结合近年来我国在航空、航天、电工、电子等高科技领域快速发展的实际国情，笔者认为目前我院有必要对“工程电磁场”的教学内容进行完善和补充。除了包括现有的静态场、准静态场及时变电磁场等基本内容外，还应包括平面电磁波的传播、电磁波的辐射、导波与谐振腔、均匀传输线等内容，而且在实际的教学过程中应强化。无论是电气工程与自动化（强电）专业还是电子信息工程（弱电）专业，都应将静态场与动态场并重，通过教学，培养学生宽厚、扎实的工程电磁场基础，为今后日新月异的科技发展做好准备。
那么在学时有限的情况下怎样组织教学结构呢？
目前国内外工程电磁理论的教学结构分为两类：第一类是传统的按照“静态场-麦克斯韦方程组-时变场”的顺序组织教学内容，其推理方向是由特殊到一般。这类体系结构以静态场为起点，由浅入深，循序渐进，易教易学，非常适合没有电磁学基础的学生学习，大学物理课中电磁学的内容安排就是采用这个结构。第二类体系结构是在一开始回顾电磁学的基本定律，引出麦克斯韦方程组，紧接着讨论时变场，进而讨论电磁波的传播与辐射特性，把静态电磁场作为时变电磁场的特殊情况来分析。这种体系结构在精简静态场内容方面做得较成功，但起点比前者要高。作者认为，第二类结构非常适合我院学生，因为他们已经有了大学物理中静态场的基础，再按照传统结构“静态场-麦克斯韦方程组-时变场”讲授，学生会有重复的感觉，容易产生厌烦情绪。而第二类教学结构不仅能大大节省学时，而且可以适时地把电磁波的教学内容进行强化，将电磁波的基础知识和我们的生活及实际工程问题紧密联系，不仅能充分调动学生的学习积极性，而且还可以培养学生解决工程实际问题的能力。
二、将理论教学、实验教学与电磁场仿真有机结合，提高学习兴趣
为了使学生对抽象、枯燥的电磁场理论有形象、立体的认识，必须重视电磁场实验教学。笔者认为，在实际教学过程中可以通过基础、综合、典型工程应用3个层次的实验来提高学生对电磁场理论的学习兴趣，同时激发学生深入探索新兴边缘学科的积极性。
目前，电气学院学生可做的电磁场实验有静电场模拟、螺线管磁场测量、互感测量、部分电容测量4个实验，但是这些实验与物理中电磁学的实验很相似。作为工科电类专业的电磁场课程应体现工程电磁场理论的特点，因此要开发新的实验项目，突出场量、参数和特性的测量方法，培养学生的工程实践能力。例如，可以让学生自己设计测量接地电阻、跨步电压等工程实验项目。
除了理论教学、实验教学之外，将电磁场数值计算作为电磁场课程教学内容的一个组成部分是非常重要的。传统的教学内容注重解析法，只能求解场源分布规则（如无限大面、无线长线、球形分布）、场域规则，媒介分布均匀这类简单电磁场问题。遇到复杂的场源分布和不规则场域就束手无策了，更不必说求解实际的工程电磁场问题。
随着计算机科学的发展和计算方法的进步，大多数工程电磁场问题都可通过电磁场数值计算方法求解其边值问题而得到解答。电磁场数值计算方法在工程上的重要程度甚至超过了解析法。其中，有限元方法是工程电磁场数值计算中应用最广泛的分析方法。因此，在本科生的电磁场课程及专业课程设计中加强有限元法的教学及使用，具有很强的工程应用背景。
实际授课时宜选用有限差分法作为入门，以有限元法作为教学重点。目前现有的电磁场有限元计算软件包括ansoft、ansys、matlab 等。
如何将理论教学、实验教学和电磁场仿真软件应用有机结合，提高学生学习兴趣是一个值得研究的问题。笔者认为，绝大多数学生在学习“工程电磁场”课程时都是遵循由理论到实际、由抽象到形象的认知规律。因此，在实践教学中，笔者十分注重将理论、实验及仿真教学加以结合，增加学生对所学知识的深入了解，进而实现对所学知识的掌握。以一道简单的静电场题目为例，一平行板电容器，绝缘介质为空气，假设极板面积为无限大，忽略边缘效应，已知两极板间的电压，笔者分3步进行教学：
