發(fā)布時(shí)間：2022-04-03 07:58:52
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的大學(xué)物理恒定磁場總結(jié)樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
2007年全國高中物理全面實(shí)施了新課程標(biāo)準(zhǔn)，新課標(biāo)的實(shí)施給大學(xué)基礎(chǔ)物理教學(xué)帶來了新的壓力和挑戰(zhàn)。結(jié)合高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)和大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀，筆者從知識點(diǎn)、思維方式、新課改選修內(nèi)容三個(gè)方面分析當(dāng)前大學(xué)物理教學(xué)中存在的問題，促使大學(xué)物理教師改進(jìn)教學(xué)方法，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：
新標(biāo)準(zhǔn)；大學(xué)物理；教學(xué)模式；教學(xué)內(nèi)容
一、引言
物理學(xué)是整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)，物理學(xué)的思想方法和研究方法幾乎應(yīng)用于自然科學(xué)的每一個(gè)領(lǐng)域，同時(shí)物理學(xué)也是近代高新技術(shù)的重要源泉。大學(xué)物理課程是理工科學(xué)生的必修課，在強(qiáng)調(diào)素質(zhì)教育的今天，其功能不僅僅是一門為后續(xù)課程服務(wù)的基礎(chǔ)課，也是培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、思維能力、創(chuàng)新能力的主要途徑。2007年，全國高中物理全面實(shí)施了新課程標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱新課標(biāo)），與舊教材相比，高中物理新教材更強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究方法及科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的培養(yǎng)。學(xué)生基礎(chǔ)知識的改變，對當(dāng)前《大學(xué)物理》的教學(xué)產(chǎn)生了較大的影響，也給教師帶來了新的壓力和挑戰(zhàn)。如何加快推進(jìn)《大學(xué)物理》教學(xué)改革，在做好大學(xué)物理與高中物理知識順利銜接的同時(shí)，仍然保持其生機(jī)與活力，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的？筆者經(jīng)過幾年的教學(xué)探索，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前《大學(xué)物理》教學(xué)中存在若干問題，并提出了解決的思路。
二、大學(xué)物理與高中物理知識銜接中所面臨的問題
（一）知識點(diǎn)重復(fù)性較大
新課標(biāo)下的高中物理教材體系依然按照經(jīng)典物理學(xué)的五大分支，即力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子物理學(xué)為主線，大學(xué)物理同樣也是以力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理為主要框架。相對高中物理，大學(xué)物理只是在深度和廣度上有了新的發(fā)展，分析工具由初等數(shù)學(xué)變?yōu)楦叩葦?shù)學(xué)，但物理概念及規(guī)律沒有太大變化。對于剛剛領(lǐng)到大學(xué)物理教材的大學(xué)低年級學(xué)生而言，從整體上感覺大學(xué)物理只是高中物理知識的重復(fù)，而沒有顯示出大學(xué)物理的獨(dú)立性和實(shí)用性，難以激發(fā)學(xué)生學(xué)學(xué)物理的熱情和興趣，從而無法實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理的教育功能。
（二）教師授課方式不同
高中物理新課標(biāo)指出，中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的目標(biāo)為：學(xué)習(xí)終身發(fā)展必備的物理基礎(chǔ)知識和技能，了解這些知識與技能在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用，關(guān)注科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢；學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，能運(yùn)用物理知識和科學(xué)探究方法解決一些問題；了解科學(xué)與技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會的互動作用，認(rèn)識人與自然、社會的關(guān)系，有可持續(xù)發(fā)展意識和全球觀念。在此目標(biāo)指導(dǎo)下的高中物理教材圖片豐富，實(shí)用例子甚多，且每章都有精彩的導(dǎo)入。