論《電磁學(xué)》課程的改革與創(chuàng)新

論《電磁學(xué)》課程的改革與創(chuàng)新

Summary：近年來，隨著國家全面提倡素質(zhì)教育改革，鼓勵創(chuàng)新和實踐能力以及網(wǎng)絡(luò)信息化教育資源的完善，涌現(xiàn)了很多新型的課堂教育模式：如課堂翻轉(zhuǎn)模式、微課、慕課等。通過整合資源深化現(xiàn)在化教育理念，教學(xué)工作者可在課堂上結(jié)合自己的教學(xué)實踐經(jīng)驗，博采眾長，進(jìn)行各種創(chuàng)新式教育教學(xué)方法，使學(xué)生不斷能提高學(xué)習(xí)效率，而且達(dá)到學(xué)以致用的目的，提高創(chuàng)新能力?！峨姶艑W(xué)》作為物理學(xué)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課以及眾多公共交叉學(xué)科的必修課之一，一直處于核心課程地位，因此對這門課程的教學(xué)改革和創(chuàng)新尤為重要。本論文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)環(huán)境和教學(xué)評價等方面綜合探討了《電磁學(xué)》這門課程的教學(xué)改革與創(chuàng)新。Keys：教學(xué)創(chuàng)新、教學(xué)改革、電磁學(xué)《電磁學(xué)》作為物理學(xué)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)必修課以及眾多公共交叉學(xué)科的必修課之一，一直處于核心課程地位，因此對這門課程的教學(xué)改革和創(chuàng)新尤為重要?！峨姶艑W(xué)》的理論與實驗已經(jīng)滲透到現(xiàn)代技術(shù)的各個領(lǐng)域：如國防電磁炮彈、生物醫(yī)學(xué)探測、汽車發(fā)動機、發(fā)電機、家用電器、信號傳播、磁存儲等等。學(xué)好《電磁學(xué)》不光能提高學(xué)生的專業(yè)知識水平和技能還可以改變學(xué)生的世界觀、科學(xué)觀和人生觀[1]?！峨姶艑W(xué)》課程內(nèi)容廣泛、知識點和數(shù)學(xué)公式較多、且很多定理難以理解，因此學(xué)生很容易在課堂上疲憊。如何對這門專業(yè)課教學(xué)的改革和創(chuàng)新是高校老師一直探索和嘗試的重要課題[2,3]。一、教學(xué)內(nèi)容的改革與創(chuàng)新（一）降低理論要求，簡化數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)《電磁學(xué)》從教材內(nèi)容上來看主要包含了兩大部分：電場和磁場，里面涉及了非常廣泛的知識點：靜電場、靜電場中的導(dǎo)體及電解質(zhì)、恒定電流、恒定磁場、電磁感應(yīng)和暫態(tài)過程、磁介質(zhì)、交流電、麥克斯韋電磁理論和電磁波、電磁學(xué)的單位制等。這門專業(yè)課里面涉及了眾多的矢量和微積分運算因此對高數(shù)的功底要求也極高，正因為如此，所以一般是在第二學(xué)期才開始授課。隨著國家聚焦教學(xué)實踐的真實問題，注重學(xué)生的能力培養(yǎng)，強調(diào)實踐教學(xué)能力，我們盡量在課堂上減少公式的推導(dǎo)以及數(shù)學(xué)解題步驟，而是不斷地深化知識點的應(yīng)用[4]。如：傳統(tǒng)教育中在推導(dǎo)高斯定理的時候，總是從平面角度到立體角、從一階積分到三重積分，理論公式牽扯過多且其中涉及了導(dǎo)數(shù)、微分、多重積分、甚至多元函數(shù)的微積分等。對于數(shù)學(xué)功底薄弱且沒多大興趣的學(xué)生而言簡直是浪費了這部分時間、甚至聽得昏昏欲睡。因此第一步改革創(chuàng)新應(yīng)該減少公式的繁冗的推導(dǎo)過程，重點調(diào)到如何運用公式并且理解物理公式背后的物理意義上面，從而達(dá)到“學(xué)以致用”的目的。譬如：如何用高斯定理求解帶電導(dǎo)體的場強和電勢，對比靜電場求解電場強度和高斯定理求解電場強度，兩者的區(qū)別及各自的優(yōu)勢等；再比如求解電容器電容本領(lǐng)C的時候我們可以用高斯定理先求解出電勢然后用定義式算出C,觀察結(jié)果后我們發(fā)現(xiàn)電容C都是由介電常數(shù)以及電容本身的體積形狀大小等來決定，且跟介電常數(shù)成正比例的關(guān)系，那么是不是就可以啟發(fā)學(xué)生思考如何來提高電容器的儲存本領(lǐng)呢？