科研思维融入电磁学教学的探讨

吴青峰

摘 要 本文针对当前本科教学中科研思维训练不足的问题，提出了在电磁学教学中融入科研思维训练的具体方法和思路，并将此应用于奥斯特实验的教学实践中。本研究对于探讨电磁学教学模式改革，具有一定的指导意义。

关键词 电磁学 科研思维 教学模式 奥斯特实验

中图分类号：G424                                     文献标识码：A    DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2020.12.073

AbstractAiming at the problem of insufficient scientific research thinking training in undergraduate teaching， this paper proposes specific methods and ideas for integrating scientific research thinking training into electromagnetics teaching， and applies this to the teaching practice of Oersted Experiment. This research has certain guiding significance for exploring the reform of electromagnetic teaching mode.

Keywords electromagnetics; scientific thinking; teaching mode; Oersted experiment

现代科技的飞速发展，对人才培养提出了更高的要求。人才培养的核心不再局限于仅仅掌握基础理论和基本技能，还要求他们具备一定的科研创新能力。当前，各大高校在本科生创新能力培养方面采取了多种措施，比如开展课堂教学改革，为大学生提供增强科研创新能力的平台和比赛，鼓励和支持学生参与创新项目等。[1-4]实践表明，高校开展的这些举措对培养大学生科研创新能力具有一定的作用，但总体上，大学生的创新能力还亟待进一步提高。[5]

科技发展史表明，科学创新能力的培养依赖于合理且充分的科研思维和创新思维的训练。科研思维是指个体在一定的科学方法指导下进行思考的过程，它能在较大的程度上保证创新过程的合理性和有效性。然而，当前的教学模式缺少对学生科研思维的培养，特别是低年级学生难以接受到科研思维的锻炼。传统的教学模式多以教师为中心，采用“满堂灌”式教学。教师注重对概念和理论的讲解，而学生则侧重于知识点的理解和记忆。这种教学模式无法激发学生的科研兴趣，更不能有效锻炼他们的科研思维。因此，改革现有教学模式，培养学生的科研思维能力是课堂教学中急需解决的问题。电磁学作为物理专业以及部分工科专业的核心课程，若能在课程教学中融入科研思维的培养，不仅有利于学生后续课程的学习，而且可以帮助学生培养良好的科研创新能力。事实上，电磁学课程中的知识内容，均是在前人深入研究的基础上，并经过系统总结而得到，换而言之，这些知识被发现或创造的过程本身就已经包含了科研的思维和方法。[6]因而，如果能有意识地在电磁学教学中还原这一科学思维过程，便能够让学生较好地了解、熟悉进而掌握相应的科研思维。笔者在奥斯特实验的教学过程中，对学生科研思维的培养进行了初步的探讨和尝试，提出在教学中加强科研思维训练的思路和方法。

1 教学中科研思维的训练

为了便于学生的学习，电磁学教材对相关知识进行了条理化和系统化。传统的教学方式偏重于让学生理解并掌握这些知识，进而构建完整的知识体系，并在可能的情况下能够利用基本原理和方法解决去实际问题。这种传统的教学模式虽然让学生掌握了相关的电磁学知识，却未能让其接受到电磁理论本身被发现、创造过程中所采用的科学思维和方法，从而影响其科研思维的培养。

那么，如何在电磁学教学中培养学生的科研思维？首先，教师在备课过程中先将需要讲授的知识点所对應的问题罗列出来，并将其凝练成相应的科学问题。然后，理清解决问题的思路和方法。在实际的教学过程中，针对某一科学问题，教师可以逐步还原该问题的解决思路和方法，最后将其引导到需要讲授的知识点上。

由于课堂时间有限，我们在还原知识被发现、创造的过程中，可以基于不同情况采取不同的讲授方式：第一种是“步步为营，层层深入”的探索引导方式;第二种是结合电磁学发展史讲故事的形式。对于前一种教学方式，可以将凝练出的科学问题与学生已掌握的相关知识或熟悉的物理现象联系起来，引导他们思考解决该问题的可能途径，然后逐个方向去引导他们寻找解决问题的具体方法。舍弃那些不能解决问题的方向，留下可以解决问题的正确思路和方法，并在此基础上进一步引导学生归纳出相关的知识点。这种教学方式，比较适合于教学时间相对充裕的环节，它能够有效调动学生主动参与课堂教学的积极性，激发学生的思考热情。如果能够长期坚持采用该教学方式，将能够使学生的科研思维得到有效的训练。

