發布時間：2023-03-16 15:53:53
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們為您精選了8篇的電磁波課程論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發，請盡情閱讀。
（長江師范學院數學與統計學院，中國 重慶 408100）
【摘 要】柱函數是數學物理方法中的一個重要內容，它包括貝賽爾函數、諾伊曼函數和漢克爾函數。這些函數表達復雜、性質眾多、計算過程繁瑣，學生在學習過程中感到很困惑。特別是柱函數積分計算比微積分中的積分要困難得多，通常使用洛梅爾積分教學計算。它的特點是只涉及同類柱函數乘積的積分。而在同軸諧振腔和同軸波導教學中，我們經常要涉及不同種類柱函數乘積的積分。因此，對這類積分進行研究，得到一般公式并應用于教學。
關鍵詞 柱函數；洛梅爾公式；積分
Discussion on Cylindrical Function Teaching
HOU Shen－yong ZHAO Bo
(Institute of mathematical statistics, Yangtze Normal University, Chongqing 408100, China)
【Abstract】Cylindrical function is an important content of methods of mathematical physics. It includes Bessel function, Neumann function and Hankel function. Since these functions have complex expressions, lot of properties and the complicated process of calculation, students feel difficult to master them. In particular, the integral of cylindrical function by Lomel integral is more difficult than it in higher mathematics, which is usually the integral of same kind cylindrical function. However, the integral of different kind cylindrical function will appears in the teaching process of coaxial resonator and coaxial waveguide. Hence, this integral will be studied in teaching process.
【Key words】Column; Function; Lommel formula; Integration
作者簡介：侯慎勇（1964.03—），男，漢族，重慶人，博士，長江師范學院，副教授，研究方向為高功率微波器件，在國內外公開刊物上發表了20余篇論文。
趙博（1979.05—），男，漢族，重慶人，碩士，長江師范學院，講師，研究方向為數學教育，在國內外公開刊物上發表了10余篇論文。
0 引言
在柱坐標系里對拉普拉斯方程進行分離變量，人們得到了貝塞爾方程。它的解可由貝塞爾函數、諾伊曼函數和漢克爾函數表示[1-2]。在一般的數學物理方法的教材都給對它們的許多性質進行了詳細的介紹。通過教師的講解，學生都能夠有效的掌握這些函數的性質和并且靈活的應用它們。但是，數學物理方法對柱函數的積分講解不多，一般只介紹了貝塞爾函數的有關的積分，這對學生的后繼課程的學習會帶來不利的影響。因為在電動力學、電磁場與電磁波、微波工程課程中，經常會出現柱函數的積分，因此，在數學物理方法的教學中介紹一些柱函數的積分方法有助于學生對該課程學習。
本文針對這一問題，在柱函數積分的計算方面進行一些探討。
1 柱函數的性質
在電動力學、電磁場與電磁波、微波工程的教學中，常常會出現在如圖1所示的同軸圓。
Tmn（x）=AmnJm（x）+BmnYm（x）（4）
Jm（x）和Ym（x）分別是貝賽爾函數和諾伊曼函數，Amn和Bmn是與x無關的常數，Tmn（x）是貝賽爾函數和諾伊曼函數的線性組合。通常稱Tmn（x）是同軸波導的柱函數。在以下的討論中，我們介紹柱函數Tmn（x）的一些性質：
通過matlab軟件畫出Tmn（x）與Jm（x）和Ym（x）隨x變化的圖形，如圖2。圖中m=3，A=B=1。
從圖2中，可以看到Tmn（x）與Jm（x）和Ym（x）和一樣都是準周期振蕩函數，而且Tmn（x）的零點在Jm（x）和Ym（x）的零點之間。這樣可以幫助學生了解柱函數零點的性質。
在貝塞爾方程的教學過程中，學生都知道貝賽爾函數、諾伊曼函數和漢克爾函數都有以下的公式：
然而，柱函數Tmn（x）是否具有相似的性質? 在教學中引導學生證明了Tmn（x）對（5）~（7）也同樣成立。
關于貝賽爾函數的積分，經常應用到的積分是洛梅爾積分公式[4]：
它主要出現在于圓波導中的相關計算中。但是，在同軸圓波導中，由于電磁場是通過（1）~（3）表示，因此，在電磁場的功率和不同模式的耦合的計算中，往往需要計算。但是，（8）~（9）式不能有效的解決這一積分的計算。為此，我們引導學生推導該積分公式：
式（10）~（11）是對洛梅爾積分公式的推廣。
從式（6）~（11），我們可以發現貝塞爾函數、諾伊曼函數、漢克爾函數和柱函數Tmn（x）存在相似的性質，這些關系能夠加深學生對貝賽爾函數、諾伊曼函數和漢克爾函數的認識，提高他們在后繼課程對這些積分的計算能力。
2 柱函數的應用
在這里，通過事例說明（10）~（11）的應用。
例1 計算
解: 這個積分在同軸圓柱波導的教學中經常出現，無法使用公式（8）~（9）計算，而使用（10）~（11）可以方便的計算出個積分：
例2 在同軸圓波導和同軸諧振腔計算電磁場的功率時，會出現計算的兩個積分
其中：vmn、R0是常數。
解：如果不采用公式（8）和（9），這兩個積分是很困難的，而采用公式（10）和（11）時，過程就顯得很簡單。我們可以直接得到該積分
通過以上的推導，發現使用公式（10）和（11）能夠貝塞爾函數與諾伊曼函數的乘積的積分和柱函數的積分變得容易簡單。這給教學帶來極大的方便，在學生后繼課程的學習中對它們的學習提供一定的幫助。
3 結論
本文對柱函數的性質進行了研究，發現它與貝塞爾函數、諾伊曼函數、漢克爾函數存在相似的性質。這將有助于提高學生學習積極性，增加它們對貝塞爾函數的認識，有助于學生的后繼課程的學習。
參考文獻
［1］梁昆淼.數學物理方法[M].3版.北京:高等教育出版社,1998.
［2］胡崇斌.數學物理方法[M].2版.北京:高等教育出版社,北京大學出版社,2002.
［3］劉盛綱.相對論電子學[M].北京:高等教育出版社,2006.
