美國(guó)MIT“電與磁”公開課的啟示

胡 江

(電子科技大學(xué)電子工程學(xué)院，四川成都611731)

0 引言

“電磁場(chǎng)與電磁波”是一門高等院校工科電類專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，其內(nèi)容物理概念抽象、理論性強(qiáng)和公式繁多，是一門難學(xué)難教的課程［1]。如何增加學(xué)生對(duì)該課程學(xué)習(xí)興趣，提升教學(xué)內(nèi)容的可理解性，使學(xué)生真正理解電磁現(xiàn)象的物理本質(zhì)，融會(huì)貫通解決問題的能力，已成為承擔(dān)該課程教學(xué)的每一個(gè)教師亟待解決的問題。

關(guān)于“電磁場(chǎng)與電磁波”的教學(xué)方法，已有不少文獻(xiàn)涉及［2-4]。近來(lái)諸如麻省理工學(xué)院、耶魯大學(xué)和牛津大學(xué)等世界名校都在網(wǎng)絡(luò)上公布了他們的一些公開課程［5]，其中也包括電磁理論在內(nèi)的課程。這給我們學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外名校名師先進(jìn)的教學(xué)理念和靈活的教學(xué)方法，審視自身在相關(guān)教學(xué)上的不足提供了一個(gè)可貴的機(jī)會(huì)。筆者針對(duì)自己在“電磁場(chǎng)與電磁波”教學(xué)上的一些困惑，認(rèn)真地觀看了麻省理工學(xué)院W.Lewin教授所講授的“電與磁”公開課程，從中獲得了良多啟發(fā)和思考。

1 以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)提升學(xué)生課堂興趣

實(shí)驗(yàn)是幫助學(xué)生理解電磁規(guī)律的很重要的工具，往往一個(gè)生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)比黑板上書寫的原理公式更能說(shuō)明問題。W.Lewin教授的教室就像一個(gè)大的實(shí)驗(yàn)室，在講臺(tái)上和周圍布置了大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。他平均每堂課會(huì)進(jìn)行至少三次以上演示實(shí)驗(yàn)，整個(gè)課程36課時(shí)會(huì)進(jìn)行百余次演示實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)不僅活躍了課堂氣氛，更重要的是加深了學(xué)生對(duì)抽象的電磁現(xiàn)象的理解，將理論與工程實(shí)踐問題有機(jī)地聯(lián)系了起來(lái)。

一個(gè)生動(dòng)的例子是為了講解電磁波里基波和高次諧波的概念，他專門安排四名學(xué)生各自演奏小提琴、單簧管、小號(hào)和薩克斯風(fēng)四樣樂器，將樂器里發(fā)出的基波和諧波音頻轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并在示波器上顯示出來(lái)。在一片悠揚(yáng)的音樂聲中，學(xué)生們通過聽覺和視覺接受了基波和諧波的概念。它使一門理工課程充滿藝術(shù)氣息，一點(diǎn)也不顯得唐突，我們不得不佩服老教授在授課上的精巧構(gòu)思。通過這些生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們?cè)谳p松的氛圍中將這些抽象的原理深深地記在了腦海中，相比于平白的講述和推導(dǎo)，兩者的效果高下自現(xiàn)。

Lewin教授的授課風(fēng)格以輕松幽默見長(zhǎng)，印象最為深刻的是他對(duì)麥克斯韋方程組的總結(jié)。為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)麥克斯韋方程組的偉大意義，他在課堂上特別準(zhǔn)備了上百朵黃色的水仙花，并要學(xué)生下課后每人帶一朵回家以紀(jì)念這個(gè)有意義的時(shí)刻。在授課的最后，他讓黑板、幻燈及屏幕上都顯示出了四個(gè)麥克斯韋方程，并宣告“因?yàn)榇蠹医裉斓谝淮稳嬲J(rèn)識(shí)了麥克斯韋方程組，所以你們從此將變得不同，You've lost your virginity”。隨之教室里爆發(fā)出會(huì)心的歡笑和熱烈的掌聲。這句話是多么幽默和讓人印象深刻的總結(jié)!

