電磁學(xué)課程中實(shí)施研究性教學(xué)的探索論文

　　《電磁學(xué)》是應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生的一門必修課，是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)習(xí)許多后續(xù)課程的基礎(chǔ)，其基本原理在現(xiàn)代自然科學(xué)和工程技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛而深入的應(yīng)用。《電磁學(xué)》的研究方法高度集中了物理與數(shù)學(xué)結(jié)合的邏輯上的嚴(yán)密性與系統(tǒng)性，其基礎(chǔ)理論對(duì)于學(xué)生今后從事教學(xué)與科學(xué)研究以及工程技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的研究都十分重要。如何提高這門課程的教學(xué)水平和教學(xué)質(zhì)量，為培養(yǎng)高素質(zhì)人才做出了更大的貢獻(xiàn)，是擺在廣大基礎(chǔ)課教師面前的一項(xiàng)重要而緊迫的課題。隨著世界經(jīng)濟(jì)的全面高速發(fā)展，社會(huì)對(duì)高素質(zhì)人才的培養(yǎng)更加關(guān)注，近幾年來已經(jīng)引起了我國(guó)社會(huì)各界有識(shí)之士的普遍關(guān)注。高等教育在新中國(guó)成立以來特別是在改革開放二十年來取得了巨大成就，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)的全面進(jìn)步做出了很大貢獻(xiàn)。然而，長(zhǎng)期以來我國(guó)高等院校對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是一個(gè)突出的薄弱環(huán)節(jié)，教學(xué)觀念落后，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)能動(dòng)性的發(fā)揮，教學(xué)模式單一不利于學(xué)生個(gè)性發(fā)展和拔尖人才的脫穎而出。教學(xué)方法過死，滿堂“灌疏式”的現(xiàn)象基本上沒有得到徹底的改變，考試方法和考試內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生死讀書本。

　　對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)主要以課程考試中的一次成績(jī)?cè)u(píng)定等，束縛了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的發(fā)展。然而，一個(gè)國(guó)家的綜合國(guó)力最終將取決于其科技實(shí)力，而科技實(shí)力在于人才，人才的根本源于教育。而具有嚴(yán)密體系和數(shù)理邏輯思維的高等物理教育教學(xué)在培養(yǎng)高素質(zhì)人才方面可以發(fā)揮十分重要的作用。在這種背景下，我們結(jié)合實(shí)際，在應(yīng)用物理專業(yè)《電磁學(xué)》課程教學(xué)中進(jìn)行了研究式教學(xué)的探索與實(shí)踐，根據(jù)實(shí)際情況提出了在《電磁學(xué)》教學(xué)中實(shí)施研究式教學(xué)的幾點(diǎn)思考。

　　一、物理專業(yè)《電磁學(xué)》課程教學(xué)中研究式教學(xué)的探索與實(shí)踐

　　從狹義上講，研究式教學(xué)就是在課堂教學(xué)中就某一具體問題進(jìn)行專題研究的全過程，通過這一過程使學(xué)生獲取相關(guān)知識(shí)與技能的同時(shí)，對(duì)某一問題具有比較深入的掌握與理解。從廣義上講，研究式教學(xué)是指在教師的指導(dǎo)下學(xué)生就自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和生產(chǎn)生活實(shí)際中選擇和確定專題進(jìn)行研究的過程。根據(jù)上述對(duì)研究式教學(xué)的理解，我們認(rèn)為在《電磁學(xué)》課程教學(xué)中首先應(yīng)當(dāng)對(duì)其教學(xué)內(nèi)容做必要的調(diào)整和改革，特別是應(yīng)當(dāng)增加與當(dāng)前工程技術(shù)領(lǐng)域密切相關(guān)的現(xiàn)代化內(nèi)容。

　　《電磁學(xué)》課程教學(xué)內(nèi)容的現(xiàn)代化改革。《電磁學(xué)》這門學(xué)科的基本內(nèi)容是經(jīng)典電磁學(xué)部分，它主要包括靜電學(xué)、靜磁學(xué)、電磁感應(yīng)和Maxwell電磁場(chǎng)基礎(chǔ)理論，課程內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少。教學(xué)中如何把與當(dāng)前工程技術(shù)領(lǐng)域密切相關(guān)的現(xiàn)代化內(nèi)容補(bǔ)充進(jìn)來，是教學(xué)過程中要認(rèn)真解決的問題。為此，我們將其課程內(nèi)容做了如下的改革：緒論部分講《電磁學(xué)》的重要性時(shí)，介紹一些它在現(xiàn)代科技和生活實(shí)際中的應(yīng)用，如從家電到高技術(shù)領(lǐng)域，從微電子技術(shù)、信息技術(shù)、能源和材料科學(xué)到納米科技等相關(guān)知識(shí)。第一章講到電荷的量子化時(shí)，介紹分?jǐn)?shù)電荷、夸克的發(fā)現(xiàn)和種類。在講到作為靜電理論基礎(chǔ)的庫侖定律時(shí)，介紹高速運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)電荷之間不滿足經(jīng)典庫侖定律的幾種情況，并寫出在相對(duì)論情況下庫侖定律的具體數(shù)學(xué)表示式，介紹用矢量和標(biāo)量來描述靜磁場(chǎng)時(shí)講矢量和標(biāo)量描述的相對(duì)性。第二和第三章為靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電解質(zhì)，講物質(zhì)電結(jié)構(gòu)時(shí)介紹電子和質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)以及原子吸收和發(fā)射光譜研究是了解原子內(nèi)部構(gòu)造的重要手段。電介質(zhì)物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)與極化過程和電偶極子的物理模型在現(xiàn)代原子與分子物理中的重要應(yīng)用，如靜電復(fù)印機(jī)和靜電屏蔽等。

