电磁场与电磁波的学习心得

我们在一些事情上受到启发后，可以记录在心得体会中，这样能够培养人思考的习惯。很多人都十分头疼怎么写一篇精彩的心得体会，下面是整理的电磁场与电磁波的学习心得，欢迎大家分享。

《电磁场与电磁波》作为通信工程专业的一门骨干学科，其重要性不言而喻，但该课程体系严谨，公式繁多，推导复杂，概念抽象。在学习时因难以理解而倍感困难。并且需要一定的物理及高数基础，不然学起来就更像学天书。

在现代电子技术中，不论是通讯、广播、电视、导航、雷达、定位、遥感、测控、以及电子对抗系统，还是家用电器、工业自动化、地质勘探、电力设施、交通运输、医疗卫生等领域，都直接或间接地涉及到电磁场与电磁波的有关内容。本课程的最大特点就是数学推导与分析较多，理论性较强，内容抽象，涉及了大量繁琐的计算和证明，对数学基础有较高的要求。课程中虽然涉及了部分中学阶段的电磁学知识，但在此基础上又有延伸和拓展，并以一种全新的方式呈现在我们面前（微分或积分形式）。但也仅仅是从其数学意义的角度上进行的，其间并未过多涉及其具体的工程应问题，使得在学习时依旧存在着一些理解上的障碍。同时，电磁场与电磁波存在于四维空间当中。对于习惯了三维空间的我们来说，引入既抽象又难理解的四维空间，无疑又给我们的学习带来了更大的困难。此外，书中还汇聚了多达数十位科学家的毕生研究成果,如麦克斯韦方程组，法拉第电磁感应定律，安培定律，达朗贝尔方程，海姆霍夫定理，坡印廷定律等，不胜枚举。更值得一提的是：这些知识的年代跨度可达数百年。由此，课程的特点也就更加显而易见：即难学、难懂。

电磁场与电磁波课程体系严谨，公式繁多，推导复杂，概念抽象，难以理解。因此我在学习之前树立了一个正确的学习态度，即使难学难懂，还要根据本课程的特点有针对性的采取一些科学的学习方法对这门课各个击破。

此外书中还频繁涉及到高等数学和线性代数的内容，比如旋度的计算就涉及到了线性代数中行列式的计算，散度和梯度的计算又涉及到了高等数学中的有关知识。本课程有大量的电磁学公式，而课本中针对这些公式的大量繁杂的数学推导和证明又常常使我们无所适从，一头雾水。在解决实际问题的时候，根本无法抓住问题的本质所在，依旧会无从下手。

在以往其他专业课的学习中，总是对计算能力有着较高的要求，结果则往往是在考试时仅仅套了套公式，按了按计算器而已。虽然成绩较高，但是收获却不大。然而在电磁场与电磁波这门课程当中，真正应该强调的是对概念的理解，而并非计算和推导。对概念不仅要知其然，还要知其所以然，这样在实践中才能真正应用所学知识来解决问题。纵然在实际工程应用中会伴随着大量复杂的、且有一定精度要求的计算，但这些计算完全可以交给功能强大且效率极高的电子计算机来完成。在追求效率和速度的今天，在某些工程应用中使用手工计算明显不合时宜，因此不必拘泥于计算的问题。此外，过于繁杂的计算反而会掩盖概念的本质。对于计算，我们认为应该充分利用好现代计算工具，如各种数值计算软件和专业的电磁场与电磁波分析软件，熟练掌握它们的使用方法，培养现代工程实践能力才是正确的方向。

电磁场与电磁波课程中有许多内容比较抽象，比如：电磁波的极化现象，时谐电磁场，电磁波在空间的传播等内容。若只是研究课本上的理论，不仅十分枯燥而且不易理解掌握。此时应该遵循由感性到理性的认识规律，合理运用的电子课件，把抽象的内容形象化，具体化。

