基于探究式教學(xué)的電動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)改革實(shí)踐

邢琳 賀慶 張牛 尹莉

摘要本文采用探究式教學(xué)對(duì)電動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核形式進(jìn)行了改革，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、開拓了學(xué)生的視野，培養(yǎng)了學(xué)生的能力，獲得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 電動(dòng)力學(xué) 探究式教學(xué) 教學(xué)改革 實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.29.045

Practice of Teaching Reform of Electrodynamics Course Based on Inquiry Teaching

XING Lin， HE Qing， ZHANG Niu， YIN Li

（College of Science， Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou， Henan 450007）

AbstractThis paper uses inquiry teaching to reform the teaching content， teaching methods， teaching means and examination forms of electrodynamics course， which improves students’ learning enthusiasm， expands students’ vision， cultivates students’ ability and obtains better teaching effects.

Keywordselectrodynamics； inquiry teaching； teaching reform； practice

電動(dòng)力學(xué)是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)大三學(xué)生所學(xué)的一門專業(yè)必修考試課程。它是物理學(xué)領(lǐng)域的一門重要基礎(chǔ)理論課，和理論力學(xué)、熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)共同構(gòu)成理論物理領(lǐng)域的四大力學(xué)。它是一門著重研究電磁現(xiàn)象的課程，該課程以麥克斯韋方程組和洛倫茲力表達(dá)式為基礎(chǔ)，系統(tǒng)求解各種電磁現(xiàn)象，并闡述蘊(yùn)含的物理規(guī)律。[1，2]在學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)課程的過程中，重點(diǎn)理解電磁現(xiàn)象的物理概念、物理規(guī)律及掌握各種條件下電磁現(xiàn)象的求解方法。通過學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)，可以很好地服務(wù)于科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，解決生產(chǎn)實(shí)踐中與電磁相關(guān)的問題。

隨著高等教育的發(fā)展，教育改革進(jìn)程的不斷深入，國家對(duì)高校培養(yǎng)人的能力要求更高。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力、探究思考能力、提出問題和解決問題的能力，我們通過探究式教學(xué)對(duì)電動(dòng)力學(xué)課程進(jìn)行了多方位的改革，有效激勵(lì)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，磨煉了學(xué)生動(dòng)手查資料的能力，提升了學(xué)生探究思考的能力，訓(xùn)練了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，提高了學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造的能力，拓寬了學(xué)生的視野，增長了學(xué)生的見識(shí)，激發(fā)了學(xué)生關(guān)注科學(xué)前沿的興趣，讓學(xué)生切實(shí)從中獲得了更多的收益。

1探究式教學(xué)在課程教學(xué)內(nèi)容中的改革

電動(dòng)力學(xué)是一門實(shí)用且重要的課程，其在與電磁現(xiàn)象相關(guān)的技術(shù)方面有著廣泛的應(yīng)用。為了完善學(xué)生的知識(shí)體系，擴(kuò)展學(xué)生的視野，增長學(xué)生的見識(shí)，激勵(lì)學(xué)生關(guān)注科學(xué)前沿的興趣，我們對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行了一系列的挖掘和探究。

1.1探究課程間的內(nèi)在聯(lián)系

電動(dòng)力學(xué)課程屬于理論課程，其先修課程有高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)學(xué)物理方法、光學(xué)、機(jī)械波、電磁學(xué)等，其后修課程也有很多，如固體物理、量子力學(xué)、凝聚態(tài)物理、微波、光波導(dǎo)、光子晶體、等離子體、無線電波、激光技術(shù)、天體物理等。先修課程中的數(shù)學(xué)相關(guān)課程為電動(dòng)力學(xué)提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，先修課程中物理相關(guān)課程為電動(dòng)力學(xué)提供了物理基礎(chǔ)。同時(shí)，電動(dòng)力學(xué)也為后修課程從電磁場(chǎng)和電磁波的角度提供了基礎(chǔ)。通過引導(dǎo)學(xué)生思考和探究課程間的內(nèi)在關(guān)系，可以讓學(xué)生更加深刻地了解課程體系。這一探究不僅讓學(xué)生由感性認(rèn)識(shí)提高到理性認(rèn)識(shí)，而且更重要的是完善了學(xué)生的知識(shí)體系。