最科學(xué)的方法就是提高提高介電常數(shù)，因此我們可以通過往電容器里面加入電介質(zhì)的方式來提高電容C，那么電介質(zhì)材料如此之多，教師就可以布置小作業(yè)讓學(xué)生自己調(diào)研各種電介質(zhì)材料了，對學(xué)生的科學(xué)思維啟發(fā)和動手能力和解決實際問題的能力和學(xué)習(xí)能力都會有非常不錯的提高。（二）與科研緊密聯(lián)系，注重現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用《電磁學(xué)》內(nèi)容與科學(xué)技術(shù)緊密相關(guān)[5]，甚至在19世紀(jì)末20世紀(jì)處推動了第二次工業(yè)革命的發(fā)展從而使人類進(jìn)入了“電氣化時代”。同時，《電磁學(xué)》這門學(xué)科對近代物理物理學(xué)的發(fā)展學(xué)科起到了承上啟下的作用。如：非線性物理、量子力學(xué)、粒子物理、宇宙學(xué)等等?，F(xiàn)代科技與信息技術(shù)的發(fā)展同樣離不開《電磁學(xué)》的理論指導(dǎo)。例如通過學(xué)習(xí)電磁場、位移電流、電解質(zhì)極化、麥克斯韋方程組等我們指導(dǎo)可以通過改變點偶極矩，電解質(zhì)將反復(fù)極化，使分子熱運動加劇，從而有產(chǎn)生與焦耳熱完全不同熱效應(yīng)，因此發(fā)明了微波爐；存儲器件如磁盤（軟盤、硬盤）、電磁記錄、U盤等，再到光盤技術(shù)利用激光信息處理具有極高的信息存儲密度、讀取信息時間短、使用壽命大等優(yōu)點；隨著麥克斯韋預(yù)言電磁波，又發(fā)展了各種光纖技術(shù)、信號傳播處理技術(shù)；醫(yī)學(xué)上的核磁共振技術(shù)等等?？茖W(xué)技術(shù)在各個領(lǐng)域能取得的日新月異的成果都離不開《電磁學(xué)》的知識。正因為知識點和科學(xué)技術(shù)之間有著緊密的聯(lián)系，所以我們教師在課堂上才更應(yīng)該注重讓學(xué)生理解每一個知識點，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會應(yīng)用所學(xué)知識。（三）實驗課和理論課的配合大學(xué)本科通常都配有物理專業(yè)的實驗室，電磁實驗室占據(jù)了非常重要的一個實驗分支，物理教學(xué)實驗室課堂必不可少的一部分，教師可充分發(fā)揮物理演示實驗幫助同學(xué)理解理論《電磁學(xué)》中的涉及的概念、各種理論和物理規(guī)律，從而鼓勵學(xué)生做探究性實驗，讓每一位學(xué)生都參與到實驗的設(shè)計和操作中，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維、提高學(xué)生的理解和創(chuàng)新能力。將理論和實驗的內(nèi)容結(jié)合起來可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更加有效地提高學(xué)習(xí)效率，真正達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。比如在講霍爾效應(yīng)這個知識點的時候教師可以利用實驗室霍爾效應(yīng)的裝置幫助大家理解如何產(chǎn)生電勢差，啟發(fā)學(xué)生對霍爾元件的研究和應(yīng)用并自主設(shè)計一些探究性的實驗；再比如通過磁場的描繪實驗幫助學(xué)生理解磁場的原理和分布規(guī)律；還有超級電容實驗、尖端放電實驗等等都可以驗證我們課本中的理論知識，從而達(dá)到教和產(chǎn)的有效結(jié)合。二、教學(xué)方法和教學(xué)模式的改革與創(chuàng)新（一）網(wǎng)絡(luò)資源的整合和利用隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)日新月異的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息教育理念越來越深入人心，慕課、微課、微視頻、翻轉(zhuǎn)課堂等新的教育教學(xué)模式受到了各個高校的青睞，并且這種教育模式的應(yīng)用越來越普遍，在教育領(lǐng)域里面占據(jù)了非常重要的地位，同時也使學(xué)校教育領(lǐng)域進(jìn)行了一場大變革。