在《电磁场与电磁波》的学习过程中，必须学会一点点化解，比如学习电场时，先从点电荷开始，到线电荷，再到面电荷，最终到体电荷。从它所产生的电场类型开始，由静电场到时变电场，即Maxwell方程组中的第二，第四方程。从它所产生的磁场类型开始，由恒定磁场到时变磁场，即Maxwell方程组中的第一，第三方程。在有关电流的部分，同样可以以点带线，以线带面地来研究点电荷，线电流，面电流以及相应的电流密度等各种特性。而后又可以采用归纳法，从Maxwell方程组出发来反思静态场，把静态场归结为时变场的一种特殊情况。

该课程学习难度较大，公式概念不易理解，知识体系难以把握。但这并不意味着就没有办法取得理想的学习效果。我相信，只要结合自身实际，采用科学的，行之有效的学习方法，仍旧可以取得理想的效果。最后还应该特别值得注意的是：就算是遇到难点，也千万不能放弃，要多和别人交流，多问问题，最后依然会成功地理解这本书的。

拓展：电磁场与电磁波物理教学反思

麦克斯韦电磁场理论是电磁学的最核心内容，其地位相当于经典力学中的牛顿运动定律所处的地位，所以它是本节教学中要重点突出的内容。但是由于其内容非常抽象，学生要深刻理解它比较困难，因此，在教设计上要把握好三个方面：第一，内容如何定位。对学生来讲，知识掌握的要求程度定位在定性了解的层面上。第二，如何化抽象为形象，考虑从多个层面突破教学中存在的`知识抽象的难点。其一，实验探究层面突破——利用身边丰富的电磁波教学资源，来认识电磁波的庐山真面目，化抽象为具体。其二，媒体层面上突破——利用多媒体，建立与机械波形成相类似的电磁波形成的认识过程，呈现电磁波的形成过程“看不见”的另一面，化抽象为形象。其三，情感、兴趣…等角度。第三，考虑如何转变教学方式与学习方式。利用探究式教学方式，还原认识事物的原来面目。麦克斯韦从理论出发大胆预言电磁波的存在——这是一个伟大的猜想！是一个很好从理论上进行科学探究案例。

要达到以上的目标，下面就本人对这一节课在的教学前与后所引发的思考作一阐述。

一．创设实验探究情境，引发学生探究欲望

电磁波对学生而言，既熟悉又陌生。虽然人们天天都离不开它，但是学生对它的庐山真面目还是雾里看山。如何创设一个情境，引发学生思考，从而把本质的问题暴露出来，这是我课前一直琢磨的问题。首先，我考虑的是所设计的情境要有哪些方面的要求？——尽可能是实验情境、真实性要强、简单熟悉生活化、现象明显、可操作性强、参与面广、最好能带给学生惊喜、与电磁波有密切联系等。于是我想到了用收音机来设计探究实验的方案，但是如何用收音机设计一个能揭示电磁波本质问题的实验构想，却费了我不少心思。后来，从电灯的开与关时，收音机出现“喀喀”干扰声得到启发——这个情境就是一个绝妙的情境！所以我在这节课引入环节上，要求每一位学生自带一台小收音机，上课时要求学生打开收音机并调节到中波无台处，然后请每一个学生用一根导线与一只旧干电池，配合收音机做两次实验。

第一次实验。在靠近收音机处，让导线的一端与干电池一个电极始终接触，导线另一端与电池的另一个电极断断续续接触（如***甲）。第二次实验。让导线的两端与干电池两个电极持续接触（如***乙）。实验后请学生描述现象，学生发现只有断断续续接触干电池时，收音机中才发出“喀喀”声，而导线两端持续接触电池电极时收音机中却无“喀喀”声。此时，学生的表现，并不是十分惊讶！（可能在平时生活上学生有感受过类似现象），我也不动声色。只是以平常心，泛泛地提了一个问题，

如何解释上述现象？

问题一出，学生就开始了议论，并且大多认为，因为有电所以有“喀喀”声。议论的焦点大多集中在第一个现象上，对第二个现象没多大注意。至此，我感觉到学生观察、思维中存在的不足已经暴露出来了，学生没有抓住关键现象进行比较、进行思考。现在该到了教师在“学生——现象之间”应起的“穿针引线”作用时候了，于是我及时抛出了一个问题：“两次实验同是所谓有‘电’，为什么现象是：一次有声一次无声！”学生为之一震！先前不以为然的脸部表情却一扫而光！取而代之的是满脸的困惑。随后在课堂上引发了学生探究问题的极大兴趣和欲望，达到了预期的效果——即激发学生更深一层的思考，进入理性思考气氛之中。

