電動力學(xué)教學(xué)中調(diào)動學(xué)生積極性的對策研究

胡要花　韓運俠　姚麗萍

摘要：近年來，物理學(xué)專業(yè)本科生對待電動力學(xué)課程學(xué)習(xí)的積極性不高。本文作者結(jié)合自己多年教授物理學(xué)專業(yè)本科生電動力學(xué)課程的經(jīng)歷，分析總結(jié)學(xué)生對待電動力學(xué)課程學(xué)習(xí)積極性不高的原因，并對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性提出有效對策。

關(guān)鍵詞：電動力學(xué)；學(xué)習(xí)積極性；對策研究

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）51-0189-03

電動力學(xué)是物理學(xué)專業(yè)的一門重要的專業(yè)核心必修課。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電磁場的基本規(guī)律，加深對電磁場性質(zhì)和時空概念的理解，學(xué)會分析和處理一些基本問題的能力，為以后解決實際問題打下基礎(chǔ)。近年來，一些學(xué)生對于電動力學(xué)課程學(xué)習(xí)的積極性有所下降。本文結(jié)合作者多年教授物理學(xué)專業(yè)本科生電動力學(xué)課程的經(jīng)歷，介紹電動力學(xué)課程學(xué)習(xí)情況，分析總結(jié)學(xué)生對待電動力學(xué)課程學(xué)習(xí)積極性不高的原因，并對調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性提出有效對策。

一、積極性不高的原因分析

以作者教授電動力學(xué)課程時對學(xué)生的觀察與了解，學(xué)生對待電動力學(xué)課程學(xué)習(xí)積極性不高的原因主要有以下幾個方面。

（一）課程地位和作用理解不到位

在課程開始的時候，我們會跟學(xué)生溝通交流，了解他們對于電動力學(xué)課程的認(rèn)識。交流中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生拿到教材以后，看看目錄，看到庫侖定律、電荷守恒定律、靜電場以及靜磁場等內(nèi)容時，就覺得這門課與電磁學(xué)課程差不多，很多知識都學(xué)過，因此，第一次上課之前，有些學(xué)生認(rèn)為這門課不難也不重要。

另一方面，高等師范院校物理學(xué)專業(yè)多屬師范類專業(yè)，一些學(xué)生畢業(yè)以后去中學(xué)教物理，這些學(xué)生中不少學(xué)生對理論物理課程不重視，認(rèn)為在中學(xué)物理教學(xué)工作中用不上，尤其對于內(nèi)容抽象、數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁雜的電動力學(xué)課程就更不認(rèn)真學(xué)習(xí)。此外，師范生中也有些學(xué)習(xí)努力的學(xué)生，也會很認(rèn)真地學(xué)習(xí)，但是他們不知道如何將所學(xué)知識與中學(xué)物理教學(xué)相結(jié)合[1]。

碩士研究生入學(xué)考試初試時大都考普通物理、量子力學(xué)或者高等數(shù)學(xué)等課程，只有很少高校、很少專業(yè)考電動力學(xué)，基于此，有極個別準(zhǔn)備考取碩士研究生的學(xué)生認(rèn)為電動力學(xué)課程是不重要的，因此對于該課程的學(xué)習(xí)態(tài)度不認(rèn)真、不積極。

（二）數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識儲備不充分

電動力學(xué)課程研究電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律、電磁波的傳播與輻射、帶電粒子與電磁場的相互作用以及狹義相對論，課程內(nèi)容理論性強，概念過于抽象，尤其狹義相對論很難理解。此外，該課程涉及矢量分析、數(shù)學(xué)物理方法等數(shù)學(xué)知識，需要推導(dǎo)的內(nèi)容多，推導(dǎo)過程復(fù)雜煩瑣，對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求高。因此，在課程進(jìn)行中，部分學(xué)生感覺到學(xué)習(xí)越來越困難：內(nèi)容難理解、公式難以牢記或者不能學(xué)以致用、推導(dǎo)過于復(fù)雜、難度過大等，很多學(xué)生反映上課能聽懂能跟上，但是課后不會解題。每當(dāng)學(xué)生達(dá)到這種狀態(tài)時，多數(shù)學(xué)生會加倍努力，課后及時跟老師溝通交流，但也有部分學(xué)生就此選擇放棄。

二、調(diào)動學(xué)生積極性的策略

基于第一部分學(xué)生對于電動力學(xué)課程學(xué)習(xí)積極性不高的原因分析，結(jié)合作者多年來的教學(xué)實踐，總結(jié)出以下調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)電動力學(xué)積極性的對策。