　　第四章講經(jīng)典電子論時(shí)講其應(yīng)用的局限性和現(xiàn)代量子理論對(duì)物質(zhì)電導(dǎo)率的準(zhǔn)確解釋。基爾霍夫方程組仍然是研究似穩(wěn)電路的基礎(chǔ)。第五章靜磁場(chǎng)一章中，講非穩(wěn)恒電流元的畢—薩定律的含時(shí)形式與磁延遲效應(yīng)。第六章講帶電離子與磁場(chǎng)相互作用時(shí)，講重元素質(zhì)譜儀、同步回旋加速器、磁流體發(fā)電等。講磁約束時(shí)介紹磁約束和慣性約束高溫等離子體核聚變以及天體熱核聚變等離子體，同時(shí)介紹離子體作為物質(zhì)世界七種基本形態(tài)（固、液、氣、等離子體、超密態(tài)、反物質(zhì)和真空）之一，即物質(zhì)的第四態(tài)是由足夠數(shù)量的正負(fù)帶電離子組成，其運(yùn)動(dòng)由電磁力支配的另一種物質(zhì)狀態(tài)。宇宙中99%的物質(zhì)處于等離子體狀態(tài)。由于地球的低溫環(huán)境僅存在少量的等離子體，如電解液、電離氣體、空間電離層等。在講磁聚焦時(shí)介紹了電子顯微鏡的基本原理，特別介紹了掃描隧道顯微鏡（ScanningTunnelingMicroscope簡(jiǎn)稱STM），它是IBM公司蘇黎世研究所的賓尼格和羅勒于1981年發(fā)明的，并獲得了1986年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在第七章講磁介質(zhì)的順磁性、抗磁性和鐵磁性物質(zhì)的特性和磁化機(jī)理，介紹了各種磁性材料，如軟磁材料、硬磁材料、磁致伸縮材料、磁光材料等基本特性與應(yīng)用。在分析抗磁性時(shí)介紹超導(dǎo)抗磁性（邁斯納效應(yīng)）、磁懸浮和超導(dǎo)磁懸浮列車。超導(dǎo)體的零電阻效應(yīng)及高溫超導(dǎo)材料的研究狀況和應(yīng)用前景。

　　2.課堂專題和課程論文。在上述對(duì)電磁學(xué)課程在基本概念和基本原理的基礎(chǔ)上，通過對(duì)整個(gè)課程增加現(xiàn)代科學(xué)和工程技術(shù)應(yīng)用知識(shí)進(jìn)行整合。在課堂教學(xué)中，采用課堂專題講座和課堂討論的方式介紹現(xiàn)代物理內(nèi)容。課堂專題有利于把有關(guān)知識(shí)比較深入地介紹給學(xué)生，而開展課堂討論有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，也有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。專題講座和課堂討論的基本原則是不追求把所有專題問題全部講深、講透，而是就某一專題突出重點(diǎn)，要給學(xué)生留有思考的余地。專題講座中的題目可以由教師提出，也可以由學(xué)生自行擬訂，題目所涉及的內(nèi)容主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：（1）就某一電磁學(xué)的原理和基本概念進(jìn)行深入的'分析研究；（2）就某一電磁學(xué)原理密切相關(guān)的應(yīng)用課題進(jìn)行專題研究；（3）涉及了與其他的學(xué)科融合交叉的綜合性專題研究。在專題討論、課堂基本概念和基本原理教學(xué)的基礎(chǔ)之上，指導(dǎo)學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)和圖書館等有關(guān)途徑搜集有關(guān)資料的方法，學(xué)生通過自身的思考、分析、總結(jié)，培養(yǎng)和鍛煉了自己提出問題、分析問題和解決問題的能力。學(xué)生通過自己的努力寫出有關(guān)專題研究的論文，下面就最近四年中部分學(xué)生的電磁學(xué)課程論文列述于下：（1）電磁學(xué)發(fā)展史；（2）晴天大氣電場(chǎng)的利用（探討人類如何利用雷電所釋放出的能量）；（3）金屬導(dǎo)電的微觀解釋（由固體理論結(jié)合經(jīng)典電子論討論了金屬的電導(dǎo)率與環(huán)境溫度的關(guān)系）；（4）超導(dǎo)體及其電磁學(xué)性質(zhì)（討論昂納斯超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度和零電阻導(dǎo)體特性）；（5）Hall效應(yīng)及其應(yīng)用（歷史淵源和Hall傳感器的應(yīng)用）；（6）庫侖定律嚴(yán)格平方反比關(guān)系的幾點(diǎn)討論（討論庫侖定律嚴(yán)格反比關(guān)系與光子的零靜止質(zhì)量、真空色散、電荷守恒等的一些關(guān)系）；（7）右手平直定則的來源與通用性（而矢量的叉積確定第三矢量的問題）；（8）我的有關(guān)地磁場(chǎng)的假說（討論有關(guān)地磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)問題的歷史發(fā)展，提出了自己獨(dú)到的見解）；