基于探究式教學的電動力學課程教學改革實踐

邢琳 賀慶 張牛 尹莉

摘要本文采用探究式教學對電動力學課程的教學內容、教學方法、教學手段和考核形式進行了改革，提高了學生學習的積極性、開拓了學生的視野，培養了學生的能力，獲得了較好的教學效果。

關鍵詞 電動力學 探究式教學 教學改革 實踐

中圖分類號：G424文獻標識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.29.045

Practice of Teaching Reform of Electrodynamics Course Based on Inquiry Teaching

XING Lin， HE Qing， ZHANG Niu， YIN Li

（College of Science， Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou， Henan 450007）

AbstractThis paper uses inquiry teaching to reform the teaching content， teaching methods， teaching means and examination forms of electrodynamics course， which improves students’ learning enthusiasm， expands students’ vision， cultivates students’ ability and obtains better teaching effects.

Keywordselectrodynamics； inquiry teaching； teaching reform； practice

電動力學是應用物理學專業大三學生所學的一門專業必修考試課程。它是物理學領域的一門重要基礎理論課，和理論力學、熱力學與統計物理、量子力學共同構成理論物理領域的四大力學。它是一門著重研究電磁現象的課程，該課程以麥克斯韋方程組和洛倫茲力表達式為基礎，系統求解各種電磁現象，并闡述蘊含的物理規律。[1，2]在學習電動力學課程的過程中，重點理解電磁現象的物理概念、物理規律及掌握各種條件下電磁現象的求解方法。通過學習電動力學，可以很好地服務于科學技術領域，解決生產實踐中與電磁相關的問題。

隨著高等教育的發展，教育改革進程的不斷深入，國家對高校培養人的能力要求更高。為了提高學生的創新創造能力、探究思考能力、提出問題和解決問題的能力，我們通過探究式教學對電動力學課程進行了多方位的改革，有效激勵了學生學習的主觀能動性，磨煉了學生動手查資料的能力，提升了學生探究思考的能力，訓練了學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，提高了學生創新創造的能力，拓寬了學生的視野，增長了學生的見識，激發了學生關注科學前沿的興趣，讓學生切實從中獲得了更多的收益。

1探究式教學在課程教學內容中的改革

電動力學是一門實用且重要的課程，其在與電磁現象相關的技術方面有著廣泛的應用。為了完善學生的知識體系，擴展學生的視野，增長學生的見識，激勵學生關注科學前沿的興趣，我們對課程內容進行了一系列的挖掘和探究。

1.1探究課程間的內在聯系

電動力學課程屬于理論課程，其先修課程有高等數學、線性代數、數學物理方法、光學、機械波、電磁學等，其后修課程也有很多，如固體物理、量子力學、凝聚態物理、微波、光波導、光子晶體、等離子體、無線電波、激光技術、天體物理等。先修課程中的數學相關課程為電動力學提供了數學基礎，先修課程中物理相關課程為電動力學提供了物理基礎。同時，電動力學也為后修課程從電磁場和電磁波的角度提供了基礎。通過引導學生思考和探究課程間的內在關系，可以讓學生更加深刻地了解課程體系。這一探究不僅讓學生由感性認識提高到理性認識，而且更重要的是完善了學生的知識體系。

1.2探究電磁理論的發展史

電動力學中電磁理論的建立經歷了一個相當長的發展過程。最初的人們僅認識到靜電、靜磁和電流等現象，但隨著工業生產的發展，人們逐漸認識到電現象和磁現象之間的內在關系，并提出了場的概念。1864年，麥克斯韋通過引入位移電流并在前人研究的基礎上歸納建立了電磁理論——麥克斯韋方程組，該方程組成了電動力學中對電磁現象求解的重要理論基礎。20世紀以來，人們又進一步研究了電磁場的微觀性質。現在，新的生產實踐將繼續推動電動力學理論的發展。[1，3]

通過引導學生查資料、進一步深入探究電磁理論的漫長發展史，引導學生體會電動力學的發展和生產實踐的關系。電動力學理論對生產實踐有重要的指導意義，而生產實踐反過來又推動了電動力學理論的發展，二者相輔相成，相互促進，共同發展。鼓勵學生用辯證唯物主義和歷史唯物主義的思想看待事物的發展，思考和解決生活和學習實踐中遇到的困難和問題，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。另外，引導學生對電磁理論發展史的探究，也有助于完善學生的知識框架，提升學生對知識的鞏固和掌握。