【關鍵詞】遙感技術 中學地理教學 課程資源
一、現代遙感技術的發展
《遙感導論》是作為一名地理專業的學生需要在大學學習的基礎課程。在高中的課程學習中，我們就已經知道地球上的物體都在不停發射、反射和吸收電磁波，而且不同物體對電磁波發射、反射和吸收的特性不同。而遙感（Remote sensing，簡稱RS）就是指借助對電磁波敏感的儀器，在不與探測目標接觸的情況下，記錄目標物對電磁波的輻射、反射、散射等信息，揭示目標物的特征和性質及其變化的綜合探測技術。[1]
遙感技術是在20世紀60年代興起的一門技術。人類從古代就向往著“順風耳”、“千里眼”，隨著這一技術的產生，它就像人類的另一雙眼睛，能夠從另一個高度感知地球。但是在以前這是一門處于高科技領域的技術，普通人很難接觸到，當然也很難運用到。但是隨著社會的發展、科學的進步，這一門以前“高高在上”的技術在生活中的運用也越來越普遍，各種遙感軟件平臺大眾化，普通群眾也能夠很容易地在某些網站下載遙感影像。
另一方面，遙感技術會被廣泛應用，也正是因為它的功能十分強大。現代遙感技術視域廣闊，檢測范圍大，可覆蓋整個地球。能夠瞬時成像、實時傳輸、快速處理，迅速獲取信息和實施動態監測，在自然災害監測、環境監測、遺產保護及可持續發展等多個領域都能夠發揮其作用。例如在08年汶川地震震后、10年玉樹地震震后以及13年廬山縣震后，航空影像圖都起到了關鍵作用。強烈地震往往會造成一些地區交通和通信中斷，嚴重影響外界對受災情況的判斷和相應決策。如何盡快獲取受災信息，成為指導救災工作的關鍵。而高分辨率遙感觀測技術，正是精確獲取災區數據的最重要的手段之一。遙感地球所將地震后獲取的遙感數據，共享給參與救災的國家有關部門和災區政府，并將衛星數據上傳到網站上供社會免費使用，為精確判斷災情和救災指導發揮了重要參考作用。
二、遙感技術在中學地理教學中的應用
由此可見，遙感技術已不再高深莫測，它逐步走進我們的生活并為我們所用。作為一名地理師范生，我們將來更多地會參與到中學地理教學當中，雖然偶爾會有部分教師在教學中也運用到了一些遙感影像，但總的來說這種趨勢還并不明顯。那到底遙感技術能不能運用到中學地理教學中呢？我認為是能的。
比如在人教版高中地理必修一第四章第三節《河流地貌的發育》中，就有講述黃河三角洲的發育。教材當中只用到了一張黃河三角洲的衛星影像圖，但是為了讓學生能夠更清楚地感知到黃河三角洲的發育速度十分迅速，我們可以采用多張不同時期的衛星影像圖來進行對比教學。現代黃河三角洲是1855年以來，黃河沖積作用形成的，從那時至今衛星影像的數量有很多，教師也很容易獲取。
除了在必修一自然地理的教學中運用到遙感技術，必修二人文地理也同樣可以大量的運用到遙感技術。例如城市內部的空間結構、城市化、農業地域與工業地域類型、交通運輸的布局以及人類與地理環境的協調發展都可以通過加入遙感影像豐富課堂素材，提升教學質量。以高中地理必修二第二章第三節的《城市化》為例，教材上使用了大量的圖片，但都是一些地圖或者圖表，學生們只能抽象的去理解城市化的進程，卻難以有一個具體的印象。然而遙感影像卻能夠很好地解決這個問題。從不同時期的遙感影像上我們能夠很清楚地看出一個城市城市化進程地快慢與程度。學生也能夠從影像上清晰地找出一個區域的房屋、河流、植被等等，從而通過自主學習得出《城市化》這一節內容的知識點，打破了以往的傳統教學。
當然，遙感技術不僅可以運用到中學地理教學當中，也應該運用到其中。一方面是遙感技術可以豐富地理教學的課程資源。地理重在觀察，學生們習慣了看各種地圖、圖表，而遙感影像看得卻并不多。事實上遙感圖像可以真實、客觀的觀察到廣闊的地域空間和地物，實時性強。且信息豐富，具有綜合性的特點，因此打破了傳統教學中圖片信息過時、圖片范圍太小的缺點，進一步充實課堂。另一方面遙感技術也能夠培養學生從影像中獲取信息的能力。在遙感影像上有許許多多的信息，它們有的是直接的，有的是間接的。直接信息能夠提升學生的讀圖看圖能力，而間接信息能夠增強學生間接獲取信息的綜合能力，同時還能讓學生明白“眼見不一定為實”，很多知識是隱藏在事件背后的，我們需要去思考、去挖掘，探索求真的精神是科學創新與進步的原動力。并且要間接獲取隱藏的信息需要用到數學、物理、計算機等學科的知識，從而也培養了學生的綜合實踐能力。
雖然，現如今遙感技術在中學地理教學中的應用多數是使用了一些遙感影像，但是我相信遙感技術作為地理教學的一項課程資源，還有很多潛在的價值等待我們去挖掘。在未來的中學課堂上，必定還會有更多的形式、更多的機會運用到遙感技術！
【關鍵詞】中職物理；機電專業；課程優化
我校是機電類中職學校，開設有數控、機制、電子、模具、機械等專業，在各專業中開設中職物理這門基礎課，目的是在初中物理的基礎上，進一步學習和掌握運動學、力學、幾何光學、熱學、電磁學及原子能等相關知識，為專業學習打下基礎。如何實現這一目標使之有效地服務于機電各專業成為課程改革的的關鍵，本文認為應從以下幾個方面著手。
一、立足崗位，面向專業，優化課程結構
物理是機電類專業的基礎課程，必須立足于機電類崗位，服務于機電類專業課程。機電類中職培養機電技術及應用方面的操作維護使用及管理技能型人才,面向制造業各崗位。制造業為國民經濟各部門，包括國防和科學技術的進步提供先進的手段和裝配，其技術裝備是數控機床（CNC）、柔性制造單元（FMC）和柔性生產線，這些裝備的操作使用、維護管理要求高，需求復合型人才，并且隨著科技和生產的發展，機電產品生產工藝及裝備技術水平在不斷提高，對機電設備操作使用維護要求也提高，制造類各崗位如機械制造、數控加工編程、汽車維修、模具加工與修理、電子產品裝配、機電維修、機電產品質量檢驗、機電設備營銷等等都需要多門課程知識的綜合，需要扎實的專業基礎知識，強調基礎及對崗位的適應能力和以后的擴展能力。中職生在短短三年間掌握機電類某一崗位群所需的全部知識和技能是不可能的，只能是掌握該崗位群所需的基本知識與基本技能，只有夯實基礎，拓寬基礎，才能提高社會的適應能力。專業基礎課是為專業崗位服務的，而物理課在提高學生的科學素養、為機電類專業基礎課程打基礎方面起著無可替代的作用，所以物理是機電類專業基礎的基礎，其內容與結構必須滿足專業與崗位的需求。
考慮到機電類各專業后繼課的特點，將物理分為I、II兩類：I類包括知識模塊有：直線運動，牛頓運動定律，沖量與動量，功與能，曲線運動、萬有引力定律，機械振動與機械波，分子運動論、理想氣體，熱量與功，靜電場，恒定電流，磁場，電磁感應，電磁振蕩和電磁波，幾何光學，光的本性，原子和原子核。II類是將I類中的靜電場，恒定電流，磁場，電磁感應，電磁振蕩和電磁波內容合并到電工基礎中。II類是面向電子、計算機等專業，對物理、電工、電子等課程的要求相對較高。在第一學期開設《物理》，而第二學期起就依次開設《電工基礎》、《模擬電子》和《數字電子》三門課程。I類是面向機械、機械制造、模具等專業。另外，增加選修模塊，如自制物理實驗、創新制作內容。各個不同專業學時數亦不相同。
二、做學合一，培養創新能力
物理課教學中的學主要是指理論知識學習；做是做實驗、做習題和課外活動，主要是實踐過程，無論是學還是做，都是為了理解基本概念與定律，分析物理現象與自然規律，掌握物理科學方法與知識。由于各種原因，中職生入學的實際情況是基礎差、底子薄，文化素質相對較低，但其思維能力和智力水平并不低。按照職業教育觀點[1]，他們只是智力類型的不同，而非智力水平的高低。中職生的培養目標是技能型人才，注重實際應用與操作。鑒于上述情況，中職物理教學首先要調動學生主動參與學習過程，發揮其主體能動作用，發掘其能力與潛力；其次加強技能培養。為此采取如下措施：（1）在學的方面，降低理論知識的難度，強調實用性和實踐性，注重培養學生的學習能力和分析問題、解決問題的能力，淡化理論推導，突出物理概念的理解，注重計算能力的培養，并將部分概念與定律內容實驗化，轉化為可以做的內容，加大課堂演示內容及份量；同時采用多樣化教學手段，充分運用投影、幻燈、錄象、計算機輔助教學軟件（CAI）等現代化手段進行教學，注重形的視覺作用，加深對物理概念與定律的理解。對于每個章節，明確目標任務，以任務為驅動，教師指導學生主動思考，學生帶著思考的頭腦進入課堂。理論聯系實際，聯系生產生活實際，聯系專業實際，聯系學生實際，循序漸進，由淺入深。（2）做的方面，充分利用習題、實驗與課外活動。這樣在學中做、在做中學，做學合一，發揮學生的學習積極性、主動性，增強學生的主體意識，提高學生的動手能力，掌握科學方法，提高科學素養。