高中物理由于教學(xué)內(nèi)容少，課時(shí)多，所以教學(xué)進(jìn)程相對較慢，任課教師為了吸引學(xué)生的注意力，啟發(fā)學(xué)生思考，營造課堂的學(xué)習(xí)氣氛，對于引入的每一個(gè)概念，都能通過演示實(shí)驗(yàn)、講解小故事或者生活現(xiàn)象等方式進(jìn)行形象解讀，促進(jìn)學(xué)生的理解和接受。長期下來，學(xué)生已經(jīng)適應(yīng)并習(xí)慣了高中教師的這種上課方式。而大學(xué)物理更加偏重于對物理理論的整體把握和更加嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，在教學(xué)內(nèi)容多、課時(shí)少、課堂教學(xué)信息量大的情況下，教師會通過復(fù)習(xí)上節(jié)內(nèi)容來導(dǎo)入新課題，或者直接導(dǎo)入新課題進(jìn)行講解，很少有時(shí)間進(jìn)行趣味性的導(dǎo)入。所以部分學(xué)生在進(jìn)行大學(xué)物理學(xué)習(xí)時(shí)，會不適應(yīng)大學(xué)教師的講課方式，不知該如何進(jìn)行大學(xué)物理的學(xué)習(xí)，顯得很被動，比較迷茫。
（三）學(xué)生基礎(chǔ)差異大
由于高中進(jìn)行課程改革后.實(shí)行模塊選修制，《物理（選修3-1）》和《物理（選修3-2）》是必選的，有些地區(qū)《物理（選修3-3）》《物理（選修3-4）》《物理（選修3-5）》要求只需選修兩本，但是很多學(xué)校為了擠出更多時(shí)間，甚至只選其中一本，這樣學(xué)生間高中物理知識基礎(chǔ)差別就很大，大學(xué)教師在課堂上很難把握一個(gè)合適的進(jìn)度，以符合所有學(xué)生的接受能力。例如：在講解力學(xué)部分的動量守恒定律，在高中屬于《物理（選修3-5）》，有些省份沒有作為考試內(nèi)容，所以部分學(xué)生根本沒有動量的概念，而在大學(xué)物理教材是假定學(xué)生完全掌握動量一系列的知識的，直接通過牛頓第二定律的微分形式引入動量定理，無論教材例題還是課后作業(yè)，都很少有對概念的直接考查，相關(guān)題目難度較大。所以對于初學(xué)者來說，物理概念理解不透，因而在解決具體問題時(shí)不知從何處下手，結(jié)果導(dǎo)致慢慢失去物理學(xué)習(xí)的興趣。
三、提高大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量的對策
（一）上好緒論課
為了消除學(xué)生“大學(xué)物理只是在重復(fù)中學(xué)內(nèi)容”的心理，教師在緒論課中除介紹該課程的發(fā)展史、地位、學(xué)習(xí)方法以外，一定要從內(nèi)容、思維方式以及數(shù)學(xué)工具三方面強(qiáng)調(diào)高中物理和大學(xué)物理的不同。高中物理中，運(yùn)動學(xué)部分的研究對象只局限于沒有大小的物體，即質(zhì)點(diǎn)的平動；動力學(xué)部分，只局限于恒力；電磁學(xué)部分只限于勻強(qiáng)場（包括電場和磁場）中的有關(guān)問題，而且重點(diǎn)還是在于對于力及研究對象運(yùn)動狀態(tài)的分析。而大學(xué)物理中的研究對象沒有這些限制，任何運(yùn)動、任何物體都可以，變力做功，電磁場更偏重于場性質(zhì)的分析。大學(xué)物理不僅要講“是這樣”，更加要講“為什么是這樣”。例如：高中物理是直接給出質(zhì)能方程E=mc2，通過一系列的例子說明質(zhì)量和能量之間的相互轉(zhuǎn)化，而在大學(xué)物理中則由物體質(zhì)量和速度的關(guān)系，再通過動能定理引發(fā)新的動能概念，愛因斯坦對最后結(jié)果賦予物理意義，由此得出質(zhì)能方程。在大學(xué)中，應(yīng)用更多的是微積分知識，教師需要讓學(xué)生理解微積分的物理含義，理解求導(dǎo)就是求一個(gè)變化率，而積分是求導(dǎo)的逆運(yùn)算，是無限分割再求和的思想。還要引入矢量的概念，矢量的運(yùn)算和標(biāo)量有很大的不同，這也是學(xué)生容易出錯(cuò)的地方，進(jìn)而自然引入矢量代數(shù)部分。為了吸引學(xué)生的注意力，教師在講解矢積和標(biāo)積時(shí)，可以讓學(xué)生思考所學(xué)過的物理量中哪些屬于矢積結(jié)果，哪些屬于標(biāo)積結(jié)果。良好的開端等于成功的一半，在緒論課上，明確大學(xué)物理與高中物理的區(qū)別和聯(lián)系，克服學(xué)生對這門課程的輕視或者畏難兩種極端情緒，對能否引起學(xué)生對該課程的興趣和重視顯得至關(guān)重要。
（二）教學(xué)方式的多樣化
課堂活動是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要途徑，經(jīng)過新課標(biāo)教育的學(xué)生，主動思考能力有所提高，大學(xué)物理教學(xué)可以根據(jù)這一特點(diǎn)，脫離“填鴨式”的教學(xué)過程，轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的過程，注重促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提倡教學(xué)方式多樣化。實(shí)踐證明：采用啟發(fā)式、互動式的教學(xué)方式已經(jīng)成為現(xiàn)階段吸引學(xué)生注意、提高大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量的最為核心的策略。