（一）發(fā)揮緒論課的作用

緒論課是課堂教學(xué)的先導(dǎo)和靈魂，在專業(yè)課程教學(xué)中，發(fā)揮緒論課的引導(dǎo)性作用極其重要[2]。在電動力學(xué)緒論課中，應(yīng)使學(xué)生了解電動力學(xué)課程的性質(zhì)、特點和主要內(nèi)容，懂得電動力學(xué)與電磁學(xué)的聯(lián)系和區(qū)別，與其他先修課程和后續(xù)課程之間的關(guān)系，使學(xué)生對該課程有一個總體的概念和宏觀的了解。例如，在介紹電動力學(xué)課程內(nèi)容和任務(wù)時，我們可以應(yīng)用類比法，將其與學(xué)生所熟悉的經(jīng)典力學(xué)作對比（如表1所示），這樣學(xué)生更容易理解。

電動力學(xué)是一門應(yīng)用非常廣泛并且與學(xué)科前沿研究密切聯(lián)系的課程。在緒論課的教學(xué)中，還應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)科前沿發(fā)展動態(tài)，讓他們明晰電動力學(xué)知識是相關(guān)前沿研究領(lǐng)域的必備基礎(chǔ)，啟發(fā)和培養(yǎng)學(xué)生對于電動力學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣，建立良好的學(xué)習(xí)心態(tài)，從而調(diào)動學(xué)生對于電動力學(xué)課程學(xué)習(xí)的積極性和熱情。

（二）數(shù)學(xué)推導(dǎo)能力和物理思維的培養(yǎng)

電動力學(xué)課程的學(xué)習(xí)需要用到矢量分析和數(shù)學(xué)物理方法中的數(shù)學(xué)知識，這些知識學(xué)生在先修課程中大多學(xué)過，但是不純熟，甚至已經(jīng)淡忘。因此，在緒論課之后，需要花2至3節(jié)課的時間對相關(guān)的數(shù)學(xué)知識進(jìn)行復(fù)習(xí)，做好數(shù)學(xué)基礎(chǔ)方面的準(zhǔn)備。

在課程基本內(nèi)容的學(xué)習(xí)過程中，需注意把復(fù)雜問題簡單化，引導(dǎo)學(xué)生從物理學(xué)專業(yè)的角度理解、分析和思考，建立物理圖像。在具體問題的分析中，引導(dǎo)學(xué)生找到合適的方法，比如用分離變量法求解電標(biāo)勢或磁標(biāo)勢時，不同問題之間的區(qū)別主要在于定解條件不同。因此，在學(xué)習(xí)分離變量法求解電標(biāo)勢時，先復(fù)習(xí)不同坐標(biāo)系下分離變量法解拉普拉斯方程得到的通解，攻克數(shù)學(xué)難點，然后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)不同的問題確定定解條件，分析確定定解條件的方法。只要學(xué)會分析此類問題及相應(yīng)的定解條件，之后的求解都能輕松完成，為靜磁場磁標(biāo)勢的求解打下堅實的基礎(chǔ)，同時激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索的積極性。

電動力學(xué)課程是一門有著嚴(yán)密的邏輯思維體系的課程，在電動力學(xué)課程教學(xué)中，應(yīng)該將物理思維的培養(yǎng)與訓(xùn)練放在教學(xué)的首位。例如在“電磁場的能量”一節(jié)教學(xué)中，從電磁場對帶電粒子做功而確定存在能量轉(zhuǎn)化，即電磁場必定有能量，由此提出問題引導(dǎo)學(xué)生思考：電磁場的能量如何用數(shù)學(xué)公式定量表示？學(xué)生的先備知識中，關(guān)于電磁場的知識沒有學(xué)到能量如何表示，因此只能從電磁場對帶電物體做功的角度入手討論：力對物體所做的元功等于力與在該力作用下的元位移的標(biāo)量積。緊接著引導(dǎo)學(xué)生思考，電磁場的能量公式必定是用場量表示的，因此需要將力密度中的電荷密度和電流密度用場量表示。這時，引導(dǎo)學(xué)生回憶做功以及能量轉(zhuǎn)化與守恒定律，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生對公式進(jìn)行變形，直到得出有明顯物理意義的能量守恒定律公式，從而得到電磁場能量的數(shù)學(xué)表示公式。通過這個教學(xué)過程，學(xué)生掌握的不僅僅是電磁場的能量以及能量守恒定律公式，更重要的是，能突出物理規(guī)律的建立過程，豐富學(xué)生思維模式，培養(yǎng)學(xué)生的物理思維。

