力，改进教学方法，增强课堂教学效果。重点培养学生学习兴趣和爱好。在教学实践中，应介绍本课程的定位、内容、特点、与其他课程的关系以及学习方法等。教师在上课时要有激情，必须真心地热爱教学工作。教学过程不仅仅是传授知识，更要重视学生能力的培养，如分析能力、运用能力和解决问题能力。学习要以思考为基础，而思考是由怀疑和答案组成的。知道的越多怀疑就越多，于是问题也就增加了，所以发问会使人进步，问题和答案一样重要。电磁场理论博大精深，倾毕生心血也未必能讲好，教师应积极开展教改、教研活动，注意教学团队的培养，要经常交流教学情况，讨论课程的重点和难点。组织教学改革和教学研究等方面的研讨，吸收并掌握国内外先进的教学理念，了解课程发展动态。讲课过程就是自己学习的过程、发现知识缺陷的过程、提高进步的过程、享受人生的过程。教师要把发展学生独立思考和判断能力始终放在首位，而不应当把获得专业知识放在首位。鼓励学生追求知识，培养他们提出问题的习惯。加强教学过程中的互动效果和学生的参与程度，引导学生多思考，多问为什么，任意表达，敢于标新立异，打破陈规，怀疑一切。建设“电磁场与电磁波”网络课程。网络信息量大，可在课堂上实时地补充相关教学资料，图文并茂，形象生动，学生不会疲倦。教师可以通过网络课程的教学和辅导，丰富素材，使网络课件内容具有前沿性、实用性、综合性和系统性，有利于不断提高课程教学质量。还要加强电子教材的制作，使电子教材资源的数量和质量得到提高，同时完善“电磁场与电磁波”试题库、在线测试与答疑等。
四、考试方法的改革
对该课程概念抽象、理论公式复杂、知识点多等特点，老师们在完成课程教学时，要制定合适的教学大纲，选定合适的教材，采用适合学生的教学方法和考试方式等，这样对学生而言，既能学习知识又能培养能力。考试题不出难题、怪题，出些概念题、基本知识题。对于学习努力的学生，考试时得到高分是有利的，可以减少学生学习这门课程的恐惧心理，同时增加亲近感，有付出就有回报，这样就可以让更多的学生选择上电磁场课，客观上普及了电磁场知识。而且好分数对就业有利，今后学生在工作中遇到电磁场问题时不回避，增加解决问题的信心。注重平时基本概念和分析计算方法的训练及考核。加强平时环节，避免让学生出现期末一考定乾坤的现象。需要我们考试采用多样形式，闭卷笔试是一种常用考试手段，但不唯一。可以加强平时习题的训练，来提高平时的成绩，再如开展小测验、教与学的交流、课堂教学讨论等，每学期再加上期中考试，检验学生前半学期的学习效果，减轻学生期末考试的压力。这样平时作业占总成绩的10%，平时表现5%，面试小测验的成绩占总成绩的10%，期中考试成绩占总成绩的20%，加起来可达到45%，学生对期末考试的压力将会大大减少，对待学习自己也会倍感轻松的。
五、结束语
“电磁场与电磁波”在通信工程专业建设中有着重要的地位。通过教学上的改革，使学生感到枯燥乏味的“电磁场与电磁波”课程教学变得生动有趣，充分调动学生的学习兴趣。经过教学实践和改革，有了满足培养学生要求的“电磁场与电磁波”的教学内容、教学大纲、考试题库等材料。通信工程专业的“电磁学与电磁波”是专业基础课程，教师进行反复摸索，现已形成具有专业性、基础性、前沿性的教学方法和教学手段，当然，还有不完善的地方，这需在今后的教学中继续完善。对于学生而言，掌握好本课程的理论，需要从场与波的角度理解和掌握，对后续专业课程有很大的帮助，能够深入分析与解释物理现象的本质，学生学好“电磁场与电磁波”会对相关学科中不断出现的新内容有一定的理解能力，有利于增强学生的创新能力。
参考文献：
中图分类号:U416文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)07-0028-03
在桥梁病害中,由于桥头引道高填土产生不均匀沉降,致使许多桥梁桥面与引道路面衔接处不够平整顺适,从而使车辆驶过桥头时,产生轻微或严重跳车。桥后台背沉降也是目前国内城市道路较常见的病害,而且随着城市道路桥梁建设的加快,交通流量的增加,这个问题越来越突出。桥头沉降跳车不但影响车速,影响行车质量,也会影响桥梁使用寿命;由于路面沥青材料的老化,极易造成上部的沥青混凝土砼铺装层由于沉降而破坏,这种破坏的直接结果是路面开裂,地表水沿裂缝下渗直接冲刷台背填土,导致台背填土变形或者流失,最终使得该处路基发生沉降,破坏了受力结构,出现空洞、路面沉陷的严重问题。
近年来地质雷达在路面、桥面的探测工作中得到越来越广泛的应用,它具有探测精度高,探测时间短,探测深度可控等一系列优点。但是在地质雷达的实际应用中,仍然存在着一些问题。例如读图难度较大,需要大量工程经验等。因此,本文在总结前人的基础上,对地质雷达的应用进行了总结,并结合工程实例对地质雷达的应用进行了全面的描述。
一、地质雷达探测原理