例如：在大學(xué)物理的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生往往對重要物理概念理解不透，在解決問題時(shí)還是采用中學(xué)的思維方式考慮問題，往往不得解而進(jìn)入死胡同。因此，大學(xué)物理教師在引入知識點(diǎn)時(shí)，可采用高中物理的局限性作為切入點(diǎn)，這樣既能復(fù)習(xí)原來的概念，又可以引發(fā)學(xué)生的思考，吸引注意力，從而提高課堂效率。以講解功的概念為例：可以先回顧高中所學(xué)功的定義及可加性，告訴學(xué)生這就是功的定義和性質(zhì)。進(jìn)而提出如果F是個(gè)變力，而且物體的運(yùn)動是任何軌跡時(shí)，那么這時(shí)功的表達(dá)形式又是什么樣的？這時(shí)可以給學(xué)生幾分鐘的思考和討論時(shí)間。有了前面關(guān)于沖量的講解，大部分學(xué)生都能給出功的積分形式。而對于高中反復(fù)強(qiáng)調(diào)的知識點(diǎn)，像牛頓運(yùn)動定律和帶電粒子在電場和磁場中的運(yùn)動等章節(jié)內(nèi)容，教師無需再詳細(xì)分析，完全可以提前一周安排學(xué)生到圖書館查找資料、做課件，讓學(xué)生用一節(jié)課的時(shí)間在講臺上講給全班同學(xué)，其他同學(xué)可以進(jìn)行補(bǔ)充，之后教師再給予總結(jié)，使學(xué)生都能清楚了解所學(xué)內(nèi)容。運(yùn)用這些方式，教師既可以更好地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，又能幫助學(xué)生加深對概念的理解，有效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和參與意識，同時(shí)也有助于提高學(xué)生分析、解決實(shí)際問題的能力、自學(xué)能力和表達(dá)能力等。
（三）積極探索個(gè)體化教學(xué)
高中物理與大學(xué)物理是先行課與后續(xù)課的關(guān)系，大學(xué)物理教師應(yīng)深入了解高中物理新課標(biāo)的要求，在開課前對班級學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，并針對了解到的實(shí)際情況，對教學(xué)組織作相應(yīng)的調(diào)整。通過物理分層次教學(xué)活動，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的潛能差異，通過多種途徑的物理教學(xué)，激發(fā)個(gè)性學(xué)生的特長，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的目的。雖然變換教學(xué)組織形式，針對不同層次的學(xué)生進(jìn)行分層次教學(xué)，可以解決因選修內(nèi)容不同而造成的學(xué)生對知識把握情況不一樣的問題。但在按專業(yè)、班級進(jìn)行大班授課的情況下，分層次教學(xué)目前在筆者所在學(xué)校還在探索中。例如：針對大學(xué)物理某一部分內(nèi)容，像熱學(xué)，組織基礎(chǔ)較差的學(xué)生在開課之前，在指定的時(shí)間內(nèi)集中對其進(jìn)行一定的學(xué)習(xí)指導(dǎo)，使學(xué)生在正式上課之前能夠有一個(gè)補(bǔ)習(xí)的機(jī)會，以便順利步入正軌。經(jīng)過幾年的探索，這種方式被證明是最簡單易行的，并且能達(dá)到開課的目的。
四、總結(jié)
大學(xué)物理是培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)、科學(xué)思維方法和科學(xué)研究能力的重要基礎(chǔ)課。大學(xué)物理教學(xué)工作者應(yīng)當(dāng)充分了解高中物理的實(shí)際情況，做好大學(xué)物理與高中物理的銜接；改變傳統(tǒng)的教學(xué)習(xí)慣和模式，適應(yīng)新的教學(xué)實(shí)際；調(diào)整教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，轉(zhuǎn)變學(xué)生的思維方式，使大學(xué)物理教學(xué)更加生動、有趣、實(shí)用，從而提高大學(xué)物理的教學(xué)質(zhì)量，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。
作者：吳杰 單位：鄭州輕工業(yè)學(xué)院物理與電子工程學(xué)院
參考文獻(xiàn)：
[1]普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)研制工作組.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:人民教育出版社,2007.
[2]馬文蔚主編.物理學(xué)(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.
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[4]物理課程教材研究開發(fā)中心.物理(必修3-1)第2版[M].北京:人民教育出版社,2006.
[5]物理課程教材研究開發(fā)中心.物理(必修3-2)第2版[M].北京:人民教育出版社,2006.
[6]物理課程教材研究開發(fā)中心.物理(必修3-3)第2版[M].北京:人民教育出版柱,2006.
[7]物理課程教材研究開發(fā)中心.物理(必修3-4)第2版[M].北京:人民教育出版社,2006.