創新能力的培養是深化教育體制和結構改革、全面推進素質教育的重點，創新教育要求學生學習的是解決問題的方式方法，而不僅僅是知識的本身。在中職物理教學過程中，培養學生的創新能力應從以下三個方面進行：（1）在理論課教學中訓練學生的創新能力，設計提問，激發學生問題意識，引入課題；指導學生發現，啟發學生思考、交流、探究；引導學生獨立學習，啟發學生大膽質疑；注重挖掘物理教材中的研究問題的方法，培養學生的創新能力。（2）在習題教學中培養中學生創新能力，一題多解，訓練學生的發散思維；一題多變，訓練學生思維的靈活性。（3）在物理實驗教學過程中培養創新能力，在規定學生完成一定的實驗計劃和要求的前提下，可以鼓勵、引導學生不拘泥于教材中的做法，進行一些創新改進，或自己另外設計不同的方案或者自己提出實驗研究課題，設計開放性實驗，設計實驗方案，獨立或與同學合作進行實驗。（4）在課外活動中培養學生創新能力，舉辦“異想天開”發明創造“金點子”方案競賽；舉辦發明創造講座、科普知識講座、發明創造作品展覽；開展“小發明、小創造、小制作、科學小論文”等競賽，以激發學生的創新意識，增強創造能力。
三、對教師的要求
物理理論與實驗教學設計與實施，需要高素質的教師隊伍。教學過程設計、教學情景設計、學生情況分析、創新能力培養都對教師提出了很高的要求，不僅要求教師具有豐富的相關專業知識與嫻熟的實踐技能，而且要具有靈活的教（下轉第149頁）（上接第145頁）學方法、較強教學情景設計能力和現場調控能力和創新教學能力。為此，教師必須經常收集資料、補充自己的專業知識、了解最新科技動態，及時掌握科技方面的新技術、新工藝、新設備及崗位所需技能；鉆研教學藝術，深入學生調查研究分析，做到因材施教。如教學過程設計中每個章節找出恰當的切入點，“萬有引力定律”以“人造衛星、黑洞例子”切入；“機械波”以“地震、超聲波和次聲波”切入；“能量守恒”以“長江三峽”切入；“電場中的導體”以“靜電的防止和利用”切入；“電阻定律”以“超導”切入；“磁場”以“磁懸浮列車”切入；“原子核”以“核武器”切入等。引入這些例子，不僅可以引出問題，激發學生學習興趣，還可增強學生對科學的崇尚。
總之，機電類中職物理教學面對新的形勢，必須堅持知識與技能并重原則，面向專業，立足崗位，打好基礎。
我系以“厚基礎、精專業”為核心，構建專業課程體系。
1.1通信必修課程模塊
主要課程：信號與系統、通信原理、電磁場與電磁波、高頻電子線路、嵌入式系統與應用、單片機原理及應用、計算機網絡等。形成能力：以信號與系統、通信原理為核心，加強通信技術基礎理論的學習，強化數字信號處理能力的培養；以通信信號與系統的分析與設計能力訓練為中心，掌握通信系統分析與設計的基本技能，使學生掌握現代通信技術的應用技能。
1.2專業選修課程模塊
主要課程：EDA原理及應用、數值計算與MATLAB、光纖通信、無線通信、現代電信交換、微波與天線、數字信號處理、工程制圖與CAD等。形成能力：以開闊學生視野，培養學生的復合能力為重點，通過一批反映通信技術發展前沿的課程，使學生了解現代通信技術的現狀和發展趨勢。模塊化的建設強化了課程之間的理論體系，優化了教學內容，減少了課程內容的重復，加強了實踐能力的培養，提高了教學效果。
2.實踐教學體系建設
根據專業能力培養要求，實踐教學體系建設以設計性、綜合性、創新性為重點，注重培養學生的實踐能力和創新能力。把實驗教學的主導思想定位在注重基礎、加強應用、追蹤前沿、培養學生分析與解決問題的能力、提高學生就業競爭力上。提高實踐教學在整個教學活動中的地位，適量開設綜合性、設計實驗，在教學計劃中構建完整合理的實驗教學體系，注重實驗教學與其它實踐教學環節的銜接。加強課程綜合實驗或設計、專業綜合實訓和畢業設計(論文)等環節的管理和實施。通信工程專業是一個實踐性很強的專業，必須加強實驗、實踐教學，提高學生的實踐動手能力。構建專業實驗體系應遵循由簡單到復雜、由驗證型實驗到開放性實驗，由單一的實驗內容到綜合實驗的基本思想。實踐教學(除畢業設計外)可分為5個層次：專業基礎課程實驗、課程綜合實驗、專業綜合實訓、畢業實習、課外學生科技創新。
（1）專業基礎課程實驗專業基礎課程實驗采取教師指定實驗內容，在課內學時固定時間分組完成的教學形式。
（2）課程綜合實驗綜合性實驗項目主要是針對通信專業課程中的某個功能模塊進行，主要培養學生分析單元電路、模仿設計功能模塊的能力，有以下幾種形式：
①驗證型實驗。學生在實驗中，不僅要測量實驗數據，觀測波形，同時要求分析電路組成、功能，畫出原理圖，分析掌握實驗用通信集成電路的使用，提高學生分析問題解決問題的能力。例如《通信原理與系統實驗》課程中的《時分復用實驗（TDM）》，要求學生了解時分復用的基本概念；掌握時分復用與解復用的原理框圖；掌握時分復用信號的組幀和拆幀的過程。
②實現單元電路功能實驗。目前我校單片機嵌入式系統實驗室采用SICElab-G2200和EELiod270作為實驗硬件平臺，要求學生用Keil軟件開發ARM程序來實現實驗箱某特定的功能，這樣將嵌入式技術和通信原理相結合，鍛煉學生綜合設計、開發能力。例如《嵌入式系統與應用實踐》課程中《串口通訊實驗》，實驗箱中該實驗要求學生了解LPC系列處理器UART的功能原理；在Keil中設計ARM程序，實現串口通訊；使用UART0實現查詢接收并發送。
1.1學生基礎差，不重視作為本三院校的學生，高中物理基礎普遍比較薄弱，許多同學基礎概念及定律不清楚，給大學物理的學習造成了困難.另外，學生的高數基礎不扎實，無法在物理模型建立中靈活應用微積分等高數知識.再次，現在的學生學習功利性比較強，學生們主要把精力放在英語、計算機等考證科目，甚至一些校外的考證上，而對大學物理這門課程重視不夠.
1.2教師教學模式固定化教師上課大部分還是采用老式的教學法，以教師講授為主，照本宣科，致使學生覺得課上枯燥無味.另外，教師教學中教學大綱統一化，不同專業采用同一教學大綱，沒有專業特色，與學生專業課課程結合不夠緊密和充實，因此學生對大學物理課程興趣不夠.
1.3考評方式單一本校大學物理的考評方式基本是采用期末成績為主，平時出勤和作業為輔的的方式.學生學部分還是以應試為向導，學習被動，沒有深入領會到物理的奧妙.
2改革方向
為了解決教學中遇到的這些問題，針對獨立學院特色，大學物理改革可以從以下幾方面入手.
2.1不同專業區分對待，應制定不同的教學大綱大學物理涵蓋的內容是非常廣泛的，包括力學、熱學、電磁學、波動光學和近代物理等五篇，如果要全部授予學生，學時往往不夠，而且只授予學生點滴皮毛知識而已.教師應該深入各系進行調研，了解不同專業的需求.教學中做到心中有數，有針對性的授課.讓學生深刻認識到大學物理有本專業的特色，為他以后的專業課學習以及之后的工作有所準備.比如對于機械類專業，跟物理緊密相關的專業課程有“理論力學”“結構力學”“工程力學”等，對于他們大學物理教授時應重點放在力學和熱學篇章，如質點運動學、牛頓運動定律、功和能、動量、剛體定軸轉動、機械振動、熱學等.教師在授課時就應該多注重力學的分析和計算，并且多舉一些跟專業相關的例子，如飛輪、皮帶輪、滑輪的轉動問題，橋梁結構的承重、鋼架的頻率和周期等.而對于電子信息類專業，后續的專業課程里“電路分析”“電子技術”跟物理關聯較大，對于他們大學物理教授時應重點放在電磁學篇章，并多介紹相關的科研新進展，以增強學生對大學物理的興趣.同時，增設電磁波的知識點并將其作為重點介紹，為后續專業課程電磁場與電磁波做好準備.
2.2物理理論與實驗教學結合大學物理是一門實驗性的科學，很多物理定律都是實驗總結得到的.但是很多學校的大學物理理論課和實驗課是分開設置的兩門課，由不同的教研室不同的老師教授.這樣的教學就有可能使得理論和實驗相脫節.應該加強理論課和實驗課的統一，或者直接由同一部門來授課.有些比較復雜的實驗在實驗室操作，而有些儀器比較簡單的實驗可以直接搬到教室穿插在理論課上進行演示.建議可以學習麻省理工學院的WalterLewin教授在公開課《電和磁》課上的的授課方式，用直觀的實驗來演示復雜深刻的物理原理，使得課程具有啟發性和趣味性.比如，靜電屏蔽、光的偏振、駐波等都可以穿插在理論課上進行演示.這樣不僅可以化抽象為具體，學生親眼看到，甚至親自參與驗證，對定理的理解會更加深刻，同時可以提高學生的學習興趣，激發他們的科研興趣，培養創新意識.
2.3將物理理論和現實生活和社會實際結合起來物理學并不是一堆枯燥的定理和公式堆砌起來的學科，它反映的是自然界萬物的規律，是一門和生活息息相關的學科.物理課程改革要強調“從生活走向物理，從物理走向社會”，即注重與社會實際和生活實際相聯系.而物理教師就可以起到這個橋梁的作用，教師在上課時，要特別注意將物理內容和實際生活的應用聯系起來介紹，激發學生學習興趣.比如，講到渦流時，就可以舉電磁爐、渦流探傷、探測金屬（安檢、掃雷）等例子；講到角動量守恒定律的應用時，就可以舉跳水運動員空中翻轉、花樣滑冰運動員旋轉、舞蹈演員旋轉等例子；講到熱學循環時，就可以介紹冰箱、空調的工作原理等.把物理理論知識跟生活社會實際結合起來，學生能夠深切體會到物理是一門很有用的學科，變被動接受知識為主動學習.
