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新形势下地方本科院校大学物理电磁学部分课堂教学浅析

发布时间: 2022-04-12 08:25:02 浏览:

摘要:大学物理是为培养非物理类专业研究型人才打好基础的课程。大学物理课程在增强学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的探索、创新精神,培养学生的科学思维能力,掌握科学方法等方面,都具有不可替代的作用。其中电磁学部分内容是电工学、电子计算机技术以及其他新科学、新技术发展的基础,所以电磁学部分的理论教学就特别重要,本文对大学物理电磁学部分的教学对象、教学内容、教学策略及方法进行了相应的分析,提出了自己的看法。

关键词:场;物理现象;本质;微积分

引言

地方本科院校培养的是较扎实地掌握本门学科的基础理论、专业知识和基本技能,并具有从事专门技术工作或科学研究工作初步能力的应用型人才。这就要求学生具备合理的知识结构,掌握科学工作的一般方法,能正确判断和解决实际问题,具备终生学习的能力和习惯,以适应和胜任多变的职业领域。教师对知识的讲授不仅要向学科的纵深发展,还要注意学科间的横向关系,要注意培养学生的科学思维能力、创造能力和创新能力。

一、教学对象

物理学作为基础学科,广大理工类本科生在中学阶段就已经全面接触并且较为熟悉。理工类的同学从初中开始接触物理知识,再经过三年高中的物理学习与训练,可以说已具有一个较为系统的物理基础知识。这些中学阶段的基础一方面作为基础支撑会有助于大学物理的教学,但是大学物理的教学情况显示,相当部分的学生在学习大学物理课程过程中显得较为吃力,这其中很大一部分的原因就在于他们无法跨越与高中物理衔接中出现的“台阶”。

大学物理和中学物理在思维方式、教学方法、学习方法等各方面都具有明显的差异。中学阶段物理学习以课堂教师的详细讲解、课后大量的习题模仿练习为主要手段,普遍的缺乏课前预习与课堂笔记的要求,整体上学生也缺乏进行归纳总结的意识和能力,属于依赖教师强制措施的被动学习;而大学物理课堂中由于内容多、范围广,所以教师课堂所讲内容信息量大、难度高、概念更为抽象,同时教学进度和节奏也远高于中学阶段。这使得课堂上的教学以理论分析、逻辑推导为主,刚进入大学的学生还不够很快适应这种高强度的教学。学生由于公式定理多,数学符号难导致不能正确认识物理的价值;还有的学生认为物理不是本专业的主课但又必须对付考试,于是导致用死记硬背的方法学习物理;多数学生的自主学习的愿望在大学里急剧下降,课后没有任何措施使得他们放任自流,将问题积累起来所以帮助学生尽快跨越中学到大学的学习台阶为大学物理教师的首要任务。

中学与大学在物理学习中的师生沟通也存在显著差异。中学物理的课时是大学物理的数倍,学生与老师之间有较多的接触时间,所以互相较为熟悉。这使得中学物理老师能够很好的得到学生的教学反馈,学生也能及时得到答疑解惑。而大学里老师和学生之间的交流主要还是依赖课堂时间,课余时间接触机会很少,几乎没有单元测试、课堂练习的等手段进行教学反馈。大学生物理学习的目的性明显不如中学阶段,所以即使少量作业也完成的比较差,有效反馈很少。

二、教学内容分析

1.教学内容的地位和作用

(1)“场”理论的建立。法拉第的“场线”和“场”的提出打开了另一扇理论分析的窗户,从此在人们眼中物理对象不再仅仅是肉眼可见的实物,还多了一个看不见摸不着无处不在的场。通过电磁学学习,建立“场”理论,初步掌握场基本分析方法是电磁学学习的目标之一。

(2)电磁统一的物理思想。人类从单独的电现象和单独的磁现象开始研究,到奥斯特发现电流的磁效应,引发法拉第电磁感应现象的发现,到激发麦克斯韦经过严密的理论推导,提出感生电场和位移电流假设,最后统一了电和磁,建立电磁场方程。人们眼中原来两个完全不同的物理现象其内涵本质却是一致的,电磁学理论的建立和学习充分体现了物理现象下面本质的联系。

(3)微积分在大学物理中的应用,不仅仅是一种数学工具的应用,更是一种思维方法的应用。微积分广泛应用于物理问题的研究中,许多重要的物理规律都必须以微积分的形式来表示。把物理对象分割成微元后,不均匀量变成均匀量,变量可看作常量,这样复杂问题就简单化。

(4)电磁学中数学语言的表达必然强化高等数学基本知识的理解和应用。电磁场同其他场对象一样,共同的特点是无处不在,即弥散性。电磁场是矢量场,具有叠加性。所以分析场、相互作用时必不可少的数学工具是矢量和微积分,多数大学生学完高等数学后不能深刻地理解数学语言表达的内涵。电磁学从一维线性向三维空间作了推广,并且把矢量运算和微积分融合,即矢量微积分运用较多。物理教学一方面培养学生的物理思想,还有更重要的一个方面就是学会场理论的数学描述,并反哺数学学习,提升数学与物理现象的互译能力。

2.学生可能存在的问题

(1)由于数学上的局限,中学物理上只能将问题作些条件上的限制和化简,使得习惯于中学物理思维的学生对于问题不能展开和进行深入的探讨。物质是在不停地运动的,有运动就有变化,那么描述运动状态或运动规律的物理量就是变量,要求解变量问题就要求有微积分知识,这是在中学中无法解决的问题。

(2)大学物理与中学物理相比,其中一个很大的变化就是由相对复杂的“变量物理”问题代替了相对简单的“常量物理”问题。而解决物理问题的基本分析方法是应用微积分的分析方法,而很多学生却跳不出高中阶段的思维模式,尚未能将微积分的思想、原理和方法与物理问题结合起来。

(3)“场”的弥散性和叠加性决定了场在具体定量分析中的思维方法。学生经常容易被现实空间一些实物感观限制了思维,考虑缺失,叠加的时候对微积分掌握不牢固,加之没有充分理解场的“叠加”思想,常常按部就班,没有充分理解其思维特点。

三、教学策略及方法

1.教学内容的重组和加工

(1)利用物理学史,加强科学思想方法的讲授。

物理学由于自身的特点一向具有思维训练的独特效果,在物理学的发展历史中又蕴涵着丰富的科学思想方法,锻炼科学思维能力、掌握科学思想方法正是现代素质教育的目的所在。因此在稳恒磁场的教学内容中适当增加物理学史的内容,对科学思想方法的传授和创新思维的培养是大有裨益的。

(2)利用电磁学中丰富的方法论因素培养学生的科学思维能力。

在稳恒磁场的教学过程中应自觉挖掘教材中的方法教育因素,改变学生“重知識、轻方法”的传统,在稳恒磁场的教学过程中以“从现象到本质”组织教学内容,磁现象之间的区别和联系为组织顺序按物理学方法进行。既教知识、又教方法,使学生在学习物理知识的同时,能不同程度地受到方法论的熏陶,培养学生科学研究的初步能力。

(3)在讲解系统理论的同时,适当介绍电磁学前沿的一些内容。

电磁学作为电子技术、微波、遥感、通讯等应用学科的基础理论,近些年来其研究内容与实际应用之间的联系更加密切,不断具有新的研究方法和方向,在教学中,教师可结合学生实际,对中子星进行定性介绍,这样不仅把学生带到了科学发展的前沿,开阔学生的视野;同时也把电磁学的基本原理与这些新成果密切联系起来,极大地激发了学生学习的兴趣。

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