在“電動力學(xué)”課程中引入創(chuàng)新訓(xùn)練教學(xué)模式的初探

陳桂波 盧 俊 李金華

（長春理工大學(xué)理學(xué)院，吉林 長春 130022）

長春理工大學(xué)王大珩科學(xué)技術(shù)學(xué)院光電信息科學(xué)與工程（理）專業(yè)旨在培養(yǎng)具備扎實的數(shù)理基礎(chǔ)、專業(yè)理論及技能，具有厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)、有創(chuàng)新意識和實踐能力，具有一定國際競爭力的拔尖創(chuàng)新型高級專門人才。電動力學(xué)作為光電信息科學(xué)與工程（理）專業(yè)的一門重要學(xué)科基礎(chǔ)課，在其專業(yè)知識體系中占據(jù)重要地位，但針對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)，傳統(tǒng)電動力學(xué)教學(xué)模式在某些方面也存在一定問題。

目前電動力學(xué)教學(xué)仍以理論教學(xué)為主，缺少必要的實驗及實踐教學(xué)。在地方理工院校，很多該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)后要從事相關(guān)工程技術(shù)工作，傳統(tǒng)的單一理論教學(xué)方式無法滿足社會對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要。另外，電動力學(xué)課程以講述電磁場物理規(guī)律為主體，而電磁場是一種看不見摸不著的物質(zhì)，其物理規(guī)律主要通過數(shù)學(xué)方程及其解來體現(xiàn)，很多同學(xué)對數(shù)學(xué)概念的物理含義不清楚，導(dǎo)致其在學(xué)習(xí)時產(chǎn)生了畏懼心理，進(jìn)而學(xué)習(xí)興趣下降。

為了解決上述兩個問題，我們電動力學(xué)課程組經(jīng)討論決定，在2016-2017學(xué)年第一學(xué)期，以我校王大珩科學(xué)技術(shù)學(xué)院光電信息科學(xué)與工程（理）專業(yè)為試點，開展電動力學(xué)課程創(chuàng)新訓(xùn)練教學(xué)模式研究。考核方式方面，由原來的平時成績（20分）+考試成績（80分），調(diào)整為平時成績（20分）+創(chuàng)新訓(xùn)練成績（20分）+考試成績（60分）。創(chuàng)新訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)，課程組教師根據(jù)課程內(nèi)容結(jié)合各自科研內(nèi)容（課程組老師所從事研究領(lǐng)域均以電磁場理論為基礎(chǔ)），給出6-8個創(chuàng)新訓(xùn)練題目（包括題目簡介、要求及目標(biāo)），并進(jìn)行集體論證；然后學(xué)生選題，每3-5名學(xué)生分為一個組，選定一個創(chuàng)新訓(xùn)練題目；選題結(jié)束后，學(xué)生進(jìn)行大約8-10周的創(chuàng)新訓(xùn)練，在期末考試前提交創(chuàng)新訓(xùn)練報告，并進(jìn)行創(chuàng)新實踐訓(xùn)練答辯，最終由課程組老師根據(jù)實現(xiàn)制定的評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成績評定。

一、題目論證與學(xué)生選題

為了在我校王大珩科學(xué)技術(shù)學(xué)院光電信息科學(xué)與工程（理）專業(yè)進(jìn)行電動力學(xué)教學(xué)模式試點改革，2016-2017學(xué)年第一學(xué)期開學(xué)第1-2教學(xué)周，經(jīng)電動力學(xué)課程組8名老師多次討論，形成以下6個學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練題目：

1、微波爐中的電動力學(xué)問題

微波爐門是如何讓可見光通過而阻止微波的？微波爐內(nèi)壁上的孔是做什么用的？微波爐內(nèi)壁材料是金屬嗎？如果是金屬，為什么不會由于爐內(nèi)的微波輻射而產(chǎn)生火花？微波爐產(chǎn)生微波的原理是什么？產(chǎn)生微波的裝置一般在爐體的什么位置？

2、金屬波導(dǎo)管和介質(zhì)光波導(dǎo)的區(qū)別和聯(lián)系

要求介紹平板光波導(dǎo)中模式的求解過程，對比金屬波導(dǎo)管和介質(zhì)光波導(dǎo)求解過程的相同和不同之處并說明原因，對比金屬波導(dǎo)管和介質(zhì)光波導(dǎo)的模式特點，對比金屬波導(dǎo)管和介質(zhì)光波導(dǎo)在應(yīng)用范圍上的區(qū)別并說明原因。

3、手機(jī)中的電動力學(xué)

智能手機(jī)是當(dāng)代大學(xué)生普遍的通訊和上網(wǎng)設(shè)備。手機(jī)在運行過程中涉及到信息傳輸、處理、存儲和顯示等諸多方面的物理知識和技術(shù)，其各項功能都是建立在物理知識基礎(chǔ)之上的，比如手機(jī)接收和發(fā)射聲音、圖像等信息、語音聊天時自動調(diào)整聽筒播放或者揚聲器播放、iphone中的3D touch的功能等。要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)的電磁學(xué)和電動力學(xué)知識，針對手機(jī)中相關(guān)現(xiàn)象、元件或者功能等展開調(diào)研，介紹涉及到的基本原理和相關(guān)知識、較為深入的分析、技術(shù)上可能的發(fā)展前景或趨勢。