關(guān)鍵詞：工程電磁場；少學(xué)時(shí)；教學(xué)改革
作者簡介：傅文珍（1984-），女，江西新干人，嘉興學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，講師。（浙江 嘉興 314000）
中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0066-02
“工程電磁場”是在“大學(xué)物理”電磁場理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步闡述宏觀電磁場基本性質(zhì)、規(guī)律、分析與計(jì)算方法，旨在培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用場的觀點(diǎn)對工程電磁問題進(jìn)行分析與探討，鍛煉學(xué)生科學(xué)的思維方式。[1]
目前，“工程電磁場”是很多高等院校工科電類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，它所涉及的內(nèi)容，是電類專業(yè)學(xué)生應(yīng)具備知識結(jié)構(gòu)的必要組成部分，同時(shí)又是新興邊緣學(xué)科和交叉學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)。[2]特別是對電氣專業(yè)學(xué)生來說，“工程電磁場”是很多后續(xù)專業(yè)課的基礎(chǔ)，如電機(jī)拖動、電力工程基礎(chǔ)及電磁兼容等，可見它的重要性。[3]然而，在當(dāng)代注重素質(zhì)教育的大學(xué)教育中，大學(xué)生的課程豐富多彩，在有限的時(shí)間里面，很多邊緣交叉學(xué)科的教學(xué)課時(shí)都在不斷壓縮，尤其是“工程電磁場”教學(xué)，從原來的五六十個(gè)課時(shí)壓縮到三四十個(gè)課時(shí)不等。如何在有限的時(shí)間里上好“工程電磁場”這門課，是很多執(zhí)教老師面臨的一個(gè)難題。
一、嘉興學(xué)院“工程電磁場”教學(xué)現(xiàn)狀
“工程電磁場”這門課的特點(diǎn)是：以大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、復(fù)變函數(shù)等課程為基礎(chǔ)，知識面廣；理論性較強(qiáng)，概念抽象；課程教學(xué)過程中公式推導(dǎo)較多，計(jì)算復(fù)雜；要求學(xué)生有較好的空間想象能力、邏輯推理能力和抽象思維能力。[4]嘉興學(xué)院（以下簡稱“我?！保┫嚓P(guān)專業(yè)學(xué)生對本門課的普遍反應(yīng)都是難學(xué)；另外，教師在課堂上一般從復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)開始，公式繁瑣不說，很難吸引學(xué)生的注意力，最后只落得教學(xué)兩難的境地。正是由于這些特點(diǎn)，該課程被公認(rèn)為教師最難教、學(xué)生最難學(xué)的課程。然而，為培養(yǎng)寬口徑人才，我校電氣專業(yè)該課程計(jì)劃教學(xué)學(xué)時(shí)定為32學(xué)時(shí)。在有限的教學(xué)時(shí)間里，要使學(xué)生對這門課產(chǎn)生興趣并學(xué)好這門課，尤其在教學(xué)過程中要與我校培養(yǎng)應(yīng)用型人才、提高學(xué)生工程應(yīng)該能力相符合。這無疑給教師教學(xué)過程中的教學(xué)方法和教學(xué)手段提出更高的要求。因此，對該課程的教學(xué)方法和教學(xué)手段的改革顯得尤為重要。在此狀況下，筆者根據(jù)幾年來對“工程電磁場”的執(zhí)教經(jīng)驗(yàn)，提出在少學(xué)時(shí)情況下對工程電磁場的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法進(jìn)行改革。
二、少學(xué)時(shí)“工程電磁場”教學(xué)內(nèi)容改革
1.改革目的
在教學(xué)內(nèi)容改革上，注重理論與應(yīng)用相結(jié)合，從實(shí)用性出發(fā)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。因電磁場中電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度具有不可見的特性，只能通過數(shù)學(xué)公式進(jìn)行描述。因此，在講授電磁場理論時(shí)應(yīng)與其實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，巧用實(shí)例教學(xué)。如緒論中可以引用電磁場發(fā)展史的一些名人事跡；而在靜電場中的應(yīng)用有：靜電分離、靜電噴涂、植物育種保鮮等；恒定電場主要應(yīng)用有直流輸電等?！肮こ屉姶艌觥睉?yīng)用非常廣泛，每一個(gè)章節(jié)都有典型應(yīng)用，各章節(jié)的主要應(yīng)用實(shí)例如表1所示。恰到好處應(yīng)用這些工程實(shí)例能夠有效促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)的掌握，從而激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。
2.改革內(nèi)容
在少學(xué)時(shí)的情況下應(yīng)適當(dāng)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，做到重點(diǎn)講，少講和不講。然而，也不能一味刪減教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)也是必要的。按照我校工程電磁場教學(xué)大綱要求，“工程電磁場”理論教學(xué)內(nèi)容主要有以下幾部分：矢量分析、靜電場、恒定電場、恒定磁場、時(shí)變電磁場、準(zhǔn)靜態(tài)電磁場、平面電磁波的傳播、均勻傳輸線的導(dǎo)行電磁波、波導(dǎo)與諧振腔等。其中矢量分析的講述主要是為后續(xù)公式推導(dǎo)做鋪墊，而從準(zhǔn)靜態(tài)電磁場開始主要講述特殊形式下的電磁場問題，學(xué)生對后續(xù)知識點(diǎn)了解即可。因此，“工程電磁場”的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)放在靜電場、恒定電場、恒定磁場及時(shí)變電磁場，這些既是基礎(chǔ)理論，又是電氣專業(yè)工程應(yīng)用上接觸比較多的地方。