探地雷达作为路面检测的一项新技术,具有连续无损探测、高效、高精度等优点。该方法既能准确地提供城市道路面层和基层的厚度参数,同时又可以探测路基内存在的病害隐患及其结构缺陷,有助于道路养护管理部门及时发现和尽早处理,确保道路行车的安全畅通。探地雷达由主机、天线和配套软件等几部分组成,根据电磁波在有耗介质中的传播特性,发射天线向地下发射高频脉冲电磁波,当其遇到地下不均匀体(界面)时会反射一部分电磁波,其反射系数主要取决于地下介质的介电常数,雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理,达到探测识别地下目标物的目的,如图1、图2所示:
电磁波在特定介质中的传播速度是不变的,因此根据探地雷达记录上的地面反射波与地下反射波的时间差ΔT,即可据下式算出基层异常的埋藏深度H:
H=V・ΔT/2 (1)
式中,H即为目标层厚度;V是电磁波在地下介质中的传播速度,其大小由下式表示:
式中,C是电磁波在大气中的传播速度,约为3×108 km/s;ε为相对介电常数,取决于地下各层构成物质的介电常数。
雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比,在以位移电流为主的低损耗介质中,反射系数可表示为:
式中:ε1、ε2分别为上下介质的介电常数。
由上式可知,反射信号的强度主要取决于上、下层介质的电性差异,电性差越大,反射信号越强,对于非磁性介质,电磁波的反射特性仅与介质的介电常数有关。城市道路为层状结构,均为非磁性介质,各层介质的介电常数有明显的差异,它们之间能形成良好的电磁波反射界面。探地雷达发射的电磁波脉冲向下传播遇到这些反射界面时,就会产生发射。当结构层发生破损(如出现空洞、裂缝、脱空等),在雷达资料中便会出现明显的特征反射,如:脱空时将产生夹层反射,空洞会产生绕射等;当结构层因透水性问题而使某层含水量增大,或出现软弱夹层时,介电常数将明显增大,在资料中就可以得到高含水性的反射;且探地雷达具有极高的探测精度,在道路的结构层划分、病害检测、隐患调查中具有良好的检测效果。
各类岩石、各类土的电磁学性质有了很多的研究和测定。空气是自然界中电阻率最大、介电常数最小的介质,电磁波速最高,衰减最小。水是自然界中介电常数最大的介质,电磁波速最低。干燥的岩石、土和混凝土其电磁参数虽有差异,但差异不大,基本上多数属于高阻介质,介常数在4～9之间,属中等波速介质。但是由于各类岩土不同的孔隙率和饱水程度,显现出较大的电磁学性质差异。这些差异表现在介电常数和电导率方面,决定了不同岩性对应不同的波速和不同的衰减。
二、应用实例
勘察所用仪器为意大利IDS公司生产的RIS_K2-0型雷达,根据现场情况,选用400MHz天线工作,具体测试参数见表1:
(一)简介
浙江省某桥建于1988年,全桥长273米,主桥为预应力钢筋混凝土T梁,桥墩为钢筋混凝土空心墩。
(二)测线布置与工作量完成情况
沿车辆通行方向南测引道布置测线5条,测线号分别为:02线、03线、04线、05线、11线;沿绍兴路方向北测引道布置测线5条,侧线号分别为:06线、07线、08线、09线、10线,测线长均为30米。测线布置示意图如图3所示:
工作量完成情况:
纵测线:10条×30米/条=300米。
(三)勘察结果分析
所有结果均在普通模式下查找存在缺陷的位置。进行Move to Start处理,并在map_cl_01模式下观察道路层状结构的完整性。在map_cl_01模式下路面沥青面层呈蓝色,垫层呈红色,基层呈现红蓝交替的层状结构。这种现象是由于沥青面层与垫层介电常数差异较大,且垫层介电常数大于沥青面层,反射雷达波反相且反射强烈。
02～05线:02～06线典型区段如图4所示。02～06线不存在明显的缺陷,图中可见,地基层厚实,反射强烈,同相轴连续,说明路面下结构状况良好。
06线:06线位置如图5所示。06线自起始点12米以后的部分尚在施工,路面未铺装。从图5中可以看到在12米处雷达图像出现明显的跳动,且同性轴出现错位,与实际情况符合很好。
07～09线:07～09线位置如图6所示。07～09线不存在明显的缺陷,其典型区段如图6所示。图中可见,地基层厚实,反射强烈,同相轴连续,说明路面下结构状况良好。
10线:10线位置如图7所示。从图7中可见,在路面下距起始点7m存在疑似金属管线物体,物体呈现正相雷达反射且反射强烈,反射曲线呈近似双曲线,图中13.5～16m处0.5～1.5m深处存在似高含水区。其它位置雷达探测图如图8的典型区段。从图8中可见,同相轴连续,说明路面下结构状况良好。
三、结论
根据以上的雷达探测图像分析并结合已有的对垂直于行车方向进行探测所得结果得出如下结论:该桥桥台后背基本完好,部分存在疑似沉陷、松散、高含水等区域等缺陷。该探测结果与后期钻孔取样所得结果符合很好。因此,本次地质雷达探测是成功的。
地质雷达探测具有经济,高效,非破坏性等优点,探测精度高,分辨率高。在公路桥桥面破损长期动态监测方面必将有广泛的应用前景。
参考文献
