電動力學中的理論物理思想及教學策略

趙新軍++李禎

摘 要：該文討論了電動力學中的理論物理思想及教學策略，理論物理思想包括理論的基本原理、數學方程的建立以及理論物理解決問題的方法，提出了相應的教學策略以及學習策略。

關鍵詞：電動力學 理論物理思想 教學策略

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

電動力學是研究電磁現象的經典的動力學理論，它主要研究電磁場的基本屬性、運動規律以及電磁場和帶電物質的相互作用，電動力學是在電磁學基礎上更系統、更深入、更嚴密地進行闡述的理論體系，是高校物理專業及相關專業學生在普通物理基礎上，繼續深入學習的一門理論基礎課。這門學科與電磁學、近代物理學、量子力學等相關學科聯系緊密，因此在物理學課程中具有重要的地位和作用。

電動力學課程的內容包括麥克斯韋電磁理論和愛因斯坦狹義相對論，這是在物理學發展史上起里程碑作用的兩個物理理論。普通物理的邏輯體系是：實驗→定律→理論，是一種以歸納法為主線的知識結構。電動力學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、時變態、含源區、自由空間等不同條件下電磁場的空間分布和運動變化規律，其邏輯體系以演繹法為主。因此電動力學淋漓盡致地體現了的理論物理思想，在本課程的教學過程中如何將理論物理思想展現并傳授與學生，如何通過本課程培養學生的能力仍然是一個值得討論的問題。

1 電動力學中的理論物理思想

電動力學同理論力學、熱力學統計物理、量子力學則屬于理論物理范疇，它們的科學體系是建立在基本原理之上，例如理論力學中的虛功原理、最小作用量原理、量子力學中的態疊加原理、熱力學統計物理中的等概率原理、電動力學中的麥克斯韋的兩個假定。理論物理由這些基本原理得出數學推論形式，也就是建立數學方程方程，方程的建立描述著著物理規律。例如理論力學中有哈密頓正則方程、量子力學中有薛定諤方程。電動力學中有麥克斯韋方程組、熱力學統計物理中有劉維爾方程等。因此，理論物理科學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的創新之處，所以學習前人的提出假定的過程就是學習如何創新的過程！這一點在培養學生創新能力方面必須在教學中體想出來。尤其是在電動動力學當中，科學家在建立理論過程中充分體現著創新的過程。例如法拉第發現電磁感應規律后，人們很容易解釋為什么會產生動生電動勢，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勢，因為不明白是哪一種力提供著非靜電力，為了解決這個問題，麥克斯韋提出了合理的假定，他認為電荷既然可以運動，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，這個渦旋電場來自于變化的磁場，顯然體現著一種創新思想。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候，還有對“以太”的是否存在犯愁的時候，愛因斯坦提出了狹義相對論的兩個基本原理。

2 教學策略

認識到了電動力學課程的特征，體會到了電動力學中的理論物理思想，在教學中應該注重通過物理學中的創新，激發學生的學習興趣，培養學生創新能力以及解決問題的能力。因此在教學中應當注意介紹現代生產技術實踐對電動力學學科的新進展。電動力學課程教學應當密切聯系最新科學技術和實際應用，對于電磁波輻射的危害，科學家們已經做出了大量的實驗以及臨床證明，證實電磁波輻射對人體健康有危害已經是不可否認的事實。

利用自己的科研經驗和成果，啟發學生走向科研軌道。堅持進行教學研究和學術研究，使教學與科研緊密結合，注意從教學實踐中提出研究課題讓學生作為畢業論文完成。注重帶有普遍性的方法與近似方法相結合。比如電動力學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。近似方法的實質就是通過抓住主要矛盾、忽略次要因素來解決問題的方法，它大量運用于物理學的教學和科研之中。該方法可解決一些還不能嚴格求解的問題，可使一些能求解的問題得到簡化，還往往能很好地適應生產實踐的需要。

在教學中還應注意在一些具體的數學推導中也緊密結合物理分析，這樣不僅能理解每一個數學結果的物理含義，而且有時還能簡化數學運算。從物理上獲得數學方程的解，如計算點電荷格林函數，就可以從物理上獲得。實踐結果表明，這樣做不僅對問題本身的認識更加全面、深刻，而且學生更易于接受和理解。

3 結語

電動力學是電磁學的后繼課程，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動變化規律，其輯體系以演繹法為主。所以廣大學習物理課程的大學生更應該充分重視電動力學、學好電動力學，這不對學生牢固掌握和靈活運用歸納法、演繹法、類比法、理想模型和數學語言來求解各種問題，更要樹立嚴謹的學習態度和刻苦的學習作風、培養濃厚的學習興趣起到良好的的促進作用，而且為以后解決各類問題培養能力。當學生一旦掌握了這門課程并學會了研究它的科學方法時，便會產生“昨夜西風凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路”的那種發自內心的喜悅。

電動力學課程的科學體系以及教學策略，不僅適應于電動力學課程的教學，還很容易推廣到其他理論物理課程上，讓學生在大學四年不僅獲得知識，而且更重要的是讓學生畢業后具有獲取知識的能力、解決問題的能力、具有創造性的思維。

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