比較教學(xué)法在電磁場(chǎng)理論教學(xué)中的應(yīng)用

李若舟 方玉明 于映 嚴(yán)靜

摘 要

電磁場(chǎng)理論是通信工程、電子信息工程、電磁場(chǎng)與無線技術(shù)和電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課程，主要闡述電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，具有理論性強(qiáng)、概念抽象、參數(shù)公式繁多等的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的抽象思維、識(shí)記能力、數(shù)學(xué)能力等都提出了較高的要求，是一門難度較大，學(xué)生難以掌握的課程。本文將比較教學(xué)法作為一種主要的教學(xué)方法引入電磁場(chǎng)理論課程的教學(xué)中，從合理選取比較內(nèi)容，靈活選取比較形式和注意比較教學(xué)法的科學(xué)性三個(gè)方面來闡述比較教學(xué)法在電磁場(chǎng)理論教學(xué)中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生理解電場(chǎng)、磁場(chǎng)的相關(guān)概念，掌握對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的推導(dǎo)及計(jì)算，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞

比較教學(xué)法;電磁場(chǎng)理論

中圖分類號(hào)： G642;O441.4-4 ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.07.002

0 引言

隨著我們近年來新興電子產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，日新月異的電子技術(shù)不斷改變?nèi)藗兊纳?、學(xué)習(xí)與工作習(xí)慣，對(duì)社會(huì)發(fā)展起到了深遠(yuǎn)的影響。社會(huì)對(duì)電子產(chǎn)業(yè)人才的需求也隨之迅速增加，并且對(duì)電子產(chǎn)業(yè)人才的要求也不管提高。電磁場(chǎng)理論作為通信工程、電子信息工程、電磁場(chǎng)與無線技術(shù)和電子科學(xué)與技術(shù)等相關(guān)專業(yè)重要的學(xué)科基礎(chǔ)課程，是后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的思想方法論的基礎(chǔ)，對(duì)后續(xù)課程的學(xué)習(xí)及電子系統(tǒng)工程的實(shí)現(xiàn)具有重要的意義。然而，由于電磁場(chǎng)理論課程主要闡述電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，具有理論性強(qiáng)、概念抽象、參數(shù)公式繁多等的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的抽象思維、識(shí)記能力、數(shù)學(xué)能力等都提出了較高的要求。在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，很多學(xué)生感到知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)困難，無法理解，獨(dú)立分析和討論具體電磁場(chǎng)問題的能力要求更難以達(dá)到教學(xué)目標(biāo)的要求。因此對(duì)于教師來說，如何根據(jù)電磁場(chǎng)理論這門課程本身的特點(diǎn)來合理選取教學(xué)方法，幫助學(xué)生理解抽象枯燥的知識(shí)就變得尤為重要。電磁場(chǎng)從含義來說是具有內(nèi)在聯(lián)系、相互依存的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的統(tǒng)一體的總稱。在整個(gè)教學(xué)過程中，電場(chǎng)和磁場(chǎng)這兩個(gè)概念是不可分割并且緊密關(guān)聯(lián)的，同時(shí)兩者又具有一定的可類比性。在眾多教學(xué)方法中，比較教學(xué)法切合了電場(chǎng)和磁場(chǎng)概念與形式的相似性與對(duì)稱性特征。因此，將比較教學(xué)法引入電磁場(chǎng)的教學(xué)就顯得順理成章。

比較，即是確定事物間的異同點(diǎn)的方法。從教學(xué)的角度來說，就是通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容所包含知識(shí)點(diǎn)的各個(gè)方面與其他事物或者知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比或?qū)φ眨@得它們之間的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，從而更加清晰地理解知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)涵，把握知識(shí)點(diǎn)的脈絡(luò)。自1817年法國(guó)的朱利安發(fā)表《比較教育的研究和初步意見》算起，比較教學(xué)法作為一種正式的教學(xué)方法引入教學(xué)領(lǐng)域至今已有整兩百年的歷史。研究表明，比較教學(xué)法是一種啟發(fā)式的教學(xué)方法，它可以促使學(xué)生將各個(gè)相近、相似、相反甚至孤立的知識(shí)點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來，觸類旁通，舉一反三，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。因此，在授課過程中，將比較教學(xué)法作為一種主要的教學(xué)方法引入電磁場(chǎng)理論課程的教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生理解電場(chǎng)、磁場(chǎng)的相關(guān)概念，掌握對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的推導(dǎo)及計(jì)算，幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)困難，建立獨(dú)立分析和討論解決電磁場(chǎng)問題的能力，取得了較好的教學(xué)效果。本文主要從合理選取比較內(nèi)容，靈活選取比較形式和注意比較教學(xué)法的科學(xué)性三個(gè)方面來闡述比較教學(xué)法在電磁場(chǎng)理論教學(xué)中的應(yīng)用。

