電動(dòng)力學(xué)中的理論物理思想及教學(xué)策略

趙新軍++李禎

摘 要：該文討論了電動(dòng)力學(xué)中的理論物理思想及教學(xué)策略，理論物理思想包括理論的基本原理、數(shù)學(xué)方程的建立以及理論物理解決問題的方法，提出了相應(yīng)的教學(xué)策略以及學(xué)習(xí)策略。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)力學(xué) 理論物理思想 教學(xué)策略

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（a）-0115-01

電動(dòng)力學(xué)是研究電磁現(xiàn)象的經(jīng)典的動(dòng)力學(xué)理論，它主要研究電磁場的基本屬性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及電磁場和帶電物質(zhì)的相互作用，電動(dòng)力學(xué)是在電磁學(xué)基礎(chǔ)上更系統(tǒng)、更深入、更嚴(yán)密地進(jìn)行闡述的理論體系，是高校物理專業(yè)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生在普通物理基礎(chǔ)上，繼續(xù)深入學(xué)習(xí)的一門理論基礎(chǔ)課。這門學(xué)科與電磁學(xué)、近代物理學(xué)、量子力學(xué)等相關(guān)學(xué)科聯(lián)系緊密，因此在物理學(xué)課程中具有重要的地位和作用。

電動(dòng)力學(xué)課程的內(nèi)容包括麥克斯韋電磁理論和愛因斯坦狹義相對論，這是在物理學(xué)發(fā)展史上起里程碑作用的兩個(gè)物理理論。普通物理的邏輯體系是：實(shí)驗(yàn)→定律→理論，是一種以歸納法為主線的知識結(jié)構(gòu)。電動(dòng)力學(xué)是它屬于理論物理范疇，是以麥克斯韋方程組，分別討論在靜態(tài)、時(shí)變態(tài)、含源區(qū)、自由空間等不同條件下電磁場的空間分布和運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，其邏輯體系以演繹法為主。因此電動(dòng)力學(xué)淋漓盡致地體現(xiàn)了的理論物理思想，在本課程的教學(xué)過程中如何將理論物理思想展現(xiàn)并傳授與學(xué)生，如何通過本課程培養(yǎng)學(xué)生的能力仍然是一個(gè)值得討論的問題。

1 電動(dòng)力學(xué)中的理論物理思想

電動(dòng)力學(xué)同理論力學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)則屬于理論物理范疇，它們的科學(xué)體系是建立在基本原理之上，例如理論力學(xué)中的虛功原理、最小作用量原理、量子力學(xué)中的態(tài)疊加原理、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理中的等概率原理、電動(dòng)力學(xué)中的麥克斯韋的兩個(gè)假定。理論物理由這些基本原理得出數(shù)學(xué)推論形式，也就是建立數(shù)學(xué)方程方程，方程的建立描述著著物理規(guī)律。例如理論力學(xué)中有哈密頓正則方程、量子力學(xué)中有薛定諤方程。電動(dòng)力學(xué)中有麥克斯韋方程組、熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理中有劉維爾方程等。因此，理論物理科學(xué)體系建立需要我們提出合理的假定，這些合理的假定正是物理學(xué)的創(chuàng)新之處，所以學(xué)習(xí)前人的提出假定的過程就是學(xué)習(xí)如何創(chuàng)新的過程！這一點(diǎn)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面必須在教學(xué)中體想出來。尤其是在電動(dòng)動(dòng)力學(xué)當(dāng)中，科學(xué)家在建立理論過程中充分體現(xiàn)著創(chuàng)新的過程。例如法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)規(guī)律后，人們很容易解釋為什么會產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢，這可以用電荷受到洛倫磁力來解釋，是洛倫磁力提供了非靜電力。但是無法解釋感生電動(dòng)勢，因?yàn)椴幻靼资悄囊环N力提供著非靜電力，為了解決這個(gè)問題，麥克斯韋提出了合理的假定，他認(rèn)為電荷既然可以運(yùn)動(dòng)，肯定受到了電場或磁場力的作用，磁場力顯然不可能，所以只有電場力，但是電場力必須是非靜電力，因此麥克斯韋提出存在渦旋電場，這個(gè)渦旋電場來自于變化的磁場，顯然體現(xiàn)著一種創(chuàng)新思想。還有狹義相對論的建立，正是人們無法解釋麥克斯韋方程組與伽利略變化的矛盾的時(shí)候，還有對“以太”的是否存在犯愁的時(shí)候，愛因斯坦提出了狹義相對論的兩個(gè)基本原理。

