以學(xué)生為中心的“電磁場(chǎng)”教學(xué)方法探討

李婕　鞏朋成　賀章擎

摘要：“電磁場(chǎng)”歷來(lái)被認(rèn)為難教和難學(xué)的課程，本文從建立立體化教材的角度出發(fā)，探討本課程與先修課程和后續(xù)課程的聯(lián)系，激發(fā)學(xué)生的歸納總結(jié)能力，以增加學(xué)生參與課堂的積極性，達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。

關(guān)鍵詞：電磁場(chǎng)；以學(xué)生為主；教學(xué)方法

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）21-0212-02

一、引言

“電磁場(chǎng)”是電子/通信/電氣工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。設(shè)置本課程的目的是讓學(xué)生從整體上掌握電磁場(chǎng)的基本理論和基本分析方法，了解電磁場(chǎng)的理論在電氣信息類(lèi)的應(yīng)用，是通往后續(xù)專(zhuān)業(yè)課的橋梁，也是電類(lèi)學(xué)生進(jìn)行科技創(chuàng)新的理論基石。但“電磁場(chǎng)”課程理論強(qiáng)、公式多，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象力、抽象思維能力和邏輯推理能力，歷來(lái)被電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生認(rèn)為是“天書(shū)”，導(dǎo)致還未開(kāi)課就已經(jīng)產(chǎn)生了懼怕情緒。近年來(lái)，我國(guó)高校綜合素質(zhì)教育要求的不斷提高，專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程普遍存在學(xué)時(shí)壓縮的情況，隨之出現(xiàn)了“電磁場(chǎng)”教學(xué)內(nèi)容多而課時(shí)數(shù)少的矛盾。對(duì)教師來(lái)講，如何在短學(xué)時(shí)里使教學(xué)內(nèi)容要點(diǎn)清晰、能突出復(fù)雜工程問(wèn)題中的理論基礎(chǔ)，如何在短學(xué)時(shí)內(nèi)的理論教學(xué)過(guò)程中，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力極其關(guān)鍵。

二、建立立體化教材

面對(duì)學(xué)時(shí)壓縮的壓力，課時(shí)量和教學(xué)內(nèi)容的矛盾是首先要解決的矛盾，而教材的選取顯得尤為重要。在教材的選取過(guò)程中，“電磁場(chǎng)”課程組在研讀經(jīng)典的電磁場(chǎng)理論方面的教材《電磁場(chǎng)與電磁波》（謝處方/饒克謹(jǐn)著）[1]、《工程電磁場(chǎng)導(dǎo)論》（馮慈璋/馬西奎著）[2]、《工程電磁場(chǎng)（英文版）》（Hayt，W.H著）[3]的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合本校電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)“電磁場(chǎng)”課程的教材資源進(jìn)行整合，配合武漢大學(xué)出版了《工程電磁場(chǎng)（第一版），2007》。隨后，又出版了《工程電磁場(chǎng)（第二版），2011》[3]，此教材以充分結(jié)合工程應(yīng)用為主，教材結(jié)構(gòu)安排和知識(shí)點(diǎn)闡述清晰簡(jiǎn)潔便于學(xué)生自學(xué)，教材中重點(diǎn)內(nèi)容設(shè)置完整，與授課學(xué)時(shí)匹配。隨后課程組提供了的《工程電磁場(chǎng)》立體化教材，包括光盤(pán)、課程網(wǎng)站等，列出每節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)方法，提供教學(xué)大綱及授課教案、指導(dǎo)教材及電子課件、疑難解答、主講教師的授課錄像等。近兩年，在立體化教材基礎(chǔ)上，著重進(jìn)行“電磁場(chǎng)”資料庫(kù)的建設(shè)，包括電磁場(chǎng)的發(fā)展歷史、對(duì)電磁學(xué)發(fā)展有突出貢獻(xiàn)的人物傳記（例如：《麥克斯韋：改變一切的人》、法拉第（科學(xué)家傳記）等）、當(dāng)前的電磁學(xué)的研究熱點(diǎn)期刊/著作/視頻、利用電磁學(xué)理論的手工制作（例如：萊頓瓶、電磁炮、特斯拉線(xiàn)圈等），擬建成一個(gè)以學(xué)生為中心，豐富多彩的教學(xué)資源為基礎(chǔ)的開(kāi)放型網(wǎng)絡(luò)資源共享平臺(tái)。

三、以學(xué)生為主的教學(xué)方法的探討

（一）第一堂課的重要性

文獻(xiàn)[4]中提到“每門(mén)功課都應(yīng)該這樣開(kāi)始。使它能引起學(xué)生的真正愛(ài)好，向他們證明它是如何美好、有用、快意、是如何需要”，第一堂課的重要性不言而喻。在“電磁場(chǎng)”的教學(xué)中我們從以下幾個(gè)方面，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為目的開(kāi)展第一堂課：

1.從大家熟知的生活用品，到國(guó)防領(lǐng)域，到各種炫酷的高科技產(chǎn)品或體驗(yàn)，讓學(xué)生切身感受到電磁場(chǎng)理論在生活中的無(wú)處不在。