二、抓住问题，引发猜想，相互印证，揭示本质

上面从现象出发，从现象引发出问题，把学生推到问题之中，这是从现象向本质思考的重要转折点。关键问题呈现出来之后，引发猜想是探究中重要环节。但是从哪一个角度进行分析，引出猜想？

于是，我设置了如下关键词请学生造句

收音机电波爱拼才会赢

学生轻松地给出了大致相同答案：电波传到收音机，收音机中一曲《爱拼才会会赢》催人奋进。

学生的答案，显然，达到我要引导的方向，即收音机发出声音与电波的存在联系在了一起。收音机能检验出是否存在电波。

于是我设置如下一组问题

问题1：上述第一次实验，收音机中发出“喀喀”声意味着什么？

学生一下子意识到，断续接触，有电波产生（学生更熟悉用电波一词来表达电磁波）。

问题2．导线接通意味着什么？断开又意味着什么？断断续续接触又意味着什么？

学生间的讨论交流、相互提问很是热烈，其中心不外是，电路中电流发生了变化。收音机与断续接通的电路之间存在空间上阻隔，“为何它们心有灵犀一点通”？它们之间联系的桥梁是什么样？——是电波，电波究竟是什么？讨论中，终于有学生切入到电流周围有磁场，电流变化，电路周围磁场发生变化的认识。“电流变化、磁场变化、收音机、喀喀声、电波”等关键词在学生认识过程中形成了思考链条。把学生的思维推向了高潮，即从简单的现象，让学生对电磁波产生似乎有了“顿悟”感觉，但又疑惑重重，在朦胧中学生头脑里有了如下猜想

猜想：变化的磁场就是电波？或者变化的磁场产生了有电波？

这是从一个现象的某个观察角度所引发的猜想。如果能够从不同的现象、不同的角度进行观察、思考、猜想，让不同的猜想互相碰撞或相互印证，无疑对探究的深入推进，从而寻找更为普遍规律的猜想十分有意义。

正是基于这种的认识，在接下来的教学环节中设计了另一个实验探究情境——演示一个电磁感应现象。实验如右***所示。第一次在A线圈通入直流电，B中小灯泡不亮（如***甲）。第二次在A中通入交流电，B中小灯泡发光（如***乙），这实验在交流电教学中做过，学生很熟悉。如果问学生，为什么第二次小灯泡发光，第一次不发光。学生回答肯定是，因为第二次磁通量发生了变化，第一次磁通量没有变化。这个看似完美的回答，却没有揭示问题的本质。科学探究的关键恰恰就在于能否从平凡现象中找到不平凡之处，能否从别人没有看出问题的地方看出问题。在这个探究环节，为了达到这个目的，在后续教学行进过程，学生在讨论中、在困惑中、在希望中，我时不时地抛出了预先设置的如下探究引导问题。

问题1：小灯泡发光，意味着什么？——学生很快意识到B环中有电流。

问题2：B环中的有电流又意味着什么？——相互讨论之后，认识到是电子的定向移动。

问题3：什么力驱动B环中电子做定向移动？——学生感到困惑，但是学生从电子带电这一特征，还是猜想电子可能是受电场力的驱动作用。

问题4：电场力需要电场存在，A中电流只产生磁场，哪电场又从何而来？——这个问题是一个关键问题。也是一个疑惑不已的问题，一番讨论之后，终于有个别学生将信将疑地猜测，难道是磁场产生了电场？

此时，有学生立刻反驳，第一次A中电流也产生了磁场，如果磁场产生了电场，那第一次情况下，B中也应该有电流，小灯泡也应该会亮。

学生之间激烈争论着，学生之间不同的思想火花互相碰撞着，终于有学生看到第一次与第二次实验差别之处，正是这种差别的认识，学生的认识得到了提高，猜想往前推进了一步，意识到可能是变化的磁场产生了电场。

