電磁場數值方法與軟件簡介電磁場數值方法與軟件簡介電磁場數值方法與軟件簡介第2章電磁場數值方法與軟件簡介2.1為什么需要數值方法2.2電磁場數值方法簡介2.3幾種常見的電磁場數值分析方法介紹2,4射頻微波仿真軟件(微波EDA)、平臺比較2.5MATLAB中的PDE及其電磁場問題應用2.1為什么需要數值方法2.1.1傳統方法的局限性1864年麥克斯韋建立統一而且優美的電磁場基本方程組揭示了電、磁和光的統一性.100多年來.人類對電磁場問題的求解方法經歷了從傳統方法到現代方法的演變過程其中傳統方法包括圖解法、實驗法和解析法三種.現代方法就是數值法.圖解法雖然直觀.但是需要相當的經驗積累.進行問題和模型的簡化.求解結果很為粗糙.其中每一種方法都包含多種具體方法為提高學生學習質量，自覺自主的將學習內容做好總結歸納，在初中教學中，開展化學歸納法進行試行教學，通過在課堂上的思路梳理，將學生的學習思維落實在歸納應用上，促進了教學目標的引領，使學生在學習方法上得到了“授人以魚，不如授人以漁”的受用理念。一、初中化學采用歸納法的意義初中對于學生的成長歷程來看，是至關重要的階段，對于難以理解的化學元素表、一系列的化學變化產物等，在學習的進展上給學生增加了很大的難度。初中教學開展歸納總結方式進行學習可以將零散的知識點進行同類合并、原理劃分的方式開展知識點的體系建立。有效地提高了學生的學習興趣，促進了學生面對枯燥單一的化學方程式產生的抵觸情緒，在提高課堂高校教學的同時，將學生的學習方法進行了科學的檢驗，合理搭建初中教學方法，為學生在初中學習階段打下健康的學習習慣。二、初中化學存在的教學問題初中化學學科的特點為：知識點多、抽象性強、實操性少的特點，對于學生來講，無法將化學方程式的原理充分理解，對于化學學科不是文科也不是理科，很多學生計劃以學科分類的形式進行系統學習，最后搞得一頭霧水不知所以。而教師采用的教學方法，采用一貫而例的固化傳授模式，讓學生在大量的化學定性與定量分析上，出現腦洞大開的抽象性，學生無法運用自己的想象力開拓化學方程式最后的結果，氯化鈉與硫酸制氯化氫結合無法用思維拓展的方式得出正確結果。化學學科的知識點打開后，漫天漫地都是抽象難懂的化學結合，導致學生在淺顯的知識開展中，就面臨棄學的學習心態。教師枯燥、單一的講解在試驗課的操作中存在老師操作，學生看的節奏。實驗課中試驗教具短缺、化學反應發生危險等情況是學生實操性匱乏的主要原因。未將理論與實際恰當的融合，使學生在化學學科中，產生厭煩的心理，使化學學科無法科學、健康開展。在實驗課的開展中，教師陳舊的教學思維，以碳在氧氣中充分燃燒：C+O2點燃CO2；碳在氧氣中不充分燃燒：C+O2點燃2CO為例。而在如何制取氧氣的知識點上（2H2O2O2+2H2O用二氧化錳做催化劑）缺乏拓展意識。三、初中化學歸納教學法應用（一）歸納法在理論課中的應用化學學科在實際教學的開展中，應當從生活中實際的角度出發，將常識性的知識結構作為由淺入深的進行滲透。化學學科，知識點零散、理論性強的特點，以歸納的方式進行排列總結，化學課有效的學習方法是讓學生抓住典型習題法的特點，一節課不需要?^多開展知識點的灌輸，集中、單純地將例題問題逐一攻破，是培養學生用自己的理解方式開展舉一反三的學習習慣，鍛煉學生自主學習，自主總結，在自主學習的過程中，教師起到引導、校對的作用；而關鍵點的歸納是建立在典型習題的基礎上，一個問題的規律總結出來后，共性的產生是需要以關鍵點的方式進行開展的。通過有效的歸納，使學生在揣摩化學方程式的共性與規律時，避免了死記硬背的學習模式，在化學元素不同的搭配與結合上，出現的各種反應使學生對方程式的抽象，漸漸轉換成奇妙的科幻世界。