目前網(wǎng)絡(luò)上已有大規(guī)模、開放式、免費的慕課，而且慕課集齊了國內(nèi)外各種優(yōu)秀的學(xué)習(xí)資源，學(xué)生可以聆聽到國內(nèi)外各個名校老師的講解，學(xué)生還可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)自由地選擇合適的學(xué)習(xí)資源[6]。此外，網(wǎng)絡(luò)上還有微課、SPOC等線上資源。因此學(xué)生有充分的線上資源來完成自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容。教師應(yīng)該鼓勵學(xué)生充分利用這些優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)資源，去學(xué)習(xí)《電磁學(xué)》相關(guān)的精品課程，夯實《電磁學(xué)》專業(yè)基礎(chǔ)課知識。同時，教師也可取長補短，不斷充實自己的教學(xué)內(nèi)容。此外，教師還可以在課堂上調(diào)配利用這些網(wǎng)絡(luò)課程或者小視頻，活躍課堂氣氛、豐富教學(xué)內(nèi)容從而取得更好的課堂教學(xué)效果。（二）采用多樣化教學(xué)模式傳統(tǒng)的填鴨式課堂教學(xué)模式常常是老師利用各種考核制度和紀(jì)律要求或者約束每一位學(xué)生按時上課，認(rèn)真聽講，按時完成課堂作業(yè)等，大部分的知識內(nèi)容的傳遞與學(xué)習(xí)是靠課堂上老師講述完成的，因此大大削弱了學(xué)生的獨立思考能力也不利于學(xué)生知識的吸收內(nèi)化的過程。而現(xiàn)在隨著線上資源和各種課堂教學(xué)app不斷涌現(xiàn)，可利用的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺和資源越來越豐富，比如：學(xué)習(xí)通、雨課堂、edX等，可以充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的作用，使學(xué)生不再局限于固定地點的課堂式學(xué)習(xí)《電磁學(xué)》。近幾年來，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式越來越受關(guān)注。作為一種新型的教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂旨在讓學(xué)生在課前或者課外利用互聯(lián)網(wǎng)中優(yōu)在課堂上與老師同學(xué)相互討論，而不是依賴于課堂上老師講授知識，老師在課堂中將為學(xué)生答疑解惑幫助學(xué)生更好地理解問題并引導(dǎo)學(xué)生正確地運用所學(xué)的知識，幫助學(xué)生完成知識的整合與應(yīng)用，從而達(dá)到更理想的教育教學(xué)效果。這種新型的教學(xué)模式最早由美國科羅拉多州WoodlandParkHighSchool的化學(xué)老師喬納森·伯爾曼(JonathanBergmann)和亞倫·薩姆斯(AaronSams)提出來的，該教學(xué)理念提倡教學(xué)是條件，學(xué)習(xí)是本體，教師的要發(fā)揮引導(dǎo)的作用。因此，《電磁學(xué)》這門課程的教學(xué)可以嘗試線上和線下結(jié)合的方式，激發(fā)學(xué)生的求知欲和對知識的探索興趣，使學(xué)生學(xué)習(xí)更加靈活。（三）利用多媒體技術(shù)多媒體技術(shù)的應(yīng)用很大程度上彌補了《電磁學(xué)》教學(xué)的不足，大大提高了課堂教學(xué)進(jìn)度，豐富了PPT教學(xué)內(nèi)容也使教學(xué)改革和課堂創(chuàng)新更容易執(zhí)行[7]。由于《電磁學(xué)》內(nèi)容繁多，且多設(shè)計各種圖像，利用多媒體技術(shù)可以使教學(xué)圖像更加清晰、直觀且還可以輔助動態(tài)視頻和音頻使得課堂氛圍更加活躍，課堂內(nèi)容變得更加生動有趣，從而讓學(xué)生更加集中注意力學(xué)習(xí)，達(dá)到更好的課堂學(xué)習(xí)效果。