以提高物理学专业人才培养质量为目标的电动力学课程群研究

常云峰 王 飞 吴科军 曹敦厚

（三峡大学理学院，湖北 宜昌 443002）

1 研究现状

2018 年教育部出版的 《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》[1]明确提出：树立人才培养在高校的中心地位，巩固本科教学地位，不断提高人才培养质量。 《电动力学》作为物理学专业必修核心课程，它能够引导学生从实验出发，经过严格的数学推理演绎出电磁场理论的核心内容，并在此基础上引出现代物理的重要基础：狭义相对论。 《电动力学》是科学引导学生从归纳法到演绎法的科学思维第一课。 目前，各高校虽然一方面肯定《电动力学》课程为提高学生科学思维和实践能力的重要核心课程，并明确《电动力学》课程需要以《电磁学》和《数学物理方法》为先修和重要辅助课程，但另一方面在《电动力学》的实际教学中，其在提高人才培养中的作用并没有得到充分发挥，课程教学改革研究仅停留在精品课程、在线慕课、第二课堂等单课程研究阶段。关于《电动力学》的课程群建设尚未见研究。

随着对人才培养质量的进一步提高要求， 对于《电动力学》这种与其他课程密切相关的课程，通过课程群建设，把关系紧密的《电磁学》和《数学物理方》课程与之联系起来，从《电磁学》的铺垫，到《数学物理方法》的应用，可以很好地提高学生的科学思维和实践能力，进而提高物理学专业人才的培养质量。

2 电动力学课程群建设思路

课程群是指以现代教育理念为基础，对教学中相互影响、相互依靠的相关课程进行统一规划、设计和构建的课程体系，是集教学目标和教学内容密切关联的若干单门课程为一体的课程有机集合体[2-3]。以课程群建设为切入点，全面提升课程建设质量已经成为当前高等教育领域教育教学改革的基本共识之一。课程设计在很大程度上决定和影响着人才培养目标的实现，只对某一门课程进行改革与设计早已不能满足目前社会对综合型高素质人才的需求[4]。因此，强化各学科之间的融合，发挥群体优势，通过合理的设计与科学的组织构建科学、合理、高效的课程集群，对高等教育教学改革至关重要，有利于提高教学质量，彰显办学特色。

物理学本科专业课程《电磁学》和《电动力学》（经典电动力学）是密切相关的两门课程，两者在研究对象和内容上几乎一致。但是从研究方法上来说，《电磁学》偏重于经典电磁现象的实验研究，从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律，最后总结出麦克斯韦方程组，但不系统研究具体如何求解；而《电动力学》则偏重于理论推导和演绎，它首先从实验定律和介质方程出发，推导出一般形式的麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式，然后以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础，通过严密的数学推导得到电磁场、电磁波的基本特征，电磁波的激发、辐射和传播特征，以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题。《电磁学》的各种实验结论与《电动力学》的关系，某种程度上可以类比于开普勒三定律与牛顿万有引力定律之间的关系。

《数学物理方法》 是物理类学生的一门重要基础课，课程所涉及的内容不仅是后续专业课程的基础，同时在理论和实际研究工作中有广泛应用。 它将数学和物理联系起来，最后服务于物理学。《数学物理方法》主要内容包括复变函数、数学物理方程、积分变换和特殊函数， 牢固掌握数学物理方法能够让学生更加深入地理解物理学的本质， 为物理学基础研究和应用带来极大的方便。因此，《数学物理方法》的学习质量可以直接影响学生对后续专业课程的学习效果， 以及学生分析问题和解决问题的能力。 这也使《数学物理方法》成了一门广为人知的“难教、难学、难懂”的课程。

本课程群研究根据以上所述三门课程的特点，围绕《电动力学》展开，通过课程群建设突出《电磁学》的科学归纳法和《电动力学》的科学演绎法的对比，提高学生的科学思维能力；同时，通过《电动力学》课程突出《数学物理方法》课程在科学计算和科学发展中的作用，提高学生的科学建模和计算能力，最终提高物理学专业的人才培养质量。课程群建设思路及课程之间的关系如图1 所示。

图1 课程群建设思路与课程关系

3 课程群教学内容设计与教学方法改革

课程群的建设是提高本科人才培养质量的有效途径。以课程群建设为切入点，通过教学内容的衔接、对比，可以提升课程质量，提高学生的科学思维和科研计算能力，培养科研兴趣和科研创新精神。 所以在《电动力学》课程群的建设过程中，需要以课程间的知识、方法、问题等逻辑联系为结合点，通过对相关课程内容和教学方法进行再设计，提高教学质量、改善学习效果，从而全面提升课程质量和人才培养质量。 具体设计和改革的内容如下：

（1）改革教学内容。 通过教学内容之间的相互衔接，整合并优化教学内容，构建相互衔接、相互支撑的课程教学过程。 例如，介质的电磁性质可以完全放入《电磁学》课程，而唯一性定理、电像法、磁像法等可以完全放入《电动力学》课程，把《电动力学》的星号拓展内容[5]放入《数学物理方法》课程作为数学基础应用。通过合理规划三门课程的教学内容，逐步推进，激发学生的学习兴趣。

（2）加强专业课师资队伍梯队建设。 调整教学模式，探索更好的教学合作模式，提高教师的综合教学能力。 重点是根据物理学专业课程设置和专业特点，突出课程群内课程之间的相互辅助作用，凝练和培养高水平的教学团队，提高教学水平和教学质量。例如，在《电磁学》教学中突出归纳法在科学发展过程中的作用，强化学生对基本概念、物理规律的理解和思考。在《电动力学》教学中突出演绎法在科学发展过程中的作用，进一步提高学生的科学思维能力和科学实践能力。 在《数学物理方法》教学中突出数学形式对照、分离变量法、复变函数、格林函数法等数学手段在科学发展过程中的作用，进一步提高学生的科学建模和科学计算能力。

（3）改进教学方法。增加课堂互动，既要重视基础知识的掌握，又要加强应用技能的培养。 例如，有了《电磁学》课程的铺垫，改革后的《电动力学》课程非常适合引入刻意练习教学法， 可以适当采用预习—提问—被提问的教学模式， 通过部分内容引入小组讨论，让学生参与到课堂教学中来。 这不仅可以加深学生对知识的理解， 提高学生的主动性和学习效率，还有助于发现不同学生的学习特征和掌握情况，进行个性化指导。

（4）改革考核内容和方式，发挥课程群导向作用。考核内容多样化、全面化，增强学生对物理概念和原理的理解，注重创新能力的培养。例如，在《电磁学》的考核中注重实验观察和基础知识，在《电动力学》的考核中要强调理论解析和技能培育，在《数学物理方法》考核中强调实际问题的建模、求解能力。

4 总结

本文围绕物理学专业核心课程《电动力学》展开，拟建立以《电动力学》为中心，《电磁学》《数学物理方法》为两翼的课程群，以课程群建设为切入点，通过整合、优化教学内容，全面提升课程质量。 通过本研究，可以探索物理学专业通过《电动力学》特色课程，发展和完善新时期教学改革新的思路，培养学生的科研兴趣和科学创新精神，达到提高物理学专业人才培养质量的目的。 后续，笔者期望通过更多地围绕《电动力学》课程地位和特征展开研究，探索地方综合性大学物理学科本科高层次精品课程群的建设思路，提高学生的科学素养和科学实践能力，为培养符合更高层次人才发展需求的，基础牢、素质高、能力强的物理学专业人才奠定基础。