大學(xué)物理《電磁學(xué)》課程教學(xué)研究

李東珂

（1.淮陰師范學(xué)院 物理與電子電氣工程學(xué)院，江蘇 淮安 223300；2.南京大學(xué) 固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210093）

1 引言

從認(rèn)識(shí)到大自然中的電磁現(xiàn)象到麥克斯韋方程組的建立，人類歷經(jīng)了2000多年的時(shí)間來了解和掌握電磁學(xué)知識(shí)，并將其應(yīng)用到人類文明發(fā)展歷程中。其中第二次和第三次工業(yè)革命的蓬勃發(fā)展亦是人類對電磁學(xué)知識(shí)運(yùn)用的最直觀體現(xiàn)。現(xiàn)如今，“電磁學(xué)”作為物理學(xué)知識(shí)框架體系中的重要組成部分，在初等教育、高等教育以及科學(xué)前沿研究中都占據(jù)著舉足輕重的位置。在前期高中物理中，“電磁學(xué)”就因知識(shí)點(diǎn)多、雜、難等特點(diǎn)，成為令不少學(xué)生“魂?duì)繅衾@”卻又“欲罷不能”的高考?jí)狠S題。邁入高等教育，《電磁學(xué)》課程是物理學(xué)類本科專業(yè)的必修課程，課程的主要特點(diǎn)是研究電磁相互作用基本規(guī)律的基礎(chǔ)，通過對電場與磁場的研究來說明宏觀領(lǐng)域內(nèi)各種電磁現(xiàn)象，知識(shí)點(diǎn)繁多、知識(shí)體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜；要求學(xué)生全面系統(tǒng)地掌握電磁學(xué)的基本知識(shí)與規(guī)律，理解電磁現(xiàn)象的實(shí)質(zhì)；同時(shí)要具備分析電磁學(xué)問題的基本知識(shí)和能力，對電場、磁場以及電磁感應(yīng)等問題可以進(jìn)行分析和求解；并進(jìn)一步了解相關(guān)電磁學(xué)理論發(fā)展和建立過程中的重要實(shí)驗(yàn)和研究方法，獲得科學(xué)方法論上的教益[1]。

現(xiàn)階段，眾多高校的《電磁學(xué)》課時(shí)被不斷壓縮，然而其教學(xué)內(nèi)容并未減少。因此要想高質(zhì)量地完成《電磁學(xué)》課程任務(wù)要求，讓學(xué)生學(xué)有所得，讓教師教有所感，必須準(zhǔn)確理解和把握、科學(xué)規(guī)劃和優(yōu)化教學(xué)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)從教學(xué)實(shí)踐出發(fā)對教學(xué)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行探討，其中的心得體會(huì)希望能夠?qū)氖孪嚓P(guān)工作的教學(xué)工作者提供有價(jià)值的參考。

1 參考教材的選用

《電磁學(xué)》課程知識(shí)點(diǎn)繁多、知識(shí)體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜、內(nèi)容抽象且涉及較多數(shù)學(xué)問題，因此選擇參考教材的選取就顯得尤為重要[2]。現(xiàn)階段國內(nèi)普遍采用的是北京大學(xué)趙凱華先生主編和北京師范大學(xué)梁燦彬先生主編的兩套《電磁學(xué)》教材。趙凱華主編的教材中知識(shí)體系結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)容翔實(shí)，而且包含較多的前沿知識(shí)。梁燦彬主編的教材從基礎(chǔ)知識(shí)和理論出發(fā)，比較適合初學(xué)者把握具體的知識(shí)脈絡(luò)。兩本教材在每章節(jié)后都編排了大量的練習(xí)題，對消化和鞏固電磁學(xué)知識(shí)提供了很大的幫助。

國外比較推薦的電磁學(xué)相關(guān)教材主要包括諾貝爾獎(jiǎng)得主E.M.Purcell主編的《伯克利物理學(xué)教程》第2卷“電磁學(xué)”部分和根據(jù)R.P.Feynman講課錄音整編的《費(fèi)曼物理學(xué)講義》第2卷“電磁學(xué)”部分。這兩套教材都是由英文撰寫，其語言流暢，而且國內(nèi)已發(fā)行中譯本。這兩套教材雖然年代久遠(yuǎn)，但知識(shí)體系完整，物理的闡述過程清晰，而且講述的宏觀物理現(xiàn)象多由基礎(chǔ)的微觀物理嚴(yán)格導(dǎo)出，這對于培養(yǎng)學(xué)生的物理思想和邏輯思維能力具有很大的幫助。