1.2探究電磁理論的發(fā)展史

電動(dòng)力學(xué)中電磁理論的建立經(jīng)歷了一個(gè)相當(dāng)長的發(fā)展過程。最初的人們僅認(rèn)識(shí)到靜電、靜磁和電流等現(xiàn)象，但隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間的內(nèi)在關(guān)系，并提出了場(chǎng)的概念。1864年，麥克斯韋通過引入位移電流并在前人研究的基礎(chǔ)上歸納建立了電磁理論——麥克斯韋方程組，該方程組成了電動(dòng)力學(xué)中對(duì)電磁現(xiàn)象求解的重要理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)以來，人們又進(jìn)一步研究了電磁場(chǎng)的微觀性質(zhì)?，F(xiàn)在，新的生產(chǎn)實(shí)踐將繼續(xù)推動(dòng)電動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展。[1，3]

通過引導(dǎo)學(xué)生查資料、進(jìn)一步深入探究電磁理論的漫長發(fā)展史，引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)電動(dòng)力學(xué)的發(fā)展和生產(chǎn)實(shí)踐的關(guān)系。電動(dòng)力學(xué)理論對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐有重要的指導(dǎo)意義，而生產(chǎn)實(shí)踐反過來又推動(dòng)了電動(dòng)力學(xué)理論的發(fā)展，二者相輔相成，相互促進(jìn)，共同發(fā)展。鼓勵(lì)學(xué)生用辯證唯物主義和歷史唯物主義的思想看待事物的發(fā)展，思考和解決生活和學(xué)習(xí)實(shí)踐中遇到的困難和問題，樹立正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。另外，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)電磁理論發(fā)展史的探究，也有助于完善學(xué)生的知識(shí)框架，提升學(xué)生對(duì)知識(shí)的鞏固和掌握。

1.3探究物理學(xué)家的事跡

任何學(xué)科的進(jìn)步都需要由無數(shù)的科學(xué)家為之付出艱辛的努力。在電動(dòng)力學(xué)教材中，與電磁理論相關(guān)的物理學(xué)家有60多位。通過引導(dǎo)學(xué)生查資料，探究物理學(xué)家在電磁領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)。通過了解物理學(xué)家的生平、照片、簡介、出生背景、成長過程、偉大成就及相關(guān)故事等，極大地激發(fā)了學(xué)生對(duì)物理學(xué)家的崇拜，學(xué)習(xí)他們善于思考、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的百折不撓、敬業(yè)奉獻(xiàn)、創(chuàng)新精神，鼓勵(lì)學(xué)生獻(xiàn)身科學(xué)，立鴻鵠志、做奮斗者。

1.4探究電磁理論在生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁場(chǎng)和電磁波在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，比如在醫(yī)療、軍事、農(nóng)業(yè)、航空航天、地質(zhì)勘探、電力系統(tǒng)、無線電波等。通過引導(dǎo)學(xué)生查資料，探究了電磁理論在各行各業(yè)中的應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)了解電磁知識(shí)在學(xué)科前沿研究中的動(dòng)態(tài)，樹立了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，同時(shí)引領(lǐng)學(xué)生了解我們國家與電磁相關(guān)的偉大成就，比如天眼工程、5G網(wǎng)絡(luò)、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)、航空航天等，增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感和自信心，培養(yǎng)了學(xué)生的家國情懷，堅(jiān)定了學(xué)生中國夢(mèng)的信念，激勵(lì)學(xué)生把愛國情、強(qiáng)國志、報(bào)國行自覺融入堅(jiān)持和發(fā)展中國特色社會(huì)主義事業(yè)、建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的奮斗之中。

2探究式教學(xué)在課程教學(xué)方法中的改革

電動(dòng)力學(xué)課程有較為抽象的物理概念與規(guī)律、有較為復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式與推導(dǎo)，學(xué)生們常常望而生畏，失去學(xué)習(xí)的興趣。為了讓學(xué)生形成較為清晰的物理概念，牢固地掌握電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，我們采用了多種教學(xué)方法相結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的能力，發(fā)掘了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.1講授法

