電動力學教學對策研究

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摘要：近年來，物理學專業本科生對待電動力學課程學習的積極性不高。本文作者結合自己多年教授物理學專業本科生電動力學課程的經歷，分析總結學生對待電動力學課程學習積極性不高的原因，并對調動學生的學習積極性提出有效對策。

關鍵詞：電動力學；學習積極性；對策研究

電動力學是物理學專業的一門重要的專業核心必修課。通過該課程的學習，使學生掌握電磁場的基本規律，加深對電磁場性質和時空概念的理解，學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。近年來，一些學生對于電動力學課程學習的積極性有所下降。本文結合作者多年教授物理學專業本科生電動力學課程的經歷，介紹電動力學課程學習情況，分析總結學生對待電動力學課程學習積極性不高的原因，并對調動學生的學習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課程時對學生的觀察與了解，學生對待電動力學課程學習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，我們會跟學生溝通交流，了解他們對于電動力學課程的認識。交流中發現，很多學生拿到教材以后，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容時，就覺得這門課與電磁學課程差不多，很多知識都學過，因此，第一次上課之前，有些學生認為這門課不難也不重要。另一方面，高等師范院校物理學專業多屬師范類專業，一些學生畢業以后去中學教物理，這些學生中不少學生對理論物理課程不重視，認為在中學物理教學工作中用不上，尤其對于內容抽象、數學推導繁雜的電動力學課程就更不認真學習。此外，師范生中也有些學習努力的學生，也會很認真地學習，但是他們不知道如何將所學知識與中學物理教學相結合[1]。碩士研究生入學考試初試時大都考普通物理、量子力學或者高等數學等課程，只有很少高校、很少專業考電動力學，基于此，有極個別準備考取碩士研究生的學生認為電動力學課程是不重要的，因此對于該課程的學習態度不認真、不積極。（二）數學基礎知識儲備不充分。電動力學課程研究電磁現象的普遍規律、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、數學物理方法等數學知識，需要推導的內容多，推導過程復雜煩瑣，對數學基礎要求高。因此，在課程進行中，部分學生感覺到學習越來越困難：內容難理解、公式難以牢記或者不能學以致用、推導過于復雜、難度過大等，很多學生反映上課能聽懂能跟上，但是課后不會解題。每當學生達到這種狀態時，多數學生會加倍努力，課后及時跟老師溝通交流，但也有部分學生就此選擇放棄。

