淺談如何在電動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)中體現(xiàn)學(xué)生的主體地位

田蓮花+金迎九+朱愛東+金星日

摘要：本文提出了在電動(dòng)力學(xué)教學(xué)中要體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。電動(dòng)力學(xué)在高校物理學(xué)的教學(xué)中是必不可少的一門課程，然而電動(dòng)力學(xué)教與學(xué)卻存在著矛盾及問題，教學(xué)效果并不好。本文通過做問題式分層學(xué)習(xí)、分組做課題或論文，分組討論等方式，提高了學(xué)生的主體地位，提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)力學(xué)；學(xué)生主體地位；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）51-0207-02

一、引言

電動(dòng)力學(xué)是物理學(xué)、材料科學(xué)、電子科學(xué)等專業(yè)的必修課程，它和《理論力學(xué)》、《熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理》以及《量子力學(xué)》一起通常稱為大學(xué)物理課程中的“四大力學(xué)”[1]。電動(dòng)力學(xué)的研究對(duì)象是電磁場(chǎng)的基本屬性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及它和帶電物質(zhì)之間的相互作用。電磁學(xué)是以處理穩(wěn)態(tài)情況為主要內(nèi)容，而電動(dòng)力學(xué)則是從麥克斯韋方程出發(fā)，討論電磁場(chǎng)和電磁波的性質(zhì)及其規(guī)律[2]。本課程對(duì)于學(xué)生掌握電磁場(chǎng)基本規(guī)律，加深理解時(shí)空觀，提高學(xué)生的科研能力具有重要的意義。

二、電動(dòng)力學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀

1.電動(dòng)力學(xué)課程特點(diǎn)。電動(dòng)力學(xué)課程的特點(diǎn)是章節(jié)之間的關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性強(qiáng)，且矢量運(yùn)算和數(shù)學(xué)推導(dǎo)多，眾所周知，物理和數(shù)學(xué)分不開，物理的概念及規(guī)律通過數(shù)學(xué)的形式體現(xiàn)出來，這點(diǎn)在電動(dòng)力學(xué)中尤為突出，因此，學(xué)生普遍認(rèn)為電動(dòng)力學(xué)難度很大。

2.生源。由于現(xiàn)在各高校擴(kuò)大招生，近二十年來，我校物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生由原來的每年50名增加到100名，這就造成學(xué)生入學(xué)時(shí)的成績(jī)偏差較大，入學(xué)成績(jī)最高分和最低分甚至有時(shí)達(dá)到100分，因此，學(xué)生之間的差異較大；另外，由于電動(dòng)力學(xué)屬于高年級(jí)課程，先行課程有《高等數(shù)學(xué)》、《電磁學(xué)》和《數(shù)學(xué)物理方法》，這些基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)效果也直接影響了電動(dòng)力學(xué)的學(xué)習(xí)效果。

3.課程設(shè)置對(duì)電動(dòng)力學(xué)教學(xué)的影響。隨著大學(xué)教育從精英教育轉(zhuǎn)向素質(zhì)教育，大學(xué)課程設(shè)置及內(nèi)容等發(fā)生了非常大的變化，主要增加了公共選修課及跨專業(yè)選修課等課程數(shù)及學(xué)時(shí)，而專業(yè)課的學(xué)時(shí)和教學(xué)內(nèi)容都有所縮減，如高等數(shù)學(xué)（包括線性代數(shù)），由原來的192學(xué)時(shí)減為158學(xué)時(shí)，數(shù)學(xué)物理方法由原來的96學(xué)時(shí)減為80學(xué)時(shí)（包括復(fù)變函數(shù)論），學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的儲(chǔ)備參差不齊，直接影響了后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。

4.教學(xué)內(nèi)容與社會(huì)需求的關(guān)系。如何能夠就業(yè)，怎樣獲得高收入，是現(xiàn)代大學(xué)生優(yōu)先考慮的問題，因此，大學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度急功近利，實(shí)用主義盛行，電動(dòng)力學(xué)雖然和我們的生活及科技息息相關(guān)，然而，從就業(yè)角度而言，學(xué)生所從事的行業(yè)很少與這門課程有直接的關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致大部分學(xué)生認(rèn)為，學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)沒用，學(xué)習(xí)積極性不高。

三、提高學(xué)生在課堂中的主體地位

面對(duì)存在的各種問題，如何有效地把學(xué)生融入課堂是關(guān)鍵。而傳統(tǒng)的教學(xué)模式通常是教師為主體的教學(xué)模式，學(xué)生被動(dòng)受教，進(jìn)入課堂后教師全力以赴傳授知識(shí)，而學(xué)生對(duì)課堂中發(fā)生的一切事先毫不知情、漠不關(guān)心，很難使學(xué)生積極主動(dòng)地去接受知識(shí)。

1.問題式分層學(xué)習(xí)。適當(dāng)?shù)母淖冋n堂教學(xué)全盤由教師講課為主的模式，采用問題教學(xué)法，上課之前提前把下一節(jié)課的內(nèi)容分層段，并以問題形式布置給學(xué)生，讓學(xué)生預(yù)習(xí)，提供相關(guān)的網(wǎng)址，鼓勵(lì)學(xué)生查閱文獻(xiàn)，解決問題，課堂上讓學(xué)生自己講解，教師做點(diǎn)評(píng)。比如在鏡像法求解靜電場(chǎng)這一節(jié)中，提出如下問題：