3 教學(xué)過程中的實(shí)施方法

1）背景知識(shí)預(yù)習(xí)。電磁學(xué)課程知識(shí)體系復(fù)雜，主要內(nèi)容包括：靜電場、靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)、恒定電流、恒定磁場、電磁感應(yīng)和暫態(tài)過程、磁介質(zhì)、交流電、麥克斯韋電磁理論和電磁波等知識(shí) 塊[3]。每部分內(nèi)容前后關(guān)聯(lián)呼應(yīng)，但各自又經(jīng)歷了漫長的發(fā)展和完善。在課時(shí)不斷被壓縮的現(xiàn)狀下，教師在課堂上很難對知識(shí)點(diǎn)的背景內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)交代，而學(xué)生們?nèi)菀讓χR(shí)點(diǎn)理解不深刻，知其然而不知其所以然，對知識(shí)背后的物理思想更是領(lǐng)悟較少。因此，需要學(xué)生課前預(yù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的背景內(nèi)容，可以了解先人在通過宏觀現(xiàn)象探究物理本質(zhì)、凝聚物理思想的發(fā)展過程，有助于提高教師教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的邏輯思維能力。

2）多媒體課件與板書有機(jī)結(jié)合。多媒體課件教學(xué)是現(xiàn)在高等院校主流的課堂教學(xué)模式之一，能夠直觀、生動(dòng)、形象地展示教學(xué)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生深入學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如電磁學(xué)中的很多物理模型，可以直觀方便地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，節(jié)省了大量的作圖時(shí)間。然而由于《電磁學(xué)》課程自身的特點(diǎn)，在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，單一地采用PPT多媒體課件教學(xué)容易造成學(xué)生視覺疲勞導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量下降，特別是在面對大量物理概念的引入和物理推導(dǎo)時(shí)。而且在面對復(fù)雜的公式過程時(shí)，學(xué)生容易產(chǎn)生反感心理。鑒于此，就需要教師在課堂上將PPT多媒體課件與板書進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。對于文字概念和物理模型，可以充分利用PPT進(jìn)行展示，節(jié)省課堂教學(xué)時(shí)間而且內(nèi)容呈現(xiàn)形式更直觀具體。對于重要的公式推導(dǎo)和總結(jié)歸納，教師可以結(jié)合板書進(jìn)行逐步推導(dǎo)，并積極調(diào)動(dòng)學(xué)生參與其中，這樣既能讓學(xué)生學(xué)習(xí)到其中的關(guān)鍵細(xì)節(jié)又可以親身體會(huì)到如何把重要結(jié)論一步步推導(dǎo)出來，不但提高了學(xué)生積極性又可以讓學(xué)生產(chǎn)生成就感，有益于提高教學(xué)質(zhì)量。然而，板書勢必會(huì)占據(jù)不少課堂時(shí)間，因此需要教師在課下多花時(shí)間進(jìn)行科學(xué)的板書設(shè)計(jì)和時(shí)間規(guī)劃。

3）互動(dòng)式課堂討論與思考。鑒于電磁學(xué)課程中概念過多、知識(shí)點(diǎn)復(fù)雜且邏輯性強(qiáng)，再加上理想化物理模型多種多樣，這就使得課堂討論尤為重要。教師在教學(xué)過程中可以通過課堂討論的形式進(jìn)行新知識(shí)點(diǎn)的引入或課堂內(nèi)容的總結(jié)。如在開始學(xué)習(xí)“靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)”章節(jié)時(shí)，可以讓學(xué)生結(jié)合前期對“靜電場”的學(xué)習(xí)，討論如果在真空靜電場中加入導(dǎo)體或絕緣體會(huì)引起什么樣的變化？如學(xué)生們在中小學(xué)階段就已經(jīng)對摩擦起電現(xiàn)象耳熟能詳，在教學(xué)時(shí)可以讓學(xué)生們進(jìn)一步思考和討論金屬的電學(xué)特性更好，但為什么摩擦后的金屬棒不帶電，又有什么辦法可以讓摩擦后的金屬帶電？通過設(shè)計(jì)多種類型的互動(dòng)式課堂討論與思考，不但能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，而且能幫助學(xué)生進(jìn)一步加深對電磁知識(shí)的理解與吸收。

4）課堂筆記與課下完善。課堂筆記是小學(xué)和初高中學(xué)習(xí)階段中最常見、最普遍存在的學(xué)習(xí)媒介。然而進(jìn)入大學(xué)，很多學(xué)生和教師已經(jīng)放棄對課堂筆記的要求和重視。我在電磁學(xué)教學(xué)過程中嚴(yán)格要求學(xué)生們記錄課堂筆記，并結(jié)合課堂板書內(nèi)容在課下進(jìn)行完善。這不僅可以提高學(xué)生對電磁學(xué)課程的投入時(shí)間，而且可以有效地梳理知識(shí)點(diǎn)，把握具體的知識(shí)脈絡(luò)。此外，課堂筆記還可以作為學(xué)生在未來考研和升學(xué)考試復(fù)習(xí)中的重要參考資料。

4 課程的考核辦法

電磁學(xué)教學(xué)的最根本目的是讓學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)和物理思想。鑒于電磁學(xué)知識(shí)體系復(fù)雜、知識(shí)點(diǎn)繁多，因此要加強(qiáng)對學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)情況的重視與考察。在成績分配上建議加大平時(shí)成績的比例，例如課堂討論、課后作業(yè)和每章的小測驗(yàn)，這樣可以使得學(xué)生積極參與到討論中，并且重視平時(shí)的學(xué)習(xí)，避免期末時(shí)的臨時(shí) “抱佛腳”，從而達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果。