地方高校《電磁學》課程教學方法的探索與思考

馬磊

摘 要：《電磁學》是物理學的基礎學科，具有很強的應用性，有利于學生創新能力的培養。但是針對不同高校的培養目標其教學模式有些不同。本文對地方院校中《電磁學》的教學方法和教學模式進行了思考和探索，引入導師制人才培養模式，以及多媒體教學與實踐相結合的教學模式，激發學生學習的主動性，提高學生的思維能力和創新能力。

關鍵詞：電磁學; 教學方法; 探索; 實踐

中圖分類號：G642.0? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1006-3315（2021）8-083-002

近年來，隨著工業、經濟、技術的高速發展，基礎學科的學習越來越被重視。地方高校作為地方經濟發展主要人才的輸出地，在推動當地科技進步方面起著舉足輕重的作用。物理學在基礎學科里是一門很重要的學科，它的各個知識點已經滲透到新技術以及生活的各個角落，其中《電磁學》是物理學的專業核心基礎課程，對電工學、通信技術、電子技術、軍事醫藥等各個行業都有重要的影響[1-2]。但是電磁學的知識點繁多、概念抽象，學生在學習中感覺簡單，但是在實際考查中遇到問題又不知道如何下手，不能很好地運用知識點解決實際問題。因此時間久了對學生的學習興趣、學習效率和創新思維都會產生一些負面影響，不利于電磁學的基礎教學。

針對《電磁學》教學模式的改革，很多專家學者已經進行了很多的研究和探索。如李道勇等[3]對《電磁學》提出了過程化考核的教學模式;陸文駿[4]提出結合超星泛雅平臺電磁場的教學模式;馬春林等[5]針對物理師范教學對《電磁學》的教學內容和教學方法提出了新的改革思路;曾麗娟[6]以遵義師范學院為例提出了應用型人才培養背景下的《電磁學實驗》課程改革;李唐寧等[7]對面向軍校大學物理中的電磁學的教學內容、教學定位以及教學過程提出了新的思路;杜貴峰[8]針對高職院校的《電磁學》教學提出了改革方案。綜上所述，如何改革《電磁學》的教學模式已成為各個高校老師研究的重要課題，本文以導師制人才培養模式為出發點，對《電磁學》的教學內容和教學方法提出了新的看法和見解，進行改革和探索。

一、教學內容改革

1.教學目標

本校物理學專業為師范和非師范兼容，主要的培養目標是掌握物理學基本理論、基本知識及實驗技能，通過科學研究的初步訓練，具備一定的創新能力和實踐能力，重點培養適應教育事業改革發展要求的中學物理教師，以及能在物理學及其相關科學技術領域中從事技術、管理工作，具有高度社會責任感和良好道德修養的應用型高級專門人才。因此，基礎知識點的掌握是重中之重，結合我們的培養目標，《電磁學》教材選取的是高等教育出版社出版的梁燦彬主編的第三版教材，課程針對本科生在大二上學期開設，學時64課時。該教材的內容整體分為兩大部分，基礎篇和拓展篇，既能滿足學生的基礎教學，又能拓展學生的思維和認知的深度，符合人才培養的目標和要求。

2.實踐教學改革

《電磁學》中定律和定理都是科學家經過大量的實驗獲得的，因此實踐教學在《電磁學》課程教學中是必不可少的。常規的實踐教學主要是普通物理實驗三（電磁學實驗），但是按照實驗課的安排，課時有限，只能從里面挑取一部分實驗讓學生去完成。而且很多實驗都實現了自動化，學生通過簡單的操作就很容易完成，學生缺乏自主思考的主動性，導致很多學生做完試驗后沒有真正理解其中的奧秘，使很多實驗沒有起到實踐教學的效果，不利于動手能力和創新思維的提高。因此，針對目前的實踐教學，除了常規的電磁學實驗外，我們在課堂上引入了虛擬仿真實驗。利用我們學院研發的虛擬仿真平臺，讓學生進行分組，在平臺上自主去完成實驗的設計、實驗儀器的組裝調試以及實驗結果的分析，這樣就可以把教學內容和實踐教學更好地結合在一起，不僅使學生的動手能力得到提高，而且還可以鍛煉學生的思維能力和創新能力，因為在自主制作實驗時，會讓學生把所學的物理很好地運用其中，觀察到除了實驗結果以外更多的實驗現象，能開拓學生的眼界，豐富學生的知識，有利于創新思維和科研能力的培養。同時學生還可以利用虛擬仿真平臺完成大學生創新計劃項目的訓練，每一個仿真實驗的完成都可以看作是一次訓練，讓學生在實踐中把理論知識運用到創新設計中去，使學生的發展空間更廣闊。

二、教學模式改革的探索

1.導師制的引入

《電磁學》的教學只依靠課程老師和實驗老師是不夠的，我們要借助整個物理學科的科研團隊，加強學生的基礎教學和創新思維的培養。目前各個高校教師的學歷主要是以博士研究生為主要的師資力量，每一個老師都會有自己的研究方向，如果在教學中引入教師的前沿研究成果，把科研和教學融合在一起，會給學生帶來很大的好處，因此我們的教學模式又引入了導師制。首先我們以各個老師的研究方向建立工作室，學生從大一入學開始，按照自己的興趣選擇相應的老師作為導師，形成一個團隊，進入老師的工作室進行學習，這樣就建立一個以導師工作室為基礎，把教學和科研更好地結合起來，有利于創新人才的培養。如圖1所示。

