电动力学教学对策研究

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摘要：近年来，物理学专业本科生对待电动力学课程学习的积极性不高。本文作者结合自己多年教授物理学专业本科生电动力学课程的经历，分析总结学生对待电动力学课程学习积极性不高的原因，并对调动学生的学习积极性提出有效对策。

关键词：电动力学；学习积极性；对策研究

电动力学是物理学专业的一门重要的专业核心必修课。通过该课程的学习，使学生掌握电磁场的基本规律，加深对电磁场性质和时空概念的理解，学会分析和处理一些基本问题的能力，为以后解决实际问题打下基础。近年来，一些学生对于电动力学课程学习的积极性有所下降。本文结合作者多年教授物理学专业本科生电动力学课程的经历，介绍电动力学课程学习情况，分析总结学生对待电动力学课程学习积极性不高的原因，并对调动学生的学习积极性提出有效对策。

一、积极性不高的原因分析

以作者教授电动力学课程时对学生的观察与了解，学生对待电动力学课程学习积极性不高的原因主要有以下几个方面。（一）课程地位和作用理解不到位。在课程开始的时候，我们会跟学生沟通交流，了解他们对于电动力学课程的认识。交流中发现，很多学生拿到教材以后，看看目录，看到库仑定律、电荷守恒定律、静电场以及静磁场等内容时，就觉得这门课与电磁学课程差不多，很多知识都学过，因此，第一次上课之前，有些学生认为这门课不难也不重要。另一方面，高等师范院校物理学专业多属师范类专业，一些学生毕业以后去中学教物理，这些学生中不少学生对理论物理课程不重视，认为在中学物理教学工作中用不上，尤其对于内容抽象、数学推导繁杂的电动力学课程就更不认真学习。此外，师范生中也有些学习努力的学生，也会很认真地学习，但是他们不知道如何将所学知识与中学物理教学相结合[1]。硕士研究生入学考试初试时大都考普通物理、量子力学或者高等数学等课程，只有很少高校、很少专业考电动力学，基于此，有极个别准备考取硕士研究生的学生认为电动力学课程是不重要的，因此对于该课程的学习态度不认真、不积极。（二）数学基础知识储备不充分。电动力学课程研究电磁现象的普遍规律、电磁波的传播与辐射、带电粒子与电磁场的相互作用以及狭义相对论，课程内容理论性强，概念过于抽象，尤其狭义相对论很难理解。此外，该课程涉及矢量分析、数学物理方法等数学知识，需要推导的内容多，推导过程复杂烦琐，对数学基础要求高。因此，在课程进行中，部分学生感觉到学习越来越困难：内容难理解、公式难以牢记或者不能学以致用、推导过于复杂、难度过大等，很多学生反映上课能听懂能跟上，但是课后不会解题。每当学生达到这种状态时，多数学生会加倍努力，课后及时跟老师沟通交流，但也有部分学生就此选择放弃。

