在“電動力學”課程中引入創(chuàng)新訓練教學模式的初探

陳桂波 盧 俊 李金華

（長春理工大學理學院，吉林 長春 130022）

長春理工大學王大珩科學技術學院光電信息科學與工程（理）專業(yè)旨在培養(yǎng)具備扎實的數(shù)理基礎、專業(yè)理論及技能，具有厚基礎、高素質(zhì)、有創(chuàng)新意識和實踐能力，具有一定國際競爭力的拔尖創(chuàng)新型高級專門人才。電動力學作為光電信息科學與工程（理）專業(yè)的一門重要學科基礎課，在其專業(yè)知識體系中占據(jù)重要地位，但針對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，傳統(tǒng)電動力學教學模式在某些方面也存在一定問題。

目前電動力學教學仍以理論教學為主，缺少必要的實驗及實踐教學。在地方理工院校，很多該專業(yè)學生畢業(yè)后要從事相關工程技術工作，傳統(tǒng)的單一理論教學方式無法滿足社會對應用型人才培養(yǎng)的需要。另外，電動力學課程以講述電磁場物理規(guī)律為主體，而電磁場是一種看不見摸不著的物質(zhì)，其物理規(guī)律主要通過數(shù)學方程及其解來體現(xiàn)，很多同學對數(shù)學概念的物理含義不清楚，導致其在學習時產(chǎn)生了畏懼心理，進而學習興趣下降。

為了解決上述兩個問題，我們電動力學課程組經(jīng)討論決定，在2016-2017學年第一學期，以我校王大珩科學技術學院光電信息科學與工程（理）專業(yè)為試點，開展電動力學課程創(chuàng)新訓練教學模式研究?？己朔绞椒矫?，由原來的平時成績（20分）+考試成績（80分），調(diào)整為平時成績（20分）+創(chuàng)新訓練成績（20分）+考試成績（60分）。創(chuàng)新訓練教學環(huán)節(jié)，課程組教師根據(jù)課程內(nèi)容結合各自科研內(nèi)容（課程組老師所從事研究領域均以電磁場理論為基礎），給出6-8個創(chuàng)新訓練題目（包括題目簡介、要求及目標），并進行集體論證；然后學生選題，每3-5名學生分為一個組，選定一個創(chuàng)新訓練題目；選題結束后，學生進行大約8-10周的創(chuàng)新訓練，在期末考試前提交創(chuàng)新訓練報告，并進行創(chuàng)新實踐訓練答辯，最終由課程組老師根據(jù)實現(xiàn)制定的評分標準進行成績評定。

一、題目論證與學生選題

為了在我校王大珩科學技術學院光電信息科學與工程（理）專業(yè)進行電動力學教學模式試點改革，2016-2017學年第一學期開學第1-2教學周，經(jīng)電動力學課程組8名老師多次討論，形成以下6個學生創(chuàng)新訓練題目：

1、微波爐中的電動力學問題

微波爐門是如何讓可見光通過而阻止微波的？微波爐內(nèi)壁上的孔是做什么用的？微波爐內(nèi)壁材料是金屬嗎？如果是金屬，為什么不會由于爐內(nèi)的微波輻射而產(chǎn)生火花？微波爐產(chǎn)生微波的原理是什么？產(chǎn)生微波的裝置一般在爐體的什么位置？

2、金屬波導管和介質(zhì)光波導的區(qū)別和聯(lián)系

要求介紹平板光波導中模式的求解過程，對比金屬波導管和介質(zhì)光波導求解過程的相同和不同之處并說明原因，對比金屬波導管和介質(zhì)光波導的模式特點，對比金屬波導管和介質(zhì)光波導在應用范圍上的區(qū)別并說明原因。

3、手機中的電動力學

智能手機是當代大學生普遍的通訊和上網(wǎng)設備。手機在運行過程中涉及到信息傳輸、處理、存儲和顯示等諸多方面的物理知識和技術，其各項功能都是建立在物理知識基礎之上的，比如手機接收和發(fā)射聲音、圖像等信息、語音聊天時自動調(diào)整聽筒播放或者揚聲器播放、iphone中的3D touch的功能等。要求學生結合所學的電磁學和電動力學知識，針對手機中相關現(xiàn)象、元件或者功能等展開調(diào)研，介紹涉及到的基本原理和相關知識、較為深入的分析、技術上可能的發(fā)展前景或趨勢。