三、少學(xué)時(shí)“工程電磁場”教學(xué)方法改革
在教學(xué)方法的改革上主要采用啟發(fā)、引導(dǎo)、探討式的教學(xué)方法。在授課過程中，打破傳統(tǒng)的“老師講、學(xué)生聽”的被動教學(xué)模式，以學(xué)生為主體，圍繞教學(xué)內(nèi)容，靈活運(yùn)用討論法以及質(zhì)疑等，進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)。注意激發(fā)學(xué)生探索求知的欲望，提高其學(xué)習(xí)興趣，指導(dǎo)學(xué)生在發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題以及解決問題過程中培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力。根據(jù)我?，F(xiàn)狀及筆者的執(zhí)教經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)教學(xué)方法：
1.采用對比的教學(xué)方法
采用對比的教學(xué)方法可以幫助學(xué)生溫故知新。電場和磁場是緊密聯(lián)系的兩種現(xiàn)象，電磁學(xué)中，某些電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象，雖本質(zhì)上相異，但宏觀現(xiàn)象上有很好的相似性，或在研究方法上十分相似。從教材內(nèi)容的安排中不難發(fā)現(xiàn)，“工程電磁場”教材中每章的教學(xué)內(nèi)容都是從場的性質(zhì)、基本方程、邊值問題與銜接條件、場的應(yīng)用及能量與力等4個(gè)方面去分別講述靜電場、恒定電場、恒定磁場和時(shí)變電磁場。于是，抓住各種場的對比關(guān)系在工程電磁理論教學(xué)中很關(guān)鍵。對比的方法不僅符合心理學(xué)中提到的“意識流”，[5]也符合古代溫故而知新的道理。如靜電場和恒定電場的場量關(guān)系對比見表2。
2.注重工程實(shí)例的引導(dǎo)性
根據(jù)我?！肮こ屉姶艌觥鄙賹W(xué)時(shí)的特點(diǎn)，在“工程電磁場”的教學(xué)內(nèi)容上刪減了一些與前修課程相同的內(nèi)容，同時(shí)增加工程實(shí)例的引入。工程實(shí)例的引入不僅豐富了課堂教學(xué)，還可以將理論直觀化，將高深理論與工程應(yīng)用很好地結(jié)合在一起，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。[6]如：為講解在靜電場中靜電屏蔽的概念以及靜電屏蔽中電場分布和電荷分布的特點(diǎn)，可以先引入靜電分離的工程實(shí)例（靜電除塵、靜電噴涂、靜電紡紗等），再介紹靜電分離的方法和效果，然后讓學(xué)生去思考出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因。最后，再用理論分析的方法去講解出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因。同時(shí)借助一些圖片將這一現(xiàn)象直觀有效地展示在學(xué)生面前，如圖1所示。幫助學(xué)生掌握在靜電屏蔽情況下靜電場和電荷的分布情況，以及相應(yīng)的理論。
3.注重課堂的互動性
“工程電磁場”這門課理論性較強(qiáng)，采用傳統(tǒng)的灌輸方式很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，因此在教學(xué)方法上采用互動式教學(xué)方式，主要以多媒體放映、MATLAB仿真軟件現(xiàn)場仿真各種場的波形圖為手段，增強(qiáng)學(xué)生的自學(xué)能力。工程電磁場知識點(diǎn)抽象，空間想象力差的學(xué)生很難接受，因此采用多媒體、仿真軟件可以將抽象公式圖像化，幫助學(xué)生對公式的理解，引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
4.注重教師的教學(xué)地位
“工程電磁場”的教學(xué)內(nèi)容比較多，我校課時(shí)只有32課時(shí)，時(shí)間非常緊，教師應(yīng)該怎樣把教學(xué)內(nèi)容講清楚？筆者認(rèn)為應(yīng)注重教師在本門課程中的教學(xué)地位。教師必須在有限的時(shí)間里組織好教學(xué)過程，選擇適當(dāng)?shù)念}目課后留給學(xué)生思考，溫故已學(xué)相關(guān)知識，同時(shí)啟發(fā)新的教學(xué)內(nèi)容。采用設(shè)疑引學(xué)的方式提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。
四、總結(jié)
在我校少學(xué)時(shí)的情況下，通過對“工程電磁場”教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革，使得該課程更加合理，內(nèi)容更加豐富，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣同時(shí)，解決了“工程電磁場”一直以來難教難學(xué)的狀況。
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【關(guān)鍵詞】物理圖像 電磁學(xué) 教學(xué)方法改革
【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）09-0171-02