相比之下，我們的“電磁場(chǎng)與電磁波”的課堂教學(xué)中，上課大部分時(shí)間在推公式，隨堂演示實(shí)驗(yàn)所占的比重很小，學(xué)生和教師都感索然乏味。我們認(rèn)為，應(yīng)以Lewin教授為榜樣，在課堂上盡量多地展開實(shí)驗(yàn)教學(xué)。即使現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件還無(wú)法一步到位，我們也可以循序漸進(jìn)，逐步豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。至于授課風(fēng)格，這與教師的個(gè)人性格、專業(yè)知識(shí)和人文積淀都有很大關(guān)系。我們并不要求每位教師都風(fēng)趣幽默，而是都應(yīng)根據(jù)自己的特點(diǎn)去著意塑造適合自己的并讓學(xué)生感興趣的授課風(fēng)格，有熱情把三尺講臺(tái)變成表現(xiàn)自己授課魅力的舞臺(tái)。

2 理解原理是關(guān)鍵

在我們?cè)械摹啊彪姶艌?chǎng)與電磁波“”教學(xué)中，有很大一部分課堂教學(xué)時(shí)間用于講解例題。這一方面是因?yàn)檎n程本身對(duì)數(shù)學(xué)的要求較高，另一方面是受應(yīng)試教育的影響，學(xué)生學(xué)習(xí)一門課程最關(guān)心的是能否取得好的考試成績(jī)。這導(dǎo)致的直接后果就是物理課變成了數(shù)學(xué)課，教師上課的大部分時(shí)間是在推導(dǎo)公式，學(xué)生課堂興趣下降。而間接后果是學(xué)生可能最后考試的分?jǐn)?shù)很高，但并沒有真正理解和掌握電磁現(xiàn)象的規(guī)律。

反觀Lewin教授的教學(xué)，他始終把對(duì)電磁現(xiàn)象原理的理解和應(yīng)用作為最重要的目的。前面所講到的幽默地講授風(fēng)格和豐富多彩的實(shí)驗(yàn)，其實(shí)都是為這個(gè)目的服務(wù)的。在他課堂教學(xué)中幾乎沒有講解任何的例題。有時(shí)候?yàn)榱税褑栴}講清楚必須進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)(這是不可避免的)，他都盡量采用對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)易于理解的初等數(shù)學(xué)的方式。數(shù)學(xué)形式的目的是服務(wù)于物理內(nèi)涵，只要能把問題說(shuō)清楚就行。只有真正理解了原理才能知道如何去應(yīng)用它。

要改變目前授課過多關(guān)注于解題計(jì)算這個(gè)弊端，首要的是改變現(xiàn)有的以考試為主的評(píng)價(jià)機(jī)制，將更多考察學(xué)生分析問題/解決問題能力的環(huán)節(jié)引入評(píng)價(jià)機(jī)制。例如Lewin教授在課程中安排了一個(gè)自制電動(dòng)機(jī)大賽，優(yōu)勝者不僅獲得表彰，而且在考評(píng)成績(jī)上也會(huì)完全反映出來(lái)，他還要學(xué)生加強(qiáng)課外的自主投入。Lewin教授的課程只有36學(xué)時(shí)，遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)同類課程的學(xué)時(shí)。但他為不到一百名學(xué)生配備了十幾名助教，這些助教在課后組織學(xué)生討論，進(jìn)行答疑等工作。據(jù)筆者了解，國(guó)外高校學(xué)生在課外投入的時(shí)間一般幾倍甚至十幾倍于課堂教學(xué)時(shí)間，像解題練習(xí)類的工作都是在課外完成的。可見，我們應(yīng)該完善助教體系，加強(qiáng)課外輔導(dǎo)。

3 促進(jìn)雙語(yǔ)教學(xué)