二、調動學生積極性的策略

基于第一部分學生對于電動力學課程學習積極性不高的原因分析，結合作者多年來的教學實踐，總結出以下調動學生學習電動力學積極性的對策。（一）發揮緒論課的作用。緒論課是課堂教學的先導和靈魂，在專業課程教學中，發揮緒論課的引導性作用極其重要[2]。在電動力學緒論課中，應使學生了解電動力學課程的性質、特點和主要內容，懂得電動力學與電磁學的聯系和區別，與其他先修課程和后續課程之間的關系，使學生對該課程有一個總體的概念和宏觀的了解。例如，在介紹電動力學課程內容和任務時，我們可以應用類比法，將其與學生所熟悉的經典力學作對比（如表1所示），這樣學生更容易理解。電動力學是一門應用非常廣泛并且與學科前沿研究密切聯系的課程。在緒論課的教學中，還應當引導學生關注學科前沿發展動態，讓他們明晰電動力學知識是相關前沿研究領域的必備基礎，啟發和培養學生對于電動力學課程的學習興趣，建立良好的學習心態，從而調動學生對于電動力學課程學習的積極性和熱情。（二）數學推導能力和物理思維的培養。電動力學課程的學習需要用到矢量分析和數學物理方法中的數學知識，這些知識學生在先修課程中大多學過，但是不純熟，甚至已經淡忘。因此，在緒論課之后，需要花2至3節課的時間對相關的數學知識進行復習，做好數學基礎方面的準備。在課程基本內容的學習過程中，需注意把復雜問題簡單化，引導學生從物理學專業的角度理解、分析和思考，建立物理圖像。在具體問題的分析中，引導學生找到合適的方法，比如用分離變量法求解電標勢或磁標勢時，不同問題之間的區別主要在于定解條件不同。因此，在學習分離變量法求解電標勢時，先復習不同坐標系下分離變量法解拉普拉斯方程得到的通解，攻克數學難點，然后引導學生根據不同的問題確定定解條件，分析確定定解條件的方法。只要學會分析此類問題及相應的定解條件，之后的求解都能輕松完成，為靜磁場磁標勢的求解打下堅實的基礎，同時激發學生自主學習和探索的積極性。電動力學課程是一門有著嚴密的邏輯思維體系的課程，在電動力學課程教學中，應該將物理思維的培養與訓練放在教學的首位。例如在“電磁場的能量”一節教學中，從電磁場對帶電粒子做功而確定存在能量轉化，即電磁場必定有能量，由此提出問題引導學生思考：電磁場的能量如何用數學公式定量表示？學生的先備知識中，關于電磁場的知識沒有學到能量如何表示，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量積。緊接著引導學生思考，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，引導學生回憶做功以及能量轉化與守恒定律，進一步引導學生對公式進行變形，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學表示公式。通過這個教學過程，學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，能突出物理規律的建立過程，豐富學生思維模式，培養學生的物理思維。（三）加深對課程地位和作用的認識。認為電動力學課程不重要的學生，是因為對該課程了解不夠。電動力學課程是一門理論體系嚴謹、應用廣泛并且與前沿研究（如腔量子電動力學、磁單極子等）密切聯系的學科，是物理學專業本科生必須掌握的專業核心課程。近年的一些熱點問題，如光子晶體、光學空間孤子、原子光陷阱等，都可以用經典電動力學作出一定程度的解釋[3]。此外，電動力學不僅是物理學專業的核心課，也是光電信息科學與工程、電子信息工程等電子類專業、電氣類專業的重要學科基礎課[4]。不同專業課程名稱不完全相同，有些專業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，還是電磁場理論、電磁場與電磁波，內容大同小異，區別在于電動力學相較其余科目難度略高，電磁場與電磁波課程在介紹波導光纖和天線陣時詳細一些。因此，很多工科專業碩士研究生招生時，把電動力學作為復試時的筆試課程，或者面試時提一些有關電動力學課程的問題。《中國學生發展核心素養》以及《普通高中各學科核心素養一覽表》顯示物理學科的核心素養包含四個方面：物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任[5]。科學思維主要包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新等要素。要在中學物理教學中培養中學生核心素養，需要把科學知識與其內因關聯起來，幫助學生形成一定的思維結構，認識更為復雜的自然現象和實驗現象，這就要求教師從理論物理的高度去把握中學物理教材。電動力學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、類比等科學家們在發現問題、思考問題、分析問題、解決問題的過程中用到邏輯思維和數學方法，對于促進學生對物理思想的領會、提高學生的學科知識水平、訓練學生提出問題和解決問題的能力等有著極大的促進作用。（四）充分利用網絡資源。為了推動高等學校優質課程教學資源共享，促進教學內容更新，深化教學方法改革，教育部在全國高等學校中推進各級精品課程、精品資源共享課等教學質量建設工作。就電動力學課程而言，中山大學、華中師范大學、河北師范大學等高校的電動力學課程均為精品課程，我校的電動力學課程為河南省精品資源共享課，講課視頻、多媒體課件、教案等資源均網上共享。除上課以外，學生可以在課前或者課后利用網絡課堂在線學習，也可以下載該課程的相關學習資料自學或復習。

三、結語

電動力學是物理學專業本科生必須掌握的重要專業課程，它所包含的知識有著嚴密的邏輯思維體系，學好該課程有利于培養學生的物理思維和科學方法，激發學生積極思考，啟發學生的求知欲，拓寬學生視野，提高分析問題和解決問題的能力，激勵學生的創新精神。既為進一步深造的學生打下扎實的基礎，又能讓師范生利用電動力學所學知識和方法指導中學物理教學，做到理論聯系實際、學以致用。

參考文獻：

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

[2]何偉巖.大學物理緒論課教學內容設計[J].物理通報,2017,(3):26-28.

[3]郭碩鴻,黃逎本,李志兵,等.電動力學(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”課程中引入創新訓練教學模式的初探[J].吉林廣播電視大學學報,2018,(1):76-77.

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

作者:胡要花 韓運俠 姚麗萍 單位:洛陽師范學院