2 教學(xué)策略

認(rèn)識到了電動(dòng)力學(xué)課程的特征，體會到了電動(dòng)力學(xué)中的理論物理思想，在教學(xué)中應(yīng)該注重通過物理學(xué)中的創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力以及解決問題的能力。因此在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)注意介紹現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)實(shí)踐對電動(dòng)力學(xué)學(xué)科的新進(jìn)展。電動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)密切聯(lián)系最新科學(xué)技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用，對于電磁波輻射的危害，科學(xué)家們已經(jīng)做出了大量的實(shí)驗(yàn)以及臨床證明，證實(shí)電磁波輻射對人體健康有危害已經(jīng)是不可否認(rèn)的事實(shí)。

利用自己的科研經(jīng)驗(yàn)和成果，啟發(fā)學(xué)生走向科研軌道。堅(jiān)持進(jìn)行教學(xué)研究和學(xué)術(shù)研究，使教學(xué)與科研緊密結(jié)合，注意從教學(xué)實(shí)踐中提出研究課題讓學(xué)生作為畢業(yè)論文完成。注重帶有普遍性的方法與近似方法相結(jié)合。比如電動(dòng)力學(xué)種求解靜電場的普遍方法有拉普拉斯方程法，但是也有近似方法比如電多極矩展開。近似方法的實(shí)質(zhì)就是通過抓住主要矛盾、忽略次要因素來解決問題的方法，它大量運(yùn)用于物理學(xué)的教學(xué)和科研之中。該方法可解決一些還不能嚴(yán)格求解的問題，可使一些能求解的問題得到簡化，還往往能很好地適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)踐的需要。

在教學(xué)中還應(yīng)注意在一些具體的數(shù)學(xué)推導(dǎo)中也緊密結(jié)合物理分析，這樣不僅能理解每一個(gè)數(shù)學(xué)結(jié)果的物理含義，而且有時(shí)還能簡化數(shù)學(xué)運(yùn)算。從物理上獲得數(shù)學(xué)方程的解，如計(jì)算點(diǎn)電荷格林函數(shù)，就可以從物理上獲得。實(shí)踐結(jié)果表明，這樣做不僅對問題本身的認(rèn)識更加全面、深刻，而且學(xué)生更易于接受和理解。

3 結(jié)語

電動(dòng)力學(xué)是電磁學(xué)的后繼課程，它屬于理論物理范疇，它由麥克斯韋方程組討論不同條件下電磁場的空間分布和運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，其輯體系以演繹法為主。所以廣大學(xué)習(xí)物理課程的大學(xué)生更應(yīng)該充分重視電動(dòng)力學(xué)、學(xué)好電動(dòng)力學(xué)，這不對學(xué)生牢固掌握和靈活運(yùn)用歸納法、演繹法、類比法、理想模型和數(shù)學(xué)語言來求解各種問題，更要樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和刻苦的學(xué)習(xí)作風(fēng)、培養(yǎng)濃厚的學(xué)習(xí)興趣起到良好的的促進(jìn)作用，而且為以后解決各類問題培養(yǎng)能力。當(dāng)學(xué)生一旦掌握了這門課程并學(xué)會了研究它的科學(xué)方法時(shí)，便會產(chǎn)生“昨夜西風(fēng)凋碧樹，獨(dú)上高樓，望盡天涯路”的那種發(fā)自內(nèi)心的喜悅。

電動(dòng)力學(xué)課程的科學(xué)體系以及教學(xué)策略，不僅適應(yīng)于電動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)，還很容易推廣到其他理論物理課程上，讓學(xué)生在大學(xué)四年不僅獲得知識，而且更重要的是讓學(xué)生畢業(yè)后具有獲取知識的能力、解決問題的能力、具有創(chuàng)造性的思維。

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