發布時間:2022-04-03 07:58:52
序言:寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁,我們為您精選了8篇的大學物理恒定磁場總結樣本,期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發,請盡情閱讀。
2007年全國高中物理全面實施了新課程標準,新課標的實施給大學基礎物理教學帶來了新的壓力和挑戰。結合高中物理新課程標準和大學物理教學現狀,筆者從知識點、思維方式、新課改選修內容三個方面分析當前大學物理教學中存在的問題,促使大學物理教師改進教學方法,調整教學內容,以激發學生的學習興趣,提高教學效果。
關鍵詞:
新標準;大學物理;教學模式;教學內容
一、引言
物理學是整個自然科學的基礎,物理學的思想方法和研究方法幾乎應用于自然科學的每一個領域,同時物理學也是近代高新技術的重要源泉。大學物理課程是理工科學生的必修課,在強調素質教育的今天,其功能不僅僅是一門為后續課程服務的基礎課,也是培養和提高學生科學素質、思維能力、創新能力的主要途徑。2007年,全國高中物理全面實施了新課程標準(以下簡稱新課標),與舊教材相比,高中物理新教材更強調科學探究方法及科學態度和科學精神的培養。學生基礎知識的改變,對當前《大學物理》的教學產生了較大的影響,也給教師帶來了新的壓力和挑戰。如何加快推進《大學物理》教學改革,在做好大學物理與高中物理知識順利銜接的同時,仍然保持其生機與活力,從而達到提高教學質量的目的?筆者經過幾年的教學探索,發現當前《大學物理》教學中存在若干問題,并提出了解決的思路。
二、大學物理與高中物理知識銜接中所面臨的問題
(一)知識點重復性較大
新課標下的高中物理教材體系依然按照經典物理學的五大分支,即力學、熱學、電磁學、光學、原子物理學為主線,大學物理同樣也是以力學、熱學、電磁學、光學、近代物理為主要框架。相對高中物理,大學物理只是在深度和廣度上有了新的發展,分析工具由初等數學變為高等數學,但物理概念及規律沒有太大變化。對于剛剛領到大學物理教材的大學低年級學生而言,從整體上感覺大學物理只是高中物理知識的重復,而沒有顯示出大學物理的獨立性和實用性,難以激發學生學學物理的熱情和興趣,從而無法實現大學物理的教育功能。
(二)教師授課方式不同
高中物理新課標指出,中學生學習物理的目標為:學習終身發展必備的物理基礎知識和技能,了解這些知識與技能在生活、生產中的應用,關注科學技術的現狀及發展趨勢;學習科學探究方法,發展自主學習能力,養成良好的思維習慣,能運用物理知識和科學探究方法解決一些問題;了解科學與技術、經濟和社會的互動作用,認識人與自然、社會的關系,有可持續發展意識和全球觀念。在此目標指導下的高中物理教材圖片豐富,實用例子甚多,且每章都有精彩的導入。高中物理由于教學內容少,課時多,所以教學進程相對較慢,任課教師為了吸引學生的注意力,啟發學生思考,營造課堂的學習氣氛,對于引入的每一個概念,都能通過演示實驗、講解小故事或者生活現象等方式進行形象解讀,促進學生的理解和接受。長期下來,學生已經適應并習慣了高中教師的這種上課方式。而大學物理更加偏重于對物理理論的整體把握和更加嚴格的數學推導,在教學內容多、課時少、課堂教學信息量大的情況下,教師會通過復習上節內容來導入新課題,或者直接導入新課題進行講解,很少有時間進行趣味性的導入。所以部分學生在進行大學物理學習時,會不適應大學教師的講課方式,不知該如何進行大學物理的學習,顯得很被動,比較迷茫。
(三)學生基礎差異大
由于高中進行課程改革后.實行模塊選修制,《物理(選修3-1)》和《物理(選修3-2)》是必選的,有些地區《物理(選修3-3)》《物理(選修3-4)》《物理(選修3-5)》要求只需選修兩本,但是很多學校為了擠出更多時間,甚至只選其中一本,這樣學生間高中物理知識基礎差別就很大,大學教師在課堂上很難把握一個合適的進度,以符合所有學生的接受能力。例如:在講解力學部分的動量守恒定律,在高中屬于《物理(選修3-5)》,有些省份沒有作為考試內容,所以部分學生根本沒有動量的概念,而在大學物理教材是假定學生完全掌握動量一系列的知識的,直接通過牛頓第二定律的微分形式引入動量定理,無論教材例題還是課后作業,都很少有對概念的直接考查,相關題目難度較大。所以對于初學者來說,物理概念理解不透,因而在解決具體問題時不知從何處下手,結果導致慢慢失去物理學習的興趣。