1 合理選取比較的內(nèi)容

從內(nèi)容的角度來說，比較的內(nèi)容可以在多個(gè)概念、理論或者物質(zhì)之間展開。例如在對(duì)電磁場(chǎng)的梯度、散度、旋度的教學(xué)過程中就涉及了概念比較：一個(gè)標(biāo)量函數(shù)的梯度是一個(gè)矢量函數(shù)，它描述了空間各點(diǎn)標(biāo)量位的最大變化率及其方向;一個(gè)矢量函數(shù)的散度是一個(gè)標(biāo)量函數(shù)，它描述了空間各點(diǎn)場(chǎng)矢量與通量源之間的關(guān)系;一個(gè)矢量函數(shù)的旋度是一個(gè)矢量函數(shù)，它描述了空間各點(diǎn)場(chǎng)矢量與旋渦源之間的關(guān)系。在教學(xué)過程中，通過對(duì)梯度、散度、旋度三個(gè)相互關(guān)聯(lián)性較弱的概念進(jìn)行比較，能夠使這三個(gè)知識(shí)點(diǎn)形成一個(gè)相對(duì)完整概念框架，并通過突出他們的區(qū)別展示出三個(gè)概念各自的特征。

在教學(xué)中不僅要選擇對(duì)比，還要適當(dāng)運(yùn)用類比方法。學(xué)生的學(xué)習(xí)和記憶傾向于以原有掌握的知識(shí)作為基礎(chǔ)。因此，在教學(xué)過程中，注意將新的知識(shí)點(diǎn)與學(xué)生已經(jīng)掌握的原有的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行類比，在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充和引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)已掌握知識(shí)點(diǎn)與待學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)間的某種內(nèi)在聯(lián)系，從中受到啟發(fā)，融會(huì)貫通，觸類旁通，能夠有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

例如在對(duì)坡印廷定理這一部分的教學(xué)過程中會(huì)需要描述電磁場(chǎng)的能量傳遞過程。此時(shí)，需引入電場(chǎng)儲(chǔ)能，磁場(chǎng)儲(chǔ)能和焦耳儲(chǔ)能這三個(gè)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)。此時(shí)在教學(xué)過程中，可將對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)為表格，直觀地進(jìn)行對(duì)比和類比。眾所周知，電場(chǎng)和磁場(chǎng)具有對(duì)偶特性，因此將電場(chǎng)參量替換為磁場(chǎng)參量即可實(shí)現(xiàn)由電場(chǎng)特性推廣到磁場(chǎng)特性。

類似地，在磁基本振子與電基本振子的教學(xué)中，也可以充分利用電磁場(chǎng)的對(duì)偶性，將電流元（電基本振子）的電磁場(chǎng)表示式中的電偶極矩?fù)Q成電流環(huán)（磁基本振子）的磁偶極矩，介電常數(shù)換成磁導(dǎo)率，則電流元的電場(chǎng)就可以換成電流環(huán)的磁場(chǎng)，電流元的磁場(chǎng)就可以換成電流環(huán)的負(fù)電場(chǎng)。反之亦然。因此，學(xué)生只要掌握了“電”就可以直接類比推論出“磁”，極大地方便了學(xué)生的理解和記憶。

3 注意比較教學(xué)法的科學(xué)性

在比較教學(xué)中要注意比較事物間的聯(lián)系和關(guān)聯(lián)，注意事物的可比性，這是開展比較教學(xué)的前提和基礎(chǔ)。因此，在上課前教師需要對(duì)整門課程有系統(tǒng)的、宏觀的了解，將相關(guān)的知識(shí)融會(huì)貫通并進(jìn)行合理的總結(jié)和分類。另外，比較的目的要遵循教學(xué)目標(biāo)而設(shè)定，切忌貪多，適當(dāng)?shù)膽?yīng)用比較，有助于學(xué)生理解和記憶，但是如果在授課過程中，采用比較過多，也會(huì)造成學(xué)生記憶混淆，思維混亂。并且，值得注意的是，比較教學(xué)的開展要參考學(xué)生的能力水平和知識(shí)框架，在學(xué)生現(xiàn)有基礎(chǔ)上鍛煉學(xué)生的辯證邏輯思維能力。同時(shí)，教學(xué)過程中要注重比較對(duì)象的呈現(xiàn)，可采用多種實(shí)物及抽象直觀方式，靈活使用線圖、動(dòng)態(tài)圖、視頻、表格等方式進(jìn)行呈現(xiàn);以助于學(xué)生掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。

4 結(jié)束語(yǔ)

電磁場(chǎng)理論這門課程主要闡述電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，具有理論性強(qiáng)、概念抽象、參數(shù)公式繁多等的特點(diǎn)，對(duì)學(xué)生的抽象思維、識(shí)記能力、數(shù)學(xué)能力等都提出了較高的要求。針對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)電磁場(chǎng)理論這門課程遇到的問題，本文對(duì)電磁場(chǎng)理論的教學(xué)方法進(jìn)行了初步的探索研究，提出將比較教學(xué)法引入電磁場(chǎng)理論課程的教學(xué)中，合理選取比較內(nèi)容，靈活選取比較形式，并且注意比較教學(xué)法的科學(xué)性，以引導(dǎo)學(xué)生更好的理解電場(chǎng)、磁場(chǎng)的相關(guān)概念，掌握對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的推導(dǎo)及計(jì)算，取得了較好的教學(xué)效果。

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