2.4考評多樣化，注重素質教育對學生大學物理課程的考評單純采用平時作業和期末考試的形式的話，不能完全反映學生對物理知識的掌握和應用程度，這種考核方法不適應素質教育的要求.比較全面而科學的評價標準應該包括對知識的理解、應用和創新.教師可在傳統考核方式的基礎上增設其他比較開放、靈活的考核方式，比如李元杰推薦的數字物理教學方法。可根據學生專業特點在開學初開設一些小課題或者小應用公布給學生選做，學生可以自由組隊選題，也可以個人單獨選題.讓學生自己檢索資料、分析原理，并以科技論文或課件的形式在課上跟大家回報分享和討論，有些模型還可以做成動畫的形式演示出來給大家看.這樣不僅可以開闊學生的視野和思路，也能培養學生自學能力、科研能力和創新能力.這樣的考核方式還可以讓師生很好的互動起來，并讓學生充分參與到課堂教學上來，同時鍛煉了他們的團隊協作精神和社會實踐能力.課題的成果最終計入本門課程總成績中，教師評價的話也可以靈活一點，直接讓全班學生現場評分.
2.5成立物理興趣小組大學物理作為一門公共課，一般都是大班授課，很多學生有問題也很難全部在課上反應給老師，師生互動也會受到限制.為了解決這個問題，可以在班里或者整個學校內成立物理興趣小組，也可以建立相關的物理網站和論壇，大家可以聚在一起或者在論壇上討論問題，各抒己見.老師可以定期參與到興趣小組的討論中，并隨時到物理論壇上跟同學交流討論.同時還可以把課件、題庫、演示實驗、上課視頻、物理學史介紹等資料上傳到網上，還可以設置網上輔導、在線提問等模塊，以彌補課上教學課時的限制，同時擴充大家的視野，拉近師生距離.只有當學生和老師之間建立起個人的直接聯系的情況下———這時學生可以討論概念、思考問題和討論問題———才能達到最好的教學效果.
2.6承上啟下大學物理教學要做到承上啟下.所謂的承上，指的是要結合中學物理和高等數學的基礎.首先要讓學生理解大學物理不是中學物理的簡單重復，大學物理比中學物理要更加廣博，內容也更加深奧.教師在授課過程中，要與已經學過的中學物理內容聯系起來，進行比較和區別，引導學生應用新的思維，采用新的方法來解決大學物理問題.其次要讓學生明白高等數學與大學物理的密切聯系，在大學物理授課之前，都要先了解學生的高等數學基礎，對于高數基礎比較薄弱的，還要適當的給他們補習高數的知識，特別是矢量代數和微積分運算.大學物理教學也要做到啟下，即為學生后續的專業學習和工作服務，讓學生認識到大學物理的意義所在.
3結束語
摘要:
物理概念作為物理學知識體系的支柱，對其理解和掌握的程度直接影響到教學質量。對物理概念教學的實施原則和方式進行了探討:實施要求在知識傳授過程中不僅僅停留在概念本身，更需要從物理概念的需求背景、本質內涵和外延、適用范圍、缺陷和改進等諸多方面進行講解，使學生形成一個完整清晰的物理圖像。實施方式要求創造好的學習環境來激發學生的興趣以及調動學生的主觀能動性和創造力。通過有效啟發學生的思考，并使其受到科學精神的感染，達到有效理解和掌握物理概念的目的。
關鍵詞:
物理學概念;科學素質;科學精神;教學方法;教學效果
物理學是研究宇宙中存在的各種基本物質結構及其運動和相互作用規律的學科，是人類認識自然和改造自然的工具。大學開設的物理基礎課，可培養學生的科學素質和品質，也為后續專業課程學習奠定基礎［1］。物理基本概念用于概括、歸納、表述事物變化的基本規律，是學科基礎，對其深入學習可培養學生物理學的研究方法和思維［2］。
1物理概念教學的意義
大學物理通過向學生傳授基礎物理知識，培養學生基本的物理思維能力、科學品質以及物理學研究方法［3］。物理學概念(包括原理、定理、定律)是針對學科發展需要，在實驗和理論基礎上，通過反復的概括、抽象和歸納得到的，體現了學科的思維和發展方向，相應的學習和掌握至關重要［2］。
1．1培養解決和分析問題的能力
物理概念是物理學發展的支柱，任何一門物理學分支的發展都離不開特有物理概念的引入。如力學的發展，離不開力、力矩、動量、能量等基本物理概念的支撐。為了描述阻止物體的力，引入摩擦力，根據物體運動方式不同，又分為滾動和滑動摩擦力;為了研究物體的形變特性，引入了壓力、剪切力等概念［4］。
1．2培養物理學的辯證和統一研究思維
有些物理概念是矛盾的結合體，如光的本質，即“波粒二象性”，對其認識一波三折。最早笛卡爾、牛頓的微粒學說，成功解釋了光的直線傳播現象。波動學說起源于胡克，認為光是類似水波振動，惠更斯提出光是縱波。“牛頓環”體現了光的波動性，卻以微粒和以太進行解釋。隨著托馬斯•楊干涉、菲涅耳衍射、麥克斯韋電磁場理論研究，以及赫茲(Hertz)對光的電磁波本質實驗證明，人們逐步接受了光的波動性。直到19世紀末，在光電效應研究基礎上，愛因斯坦提出了光的“波粒二象性”［5］，為新學說奠定了基礎，如康普頓效應，德布羅意物質波、測不準原理、薛定諤波動方程等。
1．3培養融會貫通、觸類旁通能力
很多物理概念會經歷提出、實驗或理論證實，逐步推廣和深化，甚至擴展到其他領域的過程。這說明該概念的思維反映事物本質，精確描述了對象特征。如熱學里“熵”概念，最先由克勞修斯(Clausius)基于描述熱機循環狀態的需要而提出，后來分子運動論將其解釋為不可逆熱力學過程是趨向于概論增加的態變化(波耳茲曼熵)。經過多年沉淀，又被控制論、數論、概率論、生命科學、天體物理等領域引入并應用，說明其思維方式被認同［6］。教學中可以把熵作為專題進行講解，從不同學科集中闡述物理思維。
2物理概念教學的方法
大學物理學的教學目的如下:
1)通過掌握基礎物理知識，為學習后續專業知識打好基礎;
2)全面了解物理學研究方法、基本概念、物理圖像以及歷史淵源、發展等;
3)培養和提高大學生科學素質、思想、品質、精神等，通過了解科學發展的曲折和艱辛，科學研究的合作和樂趣等，培養學生科學思維方法、求真務實的科學品格，使其初步具備科學研究能力［1，7］。下面結合物理學特點以及教育理論和實踐，對物理概念教學方法進行探討。
2．1引入物理概念背景的教育需求
介紹物理學概念背景幫助學生充分理解概念引入的意義和作用。在此基礎上，設計問題引導學生進行自我思考，如:若你們在此背景下引入新概念，應該采用什么概念來描述物質特性或規律，它與現有概念相比有哪些優缺點?通過學生的深入思考和討論，使其充分認識和理解所引物理學概念的意義和重要性。這也是啟發式教學的常用方式［8］。如講解微粒比表面時，根據背景提問:對于一個物體而言，表面原子存在大量斷鍵而很不穩定，表現為較強活性，是不是體積越大活性越強?通過討論發現單純的體積特征不合理，體積越大，內部包含原子數越多。進一步提問:如何描述微粒活性，并進行相應對比?這會激發學生的興趣，出現類似單位質量的物質表面等答案。最后，指出微觀粒子的尺寸效應最為重要，引出單位體積的表面積概念，即比表面積。