三、提高大學物理教學質量的對策
(一)上好緒論課
為了消除學生“大學物理只是在重復中學內容”的心理,教師在緒論課中除介紹該課程的發展史、地位、學習方法以外,一定要從內容、思維方式以及數學工具三方面強調高中物理和大學物理的不同。高中物理中,運動學部分的研究對象只局限于沒有大小的物體,即質點的平動;動力學部分,只局限于恒力;電磁學部分只限于勻強場(包括電場和磁場)中的有關問題,而且重點還是在于對于力及研究對象運動狀態的分析。而大學物理中的研究對象沒有這些限制,任何運動、任何物體都可以,變力做功,電磁場更偏重于場性質的分析。大學物理不僅要講“是這樣”,更加要講“為什么是這樣”。例如:高中物理是直接給出質能方程E=mc2,通過一系列的例子說明質量和能量之間的相互轉化,而在大學物理中則由物體質量和速度的關系,再通過動能定理引發新的動能概念,愛因斯坦對最后結果賦予物理意義,由此得出質能方程。在大學中,應用更多的是微積分知識,教師需要讓學生理解微積分的物理含義,理解求導就是求一個變化率,而積分是求導的逆運算,是無限分割再求和的思想。還要引入矢量的概念,矢量的運算和標量有很大的不同,這也是學生容易出錯的地方,進而自然引入矢量代數部分。為了吸引學生的注意力,教師在講解矢積和標積時,可以讓學生思考所學過的物理量中哪些屬于矢積結果,哪些屬于標積結果。良好的開端等于成功的一半,在緒論課上,明確大學物理與高中物理的區別和聯系,克服學生對這門課程的輕視或者畏難兩種極端情緒,對能否引起學生對該課程的興趣和重視顯得至關重要。
(二)教學方式的多樣化
課堂活動是學生學習的重要途徑,經過新課標教育的學生,主動思考能力有所提高,大學物理教學可以根據這一特點,脫離“填鴨式”的教學過程,轉變為強調學習的過程,注重促進學生自主學習,提倡教學方式多樣化。實踐證明:采用啟發式、互動式的教學方式已經成為現階段吸引學生注意、提高大學物理教學質量的最為核心的策略。例如:在大學物理的學習過程中,學生往往對重要物理概念理解不透,在解決問題時還是采用中學的思維方式考慮問題,往往不得解而進入死胡同。因此,大學物理教師在引入知識點時,可采用高中物理的局限性作為切入點,這樣既能復習原來的概念,又可以引發學生的思考,吸引注意力,從而提高課堂效率。以講解功的概念為例:可以先回顧高中所學功的定義及可加性,告訴學生這就是功的定義和性質。進而提出如果F是個變力,而且物體的運動是任何軌跡時,那么這時功的表達形式又是什么樣的?這時可以給學生幾分鐘的思考和討論時間。有了前面關于沖量的講解,大部分學生都能給出功的積分形式。而對于高中反復強調的知識點,像牛頓運動定律和帶電粒子在電場和磁場中的運動等章節內容,教師無需再詳細分析,完全可以提前一周安排學生到圖書館查找資料、做課件,讓學生用一節課的時間在講臺上講給全班同學,其他同學可以進行補充,之后教師再給予總結,使學生都能清楚了解所學內容。運用這些方式,教師既可以更好地掌握學生的學習情況,又能幫助學生加深對概念的理解,有效調動學生學習的主動性、積極性和參與意識,同時也有助于提高學生分析、解決實際問題的能力、自學能力和表達能力等。
(三)積極探索個體化教學
高中物理與大學物理是先行課與后續課的關系,大學物理教師應深入了解高中物理新課標的要求,在開課前對班級學生進行問卷調查,并針對了解到的實際情況,對教學組織作相應的調整。通過物理分層次教學活動,發現學生的潛能差異,通過多種途徑的物理教學,激發個性學生的特長,達到培養學生實踐能力和創新精神的目的。雖然變換教學組織形式,針對不同層次的學生進行分層次教學,可以解決因選修內容不同而造成的學生對知識把握情況不一樣的問題。但在按專業、班級進行大班授課的情況下,分層次教學目前在筆者所在學校還在探索中。例如:針對大學物理某一部分內容,像熱學,組織基礎較差的學生在開課之前,在指定的時間內集中對其進行一定的學習指導,使學生在正式上課之前能夠有一個補習的機會,以便順利步入正軌。經過幾年的探索,這種方式被證明是最簡單易行的,并且能達到開課的目的。
