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摘要：信息技术的发展已经给高校电磁学课程教学带来很大变革，仿真APP的使用会极大促进电磁学教学，本文分析了电磁学教学和仿真APP发展现状，并对如何在电磁学课堂上使用仿真APP实践进行了探讨
关键词：电磁学;仿真APP;信息技术;计算机辅助工程
随着信息技术的发展，越来越多的新的教学手段和辅助方法被用在高校课堂上，特别是一些理工类课程，由于其概念的深度和抽象性，需要从新的方法和手段进行阐述，仿真APP的引入是一个很好的方法。笔者长期作为高校电磁学课程的主讲教师，就利用仿真APP促进电磁学教学有自己深刻的体会。
一、电磁学教学现状
电磁学是高校物理学专业的一门专业基础课，对不少同学而言，电磁学知识比较抽象，特别是关于电场，电势，磁场，磁力，电磁感应等基本概念，不如力学，热学概念比较直观，需要具备一定的想象能力和空间思考能力，因此学习过程极具挑战性。而传统的电磁学教学仍然是以PPT课件和板书相结合的方式进行，授课方式以线下讲授结合线上辅导答疑的方式来展开。近些年由于信息技术的发展，已经给电磁学授课带来了很大的变革，如PPT的功能日益强大，教学演示视频的使用，互联网信息获取的便捷， 可以使课堂内容更加丰富和生动，也给授课老师以更多的教学方式选择。但是由于电磁学知识的深度较深，公式比较复杂，不少同学感觉还是难以入手，许多学生深陷于理解复杂的数学公式和方程式，而对于实际要解决的问题却没有清晰的认知。如何能过够更加清晰的展示概念，阐述过程，成为授课老师亟待解决的问题，而近些年，仿真APP的兴起，给教学和科研提供了很大的便捷。把仿真APP引入课堂，会对目前的教学模式带来变革，促进了课堂教学方式的创新和发展。仿真APP对物理场的仿真是很真实清晰的，对一些重点难懂的概念，可以用图表、绘图、场分布、等值线等形式予以阐述，对于一些物理机制，可以用动画的形式加以阐明，对学生理解和掌握基本知识有很大的帮助，特别对于电磁学中一些很抽象的概念，可以用很形象的方式进行表示。所以，在电磁学教学过程中引入仿真APP是很有必要的。
二、仿真APP发展现状
数值模拟技术诞生于1953年，计算机模拟做为数值模拟最常用的一种手段，近些年来已经得到了长足的发展。这就是计算机辅助工程（CAE），CAE的应用范围非常广泛，而基于CAE技术的仿真软件，也得到了不断的发展和完善。目前的仿真APP主要是以有限元分析（FEA）为原理而进行仿真模拟的软件，有限元分析软件主要是ANSYS，FTDT，CST， COMSOL等，而这些软件经过这些年的发展，已经日趋成熟。我们以常用的COMSOL为例进行说明，COMSOL诞生于1986年，经过30多年的发展，已经推出到5.6的版本，在全球的数据仿真领域取得了辉煌的成就，多次被NASA技术杂志评选为“本年度最佳上榜产品”，在全球重要科研学术发表论文中，利用从COMSOL进行模型分析是很多学术科研的必由之路。不仅如此，COMSOL在大学教学中的应用日益广泛，西安交通大学化工系刘永忠教授最早将COMSOL引入国内化学领域的教学，中山大学黄智恒博士倡导利用COMSOL在本科生教学中应用数值模拟和实验相结合的手段。总之，利用仿真APP促进教学，也是未来教学改革的一个发展趋势，在课堂上有目的有针对性的使用仿真APP，对促进我们的教学效果有很好的作用。
三、在电磁学课堂上使用仿真APP实践探讨
（1）三维仿真视图加深理解電磁学原理
清晰的认知是学习电磁学课程的关键，在电磁学领域，由于电磁波看不见、摸不着，因此学生对电磁场的激发，传播、辐射等问题的实际情况了解甚少，而仿真工作恰好能解决这个问题。很多电磁场仿真软件能使电磁场可视化，并能对场进行旋转、缩放及互动，例如，通过三维仿真视图可以观察偶极子周围的电场线分布，而黑板上的绘图则很难准确描述这一现象，利用仿真软件显示场强强弱的分布，画出等势面等等，这极大的方便了同学们对电磁学概念的直观认识，方便了电磁学的学习。
（2）仿真 App 帮助学生学习电磁学课程
学生可以通过仿真 App自行观察物理现象，并进行思考，这可以辅助学生课下自主学习电磁学课程。任课老师将他创建的电磁学基本模型封装成一个仿真 App，并将其上传至学校的 COMSOL Server 上，这 样 学 生 就可以通过网页浏览器自行访 问 和 运 行 该 仿 真 App，并且可以设置几个参数供学生试验，既能调动他们的兴趣，又不会使他们感到繁琐。可以把一些建模练习当作课下作业，即熟悉了APP的使用，又深化了电磁学知识。
