“安培环路定理”教学设计

马瑞婧

(山西运城学院物理与电子工程系 山西 运城 044000)



“安培环路定理”教学设计

马瑞婧

(山西运城学院物理与电子工程系 山西 运城 044000)

安培环路定理是大学物理“恒定磁场”中十分重要的定理，以《大学物理》教学大纲为依据，非物理的理工科专业为背景，对“安培环路定理”进行了教学设计.

安培环路定理 磁场性质 教学设计

近年来，各大高校普遍存在重科研、轻教学的现象，再加上理工科专业中的大学物理理论教学课程，正面临教学学时压缩的改革，从而导致一些重要概念和定理的推导面临着教学学时“风暴”的侵蚀[1].因而设计好每节课就显得尤为重要.本文以大学物理课程中“安培环路定理”一节为例，精心设计了整个教学过程.

1 教材内容分析

我校大学物理课程的教材是高等教育出版社出版、祝之光编著的《物理学》[2]，本节课是第七章“恒定磁场”中第4节内容，同时也是恒定磁场中的两个重要定理之一.它主要介绍了安培环路定理及数学表达式，进而得出恒定磁场的性质，最后列举了该定理的应用.该节是课程教学中利用物理思维方法较多的一堂课，尤其是运用类比的方法达到对新知识的探究.

根据教学内容及所带学生特点，对教学内容做了以下安排与处理：由于在本节之前，已经介绍了毕奥-萨伐尔定律，以及利用该定律求解真空中通电导线激发磁场分布的问题，学习中学生普遍体会到利用该定律求解过程，对数学能力要求较高，计算过程复杂.而本节课介绍的安培环路定理可更为方便地求解具有对称性分布的磁感应强度B矢量.故可利用该鲜明对比直接导入新课，这样做不仅可让学生第一时间了解本节课的研究对象和内容，而且还可以明确学习该定理的目的和作用.

同时考虑到非物理专业的学生基础薄弱，为了加深学生对该定理的认识和理解，本节内容安排了从特殊到一般的安培环路定理的归纳验证过程，即：由特殊的无限长直导线周围磁场圆形路径积分的模型出发，进行不断地变化，最终得出一般表达式，让学生亲身经历安培环路定理的发现过程.另外，由于在前一章静电场中，学生已经掌握了静电场的环路定理，理解静电场是保守场，在这里，可以通过和静电场进行类比的方法，让学生更清楚地认识和理解磁场的有旋性和电场的无旋性.

磁场中安培环路定理的学习能够为理工科学生后续专业课的学习奠定基础，学生通过学习该定理能掌握科学的思维方法和研究方法[3].

2 教学目标设计

根据《大学物理》课程教学大纲的要求，并结合本校学生特点，制定如下教学目标.

2.1 知识与技能

(1)深刻理解磁通量的物理意义和安培环路定理的内容；

(2)掌握多导线共同激发磁场时，B的含义及表达式中电流符号的判定方法；

(3)了解安培环路定理的适用条件，熟练应用定理求解具有对称性分布的磁感应强度.

2.2 过程与方法

(1)经历安培环路定理的验证过程，掌握从特殊到一般的科学研究方法；

(2)经历利用安培环路定理解决物理问题的过程，总结该定理的适用范围和解题思路.

2.3 情感态度与价值观

通过本节学习，特别是定理验证过程，让学生养成善于思考、不断发现问题和积极解决问题的学习习惯，培养他们严谨、认真的学习和生活态度[4].

3 教学重点及难点

教学重点：安培环路定理内容；利用该定理计算磁感应强度的条件和方法.

教学难点：分析磁场的分布特点，选用合适的积分路径求解磁感应强度.

4 教学过程设计

“安培环路定理”的教学设计如表1所示.

表1 “安培环路定理”教学设计

续表

5 作业设计

作业设计如表2所示.

表2 作业设计

6 网络预习及课后答疑

考虑到现在网络资源非常丰富以及大学生的自我学习能力，可以安排学生提前通过网络资源预习，一方面使学生上课听讲有侧重点，提高学生的学习效率；另一方面，可以更合理地安排宝贵的、有限的课堂时间，例如，对一些简单的地方，可以简略介绍，节省时间，而对于像验证中第4和第5种比较难的情况，就会有更多的时间去引导启发和讲解.

另外，可以建立班级微信群，实现随时随地网上解答疑难问题，引发学生的学习兴趣.

7 设计的创新点

本节课在教学过程中交替采用了提问启发式、讨论式和归纳研究式的教学方法.首先，从回顾上节课的内容，体会到用毕-萨定律求解过程的复杂和繁琐，利用对比直接导入新课.开门见山地指出本节学习的内容，以及新的定理能更方便、简洁地求解一些磁场问题.之后给出新定理的内容和数学表达式，考虑到学生基础问题，为了加深对新定理的理解和认识，选择了学生熟悉的、简单的磁场为例，分多种情况层层深入地验证安培环路定理.最后，利用安培环路定理求解无限长载流直导线的磁场分布，让学生亲身体会了该定理求解过程的简单性、方便性.

本节内容设计的创新之处在于通过各种提问以及假设性错误充分调动学生的兴趣和积极性，在教师引导下去思考问题、分析问题和解决问题，避免了传统单一式教学的弊端[5].能较好地活跃课堂气氛，使学生可以保持持久的学习兴趣，提高学习效率.此外，该课堂还充分考虑和利用了目前丰富的网络资源和网络交流技术，激发学生的学习兴趣和实现随时随地网上解答疑问的目标.

1 刘熹微,罗贤清．少学时大学物理教学改革探讨.科技资讯,2011(26):191～192

2 祝之光.物理学(第4版).北京:高等教育出版社，2012,12

3 卫丽娜．“电场高斯定理”的教学设计.物理通报,2015(8)：21～23 4 袁莉. “安培环路定理”的教学设计.物理通报,2013(12)：35～37

5 张峰. “圆周运动”探究式教学设计.物理通报,2009(10)：29～32

The Teaching Design on Ampère Circuital Theorem

Ma Ruijing

(Department of Physics and Electronic Engineering,Yuncheng University,Yuncheng,Shanxi 044000)

Ampère circuital theorem is very important in university physics-a constant magnetic field theorem.The paper is based on the physics syllabus and makes an teaching design towards Ampère circuital theorem,which takes the majors of sicence and engineering apart from physics as the background.

Ampère circuital theorem; magnetic field properties; teaching design

马瑞婧(1988- ),女,硕士,助教,主要从事大学物理教学与研究工作.

2016-06-19)