大学物理电磁学教学与中学物理的衔接探研

李娜 虞学红 巫志玉

摘要：电磁学内容是物理学课程的重要组成之一，是大学物理课程的重点部分，也是中学物理课程的重中之重。大学生认为电磁学部分难学是普遍的观点，解决电磁学部分的难点问题尤为重要。为提高大学物理课程的教与学的质量，文章以电磁学部分为研究对象，从教学内容的对比、教学方式的改进、物理思维方法的应用三个角度探讨大学物理课程与中学物理课程的衔接途径，以提高大学物理教学质量，完善学生物理知识体系。

关键词：大学物理；电磁学；中学物理；课程衔接

中图分类号：G642文献标志码：A文章编号：1008-3561（2022）21-0017-04

基金项目：本文系海南大学教育教改项目“大学物理与中学物理课程衔接研究”（项目编号：hdjy2043）研究成果

一、前言

大学物理课程是高等院校理工类各专业的一门非常重要的必修基础课，对学生的物质观、运动观和时空观的培养具有重要意义。大学物理课程一般安排在大一的下学期或大二上学期，是大学生初入大学校门的课程之一，也是高中物理课程的延续。梁昆淼曾表示：中学物理课程与大学课程对学生的要求很不同，刚入大学的一年级大学生还保留不少中学生的特点，不能立刻适应大学物理课程的要求。那么如何使学生尽快适应这门课程的学习呢？笔者认为在教学实践上，可以利用学生已掌握的中学物理知识，创设一些深度学习的情境，从而架设一条通往大学物理教学的桥梁。为此，做好大学物理与中学物理的比较研究，找到两部分的衔接之处是架设“桥梁”的关键。本文以大学物理中电磁学的教学内容为例，对大学物理教学和中学物理教学的衔接进行探讨。

二、大学物理與中学物理内容的比较

下面，将大学物理教材与高中物理教材内容中的电磁学部分进行对比。

大学物理教材静电场内容有：电荷及守恒定律，库仑定律和静电力的叠加原理，电场、电场强度电通量和静电场的高斯定理，安培环路定理，电场力的功和电势，电场强度与电势的微分关系；静电场中的导体，静电场中的电介质，静电场的电容和电容器，电场的能量。

稳恒磁场内容有：电流，电动势，磁现象的本质，磁场，毕奥—萨伐尔定律，几种常见的磁场定量计算，磁通量，磁场中的高斯定理，安培环路定理，磁场对一般载流导体的作用，磁场对运动电荷的作用，磁介质。

电磁感应内容有：法拉第电磁感应定律，动生和感生电动势，自感和互感，磁场的能量，位移电流，麦克斯韦方程组。

高中物理教材静电场内容包含：电荷及守恒定律，库仑定律，电场强度，电势能和电势，电势与电场的关系，带电粒子在电场中的运动，静电现象，电容。

稳恒磁场内容包含：磁现象和磁场，磁感应强度，几种常见的磁场定性分布，洛伦兹力和安培力。

电磁感应内容包含：楞次定律，法拉第电磁感应定律，电磁感应现象的两类情况，互感和自感，涡流、电磁阻尼和电磁驱动。

显然，通过大学课程与中学课程的具体内容知识点的对比和分析，可知中学物理是大学物理的基础，大学物理相对中学物理知识结构、知识层次、研究方法是螺旋式上升，而不是简单的重复。从中学物理知识过渡到大学课堂教学中，会让学生既没有陌生感，又感觉不是中学的重复，能激发学生继续学习的兴趣。

三、教学方式的改进

中学阶段，学时多，知识点少，物理教学主要侧重训练学生的解题技巧，对于物理概念、规律及内涵的理解，各个知识之间的联系很少涉及。进入大学阶段，物理内容多又难，课时少，在教学方式上更注重学生独立学习能力，知识面的广度、深度，思维方式，科学素养等方面的培养。因此，在大学阶段需要通过适当改变教学方式来使大学物理教学和中学物理教学有效衔接。