（三）加深對課程地位和作用的認(rèn)識

認(rèn)為電動力學(xué)課程不重要的學(xué)生，是因為對該課程了解不夠。電動力學(xué)課程是一門理論體系嚴(yán)謹(jǐn)、應(yīng)用廣泛并且與前沿研究（如腔量子電動力學(xué)、磁單極子等）密切聯(lián)系的學(xué)科，是物理學(xué)專業(yè)本科生必須掌握的專業(yè)核心課程。近年的一些熱點問題，如光子晶體、光學(xué)空間孤子、原子光陷阱等，都可以用經(jīng)典電動力學(xué)作出一定程度的解釋[3]。此外，電動力學(xué)不僅是物理學(xué)專業(yè)的核心課，也是光電信息科學(xué)與工程、電子信息工程等電子類專業(yè)、電氣類專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課[4]。不同專業(yè)課程名稱不完全相同，有些專業(yè)稱這門課為電磁場理論或者電磁場與電磁波等。不管是電動力學(xué)，還是電磁場理論、電磁場與電磁波，內(nèi)容大同小異，區(qū)別在于電動力學(xué)相較其余科目難度略高，電磁場與電磁波課程在介紹波導(dǎo)光纖和天線陣時詳細(xì)一些。因此，很多工科專業(yè)碩士研究生招生時，把電動力學(xué)作為復(fù)試時的筆試課程，或者面試時提一些有關(guān)電動力學(xué)課程的問題。

《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》以及《普通高中各學(xué)科核心素養(yǎng)一覽表》顯示物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包含四個方面：物理觀念、科學(xué)思維、實驗探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任[5]?？茖W(xué)思維主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素。要在中學(xué)物理教學(xué)中培養(yǎng)中學(xué)生核心素養(yǎng)，需要把科學(xué)知識與其內(nèi)因關(guān)聯(lián)起來，幫助學(xué)生形成一定的思維結(jié)構(gòu)，認(rèn)識更為復(fù)雜的自然現(xiàn)象和實驗現(xiàn)象，這就要求教師從理論物理的高度去把握中學(xué)物理教材。電動力學(xué)是理論物理課程的重要組成部分，該課程所含的觀察、猜想、分析、綜合歸納、演繹、理想模型、類比等科學(xué)家們在發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、分析問題、解決問題的過程中用到邏輯思維和數(shù)學(xué)方法，對于促進(jìn)學(xué)生對物理思想的領(lǐng)會、提高學(xué)生的學(xué)科知識水平、訓(xùn)練學(xué)生提出問題和解決問題的能力等有著極大的促進(jìn)作用。

（四）充分利用網(wǎng)絡(luò)資源

為了推動高等學(xué)校優(yōu)質(zhì)課程教學(xué)資源共享，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容更新，深化教學(xué)方法改革，教育部在全國高等學(xué)校中推進(jìn)各級精品課程、精品資源共享課等教學(xué)質(zhì)量建設(shè)工作。就電動力學(xué)課程而言，中山大學(xué)、華中師范大學(xué)、河北師范大學(xué)等高校的電動力學(xué)課程均為精品課程，我校的電動力學(xué)課程為河南省精品資源共享課，講課視頻、多媒體課件、教案等資源均網(wǎng)上共享。除上課以外，學(xué)生可以在課前或者課后利用網(wǎng)絡(luò)課堂在線學(xué)習(xí)，也可以下載該課程的相關(guān)學(xué)習(xí)資料自學(xué)或復(fù)習(xí)。

三、結(jié)語

電動力學(xué)是物理學(xué)專業(yè)本科生必須掌握的重要專業(yè)課程，它所包含的知識有著嚴(yán)密的邏輯思維體系，學(xué)好該課程有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理思維和科學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生積極思考，啟發(fā)學(xué)生的求知欲，拓寬學(xué)生視野，提高分析問題和解決問題的能力，激勵學(xué)生的創(chuàng)新精神。既為進(jìn)一步深造的學(xué)生打下扎實的基礎(chǔ)，又能讓師范生利用電動力學(xué)所學(xué)知識和方法指導(dǎo)中學(xué)物理教學(xué)，做到理論聯(lián)系實際、學(xué)以致用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張婷玉，胡揚洋.高師物理師范生電動力學(xué)學(xué)習(xí)困難的成因與對策[J].首都師范大學(xué)學(xué)報，2015，（6）：30-35.

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[3]郭碩鴻，黃逎本，李志兵，等.電動力學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2008：1.

[4]陳桂波，盧俊，李金華.在“電動力學(xué)”課程中引入創(chuàng)新訓(xùn)練教學(xué)模式的初探[J].吉林廣播電視大學(xué)學(xué)報，2018，（1）：76-77.

[5]彭前程.積極探索基于核心素養(yǎng)理念下的物理教學(xué)[J].中學(xué)物理，2016，（2）：1-2.