近年來隨著就業(yè)壓力的增大，填報(bào)物理師范專業(yè)志愿的學(xué)生越來越少，生源的素質(zhì)有所下降。此外，為了提高師范生的就業(yè)技能，留出更多的時(shí)間用于教育和生產(chǎn)實(shí)習(xí)，許多原本屬于高年級的課程下放到低年級學(xué)習(xí)。在這樣的背景下，教師的授課難度越來越大?！峨姶艑W(xué)》是一門物理學(xué)專業(yè)的核心必修課，涉及較多的后續(xù)課程，例如《電動力學(xué)》、《電介質(zhì)物理和器件》和《電路分析基礎(chǔ)》等。通過多年來的教學(xué)實(shí)踐，筆者發(fā)現(xiàn)建立物理圖像，抓住物理本質(zhì)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣對于《電磁學(xué)》教學(xué)質(zhì)量的提升具有十分重要的意義。
什么是物理圖像？不同的學(xué)者對這一概念的理解各有偏差。在大學(xué)物理中，物理圖像不僅指兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，還指數(shù)學(xué)公式的物理內(nèi)涵或物理過程演繹的規(guī)律性。通俗來講，是指在學(xué)習(xí)物理公式的過程中腦子里建立的“畫面感”――就是把事物之間的聯(lián)系從理性認(rèn)識變成感性認(rèn)識最后固化成物理直覺。對于剛剛學(xué)了高等數(shù)學(xué)，并利用微積分等數(shù)學(xué)知識來演繹物理規(guī)律的學(xué)生而言，建立物理圖像是很困難的。為了使低年級本科學(xué)生建立起清晰的物理圖像，我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)以下幾個(gè)方面的工作：
一、物理規(guī)律與數(shù)學(xué)知識的有機(jī)結(jié)合
作為一名學(xué)習(xí)物理的學(xué)生，不應(yīng)當(dāng)將物理當(dāng)成應(yīng)用數(shù)學(xué)。數(shù)學(xué)是為了表達(dá)物理量之間的關(guān)系而引入的，而不是為了做計(jì)算引入的。例如，電磁場的麥克斯韋方程組，積分形式、微分形式乃至張量形式，從數(shù)學(xué)角度來說是截然不同的東西。從物理角度來說，盡管所用的數(shù)學(xué)語言越來越抽象，實(shí)際上表達(dá)的都是電場磁場的內(nèi)在聯(lián)系，物理圖像上沒有什么差別。物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)規(guī)律的總結(jié)，在授課過程中，教師應(yīng)當(dāng)盡可能先展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生自己去總結(jié)物理規(guī)律，以建立初步的物理圖像，這樣才不會迷失于越來越復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。舉例來說，在學(xué)習(xí)磁場的過程中，通過實(shí)驗(yàn)展示，學(xué)生很快會發(fā)現(xiàn)每一條磁感線都是閉合的。他們很容易接受“磁場是無源場”這一概念。然后在推導(dǎo)高斯定理時(shí)，因?yàn)榇艌龅臒o源性，對于一個(gè)封閉的曲面，不存在“磁單極子”接收磁感線，進(jìn)去一條磁感線，必然會出來一條磁感線，因此磁場的高斯通量為零。然后通過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，將高斯定理的積分形式轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒎中问?，即磁場的散度為零。以后，學(xué)生在聽到“散度為零”時(shí)，他就懂得里面存在一個(gè)無源的矢量場。這樣，本來是基于實(shí)驗(yàn)得到的物理圖像就變成基于數(shù)學(xué)公式聯(lián)想到的物理圖像，達(dá)到數(shù)學(xué)與物理有機(jī)結(jié)合的目地。從認(rèn)知規(guī)律的角度，這是一種認(rèn)知層次的提升。
二、物理抽象規(guī)律和過程的“可視化”
在學(xué)習(xí)電磁學(xué)的過程中，電場和磁場因?yàn)榉謩e引入了電場線和磁感線作為形象化的手段，學(xué)生比較容易想象物理量的大小和方向。但是有些物理量比如能量，既看不見也摸不著也沒有“能量線”之類的輔助手段，在授課過程中又如何讓學(xué)生較好地掌握其物理圖像呢？電磁學(xué)關(guān)于能量的學(xué)習(xí)一直是難點(diǎn)之一，涉及的能量種類繁多，包括點(diǎn)電荷體系的自能和互能、導(dǎo)體組的能量、電容器的儲能以及通電線圈的儲能等。例如賈起民等編著的《電磁學(xué)》一書中有近十處章節(jié)提及能量的問題[1]，其它如趙凱華版[2]和梁燦彬版[3]的《電磁學(xué)》也多次提及能量的問題，而且這些章節(jié)遍布全書。如果學(xué)生不明確每種能量說明的物理圖像，不了解這些物理圖像之間的聯(lián)系和差別，只是死記硬背公式，一定會弄得頭昏腦脹，甚至張冠李戴。因此，我們曾嘗試依照循序漸進(jìn)的規(guī)律，不拘泥于課本安排的授課順序，將電場能量和磁場能量分別作為兩個(gè)單獨(dú)的體系，從學(xué)生熟悉的知識點(diǎn)――力作功和能量守恒定律出發(fā)，得到各種電荷體系的靜電能量的場源表示形式，再經(jīng)過數(shù)學(xué)推論得到能量密度的表示形式并推廣到極化電場的情形，從中揭示了電場能量的物理本質(zhì)。對于磁場能量也作了類似處理，最后水到渠成得到了電磁場的能量密度及能流的坡印亭矢量。在授課過程中，因?yàn)獒槍Φ氖峭粋€(gè)知識點(diǎn)的變遷和演化，學(xué)生通過類比，容易針對每一種能量建立清晰的物理圖像，而且在教學(xué)過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的物理分析能力和數(shù)學(xué)邏輯思維能力，已初步取得了良好的教學(xué)效果。
綜上所述，研究物理圖像對本科教學(xué)的促進(jìn)作用，將抽象的物理概念和規(guī)律具體化，使學(xué)生更好地掌握和理解電磁學(xué)的概念和規(guī)律是值得思考和有意義的問題。
參考文獻(xiàn)
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[3]梁燦彬，秦光戎，梁竹鍵.（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2004.