四、總結
大學物理是培養和提高學生科學素質、科學思維方法和科學研究能力的重要基礎課。大學物理教學工作者應當充分了解高中物理的實際情況,做好大學物理與高中物理的銜接;改變傳統的教學習慣和模式,適應新的教學實際;調整教學方法,激發學生的學習興趣,轉變學生的思維方式,使大學物理教學更加生動、有趣、實用,從而提高大學物理的教學質量,為后續課程的學習打下良好的基礎。
作者:吳杰 單位:鄭州輕工業學院物理與電子工程學院
參考文獻:
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[7]物理課程教材研究開發中心.物理(必修3-4)第2版[M].北京:人民教育出版社,2006.
關鍵詞:工程電磁場;少學時;教學改革
作者簡介:傅文珍(1984-),女,江西新干人,嘉興學院機電工程學院,講師。(浙江 嘉興 314000)
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)23-0066-02
“工程電磁場”是在“大學物理”電磁場理論的基礎上,進一步闡述宏觀電磁場基本性質、規律、分析與計算方法,旨在培養學生運用場的觀點對工程電磁問題進行分析與探討,鍛煉學生科學的思維方式。[1]
目前,“工程電磁場”是很多高等院校工科電類專業的一門專業基礎課,它所涉及的內容,是電類專業學生應具備知識結構的必要組成部分,同時又是新興邊緣學科和交叉學科發展的基礎。[2]特別是對電氣專業學生來說,“工程電磁場”是很多后續專業課的基礎,如電機拖動、電力工程基礎及電磁兼容等,可見它的重要性。[3]然而,在當代注重素質教育的大學教育中,大學生的課程豐富多彩,在有限的時間里面,很多邊緣交叉學科的教學課時都在不斷壓縮,尤其是“工程電磁場”教學,從原來的五六十個課時壓縮到三四十個課時不等。如何在有限的時間里上好“工程電磁場”這門課,是很多執教老師面臨的一個難題。
一、嘉興學院“工程電磁場”教學現狀
“工程電磁場”這門課的特點是:以大學物理、高等數學、復變函數等課程為基礎,知識面廣;理論性較強,概念抽象;課程教學過程中公式推導較多,計算復雜;要求學生有較好的空間想象能力、邏輯推理能力和抽象思維能力。[4]嘉興學院(以下簡稱“我校”)相關專業學生對本門課的普遍反應都是難學;另外,教師在課堂上一般從復雜的數學公式推導開始,公式繁瑣不說,很難吸引學生的注意力,最后只落得教學兩難的境地。正是由于這些特點,該課程被公認為教師最難教、學生最難學的課程。然而,為培養寬口徑人才,我校電氣專業該課程計劃教學學時定為32學時。在有限的教學時間里,要使學生對這門課產生興趣并學好這門課,尤其在教學過程中要與我校培養應用型人才、提高學生工程應該能力相符合。這無疑給教師教學過程中的教學方法和教學手段提出更高的要求。因此,對該課程的教學方法和教學手段的改革顯得尤為重要。在此狀況下,筆者根據幾年來對“工程電磁場”的執教經驗,提出在少學時情況下對工程電磁場的教學內容、教學方法進行改革。
二、少學時“工程電磁場”教學內容改革
1.改革目的
在教學內容改革上,注重理論與應用相結合,從實用性出發,激發學生學習的興趣。因電磁場中電場強度和磁感應強度具有不可見的特性,只能通過數學公式進行描述。因此,在講授電磁場理論時應與其實際應用相結合,巧用實例教學。如緒論中可以引用電磁場發展史的一些名人事跡;而在靜電場中的應用有:靜電分離、靜電噴涂、植物育種保鮮等;恒定電場主要應用有直流輸電等。“工程電磁場”應用非常廣泛,每一個章節都有典型應用,各章節的主要應用實例如表1所示。恰到好處應用這些工程實例能夠有效促進學生對知識點的掌握,從而激發學習的興趣。
2.改革內容