二、调动学生积极性的策略

基于第一部分学生对于电动力学课程学习积极性不高的原因分析，结合作者多年来的教学实践，总结出以下调动学生学习电动力学积极性的对策。（一）发挥绪论课的作用。绪论课是课堂教学的先导和灵魂，在专业课程教学中，发挥绪论课的引导性作用极其重要[2]。在电动力学绪论课中，应使学生了解电动力学课程的性质、特点和主要内容，懂得电动力学与电磁学的联系和区别，与其他先修课程和后续课程之间的关系，使学生对该课程有一个总体的概念和宏观的了解。例如，在介绍电动力学课程内容和任务时，我们可以应用类比法，将其与学生所熟悉的经典力学作对比（如表1所示），这样学生更容易理解。电动力学是一门应用非常广泛并且与学科前沿研究密切联系的课程。在绪论课的教学中，还应当引导学生关注学科前沿发展动态，让他们明晰电动力学知识是相关前沿研究领域的必备基础，启发和培养学生对于电动力学课程的学习兴趣，建立良好的学习心态，从而调动学生对于电动力学课程学习的积极性和热情。（二）数学推导能力和物理思维的培养。电动力学课程的学习需要用到矢量分析和数学物理方法中的数学知识，这些知识学生在先修课程中大多学过，但是不纯熟，甚至已经淡忘。因此，在绪论课之后，需要花2至3节课的时间对相关的数学知识进行复习，做好数学基础方面的准备。在课程基本内容的学习过程中，需注意把复杂问题简单化，引导学生从物理学专业的角度理解、分析和思考，建立物理图像。在具体问题的分析中，引导学生找到合适的方法，比如用分离变量法求解电标势或磁标势时，不同问题之间的区别主要在于定解条件不同。因此，在学习分离变量法求解电标势时，先复习不同坐标系下分离变量法解拉普拉斯方程得到的通解，攻克数学难点，然后引导学生根据不同的问题确定定解条件，分析确定定解条件的方法。只要学会分析此类问题及相应的定解条件，之后的求解都能轻松完成，为静磁场磁标势的求解打下坚实的基础，同时激发学生自主学习和探索的积极性。电动力学课程是一门有着严密的逻辑思维体系的课程，在电动力学课程教学中，应该将物理思维的培养与训练放在教学的首位。例如在“电磁场的能量”一节教学中，从电磁场对带电粒子做功而确定存在能量转化，即电磁场必定有能量，由此提出问题引导学生思考：电磁场的能量如何用数学公式定量表示？学生的先备知识中，关于电磁场的知识没有学到能量如何表示，因此只能从电磁场对带电物体做功的角度入手讨论：力对物体所做的元功等于力与在该力作用下的元位移的标量积。紧接着引导学生思考，电磁场的能量公式必定是用场量表示的，因此需要将力密度中的电荷密度和电流密度用场量表示。这时，引导学生回忆做功以及能量转化与守恒定律，进一步引导学生对公式进行变形，直到得出有明显物理意义的能量守恒定律公式，从而得到电磁场能量的数学表示公式。通过这个教学过程，学生掌握的不仅仅是电磁场的能量以及能量守恒定律公式，更重要的是，能突出物理规律的建立过程，丰富学生思维模式，培养学生的物理思维。（三）加深对课程地位和作用的认识。认为电动力学课程不重要的学生，是因为对该课程了解不够。电动力学课程是一门理论体系严谨、应用广泛并且与前沿研究（如腔量子电动力学、磁单极子等）密切联系的学科，是物理学专业本科生必须掌握的专业核心课程。近年的一些热点问题，如光子晶体、光学空间孤子、原子光陷阱等，都可以用经典电动力学作出一定程度的解释[3]。此外，电动力学不仅是物理学专业的核心课，也是光电信息科学与工程、电子信息工程等电子类专业、电气类专业的重要学科基础课[4]。不同专业课程名称不完全相同，有些专业称这门课为电磁场理论或者电磁场与电磁波等。不管是电动力学，还是电磁场理论、电磁场与电磁波，内容大同小异，区别在于电动力学相较其余科目难度略高，电磁场与电磁波课程在介绍波导光纤和天线阵时详细一些。因此，很多工科专业硕士研究生招生时，把电动力学作为复试时的笔试课程，或者面试时提一些有关电动力学课程的问题。《中国学生发展核心素养》以及《普通高中各学科核心素养一览表》显示物理学科的核心素养包含四个方面：物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任[5]。科学思维主要包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新等要素。要在中学物理教学中培养中学生核心素养，需要把科学知识与其内因关联起来，帮助学生形成一定的思维结构，认识更为复杂的自然现象和实验现象，这就要求教师从理论物理的高度去把握中学物理教材。电动力学是理论物理课程的重要组成部分，该课程所含的观察、猜想、分析、综合归纳、演绎、理想模型、类比等科学家们在发现问题、思考问题、分析问题、解决问题的过程中用到逻辑思维和数学方法，对于促进学生对物理思想的领会、提高学生的学科知识水平、训练学生提出问题和解决问题的能力等有着极大的促进作用。（四）充分利用网络资源。为了推动高等学校优质课程教学资源共享，促进教学内容更新，深化教学方法改革，教育部在全国高等学校中推进各级精品课程、精品资源共享课等教学质量建设工作。就电动力学课程而言，中山大学、华中师范大学、河北师范大学等高校的电动力学课程均为精品课程，我校的电动力学课程为河南省精品资源共享课，讲课视频、多媒体课件、教案等资源均网上共享。除上课以外，学生可以在课前或者课后利用网络课堂在线学习，也可以下载该课程的相关学习资料自学或复习。

三、结语

电动力学是物理学专业本科生必须掌握的重要专业课程，它所包含的知识有着严密的逻辑思维体系，学好该课程有利于培养学生的物理思维和科学方法，激发学生积极思考，启发学生的求知欲，拓宽学生视野，提高分析问题和解决问题的能力，激励学生的创新精神。既为进一步深造的学生打下扎实的基础，又能让师范生利用电动力学所学知识和方法指导中学物理教学，做到理论联系实际、学以致用。

参考文献：

[1]张婷玉,胡扬洋.高师物理师范生电动力学学习困难的成因与对策[J].首都师范大学学报,2015,(6):30-35.

[2]何伟岩.大学物理绪论课教学内容设计[J].物理通报,2017,(3):26-28.

[3]郭硕鸿,黄逎本,李志兵,等.电动力学(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2008:1.

[4]陈桂波,卢俊,李金华.在“电动力学”课程中引入创新训练教学模式的初探[J].吉林广播电视大学学报,2018,(1):76-77.

[5]彭前程.积极探索基于核心素养理念下的物理教学[J].中学物理,2016,(2):1-2.

作者:胡要花 韩运侠 姚丽萍 单位:洛阳师范学院