关于提高《电动力学》教学质量的探讨

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  摘要:简要概括了电动力学的重要性,提出了三种有助于提高教学质量的方法和思想,实践于电动力学教学过程中效果良好。
  关键词:电动力学 重难点 类比法 教学质量
  电动力学课程是大学本科物理类专业开设的一门重要的专业基础课,作为四大力学之一的电动力学其理论体系对于培养学生物理素养有着其它专业课无法替代的作用。随着现代科学技术的发展,电动力学在近代物理及天体物理中的地位显得愈加重要。目前理工科学生普遍觉得电动力学难学,电动力学的概念及规律比较抽象,公式推导复杂,数学知识多且计算困难。学好电动力学的前提是要具备高等数学、数学物理方法、电磁学的良好基础,而关键还在于教与学的有效结合。教师的教学方法和手段直接影响学生学习的兴趣,良好的教学方法和创新的教学内容不仅可以培养学生学习的自主性和积极性,而且可以提高教学效率和教学质量。笔者发现在电动力学课程教学中严格把握以下几点,可以有助于提高教学质量。
  一、突出重点,抓住难点的教学思想
  电动力学课程中物理公式多而繁杂,但麦克斯韦方程组是众多的公式的核心,其它公式都直接包含其中或由麦克斯韦方程组演绎推导而来。麦克斯韦方程组是求解电磁场问题的核心方程,有积分和微分两种形式。麦克斯韦方程组的积分形式在经典电磁学中常用来求解静电场和静磁场的和的分布及感应电动势的计算,而其微分形式用来推导电磁场方程及能量公式等。
  麦克斯韦方程组的微分形式就是O和()的散度和旋度的表达式,所以散度和旋度是电动力学教学中使用的最多的符号。电动力学课程中矢量场的散度和旋度与算符的点乘和叉乘运算公式较为繁琐,让学生感到抽象难以理解。熟练掌握散度和旋度这一数学难点是学好电动力学的关键。教师在电动力学教学中突出一个重点(麦克斯韦方程组),抓住一个数学难点(散度和旋度),不仅能有效提高教学质量,更让学生知道本课程的核心要点,明确学习方向才能学好电动力学。
  二、类比一引申法贯穿教学过程
  笔者所在高校电动力学的教材采用郭硕鸿编著的《电动力学》(第三版),其教学内容包括电磁场的基本方程、静电场、静磁场、电磁波的传播与辐射及相对论力学。从教学内容看,从静电场和到静磁场;从稳恒电磁场(静电磁场)到变化电磁场(电磁波),从理想介质到导电介质中电磁波的传播,它们的场方程、边值关系以及问题的求解方法都具有一定的相似性。例如,由静电场是保守力场的特点可以引入电标势,矢量场与电标势满足;静磁场在一定条件下(无自由电流分布的单连通区域或永磁体情况)也可以引入磁标势,矢量场与磁标势满足。因此静电场和静磁场的矢量场求解问题均可化为标势的求解,从而使问题计算简单化。电标势和磁标势满足的二阶微分方程也类似,和,所以在求解电标势和磁标势时均可采用分离变量法和格林函数法。在电动力学教学中,重点介绍有关静电势特点及求解方法,在后面讲到磁标势问题时,只要利用类比法,就可引申出数学推导及求解方法。通过类比,不仅可以让学生迅速掌握概念、公式及求解过程,而且可以提高课堂教学效率。
  三、坚持“势科学理论”的教学理念
  在现代社会中,学习者面对的是一个创新时代,创新就必须具备一定的个人学习能力和创新素质。一个人对有关问题的已有知识的融会贯通程度越高,对有关知识的兴趣度越高,那么其个人学习能力就越强,学习效率越高。势科学理论最早由李德昌教授提出,他认为一切重要的自然科学问题都可以归结为导数或偏导数构建的势问题。势科学理论中的“找势”、“演势”和“造势”理论,正是适合电动力学教学的新方法。找势是指学生在学习过程中要积极发现问题,找势的教学注重的是培养学生发现问题的能力;演势的教学是将前人总结的知识传授给学生,就是传统的“传道、授业、解惑”;造势则要求在教学过程中将差别巨大的教学内容在课堂、教材、课程结构和专业结构中紧密联系起来进行科学创新。在电动力学教学过程中,综合运用势科学理论中找势、演势和造势的观点,不仅有利于培养学生个人学习的能力,而且有利于培养学生的科研和创新素质。
  电动力学对于物理专业学生而言是一门重要又相对难学的专业课。学生要学好电动力学,既要有扎实的数学功底,又要具备基本的物理素养。当学生在学习电动力学课程遇到困难而产生厌倦情绪时,需要教师对学生进行学习方法的正确引导,同时教师还要在教学过程中不断发现问题并及时更新教学方法。适合学生的教学方法才能激发学生的学习兴趣,从而提高课堂教学质量。
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