大學物理《電磁學》課程教學研究

李東珂

（1.淮陰師范學院 物理與電子電氣工程學院，江蘇 淮安 223300；2.南京大學 固體微結構物理國家重點實驗室，江蘇 南京 210093）

1 引言

從認識到大自然中的電磁現象到麥克斯韋方程組的建立，人類歷經了2000多年的時間來了解和掌握電磁學知識，并將其應用到人類文明發展歷程中。其中第二次和第三次工業革命的蓬勃發展亦是人類對電磁學知識運用的最直觀體現。現如今，“電磁學”作為物理學知識框架體系中的重要組成部分，在初等教育、高等教育以及科學前沿研究中都占據著舉足輕重的位置。在前期高中物理中，“電磁學”就因知識點多、雜、難等特點，成為令不少學生“魂牽夢繞”卻又“欲罷不能”的高考壓軸題。邁入高等教育，《電磁學》課程是物理學類本科專業的必修課程，課程的主要特點是研究電磁相互作用基本規律的基礎，通過對電場與磁場的研究來說明宏觀領域內各種電磁現象，知識點繁多、知識體系結構復雜；要求學生全面系統地掌握電磁學的基本知識與規律，理解電磁現象的實質；同時要具備分析電磁學問題的基本知識和能力，對電場、磁場以及電磁感應等問題可以進行分析和求解；并進一步了解相關電磁學理論發展和建立過程中的重要實驗和研究方法，獲得科學方法論上的教益[1]。

現階段，眾多高校的《電磁學》課時被不斷壓縮，然而其教學內容并未減少。因此要想高質量地完成《電磁學》課程任務要求，讓學生學有所得，讓教師教有所感，必須準確理解和把握、科學規劃和優化教學過程中的各個環節。現從教學實踐出發對教學過程中的各個環節進行探討，其中的心得體會希望能夠對從事相關工作的教學工作者提供有價值的參考。

1 參考教材的選用

《電磁學》課程知識點繁多、知識體系結構復雜、內容抽象且涉及較多數學問題，因此選擇參考教材的選取就顯得尤為重要[2]。現階段國內普遍采用的是北京大學趙凱華先生主編和北京師范大學梁燦彬先生主編的兩套《電磁學》教材。趙凱華主編的教材中知識體系結構完整，內容翔實，而且包含較多的前沿知識。梁燦彬主編的教材從基礎知識和理論出發，比較適合初學者把握具體的知識脈絡。兩本教材在每章節后都編排了大量的練習題，對消化和鞏固電磁學知識提供了很大的幫助。

國外比較推薦的電磁學相關教材主要包括諾貝爾獎得主E.M.Purcell主編的《伯克利物理學教程》第2卷“電磁學”部分和根據R.P.Feynman講課錄音整編的《費曼物理學講義》第2卷“電磁學”部分。這兩套教材都是由英文撰寫，其語言流暢，而且國內已發行中譯本。這兩套教材雖然年代久遠，但知識體系完整，物理的闡述過程清晰，而且講述的宏觀物理現象多由基礎的微觀物理嚴格導出，這對于培養學生的物理思想和邏輯思維能力具有很大的幫助。

3 教學過程中的實施方法

1）背景知識預習。電磁學課程知識體系復雜，主要內容包括：靜電場、靜電場中的導體和電介質、恒定電流、恒定磁場、電磁感應和暫態過程、磁介質、交流電、麥克斯韋電磁理論和電磁波等知識 塊[3]。每部分內容前后關聯呼應，但各自又經歷了漫長的發展和完善。在課時不斷被壓縮的現狀下，教師在課堂上很難對知識點的背景內容進行詳細交代，而學生們容易對知識點理解不深刻，知其然而不知其所以然，對知識背后的物理思想更是領悟較少。因此，需要學生課前預習知識點的背景內容，可以了解先人在通過宏觀現象探究物理本質、凝聚物理思想的發展過程，有助于提高教師教學質量和學生的邏輯思維能力。

2）多媒體課件與板書有機結合。多媒體課件教學是現在高等院校主流的課堂教學模式之一，能夠直觀、生動、形象地展示教學內容，調動學生深入學習的積極性，激發學生的學習興趣。如電磁學中的很多物理模型，可以直觀方便地呈現在學生面前，節省了大量的作圖時間。然而由于《電磁學》課程自身的特點，在教學實踐中發現，單一地采用PPT多媒體課件教學容易造成學生視覺疲勞導致教學質量下降，特別是在面對大量物理概念的引入和物理推導時。而且在面對復雜的公式過程時，學生容易產生反感心理。鑒于此，就需要教師在課堂上將PPT多媒體課件與板書進行有機結合。對于文字概念和物理模型，可以充分利用PPT進行展示，節省課堂教學時間而且內容呈現形式更直觀具體。對于重要的公式推導和總結歸納，教師可以結合板書進行逐步推導，并積極調動學生參與其中，這樣既能讓學生學習到其中的關鍵細節又可以親身體會到如何把重要結論一步步推導出來，不但提高了學生積極性又可以讓學生產生成就感，有益于提高教學質量。然而，板書勢必會占據不少課堂時間，因此需要教師在課下多花時間進行科學的板書設計和時間規劃。

3）互動式課堂討論與思考。鑒于電磁學課程中概念過多、知識點復雜且邏輯性強，再加上理想化物理模型多種多樣，這就使得課堂討論尤為重要。教師在教學過程中可以通過課堂討論的形式進行新知識點的引入或課堂內容的總結。如在開始學習“靜電場中的導體和電介質”章節時，可以讓學生結合前期對“靜電場”的學習，討論如果在真空靜電場中加入導體或絕緣體會引起什么樣的變化？如學生們在中小學階段就已經對摩擦起電現象耳熟能詳，在教學時可以讓學生們進一步思考和討論金屬的電學特性更好，但為什么摩擦后的金屬棒不帶電，又有什么辦法可以讓摩擦后的金屬帶電？通過設計多種類型的互動式課堂討論與思考，不但能夠調動學生的積極性，而且能幫助學生進一步加深對電磁知識的理解與吸收。

4）課堂筆記與課下完善。課堂筆記是小學和初高中學習階段中最常見、最普遍存在的學習媒介。然而進入大學，很多學生和教師已經放棄對課堂筆記的要求和重視。我在電磁學教學過程中嚴格要求學生們記錄課堂筆記，并結合課堂板書內容在課下進行完善。這不僅可以提高學生對電磁學課程的投入時間，而且可以有效地梳理知識點，把握具體的知識脈絡。此外，課堂筆記還可以作為學生在未來考研和升學考試復習中的重要參考資料。

4 課程的考核辦法

電磁學教學的最根本目的是讓學生掌握專業知識和物理思想。鑒于電磁學知識體系復雜、知識點繁多，因此要加強對學生平時學習情況的重視與考察。在成績分配上建議加大平時成績的比例，例如課堂討論、課后作業和每章的小測驗，這樣可以使得學生積極參與到討論中，并且重視平時的學習，避免期末時的臨時 “抱佛腳”，從而達到較好的學習效果。