在少學時的情況下應適當調整教學內容,做到重點講,少講和不講。然而,也不能一味刪減教學內容,適當引導學生自學也是必要的。按照我校工程電磁場教學大綱要求,“工程電磁場”理論教學內容主要有以下幾部分:矢量分析、靜電場、恒定電場、恒定磁場、時變電磁場、準靜態電磁場、平面電磁波的傳播、均勻傳輸線的導行電磁波、波導與諧振腔等。其中矢量分析的講述主要是為后續公式推導做鋪墊,而從準靜態電磁場開始主要講述特殊形式下的電磁場問題,學生對后續知識點了解即可。因此,“工程電磁場”的教學重點應放在靜電場、恒定電場、恒定磁場及時變電磁場,這些既是基礎理論,又是電氣專業工程應用上接觸比較多的地方。
三、少學時“工程電磁場”教學方法改革
在教學方法的改革上主要采用啟發、引導、探討式的教學方法。在授課過程中,打破傳統的“老師講、學生聽”的被動教學模式,以學生為主體,圍繞教學內容,靈活運用討論法以及質疑等,進行啟發式教學。注意激發學生探索求知的欲望,提高其學習興趣,指導學生在發現問題、提出問題、分析問題以及解決問題過程中培養創新思維能力。根據我校現狀及筆者的執教經驗,提出以下幾點教學方法:
1.采用對比的教學方法
采用對比的教學方法可以幫助學生溫故知新。電場和磁場是緊密聯系的兩種現象,電磁學中,某些電現象與磁現象,雖本質上相異,但宏觀現象上有很好的相似性,或在研究方法上十分相似。從教材內容的安排中不難發現,“工程電磁場”教材中每章的教學內容都是從場的性質、基本方程、邊值問題與銜接條件、場的應用及能量與力等4個方面去分別講述靜電場、恒定電場、恒定磁場和時變電磁場。于是,抓住各種場的對比關系在工程電磁理論教學中很關鍵。對比的方法不僅符合心理學中提到的“意識流”,[5]也符合古代溫故而知新的道理。如靜電場和恒定電場的場量關系對比見表2。
2.注重工程實例的引導性
根據我校“工程電磁場”少學時的特點,在“工程電磁場”的教學內容上刪減了一些與前修課程相同的內容,同時增加工程實例的引入。工程實例的引入不僅豐富了課堂教學,還可以將理論直觀化,將高深理論與工程應用很好地結合在一起,激發學生學習興趣。[6]如:為講解在靜電場中靜電屏蔽的概念以及靜電屏蔽中電場分布和電荷分布的特點,可以先引入靜電分離的工程實例(靜電除塵、靜電噴涂、靜電紡紗等),再介紹靜電分離的方法和效果,然后讓學生去思考出現這種現象的原因。最后,再用理論分析的方法去講解出現這一現象的原因。同時借助一些圖片將這一現象直觀有效地展示在學生面前,如圖1所示。幫助學生掌握在靜電屏蔽情況下靜電場和電荷的分布情況,以及相應的理論。
3.注重課堂的互動性
“工程電磁場”這門課理論性較強,采用傳統的灌輸方式很難激發學生的學習興趣,因此在教學方法上采用互動式教學方式,主要以多媒體放映、MATLAB仿真軟件現場仿真各種場的波形圖為手段,增強學生的自學能力。工程電磁場知識點抽象,空間想象力差的學生很難接受,因此采用多媒體、仿真軟件可以將抽象公式圖像化,幫助學生對公式的理解,引起學生的學習興趣。
4.注重教師的教學地位
“工程電磁場”的教學內容比較多,我校課時只有32課時,時間非常緊,教師應該怎樣把教學內容講清楚?筆者認為應注重教師在本門課程中的教學地位。教師必須在有限的時間里組織好教學過程,選擇適當的題目課后留給學生思考,溫故已學相關知識,同時啟發新的教學內容。采用設疑引學的方式提高學生學習興趣。
四、總結
在我校少學時的情況下,通過對“工程電磁場”教學內容和教學方法的改革,使得該課程更加合理,內容更加豐富,在激發學生學習的興趣同時,解決了“工程電磁場”一直以來難教難學的狀況。
參考文獻:
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[2]蘇利捷.《工程電磁場》課程體系的優化[J].教育教學論壇,
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[3]吳明贊.《工程電磁場》課程研究式教學的實踐[J].電氣電子教學學報,2008,30(4):65-68.