（2O2+3Fe點燃Fe3O4）鐵在氧氣中點燃，生成四氧化三鐵的奇妙使學生在趣味橫生中，尋找知識點的開散性，激發了學生在選取其他化學元素的比例搭配中的好奇心理。（二）歸納法在實驗課中的應用化學的試驗操作課，對于學生掌握理論知識具有非常重要的意義，傳統的理念教學采取教師表演學生看的方式，但是在學生的受用程度上看并不理想。實驗課教學采取歸納法的植入起到將學生的理論知識再一次夯實的作用，教師在演示過后，工作臺交給學生進行實踐操作，在操作的過程中，教師可以將要點和理論知識結合，引導學生采用歸納法進行化學結構的共性與規律的總結。學生通過規律與共性的歸納，開展自己的學習方法，使之有效的學會舉一反三的學習習慣，面對H、He、Li、Be、B再也不是英文字母的調侃傳說。通過實際操作進行歸納總結，促進學生保持正確的心態開展化學課學習，培養學生的主動性，增強學生的理解能力，在觀察與原理的反映特征上，得到了化學物質的深層理解。四、總結化學學科是理論聯系實際的雙向學科，在抽象性強、知識點分散的特點下采用歸納法教學，不僅提高學生對化學的學習興趣，也將教學的固化模式得到改善，在實地教學的過程中，將源于生活的實踐與科學理論緊密結合，是歸納法教學由淺入深的重要教學機理。歸納與總結的思路是排布規律，提煉共性最佳的學習方法，開展以歸納法進行教學，普遍提高學生學習熱情，增進學習方法，為學習目標的有效實現而構建健康的教學環境。新課標的實施，是課程改革的一大成就，為課堂教學輸入了新的活力、新的理念，把自主、合作、探究的學習方式帶入課堂，把新的電化教學手段――多媒體引進課堂。這些手段的運用，無不使我們的課堂精彩紛呈，使我們教學充滿勃勃生機。但也出現一些令人擔憂的事實。今年我從一個年級380多個學生中抽出前60名的學生做了調查結果如下：能夠規范而又工整寫好漢字（方塊字）的男生只有1個。31個女生字寫得工整，但很多間架結構不規范。其余的不僅寫不好，而且錯字連篇；同樣的60個人寫作文，能把一件事寫清楚，有中心的只有36人，還有5名聰明的學生，作文只寫了一段話。目前，大多數農村學生僅依靠語文課本，少數學生讀幾本市場賣的作文書，課外積累就不言而喻了。我見到許多中學生不會寫請假條，不會打借條，與人交流吞吞吐吐，語無倫次，表達不清等等。作為語文老師看到這些真是尷尬萬分。說到這使我聯想到我們的語文教學。我聽過很多老師的課，基本過程是：導入（約0.5分鐘）――檢查基礎知識的預習情況（2-4分鐘）――讀書（一遍）――合作探究（老師出題，學生快速完成老師出的題，題目多，花時間）――作業檢查。從此教學過程可見，絕大多數老師授課時努力使自己的課堂有條理，注重自主、合作、探究學習方式的表現，雖然形式多樣，但收效甚微。具體表現如下：其一，自主學習應該是在老師的循循善誘地啟發指導下，學生掌握了一定的學習方法時，帶著疑問去自覺地學習，自主學習體現尊重學生的教育理念，對激發學生的學習興趣有著不可估量的作用。但有的老師在課堂上為了體現學生的主體地位，沒有目標的讓學習胡亂猜想，信口開河，看似熱熱鬧鬧的一節課，老師沒去想學生這節課到底學到了什么，學習效率很低。其二，合作學習充分發揮學生學習團結協作的精神，對學生之間相互促進、相互交流搭建平臺。分組合作學習模式，討論后只有幾只“領頭羊”具有發言權，部分學生不知所措，也無話可說，熱鬧2分鐘后，“領頭羊”幫大家完成老師布置的學習任務，有的學生恍然大悟，有的學生一頭霧水。我自己在教學中也有同樣的經歷，我們也沒有靜下心去想那些學生為什么會這樣？