（3）仿真APP帮助强化培养目标
每门课程都有希望达到的培养目标，把仿真APP引入电磁学课堂教学，会对培养目标起到强化作用。我们希望电磁学可以达到三个培养目标。首先，能够培养学生对电磁场物理量之间相互作用的直觉，使他们不会因为问题变得复杂而气馁;其次，学生毕业后，能够成为具有批判性思维、并能解决实际问题的人。因此，学生需要理解电磁理论而不是死记硬背公式。例如，他不希望学生仅会背诵高斯定律，而是希望他们能够进行自我反思 ：“高斯定律要表达什么内容，它可以解决什么问题”。最 后， 学生可以领悟更高层次的电磁学内容，例如数学和物理是如何融合的。利用仿真APP，了解APP建模的原理、过程，结果，学生在无形中会对这些目标能力强化和拓展。
（4）仿真APP帮助拓展电磁学课程教学未来
仿真APP的引入会使电磁学的学习以新的、更好的方法使学生能够更轻松地接受，这也是未来课程教学发展的方向。如果有朝一日能将虚拟现实或增强现实（VR/AR）技术纳入课程教学中，使学生沉浸于虚拟的电磁场、电容器和电介质中，深入体验物理现象并理解 物理问题。将会是一种更好的体验。AR/VR 技术能够模拟真实的工程场景，这也正是仿真APP希望达到的效果。如何让这些新兴技术在教学中发挥作用，以及如何与仿真相结合是未来教学的研究方向。
四、结束语
总之，仿真APP 的引入，对电磁学教学带来了很大的变革，在上课的时候利用仿真APP对重点概念，重点模型进行仿真演示，对促进电磁学教学是很有帮助的。让同学们了解仿真APP的使用，可以深化对电磁学知识的理解和应用，同时，对学生未来的科研发展，学术研究，都有很好的引导和促进作用。
参考文献
[1]马慧 王刚 comsol multiphysics基本操作指南和常见问题解答[M]，北京，人民交通出版社，2009，3-5.
[2]王刚 安琳 comsol multiphysics工程实践与理论仿真——多物理场数值分析技术[M]，北京，电子工业出版社，2012，4-6
[3]Willia B.J.Zimmerman comsol multiphysics有限元法多物理场建模与分析[M]，北京，人民交通出版社，2007，1-2
关键词：电磁学;仿真APP;信息技术;计算机辅助工程
随着信息技术的发展，越来越多的新的教学手段和辅助方法被用在高校课堂上，特别是一些理工类课程，由于其概念的深度和抽象性，需要从新的方法和手段进行阐述，仿真APP的引入是一个很好的方法。笔者长期作为高校电磁学课程的主讲教师，就利用仿真APP促进电磁学教学有自己深刻的体会。
一、电磁学教学现状
电磁学是高校物理学专业的一门专业基础课，对不少同学而言，电磁学知识比较抽象，特别是关于电场，电势，磁场，磁力，电磁感应等基本概念，不如力学，热学概念比较直观，需要具备一定的想象能力和空间思考能力，因此学习过程极具挑战性。而传统的电磁学教学仍然是以PPT课件和板书相结合的方式进行，授课方式以线下讲授结合线上辅导答疑的方式来展开。近些年由于信息技术的发展，已经给电磁学授课带来了很大的变革，如PPT的功能日益强大，教学演示视频的使用，互联网信息获取的便捷， 可以使课堂内容更加丰富和生动，也给授课老师以更多的教学方式选择。但是由于电磁学知识的深度较深，公式比较复杂，不少同学感觉还是难以入手，许多学生深陷于理解复杂的数学公式和方程式，而对于实际要解决的问题却没有清晰的认知。如何能过够更加清晰的展示概念，阐述过程，成为授课老师亟待解决的问题，而近些年，仿真APP的兴起，给教学和科研提供了很大的便捷。把仿真APP引入课堂，会对目前的教学模式带来变革，促进了课堂教学方式的创新和发展。仿真APP对物理场的仿真是很真实清晰的，对一些重点难懂的概念，可以用图表、绘图、场分布、等值线等形式予以阐述，对于一些物理机制，可以用动画的形式加以阐明，对学生理解和掌握基本知识有很大的帮助，特别对于电磁学中一些很抽象的概念，可以用很形象的方式进行表示。所以，在电磁学教学过程中引入仿真APP是很有必要的。
二、仿真APP发展现状