[4]靳宏,莫岳平.“工程電磁場”課程研究性教學探討[J].電氣電子教學學報,2011,33(3):97-99.
【關鍵詞】物理圖像 電磁學 教學方法改革
【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2016)09-0171-02
近年來隨著就業壓力的增大,填報物理師范專業志愿的學生越來越少,生源的素質有所下降。此外,為了提高師范生的就業技能,留出更多的時間用于教育和生產實習,許多原本屬于高年級的課程下放到低年級學習。在這樣的背景下,教師的授課難度越來越大。《電磁學》是一門物理學專業的核心必修課,涉及較多的后續課程,例如《電動力學》、《電介質物理和器件》和《電路分析基礎》等。通過多年來的教學實踐,筆者發現建立物理圖像,抓住物理本質,提高學生學習物理的興趣對于《電磁學》教學質量的提升具有十分重要的意義。
什么是物理圖像?不同的學者對這一概念的理解各有偏差。在大學物理中,物理圖像不僅指兩個物理量之間的函數關系,還指數學公式的物理內涵或物理過程演繹的規律性。通俗來講,是指在學習物理公式的過程中腦子里建立的“畫面感”――就是把事物之間的聯系從理性認識變成感性認識最后固化成物理直覺。對于剛剛學了高等數學,并利用微積分等數學知識來演繹物理規律的學生而言,建立物理圖像是很困難的。為了使低年級本科學生建立起清晰的物理圖像,我們認為應當加強以下幾個方面的工作:
一、物理規律與數學知識的有機結合
作為一名學習物理的學生,不應當將物理當成應用數學。數學是為了表達物理量之間的關系而引入的,而不是為了做計算引入的。例如,電磁場的麥克斯韋方程組,積分形式、微分形式乃至張量形式,從數學角度來說是截然不同的東西。從物理角度來說,盡管所用的數學語言越來越抽象,實際上表達的都是電場磁場的內在聯系,物理圖像上沒有什么差別。物理學是實驗現象和實驗規律的總結,在授課過程中,教師應當盡可能先展示實驗現象,讓學生自己去總結物理規律,以建立初步的物理圖像,這樣才不會迷失于越來越復雜的數學推導。舉例來說,在學習磁場的過程中,通過實驗展示,學生很快會發現每一條磁感線都是閉合的。他們很容易接受“磁場是無源場”這一概念。然后在推導高斯定理時,因為磁場的無源性,對于一個封閉的曲面,不存在“磁單極子”接收磁感線,進去一條磁感線,必然會出來一條磁感線,因此磁場的高斯通量為零。然后通過嚴格的數學推導,將高斯定理的積分形式轉變為微分形式,即磁場的散度為零。以后,學生在聽到“散度為零”時,他就懂得里面存在一個無源的矢量場。這樣,本來是基于實驗得到的物理圖像就變成基于數學公式聯想到的物理圖像,達到數學與物理有機結合的目地。從認知規律的角度,這是一種認知層次的提升。
二、物理抽象規律和過程的“可視化”
在學習電磁學的過程中,電場和磁場因為分別引入了電場線和磁感線作為形象化的手段,學生比較容易想象物理量的大小和方向。但是有些物理量比如能量,既看不見也摸不著也沒有“能量線”之類的輔助手段,在授課過程中又如何讓學生較好地掌握其物理圖像呢?電磁學關于能量的學習一直是難點之一,涉及的能量種類繁多,包括點電荷體系的自能和互能、導體組的能量、電容器的儲能以及通電線圈的儲能等。例如賈起民等編著的《電磁學》一書中有近十處章節提及能量的問題[1],其它如趙凱華版[2]和梁燦彬版[3]的《電磁學》也多次提及能量的問題,而且這些章節遍布全書。