4、電磁輻射對人體的影響、危害及其防護(hù)

要求學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識，經(jīng)過充分調(diào)研，闡述電磁輻射的物理機(jī)制，電磁波對人體的作用機(jī)理和危害。電磁輻射會對人們的生活、生產(chǎn)等各方面造成哪些影響與危害？身邊的電磁輻射情況有哪些？有哪些電磁輻射源？如何防護(hù)身邊的電磁輻射？

5、周期性晶體材料傳輸和透射性質(zhì)研究

選取折射率不同的材料組成周期性晶體材料,其對光電磁波具有調(diào)控作用。基于電動力學(xué)知識,推導(dǎo)電磁波在介質(zhì)材料中的一維傳輸矩陣，從而計算出電磁波的透射和反射系數(shù)，利用Matlab或Mathematics等編寫程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行仿真計算，最后得出影響電磁波透射和反射性質(zhì)的因素。

6、影響磁力小車運動速度的因素研究

選取銅線圈、電池、強(qiáng)磁鐵等材料制作磁力小車。研究線圈中磁力小車運動原因與規(guī)律，測量小火車速度，尋找影響火車速度的物理因素。基于電動力學(xué)知識對小火車周圍電磁場進(jìn)行理論建模分析，利用Comsol等數(shù)值仿真軟件對模型進(jìn)行仿真計算，最后基于影響因素給出提升小火車速度的有效方案。

創(chuàng)新訓(xùn)練題目確定之后，在第3周組織學(xué)生進(jìn)行分組和選題，并向?qū)W生公開課程組任課教師的聯(lián)系方式，以便回答學(xué)生在選題過程中的一些疑問。

二、創(chuàng)新訓(xùn)練過程

學(xué)生分組和選題環(huán)節(jié)完成之后，每個小組配備一名指導(dǎo)教師，負(fù)責(zé)具體指導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)新訓(xùn)練工作。第4—14教學(xué)周，各組學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，進(jìn)行具體的創(chuàng)新訓(xùn)練工作。每個小組選出一名學(xué)生作為組長，負(fù)責(zé)創(chuàng)新訓(xùn)練的總體工作和具體工作分配。指導(dǎo)教師在對學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練工作進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)的同時，也對所負(fù)責(zé)小組學(xué)生的平時工作進(jìn)行適當(dāng)監(jiān)督。

三、提交報告、答辯與評分

第15教學(xué)周，各組學(xué)生提交創(chuàng)新訓(xùn)練報告，并進(jìn)行創(chuàng)新訓(xùn)練答辯。課程組老師根據(jù)報告和答辯情況給出創(chuàng)新訓(xùn)練成績，成績評定標(biāo)準(zhǔn)為：

1、針對問題的調(diào)研是否合理、充分?(20%)

2、是否圍繞主題進(jìn)行展開分析,論點及論據(jù)是否正確?(30%)

3、邏輯性是否清楚?(10%)

4、是否做了深入分析與討論?(10%)

5、是否得到有價值的結(jié)論?(10%)

6、創(chuàng)新訓(xùn)練報告寫作是否規(guī)范?(10%)

7、創(chuàng)新訓(xùn)練陳述情況、PPT報告情況，以及回答問題情況如何？(10%)

四、結(jié)論

1、通過在王大珩科學(xué)技術(shù)學(xué)院光電信息科學(xué)與工程（理）專業(yè)“電動力學(xué)”課程中引入“理論教學(xué)+創(chuàng)新教學(xué)”相融合的教學(xué)方式，初步解決傳統(tǒng)教學(xué)方式重理論、輕實踐、缺創(chuàng)新的問題，提高了學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力；

2、通過教學(xué)模式改革，初步解決學(xué)生認(rèn)為電動力學(xué)概念抽象，理論性強(qiáng)，難于理解，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣下降的問題，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)質(zhì)量；

3、初步建立適合于王大珩科學(xué)技術(shù)學(xué)院光電信息科學(xué)與工程（理）專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)的“電動力學(xué)”課程教學(xué)模式；

4、研究結(jié)果為下一步將該教學(xué)模式推廣應(yīng)用到應(yīng)用物理學(xué)等其他專業(yè)的“電動力學(xué)”教學(xué)奠定了一定基礎(chǔ)。

[1]盧俊,陳桂波,李金華,孔梅,金光勇.光信息科學(xué)與技術(shù)國家特色專業(yè)中電動力學(xué)課程教學(xué)研究[J].吉林廣播電視大學(xué)學(xué)報,2012,128(8):50-51.

[2]盧俊,李金華,金光勇,陳桂波.教師在大學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)過程中的作用[J].吉林廣播電視大學(xué)學(xué)報,2010,97(1):23-25.

[3]陳桂波,盧俊,李金華,孔梅,金光勇.論教學(xué)過程中對大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].長春理工大學(xué)學(xué)報,2012,7(10):204-205.