（1）通过解析法计算平行板电容器内的电位分布和电场强度；
（2）设计一个实验测出平行板电容器内的电位分布和电场强度；
（3）采用ansoft、ansys或matlab等有限元计算软件计算并画出平行板电容器内的等位线。
通过以上3种方法求解，本来抽象的计算结果，通过实验和仿真得到了同样的结果，并且直观、形象地摆在学生面前，电磁场变成了看得见、摸得着的东西，学生的兴趣就会大大提高，并能激发他们进一步研究的兴趣。
三、结束语
“万丈高楼平地起”，如果没有宽厚、扎实的基础，高楼何以稳固？在当前的本科生培养中，主张淡化专业，拓宽基础，扩大适应面，加强素质培养等已成为大家的共识，这样学生才能有能力去适应现今社会中所面临的专业渗透和交叉。“工程电磁场”作为电气学院的教学重点之一，对于培养学生对工程电磁问题的认知能力及对实际工程电磁问题的解决能力具有十分重要的作用。为了更好地从事本课程的教学，笔者提出了在现有的教学内容中补充、加强电磁波教学及将理论教学、实验教学与电磁场仿真软件有机结合的建议，希望可以为更好地从事该课程的教学、拓宽学生的知识面提供参考。
参考文献
［1］KONG JIN AU.Electromagnetic Wave Theory.北京：高等教育版社，2002.
［2］冯慈璋.工程电磁场导论.北京：高等教育版社，2000.
［3］丁兰，陆建隆.国内外“电磁场与电磁波”教材的比较研究［J］．理工高教研究，2006，25（1）．
［4］刘军民.自动化专业电磁场理论课教改尝试.电气电子教学学报，2001，23（1）．
非计算机专业“嵌入式系统”课程教学改革的探讨
王保华，王立德
（北京交通大学电气工程学院，100044）
摘要：在非计算机专业中，嵌入式系统的相关技术处在一个辅助本专业科学研究工作的地位。它既不能等同于计算机专业所开设的同类课程，也不能简单地被看作一门独立的专业选修课程。本文从课程设置、教学内容及实验教学等几个方面探讨了在非计算机专业中进行“嵌入式系统”课程教学改革的相关内容。
关键词：嵌入式系统 非计算机专业 教学改革 实验教学
一、非计算机专业“嵌入式系统”课程的教学现状
近几年来，随着计算机技术和电子技术的迅速发展，嵌入式系统技术应用越来越广泛，出现了许多相关的学科生长点。陆续地各大高校各个相关专业也都开设了“嵌入式系统”
课程。但大多数高校的“嵌入式系统”课程基本上是以ARM 和嵌入式操作系统（WINCE或者Linux）相关的知识作为教学内容。这样的教学内容设置对于仅有单片机和电子技术基础知识的非计算机专业的本科生来说还是有一定难度的。因此，课堂的效果通常都不太理想，只有极少数同学能够跟得上课程的进度。
“嵌入式系统”课程本应属于计算机专业的专业基础课程，如果要在非计算机专业开设这门课程，在教学的侧重点上则相应地要有所不同。比如，电气工程学院大多数专业都属于工程技术方面的，嵌入式系统技术在这里的作用应该是辅助主要专业方向完成相关科研工作。这就要求“嵌入式系统”课程在非计算机专业中的教学目标应该是让学生掌握一门非常实用的工具，着重提高学生灵活运用嵌入式系统相关知识的能力，而并非要求学生把“嵌入式系统”课程当作一门具有较深理论的专业基础课程去学习。
“嵌入式系统”虽然在非计算机专业中只是起到一个工具的作用，但是这个工具在科研当中的作用却是非常重要的。可以说，如果科研工作者在嵌入式方面的知识和能力不够，则很难很好地完成自己本专业方面的相关科研工作。因此，在非计算机专业领域也必须重视“嵌入式系统”课程的教学，包括相关课程的设置、教学内容和侧重点及实验教学等，而且这些都应作为一个整体来考虑和安排。
二、相关课程设置
