在“电动力学”课程中引入创新训练教学模式的初探

陈桂波 卢 俊 李金华

（长春理工大学理学院，吉林 长春 130022）

长春理工大学王大珩科学技术学院光电信息科学与工程（理）专业旨在培养具备扎实的数理基础、专业理论及技能，具有厚基础、高素质、有创新意识和实践能力，具有一定国际竞争力的拔尖创新型高级专门人才。电动力学作为光电信息科学与工程（理）专业的一门重要学科基础课，在其专业知识体系中占据重要地位，但针对创新型人才培养，传统电动力学教学模式在某些方面也存在一定问题。

目前电动力学教学仍以理论教学为主，缺少必要的实验及实践教学。在地方理工院校，很多该专业学生毕业后要从事相关工程技术工作，传统的单一理论教学方式无法满足社会对应用型人才培养的需要。另外，电动力学课程以讲述电磁场物理规律为主体，而电磁场是一种看不见摸不着的物质，其物理规律主要通过数学方程及其解来体现，很多同学对数学概念的物理含义不清楚，导致其在学习时产生了畏惧心理，进而学习兴趣下降。

为了解决上述两个问题，我们电动力学课程组经讨论决定，在2016-2017学年第一学期，以我校王大珩科学技术学院光电信息科学与工程（理）专业为试点，开展电动力学课程创新训练教学模式研究。考核方式方面，由原来的平时成绩（20分）+考试成绩（80分），调整为平时成绩（20分）+创新训练成绩（20分）+考试成绩（60分）。创新训练教学环节，课程组教师根据课程内容结合各自科研内容（课程组老师所从事研究领域均以电磁场理论为基础），给出6-8个创新训练题目（包括题目简介、要求及目标），并进行集体论证；然后学生选题，每3-5名学生分为一个组，选定一个创新训练题目；选题结束后，学生进行大约8-10周的创新训练，在期末考试前提交创新训练报告，并进行创新实践训练答辩，最终由课程组老师根据实现制定的评分标准进行成绩评定。

一、题目论证与学生选题

为了在我校王大珩科学技术学院光电信息科学与工程（理）专业进行电动力学教学模式试点改革，2016-2017学年第一学期开学第1-2教学周，经电动力学课程组8名老师多次讨论，形成以下6个学生创新训练题目：

1、微波炉中的电动力学问题

微波炉门是如何让可见光通过而阻止微波的？微波炉内壁上的孔是做什么用的？微波炉内壁材料是金属吗？如果是金属，为什么不会由于炉内的微波辐射而产生火花？微波炉产生微波的原理是什么？产生微波的装置一般在炉体的什么位置？

2、金属波导管和介质光波导的区别和联系

要求介绍平板光波导中模式的求解过程，对比金属波导管和介质光波导求解过程的相同和不同之处并说明原因，对比金属波导管和介质光波导的模式特点，对比金属波导管和介质光波导在应用范围上的区别并说明原因。

3、手机中的电动力学

智能手机是当代大学生普遍的通讯和上网设备。手机在运行过程中涉及到信息传输、处理、存储和显示等诸多方面的物理知识和技术，其各项功能都是建立在物理知识基础之上的，比如手机接收和发射声音、图像等信息、语音聊天时自动调整听筒播放或者扬声器播放、iphone中的3D touch的功能等。要求学生结合所学的电磁学和电动力学知识，针对手机中相关现象、元件或者功能等展开调研，介绍涉及到的基本原理和相关知识、较为深入的分析、技术上可能的发展前景或趋势。

4、电磁辐射对人体的影响、危害及其防护

要求学生结合所学知识，经过充分调研，阐述电磁辐射的物理机制，电磁波对人体的作用机理和危害。电磁辐射会对人们的生活、生产等各方面造成哪些影响与危害？身边的电磁辐射情况有哪些？有哪些电磁辐射源？如何防护身边的电磁辐射？

5、周期性晶体材料传输和透射性质研究

选取折射率不同的材料组成周期性晶体材料,其对光电磁波具有调控作用。基于电动力学知识,推导电磁波在介质材料中的一维传输矩阵，从而计算出电磁波的透射和反射系数，利用Matlab或Mathematics等编写程序对模型进行仿真计算，最后得出影响电磁波透射和反射性质的因素。

6、影响磁力小车运动速度的因素研究

选取铜线圈、电池、强磁铁等材料制作磁力小车。研究线圈中磁力小车运动原因与规律，测量小火车速度，寻找影响火车速度的物理因素。基于电动力学知识对小火车周围电磁场进行理论建模分析，利用Comsol等数值仿真软件对模型进行仿真计算，最后基于影响因素给出提升小火车速度的有效方案。

创新训练题目确定之后，在第3周组织学生进行分组和选题，并向学生公开课程组任课教师的联系方式，以便回答学生在选题过程中的一些疑问。

二、创新训练过程

学生分组和选题环节完成之后，每个小组配备一名指导教师，负责具体指导学生的创新训练工作。第4—14教学周，各组学生在指导教师的指导下，进行具体的创新训练工作。每个小组选出一名学生作为组长，负责创新训练的总体工作和具体工作分配。指导教师在对学生创新训练工作进行适当指导的同时，也对所负责小组学生的平时工作进行适当监督。

三、提交报告、答辩与评分

第15教学周，各组学生提交创新训练报告，并进行创新训练答辩。课程组老师根据报告和答辩情况给出创新训练成绩，成绩评定标准为：

1、针对问题的调研是否合理、充分?(20%)

2、是否围绕主题进行展开分析,论点及论据是否正确?(30%)

3、逻辑性是否清楚?(10%)

4、是否做了深入分析与讨论?(10%)

5、是否得到有价值的结论?(10%)

6、创新训练报告写作是否规范?(10%)

7、创新训练陈述情况、PPT报告情况，以及回答问题情况如何？(10%)

四、结论

1、通过在王大珩科学技术学院光电信息科学与工程（理）专业“电动力学”课程中引入“理论教学+创新教学”相融合的教学方式，初步解决传统教学方式重理论、轻实践、缺创新的问题，提高了学生实践和创新能力；

2、通过教学模式改革，初步解决学生认为电动力学概念抽象，理论性强，难于理解，导致学习兴趣下降的问题，提高了学生学习积极性和学习质量；

3、初步建立适合于王大珩科学技术学院光电信息科学与工程（理）专业人才培养目标的“电动力学”课程教学模式；

4、研究结果为下一步将该教学模式推广应用到应用物理学等其他专业的“电动力学”教学奠定了一定基础。

[1]卢俊,陈桂波,李金华,孔梅,金光勇.光信息科学与技术国家特色专业中电动力学课程教学研究[J].吉林广播电视大学学报,2012,128(8):50-51.

[2]卢俊,李金华,金光勇,陈桂波.教师在大学生创新思维培养过程中的作用[J].吉林广播电视大学学报,2010,97(1):23-25.

[3]陈桂波,卢俊,李金华,孔梅,金光勇.论教学过程中对大学生创新能力的培养[J].长春理工大学学报,2012,7(10):204-205.