關(guān)鍵詞：電磁場 教學(xué)方法 教學(xué)效果
“電磁場與電磁波”課程是電子信息類本科各專業(yè)學(xué)生必修的一門核心基礎(chǔ)課。學(xué)好這門課，對培養(yǎng)學(xué)生樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思想、科學(xué)分析問題的方法、復(fù)雜抽象的思維能力、勇于開拓的創(chuàng)新精神等將起著十分重要的作用，并且引導(dǎo)學(xué)生思考學(xué)習(xí)麥克斯韋方程組過程中的科學(xué)方法論-對稱性思想，這對他們?nèi)蘸蠊ぷ鲗?shí)踐具有強(qiáng)大的指導(dǎo)性意義。
一、“電磁場與電磁波”課程教學(xué)現(xiàn)狀
由于電磁現(xiàn)象比較復(fù)雜和抽象，研究它需要的數(shù)學(xué)工具多且難，教學(xué)過程中感到困難，特別是利用理論解題和實(shí)際應(yīng)用更覺得難。
1.在學(xué)習(xí)中存在的狀況
一是推導(dǎo)和計(jì)算難。課程中所涉及的公式多、表達(dá)式復(fù)雜、數(shù)學(xué)要求強(qiáng)。再推導(dǎo)中運(yùn)用到矢量運(yùn)算、微積分方程以及復(fù)數(shù)運(yùn)算，過程繁雜，往往顧此失彼，學(xué)習(xí)吃力。二是概念抽象。該課程理論性強(qiáng)，概念抽象，對一些定理及概念，比如說惟一性定律、內(nèi)自感、外自感等等概念難理解，物理概念不熟悉，學(xué)習(xí)難度大。三是解題困難。很多學(xué)生反應(yīng)上課認(rèn)真聽講，下課花大量時(shí)間推導(dǎo)公式，可遇到習(xí)題又像到另外一個(gè)世界，完全無從下手。長此以往，失去學(xué)習(xí)的興趣。
2.在教學(xué)過程中存在的狀況
第一，電磁場與電磁波課程涉及大量的公式推導(dǎo)，部分教師尤其是青年教師往往注重?cái)?shù)學(xué)計(jì)算，而忽略了其物理意義，容易使該課程失去其意義。第二，課程系統(tǒng)性強(qiáng)，注重介紹其理論基礎(chǔ)知識，忽略與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，容易讓學(xué)生產(chǎn)生“學(xué)習(xí)這門課有何用”的疑惑，不能調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
基于以上特點(diǎn)，對于電磁場與電磁波這門課，學(xué)生普遍認(rèn)為“難學(xué)”，教師普遍感到“難教”。
二、教學(xué)方法的探討
1.理論聯(lián)系實(shí)際，調(diào)動學(xué)習(xí)積極性
電磁場與電磁波以三大實(shí)驗(yàn)定律(庫侖定律、安培定律和法拉第電磁感應(yīng)定律)和兩個(gè)基本假說(有旋電場的假說和位移電流的假說)為基礎(chǔ)，歸納總結(jié)出宏觀電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律―麥克斯韋方程組，然后再從麥克斯韋方程組（即時(shí)變場）出發(fā)，回顧靜態(tài)場，這時(shí)我們可以把靜態(tài)場歸結(jié)為時(shí)變場的一種特殊情況，用麥克斯韋方程組和其輔助方程來解決我們所遇到的具體的電磁問題。這樣就使我們電磁場與電磁波這門課的內(nèi)容簡化為對麥克斯韋方程組的理解和應(yīng)用，學(xué)起來也就簡單容易，更有利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。在強(qiáng)調(diào)對概念的理解上，應(yīng)該增加與實(shí)際相聯(lián)系的內(nèi)容和問題，用課本的理論來解釋日程生活中的事例，以調(diào)動學(xué)習(xí)的積極性。
比如在講解靜態(tài)場時(shí)，由電磁學(xué)的庫侖實(shí)驗(yàn)定律和安培定律分別引出靜電場、恒定磁場的概念，并掌握靜態(tài)場的方程及其物理意義，并介紹靜電場的最常見的一個(gè)應(yīng)用就是帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，像控制電子或是質(zhì)子的軌跡。很多裝置，例如陰極射線示波器、回旋加速器、噴墨打印機(jī)以及速度選擇器等都是基于這一原理的。隨著學(xué)生對靜態(tài)場的逐漸了解，問題也就解決了。在介紹時(shí)變場時(shí)，重點(diǎn)放在麥克斯韋方程組及其物理意義上，引導(dǎo)學(xué)生從該方程組出發(fā)，推導(dǎo)出波動方程、邊界條件等方程。又比如，在學(xué)習(xí)均勻平面波的傳播時(shí)，應(yīng)該幫助學(xué)生建立起電磁波的概念，并對現(xiàn)實(shí)生活中遇到的電磁波傳播問題進(jìn)行討論，再向?qū)W生提出幾個(gè)應(yīng)用問題：為什么海水中需要用長波通信？