2．2講清物理概念的本質內涵和外延物理概念的發展
體現在內涵不斷豐富和外延在不同領域的擴展。溫度概念的發展就體現了內涵的豐富，從表征“環境的冷熱程度”到“分子平均平動動能的量度”，再到“物體內部分子的無規則熱運動劇烈程度”，最后推廣到“粒子集居數的反轉現象”，也就是“系統處于總能量高于平均能量的狀態”，并提出負溫度的概念。折射率的概念則體現了其外延的擴展，最初表征不同材料之間的偏折，后表征傳播速度。其實光傳輸的速度決定于材料原子之間電場的大小，也體現了原子結合力的高低，所以所承載的外延信息很多，包括光學、原子物理以及物質結構等不同學科。一些物理學概念是聯系不同領域的紐帶，如阿伏伽德羅常數是聯系宏觀與微觀的橋梁，對其內涵的理解比單純數值更有意義。
2．3循序漸進和系統性的教學
有些概念貫穿于整個物理學體系中，需要多學科的共同學習才能深入和系統地認識。以物理學中極其重要的“場”的概念為例，最先由法拉第(Faraday)基于電磁相互作用的超距觀點提出并進行直觀描述;隨后麥克斯韋從數學上推導了電場和磁場強度的波動方程，深刻地闡述了電磁場能量的分布［9］;列別捷夫(Lebedev)通過對光壓的觀測證明了電磁場動量特性;愛因斯坦狹義相對論的創立，證明場是物質存在的一種形式，具有能量、動量和質量;量子力學體現了場的“波粒二象性”;電磁場量子理論證明光子是電磁場的基本微粒，可與正負電子對相互轉化，具有實物轉化性，豐富了場的物理本質和內涵［10］。“場”在電磁學、力學、相對論、量子力學等領域都有體現。教學中要從“場”的基本特性、規律和共性出發，逐步深入:最初通過力學中重力(萬有引力)引入重力場強、重力勢能(引力場強、引力勢函數)，初步建立場的概念;電磁學或電動力學則通過電荷庫侖力場引入庫侖場強和庫侖勢，通過場矢量的通量分析和環流分析分別得到高斯定理和安培環路定理;相對論和量子力學通過波函數分析進一步加深對場的理解。
2．4引入必要的物理學史教育
物理學的發展過程是科學家為了解決自然界遇到的新問題而不斷探索的過程，所提物理概念是對所描述對象的高度概括［11］。新概念的提出、完善和修正需要科學檢驗和論證，錯誤的被或修正，正確的被采用或推廣，這體現了物理學思維方式。結合物理學史，對成功或失敗的物理概念進行分析和對比，有助于培養學生理性思維。成功實例:原子物理中“紫外災難”催生了普朗克(planck)的量子概念，后來愛因斯坦的光量子說，成功地解釋了光電效應，開啟了量子力學新篇章;描述基本粒子單元的夸克(quark)概念，被逐漸證實。失敗實例:描述光傳輸的“以太”概念被實驗否定。當前還有很多概念亟待進一步論證，波爾(Bohr)與愛因斯坦關于量子力學的著名論戰就是一個很好的證明。這可以培養學生思辨的習慣、求實的精神和相互包容的優良品質。
2．5構建清晰物理圖像
很多概念的提出都基于不同的研究思路和思維，需要建立完整清晰的物理圖像再現其物理思維和描述意義［12］。以麥克斯韋方程組為例，它體現了電磁學基本研究思路:對電場和磁場進行曲面和曲線積分，得到相應的源。學科適用范圍體現了不同思維，如電磁學規律是基于宏觀的分析，量子力學是處理微觀世界的規律，具有完全不同的研究思路和適用范圍。以電磁波發射為例，電動力學基于LC振蕩，量子力學電子躍遷。對比講解對構建知識體系和正確應用很有益。形象化表述是構建物理圖像的主要方法之一，如在光學中講述菲尼爾圓孔衍射的光強空間分布規律時，可以采用半波帶法、矢量圖解法等進行分解，達到獲得清晰物理圖像的目的［13］。加強實驗教學有助于構建物理圖像，可分為重建性和探究性，通過實驗再現物理知識或根據預設要求通過實驗得到結果。
3教學措施和效果
為了有效開展物理概念教學，我們對教學方法進行了改革，主要涉及到:分組討論式教學、改革考試方式、推行非標準化答案、重建基本概念、推薦內容豐富的教材和參考書、加強實驗教學等。分組討論式教學是創造機會使學生對物理概念的提出背景、必要性、可以解決的問題進行深入討論，在爭論中增強對概念本質的認識。典型問題有:物理概念需求背景、自我設想和構建、解決問題程度和預期目標、現有物理概念對比等。通過以上教學，學生在考試中對基本概念的描述正確率大大增加，平均得分率由72%提高到83%。非標準化答案旨在鍛煉學生想象力和發散性思維，圍繞物理概念進行問題設計，采用多種表述方式進行分析。采用撰寫論文形式進行考試，要求學生通過文獻查詢、收集信息等方式來闡述物理概念的內涵和外延等，全面鍛煉學生能力:信息查詢、歸納總結以及寫作表述能力等。考試成績比重由原來的15%增加到30%，更能體現學生能力水平。隨著學習不斷深入，需要通過擴展物理概念的內涵或外延對新事物及其特性規律進行描述。如隨著激光光強的增加，對材料的光電離會由單光子電離擴展到多光子電離，由線性光學擴展到非線性光學以及激光等離子體物理［14］。推薦內容豐富的教材和參考書也是一種很好的方式。如原子物理教學中可推薦楊福家的《原子物理學》［15］，該書圖文并茂，有很多經典故事，同時設計了很多啟發式問題，使用者反映良好。光學教學中可推薦馮國英、周壽桓編寫的《波動光學》［16］，該書內容豐富，主要物理概念和定律后面附有Matlab應用實例，有利于學生學以致用和形象化理解物理概念。另外，美國學者ArtHobson編寫的《物理學的概念與文化素養》等，都能為物理學概念的學習提供很好的參考。
4結語
物理學概念是物理學發展和前進的基石，體現了研究過程中遇到的新問題，反映了為了解決問題提出的新思維和方法，表征了物理學發展的趨勢和方向。物理學概念學習主要體現在基礎知識的掌握、科學品質和精神的培養、科學素質的鍛煉等方面。從教學方法上需要從構建物理圖像出發，結合物理學史的引入，激發學生主動性，達到全面掌握物理概念內涵和外延的目的。具體實施方式上，可以結合考試改革、非標準化答案、推薦優秀教材等來實現。
參考文獻:
［1］包景東．理論物理教學應在培養學生批判性思維能力上發揮作用［J］．大學物理，2014，33(1):1－5．
［2］張玉峰，郭玉英．圍繞學科核心概念建構物理概念的若干思考［J］．課程•教材•教法，2015，5(35):99－102．
［3］秦吉紅，梁穎．在大學物理教學中應加強科學素養的案例剖析:紀念黃祖洽先生［J］．大學物理，2015，34(2):15－18．
［4］喬通．科學教育中重要概念教學的國際比較研究:以“力學”概念教學為例［J］．全球教育展望，2015，5(44):118－124.