他們的基礎怎樣？這樣合作學習，他們又能學到什么？其三，探究學習應該是在學生對課文有一定的理解和認識的基礎上，在老師的巧妙啟發引導下深入研究學習的重點難點，有利于引導學生深刻地認識問題，理解問題，但很多老師在課堂上引導學生探究時淺嘗輒止，收效甚微。農村的語文教學該怎樣落實呢？針對上述情況，筆者提出以下做法：第一，認真落實好語文課本上的語文實踐活動。新教材編寫的綜合性學習這一板塊，與傳統教材中的語文實踐課，有很多相似的地方，但它比以前的實踐活動涉及的知識、能力訓練的面更廣、更新，更有利于全面提高學生的語文素養。因此老師在語文教學中一定要把它重視起來，如同上課文一樣去引導學生落實到位，甚至可以根據學生實際和地方特點開發一些新的教學資源，可根據當地文化需求，教會學生一些基本語文技能。例如，根據農村學生的特點，教會學生寫各種條據（證明、收條、欠條、簽合同等）等等。還可以組織學生走進社會與人交流，提高自己的表達能力和交際能力，要在老師引導下走進機關，走進市場，讓他們與商人，與國家干部，甚至領導階層的人物交流，讓他們知道什么場所說什么話，什么樣的對象該怎么交流，提高語言交際能力，在生活中學語文，長知識。這樣學習使學生開闊視野，豐富知識，更有利于提高語文素養。第二，課外閱讀要落實到位。課外閱讀能增加語文積累，也是對語文課堂教學的一種有益拓展。因此老師要采取多種方式，激勵學生走向課外，拓展他們的知識面。我認為不妨嘗試以下方法：（1）提一個目錄供你選；（2）提一個時間表供你讀（背）；（3）供一個機會讓你說；（4）供一個平臺讓你演。而且，學生課外閱讀不要局限于配套教材《自讀課本》，可以擴展到中外古今諸方面的有益讀物；不要局限于書本，可以擴展到網上；不要拘泥于家校，可以擴展到圖書館、文化超市。以讀好書行動，樹好讀書意識，成讀書好習慣為目標，讓全體學生身心愉悅地走進課外閱讀，在激情中學語文、用語文。第三，自主、合作、探究的學習方式落到實處。作為農村的孩子，基礎比較薄弱，這些學習方式的實施一定要有老師的示范，有可行的目標，千萬不能走形式、看熱鬧。具體做到學生自主要有基礎，合作形式多樣，師生合作是榜樣，生生合作是目的，探究要有針對性，有深刻性，對淺顯易懂的內容去搞所謂的探究，是浪費時間，是低效學習。總之，因材施教的教育教學思想，在新課程的教學實踐中是永不腿色的，針對農村學生的實際，老師在教學活動中仍然要因材施教，針對不同的教育對象采取合理的學習方式，落實語文教學目標，實現有效學習，讓學生把握知識，掌握技能，提高語文素養。齊永萍，教師，現居湖北保康。第2章電磁場數值方法與軟件簡介2.1為什么需要數值方法2.2電磁場數值方法簡介2.3幾種常見的電磁場數值分析方法介紹2,4射頻微波仿真軟件(微波EDA)、平臺比較2.5MATLAB中的PDE及其電磁場問題應用2.1為什么需要數值方法2.1.1傳統方法的局限性1864年麥克斯韋建立統一而且優美的電磁場基本方程組揭示了電、磁和光的統一性.100多年來.人類對電磁場問題的求解方法經歷了從傳統方法到現代方法的演變過程其中傳統方法包括圖解法、實驗法和解析法三種.現代方法就是數值法.圖解法雖然直觀.但是需要相當的經驗積累.進行問題和模型的簡化.求解結果很為粗糙.其中每一種方法都包含多種具體方法為什么需要數值方法傳統的計算方法以電磁場簡化和實驗修正的直觀經驗參數為基礎.計算精度往往不能滿足要求.比如直接測量電磁場(如靜電場)需要昂貴復雜的設備.對測量技術的要求也高.而且很多時候由于現場條件限制不能夠布置測試平臺.所以常常采用模擬法來研究和測量靜電場.