采用了學(xué)生講授和教師講授相結(jié)合、線上講授和線下講授相結(jié)合的教學(xué)方法。學(xué)生在線上的慕課課堂對(duì)單個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行精講，教師在線下的課堂上對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行梳理、總結(jié)。通過不同形式的講授，學(xué)生們對(duì)電動(dòng)力學(xué)課程的脈絡(luò)、知識(shí)框架都有了清晰的邏輯，對(duì)物理概念的理解更加深刻、對(duì)知識(shí)的掌握也更加牢固。另外，學(xué)生通過講授，不僅鍛煉了膽量，增加了自信，而且也提高了語言表達(dá)能力，對(duì)問題的思考、探究、理解和吸收能力。

2.2討論法

以問題為中心，開展了線上慕課平臺(tái)討論和線下課堂討論相結(jié)合的教學(xué)方法。由于電動(dòng)力學(xué)課程中所學(xué)的電磁理論知識(shí)和實(shí)際生活緊密聯(lián)系，為了讓學(xué)生能夠?qū)λ鶎W(xué)知識(shí)學(xué)以致用，通過引導(dǎo)學(xué)生深入挖掘?qū)嶋H生活中的一些例子和問題，讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)的物理科學(xué)研究方法，用探究的眼光去發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題。通過采用以學(xué)生為中心的小組式討論方法，引導(dǎo)學(xué)生從提出問題開始，激發(fā)了學(xué)生對(duì)問題探究的興趣。這種針對(duì)性的探究和討論，不僅提高了學(xué)生對(duì)知識(shí)的靈活運(yùn)用能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生的表達(dá)能力、科研思維能力，也培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)精神和態(tài)度，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力。

2.3任務(wù)驅(qū)動(dòng)法

給學(xué)生布置與電動(dòng)力學(xué)課程相關(guān)的探究性的具體任務(wù)，采用以小組為單位和以個(gè)人為單位相結(jié)合的教學(xué)方法。通過引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，探究與任務(wù)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)，進(jìn)而對(duì)相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行整理和吸收。通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，學(xué)生獲得了課本知識(shí)以外大量的有用信息，并獲得了探究的體驗(yàn)和感受，不僅拓寬了知識(shí)面，增長了見識(shí)，而且培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立與合作、思考與探究的學(xué)習(xí)能力。在探究任務(wù)的過程中，學(xué)生也深刻地體會(huì)到電動(dòng)力學(xué)課程為工業(yè)電氣化和無線電通信的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，推動(dòng)了人類的文明和社會(huì)的進(jìn)步，同時(shí)學(xué)生也深刻地感受到電動(dòng)力學(xué)課程的社會(huì)作用和社會(huì)價(jià)值，這也增強(qiáng)了學(xué)生的專業(yè)自信和學(xué)科自豪感。

2.4自主學(xué)習(xí)法

電動(dòng)力學(xué)課程中電磁理論知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域都有著非常廣泛的應(yīng)用。教材中也新增了學(xué)科前沿的相關(guān)知識(shí)，但由于課時(shí)關(guān)系，這部分內(nèi)容留給學(xué)生自主學(xué)習(xí)。同時(shí)為了緊跟學(xué)科前沿，引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，自主探究學(xué)科前沿的發(fā)展，采用平時(shí)課下探究和期末線上交流相結(jié)合的教學(xué)方法。通過自主學(xué)習(xí)法，不僅培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)習(xí)慣，而且開闊了學(xué)生的視野，增長了學(xué)生的見識(shí)，同時(shí)激發(fā)了學(xué)生的夢(mèng)想，樹立了遠(yuǎn)大的奮斗目標(biāo)，在學(xué)生的心中埋下了科學(xué)研究的種子。

3探究式教學(xué)在課程教學(xué)手段中的改革

為了鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，我們對(duì)課程教學(xué)手段進(jìn)行了一系列的改革，采用了多樣化的教學(xué)手段協(xié)助教學(xué)。其中，線上平臺(tái)和線下課堂相結(jié)合的混合式教學(xué)手段，為課程探究式教學(xué)內(nèi)容和探究式教學(xué)方法提供了強(qiáng)有力的支撐。

3.1線上平臺(tái)