防輻射孕婦裝為什么能起到防輻射作用？為什么在微波爐加熱不能用金屬托盤？收音機(jī)和電視的天線架設(shè)為什么不同？為什么隱形飛機(jī)雷達(dá)探測不到？等等，引導(dǎo)學(xué)生去尋找電磁波的應(yīng)用，在工程實(shí)踐、科學(xué)研究、日常生活，乃至現(xiàn)代戰(zhàn)爭中都能找到電磁場應(yīng)用的實(shí)例。通過這部分理論知識的講授，學(xué)生對這些問題有了較深的認(rèn)識，經(jīng)過發(fā)現(xiàn)提出問題、解決問題的過程，學(xué)生對本課程的興趣越來越濃厚，學(xué)習(xí)目的也非常明確了。
2.板書與現(xiàn)代教學(xué)手段相結(jié)合
多媒體計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)以其豐富的媒體表現(xiàn)形式、強(qiáng)大的教學(xué)交互功能和方便自由的自主性學(xué)習(xí)特性，對于提高學(xué)生的知識水平、培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維有著傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢。但運(yùn)用多媒體進(jìn)行教學(xué)不能完全拋棄傳統(tǒng)板書，尤其是“電磁場與電磁波”課程公式多，推導(dǎo)復(fù)雜，兩者應(yīng)有機(jī)結(jié)合起來，并把多媒體教學(xué)作為一種輔助教學(xué)手段。當(dāng)進(jìn)行公式的推導(dǎo)與分析時(shí)，應(yīng)采用板書為主要方式，學(xué)生容易對復(fù)雜公式理解和接受，同時(shí)又引導(dǎo)思路，而不是一頁幻燈片過去，學(xué)生不知道講解了什么。但在介紹一些抽象的概念時(shí)，利用多媒體技術(shù)和仿真技術(shù)制作的CAI課件相結(jié)合，把復(fù)雜抽象的內(nèi)容用生動形象的方式表達(dá)出來，圖文并茂，形象直觀，可以幫助學(xué)生對學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。
下面以介紹波導(dǎo)的場結(jié)構(gòu)教學(xué)為例，教師可以在教學(xué)過程中插入波導(dǎo)場結(jié)構(gòu)的動畫效果，其截圖如圖1，通過動畫效果演示不僅能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)波導(dǎo)的積極性和主動性，而且能夠鼓勵并引導(dǎo)學(xué)生的好奇心、求知欲、想象力、創(chuàng)新欲望和探索精神。
圖1 波導(dǎo)的場結(jié)構(gòu)
3.梳理知識系統(tǒng)，學(xué)會舉一反三
電磁場與電磁波解題困難，其主要原因是其求解過程不僅僅是一個(gè)數(shù)學(xué)問題，更主要是一個(gè)物理問題。只有把其中內(nèi)含的物理過程分析明白，運(yùn)用好數(shù)學(xué)知識，才能充分理解問題的實(shí)質(zhì)，找到正確的求解方法。對于大三學(xué)生來說，有必要增加對前面相關(guān)內(nèi)容的回顧，如矢量的通量、環(huán)量及矢量運(yùn)算等。在學(xué)習(xí)過程中，要加強(qiáng)前面知識的回顧和應(yīng)用，比如介紹動態(tài)位函數(shù)時(shí)，先回顧靜態(tài)場中位函數(shù)的引入、位函數(shù)滿足的方程、以及位函數(shù)的定義表達(dá)式以及應(yīng)用，進(jìn)而推導(dǎo)出動態(tài)位以及滯后位的相關(guān)理論，有利于學(xué)習(xí)的連貫性。又例如在介紹平面波時(shí)，結(jié)合波動方程分析平面波的傳播、入射和反射等波動特性等等。鼓勵學(xué)生在做具體的題目時(shí)，做完后反思這題所涉及的知識及能力要求符合教學(xué)大綱的哪一部分內(nèi)容，跳出題海戰(zhàn)術(shù)，學(xué)會舉一反三，更有助于加深學(xué)生對于電磁場與電磁波的認(rèn)識。
“電磁場與電磁波”課程難學(xué)難教，而掌握本課程的理論基礎(chǔ)知識，對電子信息工程與通信工程專業(yè)的學(xué)生來說又非常重要。我們將進(jìn)一步合理運(yùn)用新的教學(xué)手段，提高教學(xué)質(zhì)量，在理論教學(xué)中注意結(jié)合具體的應(yīng)用問題講述，鼓勵學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極思考。
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