①接地大平面導(dǎo)體板上有點(diǎn)電荷情況時(shí)，像電荷如何分布。

②如果接地導(dǎo)體面是一個(gè)球面時(shí)，像電荷如何分布。

③如果上面的問題中的導(dǎo)體球面不接地時(shí)，像電荷又如何分布。

④分析三者有什么異同點(diǎn)。

⑤總結(jié)鏡像法的適用條件、像電荷的選取所要滿足的條件。

⑥總結(jié)鏡像法和分離變量法的異同點(diǎn)。

學(xué)生們?cè)谶@種思考問題和解決問題的過程中，自主學(xué)習(xí)，加深對(duì)相對(duì)論時(shí)空觀的理解，同時(shí)在課堂上要求回答這些問題，并根據(jù)學(xué)生的回答做出點(diǎn)評(píng)，在此基礎(chǔ)上，講授此節(jié)的內(nèi)容，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果會(huì)有明顯提高。

2.分組合作承擔(dān)小論文或小課題。前面已經(jīng)提到，學(xué)生的能力存在差異，前期課程的知識(shí)儲(chǔ)備也有一定的差異，興趣點(diǎn)也各不相同，因此，可以分組進(jìn)行學(xué)習(xí)和討論，教師提供給學(xué)生論文題目和課題，比如：①利用mathematics或matlab等軟件編寫程序，畫出兩個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)線和等勢(shì)線。②編寫小程序，畫出利用分離變量法求解矩形波導(dǎo)管中的電位圖。③手機(jī)信號(hào)的傳輸過程。④光纖的工作原理及應(yīng)用。⑤波導(dǎo)管的工作原理和應(yīng)用等。

3.適當(dāng)拓展課程內(nèi)容，電動(dòng)力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容理論推導(dǎo)繁多，學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)繁重，很容易失去學(xué)習(xí)興趣，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可在課堂中引入一些目前科學(xué)研究中比較吸引學(xué)生興趣的有關(guān)電動(dòng)力學(xué)內(nèi)容，比如，結(jié)合課程內(nèi)容，可介紹電磁超材料、光子晶體光纖、光子晶體波導(dǎo)、磁懸浮、超導(dǎo)、鐵磁等方面的前沿內(nèi)容，要求學(xué)生就相關(guān)問題查閱資料并整理，同時(shí)每節(jié)課抽出10分鐘時(shí)間，讓學(xué)生講解并展開討論，使學(xué)生能夠參與其中，成為教學(xué)主體，加深對(duì)課程的理解，同時(shí)擴(kuò)展對(duì)電磁新效應(yīng)的了解，拓寬學(xué)生的知識(shí)面。

4.組織課堂討論。在講解課程時(shí)，可提出問題，讓學(xué)生分組討論，每組選出一名學(xué)生回答問題，并講述得出此結(jié)論的推理過程，第一輪回答結(jié)束后，還是就原問題進(jìn)行第二輪討論，再次重復(fù)上述過程，學(xué)生將其他組的講述與自己組的結(jié)論及推理進(jìn)行對(duì)比和整理，重新進(jìn)行思考，最終得出正確的結(jié)論。比如，在講解狹義相對(duì)論的光速不變?cè)頃r(shí)，可以舉如下例子[3]：∑′系相對(duì)于∑沿x軸向右運(yùn)動(dòng)做勻速直接運(yùn)動(dòng)，∑′系上有一個(gè)小車相對(duì)靜止，小車中心位置吊掛一個(gè)光發(fā)射器，A、B分別為車頭和車尾的光接收器，當(dāng)觀察者在∑′時(shí)，觀察到A、B兩個(gè)接收器同時(shí)接收信號(hào)，如果觀察者在∑上觀察時(shí)，A、B兩個(gè)接收器哪個(gè)能先接到信號(hào)？

學(xué)生分組進(jìn)行討論并回答，進(jìn)行兩輪討論后會(huì)得出自己的答案，教師在此基礎(chǔ)上，說出正確答案，并解釋原因，同時(shí)進(jìn)一步說明這是光速不變?cè)硭a(chǎn)生的結(jié)果，同時(shí)，這也是同時(shí)的相對(duì)性。通過這類討論，學(xué)生可以整理自己的思路，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，并因?yàn)樽约旱膮⑴c，提高了學(xué)習(xí)興趣和關(guān)注力，提高了學(xué)習(xí)效果。

四、結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)力學(xué)是國(guó)內(nèi)外高校物理專業(yè)的必修課，電動(dòng)力學(xué)也是物理學(xué)研究生課程的前期課程，它和現(xiàn)代科技和科學(xué)研究有著密不可分的關(guān)系，然而，它又是一門大家公認(rèn)的難學(xué)的課程，因此，如何把高校電動(dòng)力學(xué)的理論及解決問題的方法傳授給學(xué)生顯得尤為重要。在電動(dòng)力學(xué)教學(xué)中力求在課程設(shè)計(jì)、課程內(nèi)容、課程論文及課題、課程小組討論等方式體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，提高學(xué)生在課堂中的參與度，提高學(xué)習(xí)興趣，從而達(dá)到良好的學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃遒本，李志兵，林瓊桂，等.電動(dòng)力學(xué)研究型教學(xué)探索與實(shí)踐[J].大學(xué)物理，2009，28（10）：51-60.

[2]郭碩鴻.電動(dòng)力學(xué)[M].第3版.北京：高等教學(xué)出版社，2014：1-2.

[3]蔡圣善，朱耘，徐建軍.電動(dòng)力學(xué)[M].第2版.北京：高等教育出版社，2005：257.

Abstract：How to show the student-centered activities in electrodynamics teaching was investigated in this paper. Electrodynamics is an important course in department of physics in college or university. However，there are many problems between teaching and study. In this paper，the status of students in electrodynamics teaching was improved through sectional questions，small projects or course papers for groups，discuss in groups. This raised the efficiency of teaching and study.

Key words：Electrodynamics；student-center status；teaching