如果學生不明確每種能量說明的物理圖像,不了解這些物理圖像之間的聯系和差別,只是死記硬背公式,一定會弄得頭昏腦脹,甚至張冠李戴。因此,我們曾嘗試依照循序漸進的規律,不拘泥于課本安排的授課順序,將電場能量和磁場能量分別作為兩個單獨的體系,從學生熟悉的知識點――力作功和能量守恒定律出發,得到各種電荷體系的靜電能量的場源表示形式,再經過數學推論得到能量密度的表示形式并推廣到極化電場的情形,從中揭示了電場能量的物理本質。對于磁場能量也作了類似處理,最后水到渠成得到了電磁場的能量密度及能流的坡印亭矢量。在授課過程中,因為針對的是同一個知識點的變遷和演化,學生通過類比,容易針對每一種能量建立清晰的物理圖像,而且在教學過程中,培養了學生的物理分析能力和數學邏輯思維能力,已初步取得了良好的教學效果。
綜上所述,研究物理圖像對本科教學的促進作用,將抽象的物理概念和規律具體化,使學生更好地掌握和理解電磁學的概念和規律是值得思考和有意義的問題。
參考文獻
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關鍵詞:電磁場 教學方法 教學效果
“電磁場與電磁波”課程是電子信息類本科各專業學生必修的一門核心基礎課。學好這門課,對培養學生樹立嚴謹的科學思想、科學分析問題的方法、復雜抽象的思維能力、勇于開拓的創新精神等將起著十分重要的作用,并且引導學生思考學習麥克斯韋方程組過程中的科學方法論-對稱性思想,這對他們日后工作實踐具有強大的指導性意義。
一、“電磁場與電磁波”課程教學現狀
由于電磁現象比較復雜和抽象,研究它需要的數學工具多且難,教學過程中感到困難,特別是利用理論解題和實際應用更覺得難。
1.在學習中存在的狀況
一是推導和計算難。課程中所涉及的公式多、表達式復雜、數學要求強。再推導中運用到矢量運算、微積分方程以及復數運算,過程繁雜,往往顧此失彼,學習吃力。二是概念抽象。該課程理論性強,概念抽象,對一些定理及概念,比如說惟一性定律、內自感、外自感等等概念難理解,物理概念不熟悉,學習難度大。三是解題困難。很多學生反應上課認真聽講,下課花大量時間推導公式,可遇到習題又像到另外一個世界,完全無從下手。長此以往,失去學習的興趣。
2.在教學過程中存在的狀況
第一,電磁場與電磁波課程涉及大量的公式推導,部分教師尤其是青年教師往往注重數學計算,而忽略了其物理意義,容易使該課程失去其意義。第二,課程系統性強,注重介紹其理論基礎知識,忽略與實際應用的聯系,容易讓學生產生“學習這門課有何用”的疑惑,不能調動起學生的學習積極性。
基于以上特點,對于電磁場與電磁波這門課,學生普遍認為“難學”,教師普遍感到“難教”。
二、教學方法的探討
1.理論聯系實際,調動學習積極性
電磁場與電磁波以三大實驗定律(庫侖定律、安培定律和法拉第電磁感應定律)和兩個基本假說(有旋電場的假說和位移電流的假說)為基礎,歸納總結出宏觀電磁現象的普遍規律―麥克斯韋方程組,然后再從麥克斯韋方程組(即時變場)出發,回顧靜態場,這時我們可以把靜態場歸結為時變場的一種特殊情況,用麥克斯韋方程組和其輔助方程來解決我們所遇到的具體的電磁問題。這樣就使我們電磁場與電磁波這門課的內容簡化為對麥克斯韋方程組的理解和應用,學起來也就簡單容易,更有利于學生自主學習。在強調對概念的理解上,應該增加與實際相聯系的內容和問題,用課本的理論來解釋日程生活中的事例,以調動學習的積極性。
