“安培環路定理”教學設計

馬瑞婧

(山西運城學院物理與電子工程系 山西 運城 044000)

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“安培環路定理”教學設計

馬瑞婧

(山西運城學院物理與電子工程系 山西 運城 044000)

安培環路定理是大學物理“恒定磁場”中十分重要的定理，以《大學物理》教學大綱為依據，非物理的理工科專業為背景，對“安培環路定理”進行了教學設計.

安培環路定理 磁場性質 教學設計

近年來，各大高校普遍存在重科研、輕教學的現象，再加上理工科專業中的大學物理理論教學課程，正面臨教學學時壓縮的改革，從而導致一些重要概念和定理的推導面臨著教學學時“風暴”的侵蝕[1].因而設計好每節課就顯得尤為重要.本文以大學物理課程中“安培環路定理”一節為例，精心設計了整個教學過程.

1 教材內容分析

我校大學物理課程的教材是高等教育出版社出版、祝之光編著的《物理學》[2]，本節課是第七章“恒定磁場”中第4節內容，同時也是恒定磁場中的兩個重要定理之一.它主要介紹了安培環路定理及數學表達式，進而得出恒定磁場的性質，最后列舉了該定理的應用.該節是課程教學中利用物理思維方法較多的一堂課，尤其是運用類比的方法達到對新知識的探究.

根據教學內容及所帶學生特點，對教學內容做了以下安排與處理：由于在本節之前，已經介紹了畢奧-薩伐爾定律，以及利用該定律求解真空中通電導線激發磁場分布的問題，學習中學生普遍體會到利用該定律求解過程，對數學能力要求較高，計算過程復雜.而本節課介紹的安培環路定理可更為方便地求解具有對稱性分布的磁感應強度B矢量.故可利用該鮮明對比直接導入新課，這樣做不僅可讓學生第一時間了解本節課的研究對象和內容，而且還可以明確學習該定理的目的和作用.

同時考慮到非物理專業的學生基礎薄弱，為了加深學生對該定理的認識和理解，本節內容安排了從特殊到一般的安培環路定理的歸納驗證過程，即：由特殊的無限長直導線周圍磁場圓形路徑積分的模型出發，進行不斷地變化，最終得出一般表達式，讓學生親身經歷安培環路定理的發現過程.另外，由于在前一章靜電場中，學生已經掌握了靜電場的環路定理，理解靜電場是保守場，在這里，可以通過和靜電場進行類比的方法，讓學生更清楚地認識和理解磁場的有旋性和電場的無旋性.

磁場中安培環路定理的學習能夠為理工科學生后續專業課的學習奠定基礎，學生通過學習該定理能掌握科學的思維方法和研究方法[3].

2 教學目標設計

根據《大學物理》課程教學大綱的要求，并結合本校學生特點，制定如下教學目標.

2.1 知識與技能

(1)深刻理解磁通量的物理意義和安培環路定理的內容；

(2)掌握多導線共同激發磁場時，B的含義及表達式中電流符號的判定方法；

(3)了解安培環路定理的適用條件，熟練應用定理求解具有對稱性分布的磁感應強度.

2.2 過程與方法

(1)經歷安培環路定理的驗證過程，掌握從特殊到一般的科學研究方法；

(2)經歷利用安培環路定理解決物理問題的過程，總結該定理的適用范圍和解題思路.

2.3 情感態度與價值觀

通過本節學習，特別是定理驗證過程，讓學生養成善于思考、不斷發現問題和積極解決問題的學習習慣，培養他們嚴謹、認真的學習和生活態度[4].

3 教學重點及難點

教學重點：安培環路定理內容；利用該定理計算磁感應強度的條件和方法.

教學難點：分析磁場的分布特點，選用合適的積分路徑求解磁感應強度.

4 教學過程設計

“安培環路定理”的教學設計如表1所示.

表1 “安培環路定理”教學設計

續表

5 作業設計

作業設計如表2所示.

表2 作業設計

6 網絡預習及課后答疑

考慮到現在網絡資源非常豐富以及大學生的自我學習能力，可以安排學生提前通過網絡資源預習，一方面使學生上課聽講有側重點，提高學生的學習效率；另一方面，可以更合理地安排寶貴的、有限的課堂時間，例如，對一些簡單的地方，可以簡略介紹，節省時間，而對于像驗證中第4和第5種比較難的情況，就會有更多的時間去引導啟發和講解.

另外，可以建立班級微信群，實現隨時隨地網上解答疑難問題，引發學生的學習興趣.

7 設計的創新點

本節課在教學過程中交替采用了提問啟發式、討論式和歸納研究式的教學方法.首先，從回顧上節課的內容，體會到用畢-薩定律求解過程的復雜和繁瑣，利用對比直接導入新課.開門見山地指出本節學習的內容，以及新的定理能更方便、簡潔地求解一些磁場問題.之后給出新定理的內容和數學表達式，考慮到學生基礎問題，為了加深對新定理的理解和認識，選擇了學生熟悉的、簡單的磁場為例，分多種情況層層深入地驗證安培環路定理.最后，利用安培環路定理求解無限長載流直導線的磁場分布，讓學生親身體會了該定理求解過程的簡單性、方便性.

本節內容設計的創新之處在于通過各種提問以及假設性錯誤充分調動學生的興趣和積極性，在教師引導下去思考問題、分析問題和解決問題，避免了傳統單一式教學的弊端[5].能較好地活躍課堂氣氛，使學生可以保持持久的學習興趣，提高學習效率.此外，該課堂還充分考慮和利用了目前豐富的網絡資源和網絡交流技術，激發學生的學習興趣和實現隨時隨地網上解答疑問的目標.

1 劉熹微,羅賢清．少學時大學物理教學改革探討.科技資訊,2011(26):191～192

2 祝之光.物理學(第4版).北京:高等教育出版社，2012,12

3 衛麗娜．“電場高斯定理”的教學設計.物理通報,2015(8)：21～23 4 袁莉. “安培環路定理”的教學設計.物理通報,2013(12)：35～37

5 張峰. “圓周運動”探究式教學設計.物理通報,2009(10)：29～32

The Teaching Design on Ampère Circuital Theorem

Ma Ruijing

(Department of Physics and Electronic Engineering,Yuncheng University,Yuncheng,Shanxi 044000)

Ampère circuital theorem is very important in university physics-a constant magnetic field theorem.The paper is based on the physics syllabus and makes an teaching design towards Ampère circuital theorem,which takes the majors of sicence and engineering apart from physics as the background.

Ampère circuital theorem; magnetic field properties; teaching design

馬瑞婧(1988- ),女,碩士,助教,主要從事大學物理教學與研究工作.

2016-06-19)