常用的教學(xué)手段有：（1）課前預(yù)習(xí)。引導(dǎo)學(xué)生充分利用線上平臺(tái)課程資源，提前預(yù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容。（2）課中討論、互動(dòng)。利用線上平臺(tái)，在活躍課堂氣氛、吸引學(xué)生注意力、提高學(xué)生參與度的同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握程度。（3）課后討論。在線上平臺(tái)教師設(shè)置一些討論話題或者學(xué)生自主進(jìn)行討論。（4）作業(yè)提交與互評(píng)。引入探究式教學(xué)后，拓展的知識(shí)需要學(xué)生以小組或個(gè)人為單位進(jìn)行查資料，吸收消化后，整理并進(jìn)行網(wǎng)上提交。提交的形式呈多樣性，有word版或pdf版的小論文、ppt、音頻、視頻等。每一種提交形式的作業(yè)，學(xué)生都精心制作，可圈可點(diǎn)。同時(shí)對(duì)學(xué)生提交的線上作業(yè)，要求學(xué)生之間互評(píng)，達(dá)到相互學(xué)習(xí)的目的。（5）知識(shí)點(diǎn)的講解與總結(jié)。對(duì)教材知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分解，學(xué)生按學(xué)號(hào)進(jìn)行選擇，要求每一位學(xué)生對(duì)教材中的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解和總結(jié)，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與掌握。

3.2線下課堂

常用的教學(xué)手段有：（1）傳統(tǒng)板書。有助于學(xué)生對(duì)重難點(diǎn)知識(shí)和重要的公式的理解與掌握。（2）信息技術(shù)。包括ppt電子課件、問題的討論、專家的講座和視頻等。信息技術(shù)的引入，一方面很好地輔助了教學(xué)，另一方面也有助于及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，拓寬視野，擴(kuò)大知識(shí)面。（3）作業(yè)。課下紙質(zhì)作業(yè)的練習(xí)，也是必須必要的，達(dá)到對(duì)所學(xué)內(nèi)容舉一反三的效果。（4）課前小測(cè)。及時(shí)把握學(xué)生對(duì)上一講內(nèi)容的掌握情況，有助于隨時(shí)調(diào)節(jié)課程難易程度的講解及進(jìn)度。

總之，在整個(gè)授課的過程中，將多種教學(xué)手段相結(jié)合靈活使用。如線上線下相結(jié)合、講授與討論相結(jié)合、基礎(chǔ)理論教學(xué)與學(xué)科前沿知識(shí)相結(jié)合、基本理論與科研實(shí)踐訓(xùn)練相結(jié)合等。運(yùn)用現(xiàn)代化的教學(xué)設(shè)備、技術(shù)和手段，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的自覺性，使學(xué)生更加主動(dòng)積極參與課程任務(wù)的探究。在探究中學(xué)生不僅可以逐步獲得成就感，體會(huì)到科研的樂趣，而且可以逐漸提升創(chuàng)新意識(shí)，提高科研實(shí)踐能力。

4探究式教學(xué)在課程考核方式中的改革

探究式教學(xué)引入到電動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)的整個(gè)過程后，學(xué)生們做了大量的工作。為了提高學(xué)生的積極性，對(duì)學(xué)生所做的工作都在總成績中有所體現(xiàn)，為此我們對(duì)課程考核方式也進(jìn)行了改革，由傳統(tǒng)的期末一張卷子改為總成績由平時(shí)成績和期末成績構(gòu)成，而平時(shí)成績又由課堂考勤、線上慕課資源的學(xué)習(xí)、線上線下的作業(yè)、線上線下的討論和每一章的過程性考核所組成，充分保證了學(xué)生的付出都會(huì)有相應(yīng)的回報(bào)，極大地提高了學(xué)生參與的積極性、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，而這一考核方式反過來又激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，最終形成良性循環(huán)，達(dá)到了預(yù)期的效果。

5結(jié)束語

通過在電動(dòng)力學(xué)課程中引入探究式教學(xué)，對(duì)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和考核方式進(jìn)行了一系列的改革，不僅調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，而且培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)探究的能力，同時(shí)增強(qiáng)了學(xué)生的愛國主義精神、科研奉獻(xiàn)精神、不怕困難的鉆研精神、善于動(dòng)腦思考的創(chuàng)新精神和看待問題的辯證唯物主義思想等，獲得了較好的教學(xué)效果。

基金項(xiàng)目：中原工學(xué)院校級(jí)教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目（2018-59）、（2021-78）；中原工學(xué)院應(yīng)用物理學(xué)一流本科專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目

參考文獻(xiàn)

[1]郭碩鴻.電動(dòng)力學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]楊世平.電動(dòng)力學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[3]宋德生，李國棟.電磁學(xué)發(fā)展史（修訂版）[M].南寧：廣西人民出版社， 1996.