［5］甘永超．波粒二象性研究中的歷史學與方法論思考［J］．湖北大學學報(哲學社會科學版)，2002，29(3):90－95．
［6］孫會娟．熵原理及其在生命和社會發展中的應用［J］．北京聯合大學學報(自然科學版)，2007，21(3):1－4．
［7］濮春英，周大偉．大學物理教學中學生創新素質的培養［J］．南陽師范學院學報，2014，13(3):47－48．
［8］吳波．物理概念教學的改革與發展研究［J］．上饒師范學院學報，2003，23(6):23－28．
［9］楊振寧，汪忠．麥克斯韋方程和規范理論的觀念起源［J］．物理，2014，43(12):780－786．
［10］雷蒙德•塞爾維，克萊門特•摩西．近代物理學［M］．3版．北京:清華大學出版社，2008:65－106．
［11］申先甲，李艷平，劉樹勇，等．談談物理學史在素質教育中的作用［J］．大學物理，2000，19(11):36－40．
［12］李明．對加強和改進大學物理教學中多媒體技術的探討［J］．大學物理，2005，24(12):48－50．
［13］吳穎，徐恩生，羅宏超．振幅矢量法與半波帶法分析光柵衍射的比較［J］．沈陽航空工業學院學報，2005，22(1):70－73．
［15］楊福家．原子物理學［M］．2版．北京:高等教育出版社，1985:218－219．
一、應急通信概述
現代意義提及的應急通信，通常指的是發生由自然或人為引起的突發性緊急狀況，或者舉行重要集會、會議以及節假日等通信需求驟然增加的情況下，調動通信資源，完成救援保障、大規模的緊急救助以及必要通信所需要的技術手段或者方法。應急通信本身具有如下特點：（1）通信的臨時性；（2）時間的突發性；（3）地點及容量的不確定性；（4）地理環境的復雜性；（5）業務的多樣化；（6）現場應用的高度自主性等。就應急通信的特點來說，應急通信設備應能自成體系，不依賴于公網，才能更好的進行應急保障。應急通信系統在搭建時，也要求裝備便于攜帶、電源自備、快速組網、功耗小、業務涵蓋音視頻及數據傳輸、性能優良等特點。目前，從總體技術層面劃分，應急通信分為有線和無線兩種方式。無線應急通信仍然是以電磁波傳輸信息，是目前有效的傳輸手段。
二、《應急通信系統組建與運維》課程建設背景
高等職業教育主要以適應社會需要為目的，以培養技術應用能力為主線來設計學生知識結構和培養方案，高等職業教育畢業生應具有專業理論知識適中有發展性、專業技術應用操作能力強等特點，本著應用為目的來創建課程及教學內容體系。四川郵電職業技術學院作為通信類高職院校唯一一個國家骨干高職院校，在財政部、教育部組織的驗收中獲“優秀”，也是中國人民定向培養直招士官試點院校，中國人民武裝警察部隊定向培養直招士官培養院校，承擔著重要的通信類高職人才培養任務。校內建有應急通信實驗室，同時建有移動通信類各種實訓室，涵蓋2/3/4G及優化等方面。應急通信實驗室建設涵蓋了應急調度指揮子系統、衛星通信子系統、微波通信子系統、短波通信子系統及無線網子系統等。架構如圖1所示。與實驗室配套的專業課程《應急通信系統組建與運維》的設置，也走在了高職院校前列，為培養應急通信技能型人才做出了前瞻性的實踐。
三、《應急通信系統組建與運維》一體化課程建設思路及措施
《應急通信系統組建與運維》課程的設置，是通信類專業、士官生培養必不可少的。這門課程對理論和實踐方面要求都比較高，前續需要學習《數字通信原理》這樣的專業課，同時在前序課程中，經過大量的練習，提高自己在實踐技能方面的操作水平。
1、課程建設思路《應急通信系統組建與運維》設置為通信類專業的專業限選課，為教學做一體化的課程，以項目制為導向，實施主講負責制，教師不僅講授理論，還要帶領學生實訓，完成項目。課程著重技術應用與實踐，以培養學生組建及維護應急通信系統為主要目的。
2、課程教學對象《應急通信系統組建與運維》課程教學對象為大二、大三年級的通信類專業、學生、士官生。每班限選人數為40~45人。
3、教學內容設置《應急通信系統組建與運維》課程教學內容分為三大模塊，基本素質模塊、專業技能模塊及專業擴展模塊。基本素質模塊為應急通信系統原理，主要介紹應急通信常用手段、系統組成，以及電源、衛星通信、短波通信、集群通信、微波通信等原理。專業技能模塊為應急通信系統組建，主要介紹應急通信系統各子系統設備及其搭建與維護，除了專業知識教學外，該部分還穿插有各手段的實訓課程。專業擴展模塊，設置有模擬場景下的多個系統的搭建、聯動等項目。整個教學內容以任務引領為主線，將原理、設備及操作契合在一起。在完成該課程的學習后，學生能掌握應急通信系統的各部分原理，熟悉各子系統常用設備的操作使用，熟悉一定的應急組織預案，為日后走上應急相關崗位打下基礎。課程內容設置如表1所示。
4、課程教學模式該課程教學開展在多媒體教室、應急通信實驗室內或者室外的調度場地上。采取以任務引領型的教學做一體的教學方式，所有理論教學均為實踐打基礎，以實踐需要來加入理論教學。該模式下，將工作任務引入為中心，從而選擇與組織課堂教學。應急通信課程的學習任務，是整個課程的重要載體，設計時滿足幾個要求：（1）內容要具有項目形式：項目的規模可大可小，一個大項目，也可以包含多個小任務和項目。如：“運動會場景下的系統對接與調測”這個項目，就可以包含“衛星通信系統搭建”、“調度與其余子系統的對接”及“調度與保障的實現”這樣三個小任務。（2）要有專業知識及技術含量：既然該課程還是一門專業課，那就必須把相關原理類專業知識的傳授作為重要目的，將技能的訓練作為主要目的。在教學課時中把專業知識及技能訓練系統的整合在一起，將應急通信類知識及設備操作技能進行循序漸進的設置。（3）設計合適的教學時長：應急通信類設備的搬運、組裝及操作占用的時間較長，每個任務應設計合理的教學課時。按照教學的一般規律，小任務時長在2~4個課時。（4）教學中要設置障礙：教師可以在課程教學中對設備設置障礙，采用解決問題的引導方式，這是一個非常有效的方法。在錯誤和失敗中實現進步，這正是用到了這一學習規律的非常重要的功能。實際場景中，設備在復雜的環境中經過顛簸運輸，可能會出現障礙。引導學生在實踐過程中排除之，不僅使課程貼近現實環境，也可以提高其綜合能力。（5）團隊式的教學：集體學習的方法可以通過學生的合作、溝通來提高效率，培養其在特殊環境下的應急協作精神和溝通能力。（6）教學方式應當靈活：不同的場景下，教師可采取不同的教學方式。如先講后練、邊講邊練、部分講部分練或以練代講后總結點評等多種形式。不管哪種，重要的是要讓學生掌握系統原理、搭建及排障技能。
5、課程考核體系課程的考核分為三部分：項目完成考核、論文考核、平時考核。（1）項目考核：項目考核占比60%，課程設置了六個項目，每個占比10%。考核側重于學生的設備安裝、系統對接能力及項目報告三方面。選擇項目考核為主，是適應一體化教學的隨時考、項目中考試、考試中實踐的方式，不再期末集中考試。（2）論文考核：論文考核占比30%，由于課程期末不進行期末集中考試，在課程結束時采用課程論文的方式來考察學生對于應急通信該門課程的掌握程度。期末論文以應用為主，要求學生以某一場景為例，按照課堂所學知識來組建應急系統方案，繪制系統結構圖，完成多種業務的傳輸等。其中，論文有固定的格式模板，學生必須按照格式完成。該部分考核除了考察了學生的知識掌握，還考察了學生的計算機應用能力等。（3）平時考核：平時考核占比10%，主要是考勤及課堂表現。
6、能力培養目標在進行該課程學習以后，學生可以培養出以下能力：（1）特殊場景下的團隊協作能力：應急系統搭建時，需要團隊的協作，實際工作當中也迫切需要這種能力。課程教學當中，教師對學生進行分組，按組對設備進行不同的搬運、組裝、調試及維護等操作，大大提升了學生的自主協作能力。（2）應急通信系統的組建能力：課程設置的專業教學模塊內容涵蓋應急通信的常用手段及設備，學生學習后可以自行組裝子系統，完成業務傳輸，獲得系統組建能力。（3）應急通信系統的維護能力：在系統組建的過程中，教師會設置多種障礙，學生要想實現相應的功能，需要對問題現象進行分析，排除故障，實現正常通信，獲得相應的維護能力，保證設備的正常運行。（4）初步方案寫作能力：學生的期末論文要求制定具體的方案，完成論文，從而能夠在前期課程學習基礎上，獲得方案的寫作能力。
四、效果總結及問題改進
經過校內實施，不同專業、不同班級的學生，積極性很高，興趣很強，由被動接受變為主動求知，課堂氣氛活躍，教學效果顯著，較難的專業知識掌握也變得容易。本人在教學實施過程中進行了總結和經驗提煉，發現了如下問題：