1.3探究物理學家的事跡

任何學科的進步都需要由無數的科學家為之付出艱辛的努力。在電動力學教材中，與電磁理論相關的物理學家有60多位。通過引導學生查資料，探究物理學家在電磁領域的杰出貢獻。通過了解物理學家的生平、照片、簡介、出生背景、成長過程、偉大成就及相關故事等，極大地激發了學生對物理學家的崇拜，學習他們善于思考、發現問題、解決問題的百折不撓、敬業奉獻、創新精神，鼓勵學生獻身科學，立鴻鵠志、做奮斗者。

1.4探究電磁理論在生產實踐中的應用

隨著科學技術的發展，電磁場和電磁波在生產實踐和科學技術領域的應用越來越廣泛，比如在醫療、軍事、農業、航空航天、地質勘探、電力系統、無線電波等。通過引導學生查資料，探究了電磁理論在各行各業中的應用，鼓勵學生主動了解電磁知識在學科前沿研究中的動態，樹立了學生的創新意識，同時引領學生了解我們國家與電磁相關的偉大成就，比如天眼工程、5G網絡、北斗導航系統、航空航天等，增強了學生的民族自豪感和自信心，培養了學生的家國情懷，堅定了學生中國夢的信念，激勵學生把愛國情、強國志、報國行自覺融入堅持和發展中國特色社會主義事業、建設社會主義現代化強國、實現中華民族偉大復興的奮斗之中。

2探究式教學在課程教學方法中的改革

電動力學課程有較為抽象的物理概念與規律、有較為復雜的數學公式與推導，學生們常常望而生畏，失去學習的興趣。為了讓學生形成較為清晰的物理概念，牢固地掌握電磁場的運動規律，我們采用了多種教學方法相結合，充分調動了學生學習的主動性和積極性，培養了學生探究式學習的能力，發掘了學生的創新能力。

2.1講授法

采用了學生講授和教師講授相結合、線上講授和線下講授相結合的教學方法。學生在線上的慕課課堂對單個知識點進行精講，教師在線下的課堂上對課程內容進行梳理、總結。通過不同形式的講授，學生們對電動力學課程的脈絡、知識框架都有了清晰的邏輯，對物理概念的理解更加深刻、對知識的掌握也更加牢固。另外，學生通過講授，不僅鍛煉了膽量，增加了自信，而且也提高了語言表達能力，對問題的思考、探究、理解和吸收能力。

2.2討論法

以問題為中心，開展了線上慕課平臺討論和線下課堂討論相結合的教學方法。由于電動力學課程中所學的電磁理論知識和實際生活緊密聯系，為了讓學生能夠對所學知識學以致用，通過引導學生深入挖掘實際生活中的一些例子和問題，讓學生根據所學的物理科學研究方法，用探究的眼光去發現、分析和解決問題。通過采用以學生為中心的小組式討論方法，引導學生從提出問題開始，激發了學生對問題探究的興趣。這種針對性的探究和討論，不僅提高了學生對知識的靈活運用能力，而且培養了學生的表達能力、科研思維能力，也培養了學生的科學精神和態度，更重要的是培養了學生的創新精神和創造能力。

2.3任務驅動法

給學生布置與電動力學課程相關的探究性的具體任務，采用以小組為單位和以個人為單位相結合的教學方法。通過引導學生查閱資料，探究與任務內容相關的知識，進而對相關的知識進行整理和吸收。通過任務驅動法，學生獲得了課本知識以外大量的有用信息，并獲得了探究的體驗和感受，不僅拓寬了知識面，增長了見識，而且培養了學生獨立與合作、思考與探究的學習能力。在探究任務的過程中，學生也深刻地體會到電動力學課程為工業電氣化和無線電通信的發展奠定了基礎，推動了人類的文明和社會的進步，同時學生也深刻地感受到電動力學課程的社會作用和社會價值，這也增強了學生的專業自信和學科自豪感。