像“電磁場(chǎng)與電磁波”這種即使用中文都難講難學(xué)的課程，在開展雙語(yǔ)教學(xué)上主要存在著兩方面困難:第一是教師口難開;第二是學(xué)生聽不懂。盡管在電磁類課程雙語(yǔ)教學(xué)的理論和方法上已有一些介紹［6]，但這些文章中，無(wú)法對(duì)教師真正用英語(yǔ)開口上課提供學(xué)習(xí)的榜樣。而Lewin教授的“電與磁”由于在教學(xué)內(nèi)容上幾乎涵蓋了我國(guó)的“電磁場(chǎng)與電磁波”課程，能夠?yàn)槲覀冮_展雙語(yǔ)教學(xué)提供生動(dòng)的借鑒。就筆者的個(gè)人體驗(yàn)而言，首先是知道了這門課該如何用英語(yǔ)去講;其次是學(xué)習(xí)到了一些專業(yè)術(shù)語(yǔ)的口頭表述方法;最后還學(xué)習(xí)到了一些有益的教學(xué)方法。

當(dāng)然，MIT的“電與磁”公開課的教師和學(xué)生幾乎都是以英語(yǔ)為母語(yǔ)的，而我們無(wú)論是教師，還是學(xué)生，其英語(yǔ)能力與之還有很大的差距。這就意味著我們不能照搬照抄公開課上講授方式和表述方法，必須根據(jù)我們的具體情況，循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)提高。

首先，我們應(yīng)該讓學(xué)生熟悉專業(yè)詞匯，包括選用合適的英文教材，在板書和PPT上盡量使用英語(yǔ)，讓學(xué)生逐漸習(xí)慣英語(yǔ)的閱讀環(huán)境，但在口頭表述上還是以漢語(yǔ)為主，避免跨度過大。在學(xué)生熟悉了解專業(yè)詞匯后，就可以在口頭表達(dá)上逐漸加入英語(yǔ)成分，開始可以是關(guān)鍵詞，然后是關(guān)鍵句，這時(shí)我們就可以完全借鑒公開課里面的表達(dá)方式，這時(shí)要逐漸減少口頭表達(dá)中的漢語(yǔ)成分，慢慢形成一個(gè)英語(yǔ)的聽說(shuō)環(huán)境。這一階段口頭表述中漢英所占比例主要取決于學(xué)生的反應(yīng)，師生互動(dòng)的過程將持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，也能為教師提供一個(gè)適應(yīng)過程。我們建議選出英語(yǔ)基礎(chǔ)較好的學(xué)生和英語(yǔ)授課能力較強(qiáng)的教師組成一個(gè)全英文教學(xué)實(shí)驗(yàn)班，完全按照公開課的模式進(jìn)行授課。從而使教師和學(xué)生的專業(yè)英語(yǔ)能力達(dá)到一個(gè)質(zhì)的飛躍。

我們應(yīng)以美國(guó)MIT的“電與磁”公開課為借鑒，形成一套符合自身情況的行之有效的雙語(yǔ)教學(xué)方法，最終提升本課程學(xué)生的英語(yǔ)學(xué)習(xí)能力和教師的英語(yǔ)授課能力。

［1] 謝處方、饒克謹(jǐn)編，楊顯清等修訂，電磁場(chǎng)與電磁波(第4版)［M] ，北京:高等教育出版社，2006

［2] S.C.Mukhopadhyay，Teaching electromagneties at the undergraduate level:a comprehensive approach，European Journal of Physics，2006，27:727-742

［3] 潘錦，電磁場(chǎng)教學(xué)中的挑戰(zhàn)與新實(shí)驗(yàn)建設(shè)［J] ，南京:電子與電氣教學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30(5):54-55

［4] 陳宇，崔煒，趙爽，“電磁場(chǎng)與電磁波”課程教學(xué)方法探討［J] ，北京:教育與職業(yè)，2008(12):167-168

［5] 宮天然，美國(guó)名校網(wǎng)絡(luò)公開課的啟示與借鑒［J] ，北京:首都師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(6):142-144

［6] 王熠，淺談電磁場(chǎng)與波雙語(yǔ)教學(xué)方法比較研究［J] ，重慶:科技咨詢(科技·管理)2011(7):110-111