根据嵌入式系统的特点，应该分为硬件和软件两个方面来合理地设置相关的课程。“模拟电路”和“数字电路”及“信号与系统”等应该作为“嵌入式系统”的硬件方面的理论基础课程。“单片机”、“可编程器件”等相关课程应当作为其硬件方面的专业基础课程。
DSP和ARM 的相关课程可以作为专业选修课程。对于硬件课程的设置不应一概而论，而是应该根据自己专业的特点有所侧重。在软件方面，“编译原理”和“数据结构”及“操作系统”应该作为其理论基础课程，“汇编语言”和“C 语言”应该作为专业基础课程。“C＋＋语言”及RTOS 相关知识可以作为专业选修课程。另外，其他一些嵌入式相关知识，比如“网络通信”、“工业现场总线”、“检测与仪表”、“PC 软件与数据库”等都可以列为选修课程。这样，学生通过软、硬件两方面课程系统地培养，以及一些感兴趣课程的选修，本科毕业之后将会具备较强的嵌入式开发能力。这样无论是在嵌入式系统方面就业还是在其他相关领域开展科研工作都将会有很大的帮助。
除了课程设置要具有系统性外，所有这些课程也应具有很好的前后连贯性，每门课程都应该清楚它们在嵌入式系统教学体系中的地位，前导的课程和后续的课程。如果我们把嵌入式系统不是作为单独的一门课程来对待，而是当作一个大类专业来进行相关课程设置的话，将使学生在嵌入式系统方面的学习更具完整性和系统性，有利于他们提高自己在嵌入式系统方面的能力和增加相关知识的积累。当然，在这其中，理论课程的深度和难度应该比计算机专业相对简单一些，而应该相应地加大实践性课程的教学强度。
三、课堂教学内容的改革
当前在“嵌入式系统”课程的教学过程中大多以ARM 9为主来介绍相关嵌入式系统方面的硬件知识。但是，ARM 9在目前来说，应该属于比较复杂一类的微处理器。这对于仅有单片机方面相关知识的本科生来说，理解ARM 9微处理器的结构还是比较困难的。而且在教学的过程很多教师还是把ARM 9的教学按照单片机的教学模式来进行，往往针对某一款ARM 9微处理器的各个寄存器和其汇编语言进行详细的讲解。然而，当前ARM 9的开发大多以C 语言为主，很少用到汇编语言。而且多数情况下是在ARM 9上进行嵌入式操作系统的移植和开发，很少涉及ARM 9具体的硬件知识。此外，学生已经学习了一个微处理器（单片机）的知识，对于另外一个微处理器（ARM）的学习，我们应该鼓励学生们自己学习，课堂上讲授的内容应该多以引导学生自学为目的。因为当学生真正接触到嵌入式系统相关工作的时候，他们将面临着要对大量的各式各样的微处理器进行选择，并且要求他们尽快地掌握这些芯片的使用，此时自学能力对他们来说将是很重要的一项能力。因此，我们认为把ARM 9当作对于大学本科生的学习内容不是很合适，从单片机的学习一下子跳跃到ARM 9的学习，其连续性不是十分理想。如果嵌入式系统的讲授内容要以ARM 为主，则最好选用ARM 7作为讲课的内容。现在，ARM 7的芯片相对来说比较简单，和单片机的知识相关性比较大，对它们的学习相对比较容易，学生在学习这门课程中将会有比较大的成就感。在掌握了ARM 7的基础上，然后再补充一些相关的ARM 9的知识，让学生自己学习ARM 9的开发则会比较顺利。具体是选择ARM、DSP还是SOPC 作为微处理器来讲解，这要根据本专业的特点来确定。比如，对于应用控制类型的DSP比较多的专业来讲，把DSP作为单片机之后一个新的微处理器作为课程内容也是一个不错的选择。
另外，嵌入式的开发是一个系统的整体开发或者是多个系统的综合开发，因此除了微处理器的知识外，其他一些硬件的知识也都是十分重要的，比如电源、功耗、芯片间通信、电磁兼容、电路板制作、存储与显示、工业网络等相关技术。这些基础知识涉及的内容十分广泛，无法在课堂上进行细致的讲解，但是作为必要的知识内容，我们在课堂上和实验中都应有所涉及，详细内容可以要求学生通过相关课程的选修或者自己学习来获得。