数值模拟技术诞生于1953年，计算机模拟做为数值模拟最常用的一种手段，近些年来已经得到了长足的发展。这就是计算机辅助工程（CAE），CAE的应用范围非常广泛，而基于CAE技术的仿真软件，也得到了不断的发展和完善。目前的仿真APP主要是以有限元分析（FEA）为原理而进行仿真模拟的软件，有限元分析软件主要是ANSYS，FTDT，CST， COMSOL等，而这些软件经过这些年的发展，已经日趋成熟。我们以常用的COMSOL为例进行说明，COMSOL诞生于1986年，经过30多年的发展，已经推出到5.6的版本，在全球的数据仿真领域取得了辉煌的成就，多次被NASA技术杂志评选为“本年度最佳上榜产品”，在全球重要科研学术发表论文中，利用从COMSOL进行模型分析是很多学术科研的必由之路。不仅如此，COMSOL在大学教学中的应用日益广泛，西安交通大学化工系刘永忠教授最早将COMSOL引入国内化学领域的教学，中山大学黄智恒博士倡导利用COMSOL在本科生教学中应用数值模拟和实验相结合的手段。总之，利用仿真APP促进教学，也是未来教学改革的一个发展趋势，在课堂上有目的有针对性的使用仿真APP，对促进我们的教学效果有很好的作用。
三、在电磁学课堂上使用仿真APP实践探讨
（1）三维仿真视图加深理解電磁学原理
清晰的认知是学习电磁学课程的关键，在电磁学领域，由于电磁波看不见、摸不着，因此学生对电磁场的激发，传播、辐射等问题的实际情况了解甚少，而仿真工作恰好能解决这个问题。很多电磁场仿真软件能使电磁场可视化，并能对场进行旋转、缩放及互动，例如，通过三维仿真视图可以观察偶极子周围的电场线分布，而黑板上的绘图则很难准确描述这一现象，利用仿真软件显示场强强弱的分布，画出等势面等等，这极大的方便了同学们对电磁学概念的直观认识，方便了电磁学的学习。
（2）仿真 App 帮助学生学习电磁学课程
学生可以通过仿真 App自行观察物理现象，并进行思考，这可以辅助学生课下自主学习电磁学课程。任课老师将他创建的电磁学基本模型封装成一个仿真 App，并将其上传至学校的 COMSOL Server 上，这 样 学 生 就可以通过网页浏览器自行访 问 和 运 行 该 仿 真 App，并且可以设置几个参数供学生试验，既能调动他们的兴趣，又不会使他们感到繁琐。可以把一些建模练习当作课下作业，即熟悉了APP的使用，又深化了电磁学知识。
（3）仿真APP帮助强化培养目标
每门课程都有希望达到的培养目标，把仿真APP引入电磁学课堂教学，会对培养目标起到强化作用。我们希望电磁学可以达到三个培养目标。首先，能够培养学生对电磁场物理量之间相互作用的直觉，使他们不会因为问题变得复杂而气馁;其次，学生毕业后，能够成为具有批判性思维、并能解决实际问题的人。因此，学生需要理解电磁理论而不是死记硬背公式。例如，他不希望学生仅会背诵高斯定律，而是希望他们能够进行自我反思 ：“高斯定律要表达什么内容，它可以解决什么问题”。最 后， 学生可以领悟更高层次的电磁学内容，例如数学和物理是如何融合的。利用仿真APP，了解APP建模的原理、过程，结果，学生在无形中会对这些目标能力强化和拓展。
（4）仿真APP帮助拓展电磁学课程教学未来
仿真APP的引入会使电磁学的学习以新的、更好的方法使学生能够更轻松地接受，这也是未来课程教学发展的方向。如果有朝一日能将虚拟现实或增强现实（VR/AR）技术纳入课程教学中，使学生沉浸于虚拟的电磁场、电容器和电介质中，深入体验物理现象并理解 物理问题。将会是一种更好的体验。AR/VR 技术能够模拟真实的工程场景，这也正是仿真APP希望达到的效果。如何让这些新兴技术在教学中发挥作用，以及如何与仿真相结合是未来教学的研究方向。
四、结束语
总之，仿真APP 的引入，对电磁学教学带来了很大的变革，在上课的时候利用仿真APP对重点概念，重点模型进行仿真演示，对促进电磁学教学是很有帮助的。让同学们了解仿真APP的使用，可以深化对电磁学知识的理解和应用，同时，对学生未来的科研发展，学术研究，都有很好的引导和促进作用。
参考文献
[1]马慧 王刚 comsol multiphysics基本操作指南和常见问题解答[M]，北京，人民交通出版社，2009，3-5.
[2]王刚 安琳 comsol multiphysics工程实践与理论仿真——多物理场数值分析技术[M]，北京，电子工业出版社，2012，4-6
[3]Willia B.J.Zimmerman comsol multiphysics有限元法多物理场建模与分析[M]，北京，人民交通出版社，2007，1-2