三、教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)及考核方式的改革與創(chuàng)新（一）物質(zhì)或物理教學(xué)環(huán)境教學(xué)物質(zhì)或物理環(huán)境通常包括教學(xué)設(shè)施環(huán)境、自然環(huán)境、時空環(huán)境等，是教學(xué)環(huán)境中比較核心的組成部分。教學(xué)設(shè)施是否配備多媒體設(shè)備、錄像機、錄音機，教室環(huán)境是否通風(fēng)、采光、安靜，學(xué)校里面的操場、圖書館、宿舍、食堂等是否安全等等，這些外部的物理因素將會直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)氛圍和學(xué)習(xí)效果。隨著國家對教育的重視和大力付出，各個高校的校園環(huán)境都越來越漂亮也越來越大，無論是操場跑到環(huán)境和運動器材設(shè)備還是住宿條件都越來越好。現(xiàn)代化教學(xué)樓的設(shè)計獨特漂亮而且教室也是多樣化的，教室還配備了更加先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備。隨著課堂模式的變化，教師和學(xué)生不再局限于講臺和課桌的形式，可以參考許多國外的設(shè)計，例如學(xué)生圍成一個圈，老師也在學(xué)生中間和學(xué)生進(jìn)行課堂的討論與交流，各抒己見。這樣不僅使學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境更加輕松有氛圍，也能調(diào)動學(xué)生主動積極思考。

（二）心理教學(xué)環(huán)境心理教學(xué)環(huán)境在課堂教學(xué)中也起到了至關(guān)重要的作用。良好的心理教學(xué)環(huán)境首先要求要建設(shè)一支心理健康、積極向上的師資隊伍。教師作為人類靈魂的工程師，最重要的是品行端莊、有責(zé)任心、耐心，還要飽含學(xué)識有能力有熱情教書育人。心理教學(xué)環(huán)境的改革與創(chuàng)新要求教師要把學(xué)生當(dāng)成獨立的個體，尊重學(xué)生，熱愛學(xué)生，努力營造師生平等的關(guān)系，允許學(xué)生有自己的想法和簡介。除此之外，良好的課堂氣氛也是心理教學(xué)環(huán)境中重要的組成部分，課堂氣氛不光包含了教與學(xué)的氛圍，還包含了學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)研究、課堂討論、學(xué)生之間的友愛和凝聚力等。良好的課堂氛圍首先要靠老師的引導(dǎo)，其次靠學(xué)生之間的傳遞和影響。教師和學(xué)生應(yīng)該努力積極地營造良好的學(xué)習(xí)氛圍，走向正確的價值導(dǎo)向，達(dá)到良好的教學(xué)效果[8]。四、課堂教學(xué)評價的改革與創(chuàng)新課堂教學(xué)評價是對教師“教”和學(xué)生“學(xué)”的一個成果的檢驗。良好的課堂教學(xué)評價首先要求教師上課要有合理的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容涉及，教學(xué)過程思路清晰，始終圍繞教學(xué)目標(biāo)講述，突出重難點。另外，教師還有儀態(tài)端正、語言流利、富有情感。從學(xué)生的角度而言，應(yīng)該抓住課堂的每一分鐘，多與老師進(jìn)行課堂互動、探討等。課堂評價的改革和創(chuàng)新首先可以從考核方式上創(chuàng)新，以更加綜合和開放式的創(chuàng)新考核標(biāo)準(zhǔn)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的分?jǐn)?shù)考核。旨在引導(dǎo)學(xué)生更加重視知識的理解、應(yīng)用與創(chuàng)新，而不單單是傳統(tǒng)式的學(xué)習(xí)解題技巧和思路等。其次，教學(xué)評價可以考慮多元化的評價方式，引進(jìn)激勵機制，摒棄過去式的單一的教學(xué)評價，做到自評自省、互相評價，有效借鑒和發(fā)揮新型的課堂評價創(chuàng)新，完善課堂的反饋功能和反思功能。五、總結(jié)總而言之，在《電磁學(xué)》的課堂改革和創(chuàng)新中，我們?nèi)孕枰粩嗟靥剿骱脱芯?，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式方法、教學(xué)環(huán)境、教學(xué)評價等方面不斷進(jìn)