從圖1可以看到，導師制下建立了三個工作室，計算物理工作室、師范技能工作室和電子設計工作室。其中，計算物理工作室主要是進行多學科虛擬仿真實驗，工作室已經安裝linux系統，會編譯Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator （LAMMPS）開源軟件包，VASP軟件包，Materials Studio軟件等等。利用計算機集群進行大規模并行計算模擬各種電磁材料的物理、化學以及各種機械特性，并能通過origin 和ovito軟件對微觀機理的演變進行仿真。電子設計工作室又名創客空間，電子設計工作室涉及物聯網、光電設計、電子設計三大板塊的內容，主要以應用為主，著重培養學生的動手實踐能力和實驗操作能力。師范技能工作室是培養師范類學生的專業素養，強化教師教育技術技能的基礎培訓。通過培訓，讓學生學習到很多關于教育技術技能的知識，為以后的教育工作奠定一定的基礎，同時讓學生對教師這個職業的內涵有更深層的了解，因為本校的物理專業屬于師范類與非師范類兼備的類型，在師范技能方面有“2+2”模式中的專業課程進行培訓，所以師范技能工作室主要的任務是準備師范技能競賽，進一步強化教師教育技能。因此在《電磁學》中引入導師制，利用工作室資源可以實現《電磁學》線上線下的課程設計，進一步加強實踐教學，提高學生的動手能力，把教學和科研更好地結合起來，提高教學質量。

2.智慧教室的利用

多媒體教學是課堂教學的必要設備，傳統教學模式引入多媒體后使得信息化教學效果顯著增加，克服了只依靠黑板教學帶來的限制。多媒體教學可以把很多抽象的理論通過多媒體中的圖片、動畫或者視頻更直觀的形象展現給學生，加深學生對知識點的理解程度。比如《電磁學》中電荷周圍電場的分布，驗電器的展示，電通量的演示圖，霍爾效應，穩恒磁場的分布以及渦旋場的展示等等，漂亮的動畫可以改善學生只看黑板的枯燥情緒，使得知識點更接近實際，這有利于提高學生的學習興趣，增強對知識的求知欲望。不過目前常規的多媒體設施大多數只有電腦和投影儀，缺少信息化輔助設備和軟件。因此在多媒體教學的基礎上，建立智慧教室，信息化教學效果會更進一步提高。智慧教室中的設備除了電腦外，還有觸控投影儀一體機、無線麥克風、功放和問答器等先進教學設備組成，可以代替傳統的黑板教學，實現無塵教學，是現代化教學的重要手段，使課堂更加高效和智能，全方位的提高學生自主思考和學習的能力。而且智慧教室是基于物聯網技術，可以實現教學環境的智慧調節，學生上課的智能考勤，教學過程中自動錄播，遠程視頻監控等一體化的新型現代化教學系統。目前本專業已經建立了一定數量的智慧教室，已經開始應用到《電磁學》等各個學科的教學中，為學生提供了一個更好的學習環境，有利于增強學生的實踐能力和科學研究能力，使教學質量更上一個臺階。

三、結束語

結合本校的物理學專業（師范兼非師范）培養模式，根據地方高校的辦學條件和資源，本文以《電磁學》為主要研究對象提出了一系列新的教學改革方案，從教學目標、實踐教學和教學模式三個方面提出了見解，結合導師制和智慧教室教輔模式，在改革《電磁學》的教學中具有很強的應用性，有利于學生創新能力的培養，從而激發學生學習的主動性，提高學生的思維能力和創新能力，對提高電磁學的課堂教學效果具有一定的參考價值。

基金項目：1.2019年湖南文理學院校級教學改革重點項目;項目內容：“虛擬仿真在“材料科學基礎”課程教學中的探索與研究”;項目編號：JGZD1942;2.2018年湖南省高等學校教學改革研究項目;項目內容：“地方高校基于人才培養質量的多重導師制探索與實踐”;項目編號：JGZD1816;3.2020年，湖南省高等學校教學改革研究項目;項目內容：“2+4物理師范生培養方案探索”;項目編號：HNJG-2020-0737

參考文獻：

[1]陳琳，李勇，歐永康等.電磁學教學實踐與改革研究[J]銅仁學院學報，2016，18（04）：47-49

[2]孟旭東.電磁學教學改革與實踐，物理通報[J]2019（05）：19-20

[3]李道勇，石紹華.基于過程化考核的《電磁學》課程教學模式改革，教育現代化[J]2019（83）：105-106

[4]陸文駿.結合超星泛雅的電磁場與電磁波教學模式改革，高師理科學刊[J]2020，40（5）：93-95

[5]馬春林，程菊.電磁學課程教學改革的思考與探索，教育現代化[J]2019（87）：113-115

[6]曾麗娟.應用型人才培養背景下的《電磁學實驗》課程改革探究，遵義師范學院學報[J]2019，21（6）：136-138

[7]李唐寧，康慧珍，徐筠.面向軍校大學物理電磁學教學的新情況與思考，教育現代化[J]2020（09）：58-59

[8]杜貴鋒.高職院校電磁學教學改革的研究與實踐，科技創新導報[J]2020（18）：159-160