1、應急通信大型實訓時，由于多個系統對接，所處室內室外場景較多，調度點分散，教師課堂控制力被弱化；
2、課程所需的專業知識跨度較大，課堂時間有限，學生需課后主動大量學習：
3、因從事過應急通信的教師較少，教師隊伍需要較多強化培訓。針對第一個問題，筆者本人在在第一、二個場地較為集中的項目實施時，注意觀察學生的主動性傾向，選取他們為團隊負責人，加上調度系統的大屏幕分屏調度、對講系統的通話，從而實現了對團隊的控制，團隊成員的控制則交由團隊負責人處理，較好的解決了第一個問題。其余問題將在課程的實施中持續改進。
[關鍵詞]多媒體教室；擴聲系統；藍牙技術；
[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]A [論文編號]1009-8097（2013）03-0059-05 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.03.012
隨著國家對教育投入的不斷增大，利用多媒體設備開展教學活動已經成為當前日常教學的必要手段，在開展教學活動時，語音擴聲設備的重要性是不容置疑的，其穩定性、抗干擾性、音質的優劣是影響教學活動正常開展的重要因素，擴聲系統已經成為多媒體教室設備的重要組成部分，本文僅對教室的擴聲系統技術、發展、使用、管理進行論述。
一.多媒體教室擴聲系統發展歷程
高校的電化教學教室大都始建于1978年，當時的電化教學教室主要設備包括：幻燈機、透射式投影儀、彩色電視機和音頻擴聲系統。
擴聲系統作為多媒體教室設備的重要組成部分約經歷了四個時期：
1.第一個時期：20世紀80年代初至90年初中期，
教室的擴聲系統主要以手持動圈話筒、V段無線話筒為主，為配合教學工作的擴展，少量單位配備移動式無線話筒，供教師臨時借用。
這個時期擴聲系統采用手持動圈有線話筒，和V段無線話筒。采用手持動圈式話筒授課，受話筒線長度的制約，老師的活動范圍小，妨礙老師講課時的利用肢體語言與學生互動，而使用無線話筒雖然可以隨意走動，但其使用手續繁瑣、電池消耗大、頻點少等弊端制約了V段無線話筒的推廣使用。
2.第二個時期：20世紀90年中期至2004年左右
學校普遍使用界面式話筒和U段無線話筒。盡管排除了話筒線的制約，加大了老師的活動范圍，但擴聲系統產生的嘯叫一直無法得到解決。
3.第三個時期：2004年左右至2010年
隨著科學技術的進步，為解決教室擴聲系統產生的嘯叫問題，科研人員研發了移頻功放。在這里有必要簡單闡述一下擴聲系統產生嘯叫的原因和移頻功放的基本工作原理。
音頻功率放大器產生嘯叫的因素有二，一是反饋同相位，也就是當揚聲器輸出為正向位時，反饋到話筒的音頻相位也為正。二是只有當音頻振幅足夠大時，才會產生嘯叫。這是音頻功率放大器產生嘯叫的兩個原因。這兩個原因缺少一個都不會產生嘯叫。
我們知道，界面式話筒在拾音過程中除了拾取直達聲外，也拾取了從各個界面來的反射聲，直達聲和反射聲的疊加導致相位不同，在某些頻段出現周期性峰谷，滿足產生嘯叫的兩個條件，極易產生嘯叫。
移頻功放，顧名思義，移頻就是移動頻率，移頻功放正是基于通過改變輸入音頻信號的頻率來不斷回避嘯叫點。舉例說明，輸入一個1000Hz信號時，當正方向移頻3-8Hz時，移頻器將會輸出一個1003-1008Hz的信號：當反方向移頻3-8Hz時，移頻器將會輸出一個997-992Hz的信號。移頻的目的是保證輸出的信號相位與反饋相位不一致，從而破壞嘯叫條件之一——相位條件。
采用移頻方式雖然可以防止界面話筒引起的嘯叫，解決電池消耗量大的問題，然而，由于移頻技術的應用，使擴聲系統的音質大打折扣，在教師講課過程中，每句話的末尾由于采用移頻技術帶來的所謂的“金屬撞擊聲”，使語音變調。
移頻功放主要特點是：
（1）移頻是通過對整個音頻范圍內的某些頻段有意失真達到抑制嘯叫之目的；（2）界面話筒拾音對環境建聲要求比較苛刻，調整難度大；（3）因界面話筒靈敏度的制約，教師只能在界面話筒附近授課。實踐證明，教師離開界面話筒約4米，就無法達到理想擴音效果。
4第四個時期：2010年至今——紅外無線話筒、2.4G無線擴聲與藍牙技術的應用
紅外無線話筒是以紅外光作為聲音信號的載體，實現發射、接收的無線擴音系統。基本原理與普通射頻系統類似。紅外線話筒工作頻率在3G以上，抗干擾能力強。但價格較昂貴，未能得到普及。
2.4Ghz無線話筒工作頻率范圍是2.405GHz-2.485GHz之間，故稱之為2.4G無線技術。2.4GHz無線傳輸技術采用的是自定義傳輸協議，因此制造成本較低。其中藍牙無線話筒的問世與推廣使用，使課堂使用無線擴聲系統的推廣與應用達到。
二.V段、U段、紅外、2.4G、藍牙四種無線擴聲技術比較
1.VHF無線話筒，簡稱V段無線話筒
V段無線話筒工作頻率范圍是30MHz-300MHz。國內準許使用的頻率范圍為169MHz-230MHz，共有61MHz頻點。其與電視6-12頻道所占用的頻率范圍相同。
V段無線話筒使用的61MHz頻點，細分為A、B、C三個波段，即：
VHF（A）為169MHz-185MHz；
VHF（B）為185 MHz-200 MHz；
VHF（C）為200 MHz-230 MHz。
V段無線話筒的工作頻率范圍的傳輸特點是：電磁波除直接輻射外，電磁波能量還具有繞射特性，因此在同樣的發射功率和傳播條件下，傳輸距離可更遠。
V段無線話筒主要缺點：
（1）易受其他系統干擾：因V段無線話筒工作頻率與6-12電視頻道節目發射到空中電磁波、呼叫站和無線電話的工作頻率相同，極易受到其它電波的干擾。
（2）天線尺寸較大：VHF波長為10m-1m，稱為“米波”。天線長度較長，不適合安裝在多媒體機柜中。
V段無線話筒一般使用5號干電池或9V積層干電池，因其功耗大，幾乎需要每天更換一次電池，耗材成本高，電池消耗量大，易造成環境污染。
（3）V段無線話筒采用固定頻點，發射機和接收機只能配對使用，一間教室對應一只話筒。因頻率資源有限，相互干擾。增大管理人員工作量。且有些無線話筒工作頻率在50MHz左右，受到無線電管理委員會有關規定的限制，如松下早期生產的WX-710S無線話筒。
（4）故障率高：早期無線話筒的咪頭與發射機的鏈接為固定焊接式，發射機話筒線是最容易出現故障的部位，在使用過程中，咪頭與連線之間的連接處、連線與發射機之間的連接處極易斷線。頻繁更換電池，電池盒蓋及電池簧片容易損壞；另外，話筒若長期不用，電池忘記取出，電池電解液外泄，會腐蝕電池簧片，造成接觸不良，導致發射機故障。
（5）易串頻：在學校開展教學活動時，有時多個教室使用無需話筒，但V段話筒頻率點非常少，多只V段無線話筒同時在一幢樓宇中使用是不可能的。
2.UHF無線話筒；簡稱U段無線話筒
U段無線話筒工作400-870MHz頻段，超過870MHz的頻段較少采用，因為GSM和CDMA手機使用870-960MHz頻段，960MHz以上的頻段繞射能力逐漸變差，所以目前u段無線話筒的工作頻率范圍是740-870MHz。
U段無線話筒主要優缺點：
（1）頻點多：U段無線話筒工作中使用更高的頻率范圍，因其工作頻段較寬，故頻點較多，只要調開頻點，允許更多的話筒在同一樓宇使用。
（2）噪音低：噪音抑制電路與鑒頻電路的設計更趨合理，接收機噪音低。
（3）保真度高：因通頻帶較寬，故失真度也較低。
（4）電能消耗大：UHF頻段的電磁波是直接輻射的，傳播衰減大，發射機功耗大。
（5）易串頻：當幾十甚至幾百只話筒集中、大規模使用時，由于U段話筒頻率特性，容易受到高次諧波干擾和鏡像干擾，出現竄擾現象。
（6）管理難度高：U段無線話筒也使用5號堿性電池或9V積層電池，電池消耗量大，使用成本高。若使用堿性充電電池，管理難度大。
（7）故障率高：因其外觀與V段無線話筒相同，故障率也相同。
3.紅外無線話筒
紅外線無線話筒工作頻率一般在3G以上，其工作頻率較普通無線系統工作頻率高很多，不易受到其他頻段設備的干擾，但如果使用環境中安裝有紅外攝像頭或等離子平板電視機則不能使用紅外線無線話筒。
紅外線無線話筒是以紅外光作為聲音信號的載體，實現發射、接收的無線擴音系統。基本原理與普通射頻系統類似，在無線發射接收過程中也需要進行聲音信號的調制與解調的過程。但紅外線無線話筒的載波為紅外光。