教学有多种形式，如翻转课堂、混合式教学模式等，大学教师要通过不同的教学模式激发学生的自主学习意识。在设计课堂教学的过程中，大学教师可在课前提出讨论课题内容，鼓励学生利用各种手段查找相关的资料、论著，或者提前发一些材料、相关教学视频给学生，让学生提前查阅、整理材料，提出观点或找出疑点，以提高学生的自主学习能力和思考能力。还可在课堂中通过提问、分组讨论等方式对学生进行引导，并以中学的知识作为切入点，依据教学情境，让学生从中学的“旧概念或规律”逐渐扩展到大学的“新概念或规律”。

物理学中，电磁学各个概念之间不是孤立的，比如没有电场的思想，就没有电场强度、电势的概念。学生如果脱离了概念之间的联系来学习概念，会导致自身对整个电磁学体系乃至物理体系不能完整掌握。中学阶段，学生建立的物理体系是有限的、离散的物质世界，进入大学阶段，为了帮助学生建立起知识体系之间的联系，笔者曾尝试在翻转课堂中设立教学情境。例如，在教学静电场的过程中，笔者安排学生分组探讨如何建立电场强度、电势之间的联系，如何建立起由库仑定律推导出点电荷及点电荷系的电场强度公式，如何由电场强度电场的迭加原理推导出真空中电场的高斯定理和环量定理。

物理学是一门实验科学，物理规律的发现和物理理论的建立，必须以实验为基础。无论中学或大学物理课程在教学过程中都安排了物理实验。在物理课程中，物理实验具有其他教学手段无法代替的作用，实验可帮助学生直观理解一些晦涩难懂的物理概念或物理规律。在中学阶段，各个地区各个中学的条件、硬件设备不同，部分学生从没有或很少接触到物理实验，导致他们在学习物理概念或物理规律时往往死记硬背。在高校中，物理实验条件、设备有了保障，学生可以充分进行实验。如在混合式课堂教学中，教师可将物理实验实践课和物理理论课相结合，使学生直观观察、体验具体的抽象的物理过程。

电磁学部分内容相对抽象难懂，如电磁场中“场”的概念和思想、静电场中电势的概念，教师在演示实验时利用几种典型的模型如点电荷、等量异号电荷，可以让学生观察静电场分布现象，引导学生结合实验原理解释实验现象。再如尖端放电和避雷针演示实验，能让学生理解静电平衡时导体的电荷分布与导体形状实验原理的曲率半径有关的结论。又如电磁阻尼是涡电流在磁场中所受安培力，笔者曾设计了电磁阻尼课堂实验，利用波尔振动实验的磁阻尼振动来研究电磁阻尼，教学反馈效果较好。

四、物理思维方法的应用

物理思维，是指具有意识的人脑对客观事物的本质属性、内部规律性及物理事物间的联系和相互关系的间接的、概况的和能动的反映。赵红认为：教师除了向学生传授知识，更重要的是培养学生发现问题、分析问题、解决问题的思维方式和思维能力。

物理学的思维方法有很多，包括比较和分类法、类比法、归纳法、演绎法、图像与图示法等。类比法是根据两个或两类对象之间在某方面属性相同或相似而推出其他属性上也可能相同或相似的一种推理方法。夏志广认为：找出新旧知识的联系，通过类比讲解，可引导学生由中学熟悉的知识联系到新知识，帮助学生尽快接受新知识。以带电体相互作用力的习题为例，面积为S的空气平行板电容器，极板上分别带电量±q，若不考虑边缘效应，问两极板间的相互作用力为多少？每次总有学生答为q2/s着0。此处，学生将静电场两带电体之间的作用力和电场叠加混淆，引用了中学课本带电粒子在电场中的运动思维，而电场又重叠考虑了叠加原理。在课堂中，笔者引用两个点电荷之间的库仑力相互作用进行类比，电荷A对电荷B的作用力，就是电荷A的电场对电荷B的作用，平行电容板之间的作用力也应如此，为q2/2s着0。学生们茅塞顿开，在电磁学学习过程中逐渐形成类比的思维方式。