4、電磁輻射對人體的影響、危害及其防護

要求學生結合所學知識，經(jīng)過充分調(diào)研，闡述電磁輻射的物理機制，電磁波對人體的作用機理和危害。電磁輻射會對人們的生活、生產(chǎn)等各方面造成哪些影響與危害？身邊的電磁輻射情況有哪些？有哪些電磁輻射源？如何防護身邊的電磁輻射？

5、周期性晶體材料傳輸和透射性質(zhì)研究

選取折射率不同的材料組成周期性晶體材料,其對光電磁波具有調(diào)控作用?；陔妱恿W知識,推導電磁波在介質(zhì)材料中的一維傳輸矩陣，從而計算出電磁波的透射和反射系數(shù)，利用Matlab或Mathematics等編寫程序?qū)δＰ瓦M行仿真計算，最后得出影響電磁波透射和反射性質(zhì)的因素。

6、影響磁力小車運動速度的因素研究

選取銅線圈、電池、強磁鐵等材料制作磁力小車。研究線圈中磁力小車運動原因與規(guī)律，測量小火車速度，尋找影響火車速度的物理因素。基于電動力學知識對小火車周圍電磁場進行理論建模分析，利用Comsol等數(shù)值仿真軟件對模型進行仿真計算，最后基于影響因素給出提升小火車速度的有效方案。

創(chuàng)新訓練題目確定之后，在第3周組織學生進行分組和選題，并向?qū)W生公開課程組任課教師的聯(lián)系方式，以便回答學生在選題過程中的一些疑問。

二、創(chuàng)新訓練過程

學生分組和選題環(huán)節(jié)完成之后，每個小組配備一名指導教師，負責具體指導學生的創(chuàng)新訓練工作。第4—14教學周，各組學生在指導教師的指導下，進行具體的創(chuàng)新訓練工作。每個小組選出一名學生作為組長，負責創(chuàng)新訓練的總體工作和具體工作分配。指導教師在對學生創(chuàng)新訓練工作進行適當指導的同時，也對所負責小組學生的平時工作進行適當監(jiān)督。

三、提交報告、答辯與評分

第15教學周，各組學生提交創(chuàng)新訓練報告，并進行創(chuàng)新訓練答辯。課程組老師根據(jù)報告和答辯情況給出創(chuàng)新訓練成績，成績評定標準為：

1、針對問題的調(diào)研是否合理、充分?(20%)

2、是否圍繞主題進行展開分析,論點及論據(jù)是否正確?(30%)

3、邏輯性是否清楚?(10%)

4、是否做了深入分析與討論?(10%)

5、是否得到有價值的結論?(10%)

6、創(chuàng)新訓練報告寫作是否規(guī)范?(10%)

7、創(chuàng)新訓練陳述情況、PPT報告情況，以及回答問題情況如何？(10%)

四、結論

1、通過在王大珩科學技術學院光電信息科學與工程（理）專業(yè)“電動力學”課程中引入“理論教學+創(chuàng)新教學”相融合的教學方式，初步解決傳統(tǒng)教學方式重理論、輕實踐、缺創(chuàng)新的問題，提高了學生實踐和創(chuàng)新能力；

2、通過教學模式改革，初步解決學生認為電動力學概念抽象，理論性強，難于理解，導致學習興趣下降的問題，提高了學生學習積極性和學習質(zhì)量；

3、初步建立適合于王大珩科學技術學院光電信息科學與工程（理）專業(yè)人才培養(yǎng)目標的“電動力學”課程教學模式；

4、研究結果為下一步將該教學模式推廣應用到應用物理學等其他專業(yè)的“電動力學”教學奠定了一定基礎。

[1]盧俊,陳桂波,李金華,孔梅,金光勇.光信息科學與技術國家特色專業(yè)中電動力學課程教學研究[J].吉林廣播電視大學學報,2012,128(8):50-51.

[2]盧俊,李金華,金光勇,陳桂波.教師在大學生創(chuàng)新思維培養(yǎng)過程中的作用[J].吉林廣播電視大學學報,2010,97(1):23-25.

[3]陳桂波,盧俊,李金華,孔梅,金光勇.論教學過程中對大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].長春理工大學學報,2012,7(10):204-205.