大学物理《电磁学》课程教学研究

李东珂

（1.淮阴师范学院 物理与电子电气工程学院，江苏 淮安 223300；2.南京大学 固体微结构物理国家重点实验室，江苏 南京 210093）

1 引言

从认识到大自然中的电磁现象到麦克斯韦方程组的建立，人类历经了2000多年的时间来了解和掌握电磁学知识，并将其应用到人类文明发展历程中。其中第二次和第三次工业革命的蓬勃发展亦是人类对电磁学知识运用的最直观体现。现如今，“电磁学”作为物理学知识框架体系中的重要组成部分，在初等教育、高等教育以及科学前沿研究中都占据着举足轻重的位置。在前期高中物理中，“电磁学”就因知识点多、杂、难等特点，成为令不少学生“魂牵梦绕”却又“欲罢不能”的高考压轴题。迈入高等教育，《电磁学》课程是物理学类本科专业的必修课程，课程的主要特点是研究电磁相互作用基本规律的基础，通过对电场与磁场的研究来说明宏观领域内各种电磁现象，知识点繁多、知识体系结构复杂；要求学生全面系统地掌握电磁学的基本知识与规律，理解电磁现象的实质；同时要具备分析电磁学问题的基本知识和能力，对电场、磁场以及电磁感应等问题可以进行分析和求解；并进一步了解相关电磁学理论发展和建立过程中的重要实验和研究方法，获得科学方法论上的教益[1]。

现阶段，众多高校的《电磁学》课时被不断压缩，然而其教学内容并未减少。因此要想高质量地完成《电磁学》课程任务要求，让学生学有所得，让教师教有所感，必须准确理解和把握、科学规划和优化教学过程中的各个环节。现从教学实践出发对教学过程中的各个环节进行探讨，其中的心得体会希望能够对从事相关工作的教学工作者提供有价值的参考。

1 参考教材的选用

《电磁学》课程知识点繁多、知识体系结构复杂、内容抽象且涉及较多数学问题，因此选择参考教材的选取就显得尤为重要[2]。现阶段国内普遍采用的是北京大学赵凯华先生主编和北京师范大学梁灿彬先生主编的两套《电磁学》教材。赵凯华主编的教材中知识体系结构完整，内容翔实，而且包含较多的前沿知识。梁灿彬主编的教材从基础知识和理论出发，比较适合初学者把握具体的知识脉络。两本教材在每章节后都编排了大量的练习题，对消化和巩固电磁学知识提供了很大的帮助。

国外比较推荐的电磁学相关教材主要包括诺贝尔奖得主E.M.Purcell主编的《伯克利物理学教程》第2卷“电磁学”部分和根据R.P.Feynman讲课录音整编的《费曼物理学讲义》第2卷“电磁学”部分。这两套教材都是由英文撰写，其语言流畅，而且国内已发行中译本。这两套教材虽然年代久远，但知识体系完整，物理的阐述过程清晰，而且讲述的宏观物理现象多由基础的微观物理严格导出，这对于培养学生的物理思想和逻辑思维能力具有很大的帮助。

3 教学过程中的实施方法

1）背景知识预习。电磁学课程知识体系复杂，主要内容包括：静电场、静电场中的导体和电介质、恒定电流、恒定磁场、电磁感应和暂态过程、磁介质、交流电、麦克斯韦电磁理论和电磁波等知识 块[3]。每部分内容前后关联呼应，但各自又经历了漫长的发展和完善。在课时不断被压缩的现状下，教师在课堂上很难对知识点的背景内容进行详细交代，而学生们容易对知识点理解不深刻，知其然而不知其所以然，对知识背后的物理思想更是领悟较少。因此，需要学生课前预习知识点的背景内容，可以了解先人在通过宏观现象探究物理本质、凝聚物理思想的发展过程，有助于提高教师教学质量和学生的逻辑思维能力。

2）多媒体课件与板书有机结合。多媒体课件教学是现在高等院校主流的课堂教学模式之一，能够直观、生动、形象地展示教学内容，调动学生深入学习的积极性，激发学生的学习兴趣。如电磁学中的很多物理模型，可以直观方便地呈现在学生面前，节省了大量的作图时间。然而由于《电磁学》课程自身的特点，在教学实践中发现，单一地采用PPT多媒体课件教学容易造成学生视觉疲劳导致教学质量下降，特别是在面对大量物理概念的引入和物理推导时。而且在面对复杂的公式过程时，学生容易产生反感心理。鉴于此，就需要教师在课堂上将PPT多媒体课件与板书进行有机结合。对于文字概念和物理模型，可以充分利用PPT进行展示，节省课堂教学时间而且内容呈现形式更直观具体。对于重要的公式推导和总结归纳，教师可以结合板书进行逐步推导，并积极调动学生参与其中，这样既能让学生学习到其中的关键细节又可以亲身体会到如何把重要结论一步步推导出来，不但提高了学生积极性又可以让学生产生成就感，有益于提高教学质量。然而，板书势必会占据不少课堂时间，因此需要教师在课下多花时间进行科学的板书设计和时间规划。

3）互动式课堂讨论与思考。鉴于电磁学课程中概念过多、知识点复杂且逻辑性强，再加上理想化物理模型多种多样，这就使得课堂讨论尤为重要。教师在教学过程中可以通过课堂讨论的形式进行新知识点的引入或课堂内容的总结。如在开始学习“静电场中的导体和电介质”章节时，可以让学生结合前期对“静电场”的学习，讨论如果在真空静电场中加入导体或绝缘体会引起什么样的变化？如学生们在中小学阶段就已经对摩擦起电现象耳熟能详，在教学时可以让学生们进一步思考和讨论金属的电学特性更好，但为什么摩擦后的金属棒不带电，又有什么办法可以让摩擦后的金属带电？通过设计多种类型的互动式课堂讨论与思考，不但能够调动学生的积极性，而且能帮助学生进一步加深对电磁知识的理解与吸收。

4）课堂笔记与课下完善。课堂笔记是小学和初高中学习阶段中最常见、最普遍存在的学习媒介。然而进入大学，很多学生和教师已经放弃对课堂笔记的要求和重视。我在电磁学教学过程中严格要求学生们记录课堂笔记，并结合课堂板书内容在课下进行完善。这不仅可以提高学生对电磁学课程的投入时间，而且可以有效地梳理知识点，把握具体的知识脉络。此外，课堂笔记还可以作为学生在未来考研和升学考试复习中的重要参考资料。

4 课程的考核办法

电磁学教学的最根本目的是让学生掌握专业知识和物理思想。鉴于电磁学知识体系复杂、知识点繁多，因此要加强对学生平时学习情况的重视与考察。在成绩分配上建议加大平时成绩的比例，例如课堂讨论、课后作业和每章的小测验，这样可以使得学生积极参与到讨论中，并且重视平时的学习，避免期末时的临时 “抱佛脚”，从而达到较好的学习效果。