淺談學(xué)生為中心的電磁場教學(xué)方法論文
一、引言
“電磁場”是電子/通信/電氣工程專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課程。設(shè)置本課程的目的是讓學(xué)生從整體上掌握電磁場的基本理論和基本分析方法，了解電磁場的理論在電氣信息類的應(yīng)用，是通往后續(xù)專業(yè)課的橋梁，也是電類學(xué)生進行科技創(chuàng)新的理論基石。但“電磁場”課程理論強、公式多，要求學(xué)生具有較強的空間想象力、抽象思維能力和邏輯推理能力，歷來被電類專業(yè)的學(xué)生認為是“天書”，導(dǎo)致還未開課就已經(jīng)產(chǎn)生了懼怕情緒。
近年來，我國高校綜合素質(zhì)教育要求的不斷提高，專業(yè)基礎(chǔ)課程普遍存在學(xué)時壓縮的情況，隨之出現(xiàn)了“電磁場”教學(xué)內(nèi)容多而課時數(shù)少的矛盾。對教師來講，如何在短學(xué)時里使教學(xué)內(nèi)容要點清晰、能突出復(fù)雜工程問題中的理論基礎(chǔ)，如何在短學(xué)時內(nèi)的理論教學(xué)過程中，激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)和動手能力極其關(guān)鍵。
二、建立立體化教材
面對學(xué)時壓縮的壓力，課時量和教學(xué)內(nèi)容的矛盾是首先要解決的矛盾，而教材的選取顯得尤為重要。在教材的選取過程中，“電磁場”課程組在研讀經(jīng)典的電磁場理論方面的教材《電磁場與電磁波》(謝處方/饒克謹著)、《工程電磁場導(dǎo)論》(馮慈璋/馬西奎著)、《工程電磁場(英文版)》(Hayt，W.H著)]的基礎(chǔ)上，充分結(jié)合本校電類專業(yè)的特點，對“電磁場”課程的教材資源進行整合，配合武漢大學(xué)出版了《工程電磁場(第一版)，2007》。隨后，又出版了《工程電磁場(第二版)，2011》，此教材以充分結(jié)合工程應(yīng)用為主，教材結(jié)構(gòu)安排和知識點闡述清晰簡潔便于學(xué)生自學(xué)，教材中重點內(nèi)容設(shè)置完整，與授課學(xué)時匹配。隨后課程組提供了的《工程電磁場》立體化教材，包括光盤、課程網(wǎng)站等，列出每節(jié)課的教學(xué)重點和難點并根據(jù)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)方法，提供教學(xué)大綱及授課教案、指導(dǎo)教材及電子課件、疑難解答、主講教師的授課錄像等。近兩年，在立體化教材基礎(chǔ)上，著重進行“電磁場”資料庫的建設(shè)，包括電磁場的發(fā)展歷史、對電磁學(xué)發(fā)展有突出貢獻的人物傳記(例如：《麥克斯韋：改變一切的人》、法拉第(科學(xué)家傳記)等)、當前的電磁學(xué)的研究熱點期刊/著作/視頻、利用電磁學(xué)理論的手工制作(例如：萊頓瓶、電磁炮、特斯拉線圈等)，擬建成一個以學(xué)生為中心，豐富多彩的教學(xué)資源為基礎(chǔ)的開放型網(wǎng)絡(luò)資源共享平臺。
三、以學(xué)生為主的教學(xué)方法的探討
(一)第一堂課的重要性
文獻中提到“每門功課都應(yīng)該這樣開始。使它能引起學(xué)生的真正愛好，向他們證明它是如何美好、有用、快意、是如何需要”，第一堂課的重要性不言而喻。在“電磁場”的教學(xué)中我們從以下幾個方面，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為目的開展第一堂課：
1.從大家熟知的生活用品，到國防領(lǐng)域，到各種炫酷的高科技產(chǎn)品或體驗，讓學(xué)生切身感受到電磁場理論在生活中的無處不在。
2.拿出初高中乃至小學(xué)就涉及到的簡單的電磁學(xué)實驗，讓大家各抒己見談?wù)剬﹄姶艑W(xué)的認識以及對生活中的其他電磁現(xiàn)象進行舉例，讓學(xué)生對這門課感到熟悉。