2.4自主學習法

電動力學課程中電磁理論知識在生產實踐和科學技術領域都有著非常廣泛的應用。教材中也新增了學科前沿的相關知識，但由于課時關系，這部分內容留給學生自主學習。同時為了緊跟學科前沿，引導學生查閱資料，自主探究學科前沿的發展，采用平時課下探究和期末線上交流相結合的教學方法。通過自主學習法，不僅培養了學生的自主學習能力和學習習慣，而且開闊了學生的視野，增長了學生的見識，同時激發了學生的夢想，樹立了遠大的奮斗目標，在學生的心中埋下了科學研究的種子。

3探究式教學在課程教學手段中的改革

為了鞏固學生的學習內容，提高學生的學習效果，我們對課程教學手段進行了一系列的改革，采用了多樣化的教學手段協助教學。其中，線上平臺和線下課堂相結合的混合式教學手段，為課程探究式教學內容和探究式教學方法提供了強有力的支撐。

3.1線上平臺

常用的教學手段有：（1）課前預習。引導學生充分利用線上平臺課程資源，提前預習所學內容。（2）課中討論、互動。利用線上平臺，在活躍課堂氣氛、吸引學生注意力、提高學生參與度的同時，實時監測學生對知識的理解和掌握程度。（3）課后討論。在線上平臺教師設置一些討論話題或者學生自主進行討論。（4）作業提交與互評。引入探究式教學后，拓展的知識需要學生以小組或個人為單位進行查資料，吸收消化后，整理并進行網上提交。提交的形式呈多樣性，有word版或pdf版的小論文、ppt、音頻、視頻等。每一種提交形式的作業，學生都精心制作，可圈可點。同時對學生提交的線上作業，要求學生之間互評，達到相互學習的目的。（5）知識點的講解與總結。對教材知識點進行分解，學生按學號進行選擇，要求每一位學生對教材中的一個知識點進行講解和總結，加深學生對知識的理解與掌握。

3.2線下課堂

常用的教學手段有：（1）傳統板書。有助于學生對重難點知識和重要的公式的理解與掌握。（2）信息技術。包括ppt電子課件、問題的討論、專家的講座和視頻等。信息技術的引入，一方面很好地輔助了教學，另一方面也有助于及時掌握學生的學習情況，拓寬視野，擴大知識面。（3）作業。課下紙質作業的練習，也是必須必要的，達到對所學內容舉一反三的效果。（4）課前小測。及時把握學生對上一講內容的掌握情況，有助于隨時調節課程難易程度的講解及進度。

總之，在整個授課的過程中，將多種教學手段相結合靈活使用。如線上線下相結合、講授與討論相結合、基礎理論教學與學科前沿知識相結合、基本理論與科研實踐訓練相結合等。運用現代化的教學設備、技術和手段，充分調動學生探究式學習的自覺性，使學生更加主動積極參與課程任務的探究。在探究中學生不僅可以逐步獲得成就感，體會到科研的樂趣，而且可以逐漸提升創新意識，提高科研實踐能力。

4探究式教學在課程考核方式中的改革

探究式教學引入到電動力學課程教學的整個過程后，學生們做了大量的工作。為了提高學生的積極性，對學生所做的工作都在總成績中有所體現，為此我們對課程考核方式也進行了改革，由傳統的期末一張卷子改為總成績由平時成績和期末成績構成，而平時成績又由課堂考勤、線上慕課資源的學習、線上線下的作業、線上線下的討論和每一章的過程性考核所組成，充分保證了學生的付出都會有相應的回報，極大地提高了學生參與的積極性、學習的主動性，而這一考核方式反過來又激勵學生主動學習，最終形成良性循環，達到了預期的效果。

5結束語

通過在電動力學課程中引入探究式教學，對課程的教學內容、教學方法、教學手段和考核方式進行了一系列的改革，不僅調動了學生學習的能動性，而且培養了學生主動探究的能力，同時增強了學生的愛國主義精神、科研奉獻精神、不怕困難的鉆研精神、善于動腦思考的創新精神和看待問題的辯證唯物主義思想等，獲得了較好的教學效果。

基金項目：中原工學院校級教學改革研究與實踐項目（2018-59）、（2021-78）；中原工學院應用物理學一流本科專業建設項目

參考文獻

[1]郭碩鴻.電動力學（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]楊世平.電動力學[M].北京：科學出版社，2010.

[3]宋德生，李國棟.電磁學發展史（修訂版）[M].南寧：廣西人民出版社， 1996.