对于后一种教学方式，适用于授课时间相对不充裕的情况。在提炼出科学问题之后，通过介绍性的方式还原问题的分析解决过程。例如，可以结合电磁学的发展史，通过讲述当年的科研故事来说明当时的科学家是如何思考这个问题的，如何走到了错误的方向，最终又是如何回到了解决问题的正确道路上来的。通过科研故事的讲述，既能够提高课堂的趣味性，又能让学生从中深刻体会到科学研究过程中的曲折，以及蕴含其中的科学思维、方法和经验。

通過以上两种方式的结合，可以让学生了解和熟悉电磁学理论在建立过程中相关的科研思维，并在潜移默化中得到科研思维的锻炼。

2 科研思维融入教学实例

在电磁学的发展史上，奥斯特实验具有非常重要的地位，它揭示了“电”与“磁”之间不可分割的联系，从而宣告电磁学作为一个统一学科的诞生。奥斯特实验给后续研究者带来很大启发，由此导致了一系列电磁规律（如毕奥萨伐尔定律和安培定律）的发现。这些电磁学规律的发现过程，本身包含了科学研究的思维与方法。因此，在讲授的过程中，将科研思维融入其中，可以帮助学生进行有效的科研思维训练。为此，我们在教学过程中进行了一些尝试和探索。

奥斯特实验研究了电流对磁针的作用。在讲授该内容时，我们可以提出这样的问题：在历史上很长一段时期里，“磁”和“电”的研究一直彼此独立发展，为什么奥斯特提出研究电流对磁针的作用？

提出问题后，从科研思维训练的角度引导学生思考、讨论，并回答该问题。然后，我们结合电磁学的发展史，给学生讲解奥斯特当时的研究思路。奥斯特之所以研究电流对磁针的作用，是受康德哲学关于“自然力”统一观点的影响，相信电与磁之间存在某种联系，从而进行了这一研究。上述过程，既培养了学生提出研究课题的能力，同时又帮助学生了解当时科学家的思维过程，有利于建立正确的科学思维。

奥斯特实验给后续的研究者带来极大的启发，在此基础上，我们可以进一步提问：如果你是当时的研究者，在了解了奥斯特实验后，你会提出哪些有待进一步研究的科学问题？引导学生思考：

（1）奥斯特实验告诉我们电流元与磁极之间存在相互作用，但是没有给出定量规律，那么，电流与磁极作用的定量规律是什么？（毕奥—萨伐尔的研究课题）

（2）电流与磁之间存在作用，那么这种作用的本质是什么？（安培的研究课题）

（3）电流与磁之间存在非接触的相互作用，该作用的传递媒介是什么？（场作用观点）

在此过程中，可以通过讲述相关研究者的科研故事来说明当时研究者是怎么来思考这些问题的。例如，在奥斯特公开了其研究成果后，毕奥-萨伐尔认为，既然电流对磁针会产生力的作用，那么需要进一步找出电流对磁极作用的定量规律。于是，他们通过研究，最终得到了毕奥—萨伐尔定律。此外，关于电流与磁针作用的本质，安培在大量实验的基础上进行了深刻的思考，认为一切磁现象的本质源于电流，所有电流与磁的作用可看作电流与电流的作用，于是他提出研究任意两个电流元之间的作用规律，并由此总结出安培定律。

上述过程，围绕奥斯特实验的学习，同时又兼顾科研思维的训练。若在时间允许的条件下，可以让学生自行查阅文献资料，鼓励他们积极表达自己的思考和见解。教师在回答问题的过程中，可以与学生开展恰当的讨论。更进一步，学生和老师还可以通过进行实验来验证各自的观点。通过这一过程，最后得出课本上的结论。

3 结语

培养学生的创新能力是教学的重要任务之一。然而，由于传统的本科教学模式的缺陷，导致本科生接受的科研思维训练不足。如何让学生具备良好的科研思维，是有效培养创新人才的关键所在。在电磁学教学中加强科研思维的训练，需要将讲授的知识点所对应的问题还原成科学问题，然后通过逐步引导，让学生重新探索或体验这一问题的解决过程，藉此让学生得到科研思维的锻炼。实践表明，该教学方式受到学生的欢迎，对培养他们的科研思维具有较大帮助。

参考文献

[1] 戚业国.对本科教育思想、模式、方法的再思考[J].中国高等教育，2009，2：47-49.

[2] 倪勇.大学生创新能力培养的研究与实践[J].电气电子教学学报，2010，2：124-125.

[3] 王春桃，刘财兴.在本科教学中加强科研思维和创新思维训练的探索[J].计算机教育，2013，8：9-11.

[4] 魏立新，王志华，刘承婷，等.依托创新平台提高大学生综合能力的研究与实践[J].高校实验工作研究，2012，112（2）：98-99.

[5] 王汉清，况志华，王庆生，等.大学生创新能力总体状况调查分析[J].高等教育研究，2005，24（9）：88-93.

[6] 赵凯华，陈熙谋.电磁学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2011.