如用電流場模擬靜電場的方法、模擬電荷法等.類似于現在所說的半實物仿真.其中模擬電荷法可以看作是廣義的鏡像法.它簡單、直觀.能有效地求解靜電場工程計算問題.但是.其計算精度主要取決于計算者的經驗.為了克服這個不足.后來在模擬電荷法的基礎上.又發展出來了優化模擬電荷法.無論是模擬電荷法還是優化模擬電荷法.模擬電荷的類型、位置、電荷值不是唯一的.而且一般只適用于靜電場.需要說明的是.模擬電荷法本質上已經是一種數值方法為什么需要數值方法解析法就是直接求解場的基本方程如麥克斯韋方程、拉普拉斯方程和泊松方程的方法有兩個大類:微分方程法、積分方程法.具體的方法有虛位移法、比擬法、鏡像法、分離變量法、變分法、復變函數法、保角變換法等.解析方法的優點有:(1)可將解表示為顯式數學函數.從而計算出精確的數值結果(2)可以作為近似解和數值解的檢驗標準(3)在解析過程中和在解的表達式中可以觀察到問題的內在聯系和各個參數對數值結果所起的作用為什么需要數值方法雖然解析法可得到問題的精確解.而且效率也很高.但不管哪一種具體解析法.其適用范圍都非常窄.只能夠求解一些簡單、規則的邊界問題基本上不能用于求解結構復雜和任意邊界幾何形狀的、三維空間的工程實際問題而且許多實際工程和科學問題根本無法求得解析解.因此這些方法長期未能有效應用于較復雜電磁系統的設計過程中在很多場合人們實際采用的是磁路計算方法,它可以說是唯一實用的方法.其依據是磁系統中磁通絕大部分是沿著磁路流通的.這種計算方法與電路的解法極其相似.易于掌握和理解.因而沿用至今.但眾所周知.磁通是無絕緣體可言的.所以磁路實際上是一種分布參數性質的路.當磁系統結構復雜、鐵磁材料飽和時.磁路很難逼近實際情況.即使逼近了其計算也十分復雜為什么需要數值方法由于傳統方法只能解決一些經典問題.具體到復雜的實際工程和研究過程.往往需要通過數值方法求解具體環境中的電磁場與電磁波問題數值算法的基本思想就是把連續變量函數離散化.把微分方程化為差分方程.把積分方程化為有限和的形式從而建立起可以收斂的代數方程組.然后利用計算機技術進行求解.電磁場數值算法能夠得到絕大多數電磁場問題的近似解.隨著高速和大容量計算機技術的飛速發展.電磁場數值計算已經發展成為一門新興的重要邊緣學科.提出了多種有效、實用的求解電磁場問題的數值方法.主要有矩量法(MOM)、有限元法(FEM)、有限積分法(FIT)、時域有限差分法(FDTD)、邊界元法等更為可喜的是.基于這些數值計算方法.許多優秀的專業化、商業化的電磁仿真軟件得到開發并廣泛應用為什么需要數值方法212仿真的重要性有了商業化的電磁場數值計算軟件平臺.我們就可以干一件重要的工作:電磁場數值仿真.這是電磁場數值方法巨大作用的具體體現之其影響十分深遠.可以說.計算電磁學給電磁場與電磁波理論在方法上帶來的是革命性的變化.仿真的重要性體現在以下幾個方面(1)仿真可以求解復雜電磁場問題當計算場域的邊界幾何形狀復雜時.應用解析法分析很困難甚至行不通.必須采用數值計算的方法.可以利用現有商業化軟件平臺進行仿真為什么需要數值方法(2)仿真可以代替測量在理解待分析的問題、合理設置仿真模型和求解參數的前提下.仿真完全可以代替測試和測量.是一種可以信賴的評估和檢測、驗證手段(3)仿真已經是科學研究、工程開發和教學不可或缺的手段和內容仿真已經成為科學研究電磁規律、電磁特性的主要手段、方法和內容特別是在對外部環境電磁特性的研究方面.仿真也是重要的教學內容和手段、方法.同時.仿真是學生職業生涯必須會、必須熟練的技能仿真軟件和平臺是他們必須熟練掌握和使用的工具(4)仿真可以提供很高的軍