3.提出問題，讓學(xué)生總結(jié)一些這些基本的實驗與之前生活中的各種應(yīng)用之間到底具有怎樣的相同點?是什么樣的東西存在，使得所有的這些看似不掛鉤的應(yīng)用卻具有相同的本質(zhì)?4.給出解釋，現(xiàn)象與理論之間是靠建立物理模型建立起聯(lián)系。而如何將這些應(yīng)用轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砟Ｐ捅闶潜菊n程的主要研究的內(nèi)容。隨后引出學(xué)習(xí)電磁場理論所需要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)(場論，適量分析)以及學(xué)習(xí)方法(類比法，舉例法等)，最后列出本課程的總體框架圖(場和源的關(guān)系，時變與時不變的聯(lián)系)。
(二)強調(diào)本課程與其他課程的聯(lián)系“電磁場”與“數(shù)學(xué)”的聯(lián)系。
“電磁場”之所以難學(xué)，很大程度上是因為數(shù)學(xué)占了很大的比例。例如在講解矢量場的散度和旋度時，如果只講數(shù)學(xué)概念，學(xué)生會覺得很枯燥。若將這些數(shù)學(xué)概念有機地與物理模型相結(jié)合，例如在講解散度時提出散度是描述一個場中的實驗電荷是否會受到源電荷對它的排斥或吸引作用，而旋度則是描述實驗電荷是否會圍繞源進行的旋轉(zhuǎn)運動，深挖數(shù)學(xué)和“電磁場”概念之間內(nèi)在邏輯關(guān)系，使之從繁雜的數(shù)學(xué)公式中明確主要的物理概念。“電磁場”與“電路”的聯(lián)系�！半姶艌觥笔茄芯课⒂^電荷的作用�！半娐贰眲t強調(diào)路中電流、電壓，是一種宏觀的描述。雖然表現(xiàn)形式不同，實質(zhì)上相互補充相互聯(lián)系。例如在講解恒定電場中，從兩個基本方程可以推導(dǎo)出電路中的基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律。而時變場中的坡印廷定理，很好的解釋了電路中的能量傳輸問題。
(三)激發(fā)學(xué)生總結(jié)歸納的能力
大學(xué)前的教育，學(xué)生習(xí)慣于被動的接收知識，這就導(dǎo)致學(xué)生缺乏總結(jié)歸納的能力，而這種總結(jié)歸納能力恰巧能體現(xiàn)學(xué)生對知識點的掌握情況。而電磁場課程概念、公式多，如果學(xué)生能理解課程中的知識脈絡(luò)結(jié)構(gòu)和知識點之間的`因果關(guān)系，對于后續(xù)概念的吸收以及公式的推導(dǎo)會起到有事半功倍的效果。
在本課程的教學(xué)過程，應(yīng)該有意的激發(fā)大家的這種歸納總結(jié)的能力。例如，在第一堂課最后，對整個電磁場的理論用一個框架進行描述，圖中通過用直線和虛線代表時不變和時變，用箭頭表示相互之間的生成關(guān)系。在后續(xù)每章的教學(xué)過程中，為了加強有關(guān)知識點之間的相互聯(lián)系，也可以充分利用框圖來表示知識之間的銜接關(guān)系，第一章靜電場的框架圖，清晰的列出了本章知識點之間的銜接關(guān)系，體現(xiàn)了教學(xué)過程中從理論到工程實踐的過渡。由于場分析的相似性，在后續(xù)的幾章中鼓勵學(xué)生自己畫出類似的框圖，對所學(xué)習(xí)的知識點進行歸納整理。
四、結(jié)束語
本文以“電磁場”立體化教材為基礎(chǔ)，探討了“電磁場”理論與先修和后續(xù)課程的聯(lián)系。在具體的教學(xué)方法中，引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生自己進行知識總結(jié)，目的在于激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)性。但電磁場理論博大精深，我們還需不斷努力以實現(xiàn)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的艱巨任務(wù)。
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