尽管还有不少学生感到不可思议，但我提醒学生将第一个探究情境中的猜想与第二个情境中的猜想作一对比，学生立刻感觉到两个情境中所引发的猜想有不谋而合之处。相互印证，学生疑惑顿开，感觉分析有道理，变化磁场应该会产生电场。

有了认识上的突破，我“乘胜追击”，通过电场与磁场现象的类比分析，学生很快大胆提出了相反的猜想，即变化的电场也应该会产生磁场。

为了论证这一猜想正确性，我建议学生能否设计一个实验加以验证。学生你一言我一语提出各自的想法，终于有了一个设计刍型，经老师完善之后，其实验装置如下***所示。原理是电子感应圈产生的交变电压加到两平行金属板上，两板之间产生了一个交变的电场，若交变的电场产生了变化磁场，则置在其中的线圈中应有感应电流，串***圈中的微安表指针要发生偏转。

原理分析完毕，我忙于器材的连接，教室一片寂静，学生的目光聚焦在我的一举一动之上，从学生脸部表情，读出了学生焦急期待的心情。我接通电子感应圈电源的瞬间，投影到大屏幕上电流表的指针果然发生了偏转，一种期待成功的心愿得到的实现，发自内心的激动，学生暴发出阵阵掌声，师生情感交流得到了升华，探究气氛达到一个高潮。至此，学生深信无疑麦克斯韦电磁场理论的正确性。

三．发挥传统媒体和多媒体的优势互补作用

电磁波的形成过程的“细节”用真实的实验是无法展现的，它是看不见，摸不着。也***多媒体展示电磁波的形成过程。

因为这一点，所以它神秘、抽象。故考虑用多媒体技术在这一方面的优势来弥补实验的不足。在这一教学环节，利用电磁振荡现象设计了一段多媒体动画（大致如上***所画），来大致摸拟电磁波的形成和传播过程。因为是用逐帧逐渐向两侧淡出的表现手法，呈现出由近及远的缓慢传播过程，所以对帮助学生形象地建立电磁波的形成过程有很大好处。

如何探究电磁波传播的速度问题是我教学中考虑的另一个问题，情境设计的难度相当大，原因是电磁波的速度等于光速，通常的传播距离都很有限，无法觉察到电磁波速度这一问题。于是我巧妙地应用两地电视现场转播这一情境来解决这一问题。我录制一段录像在课堂上播放，场景是：中央电视台节目主持人与深圳记者之间的现场股评报导场面。其中有中央电视台主持人和深圳记者同在一个电视画面上的镜头，每主持人向记者提出问题后，记者反应都明显滞后，学生能估测出交流的滞后时间大约有1s左右，这种反应上滞后，学生能感受到不是来自人生理的因素。于是我抓住这个现象，给了学生一个提示，即两地间的电视信号是通过同步卫星传输的，并且用多媒体动画展示了传输过程（大致如上***所示的画面）。之后，我提出如下问题

问题1：这现象说明了什么？——电磁波传播有一定的速度。

问题2：已知同步卫星的高度为3.6×107m，能否利用这个现象，估算出电磁波的速度大小？

学生动笔做了计算，主要有如下两种表现，老师适时做了点评。

第一种：V=S/t≈2×3.6×107m/1s=7.2×107m/s——错！

第二种：V=S/t≈4×3.6×107m/1s=1.4×108m/s——正确！

学生在初中已经学过光学基本知识，知道的光速大小是3.0×108m/s，电磁波的速度估算值与光速数量级相同，学生很是惊奇！是巧合还是有内在联系？由此引发了学生更深层次的猜想：电磁波的速度与光速是否相等？光是否也是电磁波？

四．教后几点反思

这是一节公开课，在正式上课之前，在教学的各个环节上花了比较长时间进行了思考与推敲，方案可以说是变了又变，改了又改，在前前后后的反反复复的实践中，有了很多感悟。归纳起来有如下几点感受颇深。

公开课最后的亮相，其实不是最重要的。最重要的是紧张准备的过程中，对教学有了