比如在講解靜態場時,由電磁學的庫侖實驗定律和安培定律分別引出靜電場、恒定磁場的概念,并掌握靜態場的方程及其物理意義,并介紹靜電場的最常見的一個應用就是帶電粒子的偏轉,像控制電子或是質子的軌跡。很多裝置,例如陰極射線示波器、回旋加速器、噴墨打印機以及速度選擇器等都是基于這一原理的。隨著學生對靜態場的逐漸了解,問題也就解決了。在介紹時變場時,重點放在麥克斯韋方程組及其物理意義上,引導學生從該方程組出發,推導出波動方程、邊界條件等方程。又比如,在學習均勻平面波的傳播時,應該幫助學生建立起電磁波的概念,并對現實生活中遇到的電磁波傳播問題進行討論,再向學生提出幾個應用問題:為什么海水中需要用長波通信?防輻射孕婦裝為什么能起到防輻射作用?為什么在微波爐加熱不能用金屬托盤?收音機和電視的天線架設為什么不同?為什么隱形飛機雷達探測不到?等等,引導學生去尋找電磁波的應用,在工程實踐、科學研究、日常生活,乃至現代戰爭中都能找到電磁場應用的實例。通過這部分理論知識的講授,學生對這些問題有了較深的認識,經過發現提出問題、解決問題的過程,學生對本課程的興趣越來越濃厚,學習目的也非常明確了。
2.板書與現代教學手段相結合
多媒體計算機和網絡教學以其豐富的媒體表現形式、強大的教學交互功能和方便自由的自主性學習特性,對于提高學生的知識水平、培養學生的信息素養、培養學生的創造思維有著傳統教學無法比擬的優勢。但運用多媒體進行教學不能完全拋棄傳統板書,尤其是“電磁場與電磁波”課程公式多,推導復雜,兩者應有機結合起來,并把多媒體教學作為一種輔助教學手段。當進行公式的推導與分析時,應采用板書為主要方式,學生容易對復雜公式理解和接受,同時又引導思路,而不是一頁幻燈片過去,學生不知道講解了什么。但在介紹一些抽象的概念時,利用多媒體技術和仿真技術制作的CAI課件相結合,把復雜抽象的內容用生動形象的方式表達出來,圖文并茂,形象直觀,可以幫助學生對學習內容的理解。
下面以介紹波導的場結構教學為例,教師可以在教學過程中插入波導場結構的動畫效果,其截圖如圖1,通過動畫效果演示不僅能夠提高學生學習波導的積極性和主動性,而且能夠鼓勵并引導學生的好奇心、求知欲、想象力、創新欲望和探索精神。
圖1 波導的場結構
3.梳理知識系統,學會舉一反三
電磁場與電磁波解題困難,其主要原因是其求解過程不僅僅是一個數學問題,更主要是一個物理問題。只有把其中內含的物理過程分析明白,運用好數學知識,才能充分理解問題的實質,找到正確的求解方法。對于大三學生來說,有必要增加對前面相關內容的回顧,如矢量的通量、環量及矢量運算等。在學習過程中,要加強前面知識的回顧和應用,比如介紹動態位函數時,先回顧靜態場中位函數的引入、位函數滿足的方程、以及位函數的定義表達式以及應用,進而推導出動態位以及滯后位的相關理論,有利于學習的連貫性。又例如在介紹平面波時,結合波動方程分析平面波的傳播、入射和反射等波動特性等等。鼓勵學生在做具體的題目時,做完后反思這題所涉及的知識及能力要求符合教學大綱的哪一部分內容,跳出題海戰術,學會舉一反三,更有助于加深學生對于電磁場與電磁波的認識。
“電磁場與電磁波”課程難學難教,而掌握本課程的理論基礎知識,對電子信息工程與通信工程專業的學生來說又非常重要。我們將進一步合理運用新的教學手段,提高教學質量,在理論教學中注意結合具體的應用問題講述,鼓勵學生主動學習、積極思考。
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