2.拿出初高中乃至小學(xué)就涉及到的簡(jiǎn)單的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓大家各抒己見(jiàn)談?wù)剬?duì)電磁學(xué)的認(rèn)識(shí)以及對(duì)生活中的其他電磁現(xiàn)象進(jìn)行舉例，讓學(xué)生對(duì)這門(mén)課感到熟悉。

3.提出問(wèn)題，讓學(xué)生總結(jié)一些這些基本的實(shí)驗(yàn)與之前生活中的各種應(yīng)用之間到底具有怎樣的相同點(diǎn)？是什么樣的東西存在，使得所有的這些看似不掛鉤的應(yīng)用卻具有相同的本質(zhì)？

4.給出解釋?zhuān)F(xiàn)象與理論之間是靠建立物理模型建立起聯(lián)系。而如何將這些應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砟Ｐ捅闶潜菊n程的主要研究的內(nèi)容。隨后引出學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)理論所需要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（場(chǎng)論，適量分析）以及學(xué)習(xí)方法（類(lèi)比法，舉例法等），最后列出本課程的總體框架圖（場(chǎng)和源的關(guān)系，時(shí)變與時(shí)不變的聯(lián)系）。

（二）強(qiáng)調(diào)本課程與其他課程的聯(lián)系

“電磁場(chǎng)”與“數(shù)學(xué)”的聯(lián)系。“電磁場(chǎng)”之所以難學(xué)，很大程度上是因?yàn)閿?shù)學(xué)占了很大的比例。例如在講解矢量場(chǎng)的散度和旋度時(shí)，如果只講數(shù)學(xué)概念，學(xué)生會(huì)覺(jué)得很枯燥。若將這些數(shù)學(xué)概念有機(jī)地與物理模型相結(jié)合，例如在講解散度時(shí)提出散度是描述一個(gè)場(chǎng)中的實(shí)驗(yàn)電荷是否會(huì)受到源電荷對(duì)它的排斥或吸引作用，而旋度則是描述實(shí)驗(yàn)電荷是否會(huì)圍繞源進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，深挖數(shù)學(xué)和“電磁場(chǎng)”概念之間內(nèi)在邏輯關(guān)系，使之從繁雜的數(shù)學(xué)公式中明確主要的物理概念。

“電磁場(chǎng)”與“電路”的聯(lián)系?！半姶艌?chǎng)”是研究微觀電荷的作用?！半娐贰眲t強(qiáng)調(diào)路中電流、電壓，是一種宏觀的描述。雖然表現(xiàn)形式不同，實(shí)質(zhì)上相互補(bǔ)充相互聯(lián)系。例如在講解恒定電場(chǎng)中，從兩個(gè)基本方程可以推導(dǎo)出電路中的基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律。而時(shí)變場(chǎng)中的坡印廷定理，很好的解釋了電路中的能量傳輸問(wèn)題。

（三）激發(fā)學(xué)生總結(jié)歸納的能力

大學(xué)前的教育，學(xué)生習(xí)慣于被動(dòng)的接收知識(shí)，這就導(dǎo)致學(xué)生缺乏總結(jié)歸納的能力，而這種總結(jié)歸納能力恰巧能體現(xiàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握情況。而電磁場(chǎng)課程概念、公式多，如果學(xué)生能理解課程中的知識(shí)脈絡(luò)結(jié)構(gòu)和知識(shí)點(diǎn)之間的因果關(guān)系，對(duì)于后續(xù)概念的吸收以及公式的推導(dǎo)會(huì)起到有事半功倍的效果。在本課程的教學(xué)過(guò)程，應(yīng)該有意的激發(fā)大家的這種歸納總結(jié)的能力。例如，在第一堂課最后，對(duì)整個(gè)電磁場(chǎng)的理論用一個(gè)框架進(jìn)行描述，如圖1所示，圖中通過(guò)用直線(xiàn)和虛線(xiàn)代表時(shí)不變和時(shí)變，用箭頭表示相互之間的生成關(guān)系。在后續(xù)每章的教學(xué)過(guò)程中，為了加強(qiáng)有關(guān)知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，也可以充分利用框圖來(lái)表示知識(shí)之間的銜接關(guān)系，如圖2所示的第一章靜電場(chǎng)的框架圖，清晰的列出了本章知識(shí)點(diǎn)之間的銜接關(guān)系，體現(xiàn)了教學(xué)過(guò)程中從理論到工程實(shí)踐的過(guò)渡。由于場(chǎng)分析的相似性，在后續(xù)的幾章中鼓勵(lì)學(xué)生自己畫(huà)出類(lèi)似的框圖，對(duì)所學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行歸納整理。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文以“電磁場(chǎng)”立體化教材為基礎(chǔ)，探討了“電磁場(chǎng)”理論與先修和后續(xù)課程的聯(lián)系。在具體的教學(xué)方法中，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生自己進(jìn)行知識(shí)總結(jié)，目的在于激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)性。但電磁場(chǎng)理論博大精深，我們還需不斷努力以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的艱巨任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝處方，饒克謹(jǐn).電磁場(chǎng)與電磁波[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]馮慈璋，馬西奎.工程電磁場(chǎng)導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社，2000.

[3]William H. Hayt.工程電磁場(chǎng)（英文版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[4]楊憲章.工程電磁場(chǎng)（第二版）[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

[5]李如密.教學(xué)藝術(shù)論[M].山東：山東教育出版社，2000.