再如，毕奥—萨伐尔定律对于学生来说是新知识，他们会在理解上存在困难。笔者在课堂上同样利用类比思维，将毕奥—萨伐尔定律公式与库仑定律公式进行对比，相同点都是与距离平方成反比，与电流元大小成正比（电荷电量成正比）；不同点是一方面系数不同，电场强度系数是真空介电常数，磁感应强度系数是真空磁导率，另一方面两者方向的判断方法不同，库仑力的方向沿两点电荷的连线方向，而毕奥—萨伐尔定律确定磁感应强度方向利用右手螺旋定则。这样的类比思维的应用，能让学生很快接受并掌握新知识。

图像法是通过坐标系将变量间的函数用图像的方式表示出来的方法，图像的几何要素与一定的物理量相联系。图示法是用图的方式将物理概念、物理现象或物理规律等表示出来的方法，是将物理与数学相结合，抽象与形象相结合，具有形象、直观的特点。图像图示法在物理学中是常用的思维方法。静电场的高斯定理是电磁学重要定理之一，应用高斯定理可快速简洁定量计算电荷分布球对称、轴对称、平面对称的电场。高斯定理的证明及应用在课堂中往往需要结合图像图示法。如均匀带电球面的电场计算，首先应分析均匀带电球面的电场分布，对比物理中最典型模型之一———点电荷的电场分布，引导学生想象均匀带电球面的电场分布，并画出其电力线图，选择直角坐标系并确定坐标原点位于球心，下一步如何选取合适的高斯面问题就迎刃而解了。最后利用高斯定理，可快速地算出均匀带电球面的电场类似点电荷的电场分布。

五、结语

综上所述，在大学物理具体教学实施过程中，运用对比法对两个阶段的教学内容和教学要求进行比较研究，可以帮助教师理清两个阶段的教学内容衔接关系；采用形式多样的教学方式创设教学情境，可以使学生从大学物理和中学物理教学的衔接中顺利走向大学物理的深度学习；在大学物理和中学物理教学的衔接中，加强物理思维方法的教学，十分有益于提高学生的思维能力。教学实践表明，在大学物理教学中注重大学物理和中学物理教学内容上的对比、教学方式上的改进以及物理思维方法的应用，可以在有限的教学学时内最大程度地提高教学质量，进而帮助学生适应大学物理课程，助力他们成长成才。

参考文献：

[1]梁昆淼.引导一年级大学生适应学习上的转变[J].大学物理，1984（01）.

[2]张大昌，等.高中物理选修3-1，3-2[M].北京：人民教育出版社，2010.

[3]赵近芳，王登龙等.大学物理学（下）[M].北京：北京邮电大学出版社， 2017.

[4]宋国利，梁红，苏春艳.大学物理课程与中学物理课程有效衔接方式的研究[J].物理与工程，2012（01）.

[5]牛晓娟.电磁学课堂教学方法改革初探[J].大学物理实验，2012（05）.

[6]朱文辉，李世霆.从“程序重置”到“深度学习”———翻转课堂教学实践的深化路径[J].教育学报，2019（15）.

[7]刘金梅，王向晖，尹亚玲，邓莉.混合教学模式在大学物理课程教学中的應用研究[J].物理与工程，2020（04）.

[8]辛春雨.库仑定律教学与实施素质教育[J].长春师范学院学报：自然科学版，2006（02）.

Research on the Connection between College Physics Electromagnetism Teaching and Senior Middle School Physics

Li Na *， Yu Xuehong， Wu Zhiyu

（SchoolofScience，HainanUniversity，Haikou，Hainan570228，China）

Abstract： The content of electromagnetism is one of the important components of physics curriculum. It is not only the key part of college physics curriculum， but also the most important learning content of senior middle school physics curriculum. College students believe that it is a common view that electromagnetism is difficult to learn， and it is particularly important to solve the difficult problems of electromagnetism. In order to improve the teaching and learning quality of college physics courses， this paper takes the electromagnetics part as the research object， and discusses the connection ways between college physics courses and middle school physics courses from three perspectives： the comparison of teaching contents， the improvement of teaching methods and the application of physical thinking methods， so as to improve the teaching quality of college physics and improve the students physical knowledge system.

Key words： collegephysics；electromagnetics； senior middleschoolphysics；curriculumconnection