紅外線話筒工作時，需要有基本的反射面，否則信號接收窗將無法接受到信號。因此紅外線無線話筒不適于在開放的環境下使用（如戶外，面積很大的廳堂等），而在中小型會議室，有相對密閉的環境，使用效果好（如300座以下教室、KTV包房、小型會議室）。
因為光線具有較強的反射性能，發射端送出的光信號不需要直接達到接收端，而只要經過反射面反射、散射后的光信號到達接收窗口就能確保可靠接收。目前紅外線話筒都采用了多點發射和多點接收技術，進一步提高了設備的可靠性，發射端向空間各個方向發射的紅外線信號，經各個反射面的反射、散射后，會在相對密封的空間內形成一個致密的，看不見的，沒有盲點的光網。因此，紅外無線話筒不會因為空間內人的走動，或因發射端的移動而出現通訊中斷現象，故抗干擾性能強。
但紅外無線話筒制造工藝相對復雜，制作成本較高，價格較為昂貴，目前市面上的主流產品仍使用5號干電池，發射機體積較大，但其抗干擾性能、保真度高的特點受到大家的青睞。
4.2.4G無線話筒
2.4GHz無線話筒和藍牙無線話筒都工作在2.405GHz-4GHz頻率之間，但由于它們采用不同的通訊協議，因此在功能和性能上各有偏重。
（1）2.4G無線話筒
2.4Ghz無線話筒工作頻率范圍是2.405GHz-2.485GHz之間，故稱之為2.4G無線技術。2.4GHz無線傳輸技術采用的是自定義傳輸協議，因此制造成本低，但由于該頻段是公共設施使用頻段，社會上大量的無線設備均使用這個頻段，如WIFI、藍牙、ZIGBEE雙向無線通訊技術等。這些設備在改造時會直接干擾2.4G無線話筒的通話質量。在使用過程中，會出現堵塞、掉頻、鎖相不穩等現象，故在較大規模的學校中不建議推廣使用。
通常，2.4G無線話筒使用鋰電池，為節約后期使用成本打下了堅實的基礎。但由于生產廠商不同，2.4G無線話筒的通訊頻點略有差異，一般在40-48個通訊頻點之間，可以滿足一般學校教學需求。
（2）藍牙無線話筒
藍牙無線話筒使用通訊協議與普通2.4G通訊技術使用的通訊協議不同，它除了傳輸音頻信號之外，還要兼顧系統本身的通訊。為了保證一對發射機與接收機通訊工作的暢通無阻，不受其他發射機的干擾，藍牙技術需要將一部分帶寬用于接收與發射之間系統本身的通訊。而2.4GHz無線傳輸技術采用的自定義傳輸協議。故其成本較低。
一般藍牙設備的通信距離是10m，通信速率為1Mbps。采用跳頻（AFH）、擴頻（FHSS）技術，共有79個信道，每個信道占用1MHz帶寬，信號不斷以1600Hz的速率在79個調頻點問隨機跳躍。
藍牙設備一般工作在2400MHz的ISM頻段。ISM的含義是工業、科學及醫學的首字母縮寫，起始頻率為2402MHz，終止頻率為2480MHz，并低端設置了2MHz的保護頻段，高端設置了3.5MHz的保護頻段。
為了避免相互干擾，藍牙采用了自適應跳頻AFH（Adaptive Frequency Hopping）、功率控制、LBT（Listen Before Talk）等獨特的技術措施，避免相互沖突。
藍牙無線話筒特點：
（1）任意匹配，自動對頻
發射機和接收機均無須設置頻點，當發射機與接收機供電電路接通時，發射機與接收機自動對頻，發射機關機后，通訊結束，當另一臺發射機開機后，重新開始對頻，故稱之為任意匹配，做到全部發射機與接收機通用，產品應用、設備管理和設備維護簡單方便。
（2）采用CVC回聲、噪聲抑制技術音質清晰
藍牙無線話筒為提高音質質量，采用了CVC回聲與噪音消除技術，該技術可以自動偵測語音環境。通過獨特的信號提取、分離技術將噪音中的語音信號提取出來，使教室中的擴聲系統能夠收聽或發送更加清晰的語音，實現完美音質信號采集及信號還原。
（3）無串擾，抗干擾
藍牙無線話筒采用的通訊技術，具有辯識碼、數據重傳、錯誤更正，動態數據長度調整等雙向智能功能：系統通過藍牙特有的跳頻和鎖頻技術，使得藍牙無線話筒不存在串頻干擾等現象。即兩只藍牙無線話筒發射機不能在同一教室使用，兩只藍牙無線話筒的發射機中的其中一只先對上頻后，另一只則不能對頻。
藍牙無線話筒為防止微波爐、無繩電話等電子設備的干擾，以及其他通信設備的相互干擾，采用了與眾不同的先進技術。
1）自適應跳頻技術AFH（Adaptive Frequency Hopping）
AFH技術是對原始藍牙跳頻序列的一種改進，它縮減藍牙設備跳頻點的數量，其基本原理是通過分辨出ISM頻段中優良和惡化的信道，從而避免使用擾信道，減少受干擾源。當藍牙電路進入AFH狀態后，其跳頻序列可使用的跳頻點N的數量是動態變化的，但規定必須有一個最小值Nmin，即Nmin≤N≤79。
2）跳頻擴頻（FHSS）技術
跳頻技術，英文全稱“Frequency-Hopping SpreadSpectrum”，縮寫為FHSS，是無線通訊最常用的擴頻方式之一。跳頻技術是通過接收機和發射機無線傳輸信號的載波頻率按照預定算法或者規律進行離散變化的通信方式，也就是說，無線通信中使用的載波頻率受偽隨機變化碼的控制而隨機跳變。從通信技術的實現方式來說，“跳頻技術”是一種用碼序列進行多頻頻移鍵控的通信方式，也是一種碼控載頻跳變的通信系統。從時域上來看，跳頻信號是一個多頻率的頻移鍵控信號；從頻域上來看，跳頻信號的頻譜是一個寬頻帶上以不等間隔隨機跳變的。其中：跳頻控制器為核心部件，跳頻控制器包括：產生跳頻圖案、同步、自適應控制等功能；頻合器在跳頻控制器的控制下合成所需頻率：數據終端則對數據進行差錯控制。
①內置鋰電池，節能環保
藍牙無線話筒內置環保無記憶鋰電池，通過Mini-USB接口快速充電，4小時即可充滿；內部采用高效電源管理系統，發射器可連續使用20小時以上，大幅降低電池成本和環境污染。
②權威認證，低輻射
目前市場上主流藍牙無線話筒已經通過國家權威部門認證，藍牙輻射僅為手機的百分之一；產品擁有國家無線電（SRRC）認證證書，為安全低輻射產品。
以上我們討論了各種無線話筒的技術特點，總結如表1。
三.藍牙無線擴聲系統的應用
隨著藍牙無線話筒技術的日趨成熟，目前北京已有十余所學校在多媒體教室安裝了藍牙無線擴聲系統。藍牙無線擴聲系統的安裝使用方法略有差異。
1.設備選型
新建多媒體教室或改造多媒體教室擴聲系統，擴聲設備選型工作十分重要，首先應確認學校規模，地面建筑空間各種無線信號的種類與強度；若學校規模不大，地面建筑空間各種無線信號的種類少與強度弱，建議采用經濟實用的2.4G無線擴聲設備。如若學校規模較大，且建筑空間各種無線信號的種類多與強度大，建議采用便于管理，無串擾、較經濟的藍牙無線擴聲系統。
2.無線擴聲系統的設備連接
在幾百人甚至上千人的多媒體教學環境中，擴聲系統的連接方式、工程施工質量的優劣顯得十分重要，因此在擴聲系統設備連接時，有線擴聲話筒與無線擴聲話筒應同時并存。當無線擴聲話筒正常工作時，有線擴聲話筒處于關閉狀態：當無線擴聲話筒供電不足或出現故障時，有線擴聲話筒應自動啟動，以保證教學活動的正常開展。
3.無線擴聲系統的管理
無線擴聲系統設備屬于學校固定資產，各學校對無線擴聲系統發射機的使用、管理方式也各有不同，主要有幾種：
（1）課前領用，課后歸還
無線擴聲系統的發射機由現代教育技術中心、后勤或教務部門管理，負責無線擴聲系統的發射機充電、清潔、維護等。老師憑證件上課前領用，下課后歸還。這種方式的弊端是管理難度大，教師領用手續繁瑣，不利于傳染疾病的防控。
（2）開學初領用，學期末歸還
無線擴聲系統的發射機現代教育技術中心或教務管理，開學初根據教室大小、課程安排有選擇的向老師發放無線擴聲系統的發射機。其他老師如有需要臨時領用。
（3）任課教師人手一只無線擴聲系統的發射機（簡稱一師一麥）
現代教育技術中心或教務部門根據學校人事處教師名單將無線擴聲系統的發射機發放到每位授課教師手中，發放及管理辦法如下：
1）現代教育技術中心依據教務處、人事處給予的教師名單進行發放；
2）教師下載表格填寫后，領用人需簽名并加蓋所在單位公章，憑工作證領取。
3）教師領用后由本人妥善保管，無線話筒在已安裝無線擴聲系統的多媒體教室均可使用；
4）老師對領用無線擴聲系統的發射機負責，人為損壞、丟失應照價賠償，自然損壞由現代教育技術中心負責維修。
5）無線擴聲系統的發射機為學校固定資產，發射機上的編號是該設備的編號，教師退休或調離，需將無線話筒交回現代教育技術中心。
（4）一師一麥優點
1）無需調整使用方便。無線擴聲系統的發射機和接收器均無須設置頻點，自動對頻，任意匹配，全部通用，使得產品應用、設備管理和設備維護更加簡單方便。
2）關愛教師健康。做到以人為本，有效地防止傳染性疾病的傳播。發射功率小，電磁輻射小。
