电磁学教学实践与改革研究

陈 琳*，李 勇，欧永康，王 应，宋谋胜

（ 铜仁学院 大数据学院，贵州 铜仁 554300 ）

电磁学教学实践与改革研究

陈 琳*，李 勇，欧永康，王 应，宋谋胜

（ 铜仁学院 大数据学院，贵州 铜仁 554300 ）

对电磁学教学中如何使抽象知识形象化，以及如何培养学习兴趣等进行了研究。首先分析电磁场对称性，帮助学生弄清电磁学清晰的知识脉络，形成整体知识框架，便于理解和记忆；然后充分利用实物演示实验和多媒体辅助教学，将抽象概念形象化，改革单一的教学模式和考核方式，激发学习兴趣，培养学生观察力和分析力。

电磁学； 电磁场对称性； 演示实验； 多媒体辅助教学

电磁学是电子技术的基础课程，但是它的基本原理却比较抽象，理解起来依然比较困难，为了提高电磁学的教学水平，很多高校纷纷开展电磁学方面的教学改革[1-4]，不断探索新的教学模式和教学方法，优化教学内容。在长期的电磁学教学实践中我们发现，若在课程开始先分析电场磁场对称性，理清整个课程的知识脉络，对于后面的学习能够起到事半功倍的效果；利用实物演示实验和多媒体辅助教学将抽象理论形象化。此外我们积极探索多样化考核方式，激发学生的学习兴趣和创造潜能。

1.利用电场磁场对称性理清知识脉络

教学中若能讲解知识的同时给他们提供形成脉络的“钱串子”，使零散知识条理化，既有助于理解又容易记忆。我们发现利用电磁场的对称性[5]，将电场和磁场进行对比能够帮助学生形成清晰的知识网络。

通过结构图1显示，电场的理想模型是点电荷和电偶极子模型，研究磁场的理想模型分子电流模型；电荷通过电场传递作用，电流依靠磁场传递相互作用；静电场有源无旋，稳恒磁场有旋无源，有源性数学形式体现是高斯定理，有旋性用环路定理表述。

我们可以将这些知识划分为基础理论和应用两类。讲解基本理论突出怎么建立模型，如何依据物理模型得到相应的数学描述，先建立理论，教会学生怎样利用这些理论去分析实际问题。如法拉第电磁感应是理论，动生电动势和感生电动势以及自感和互感则属于应用；真空电场理论为理论，电场中导体和电介质属于应用，而电容器则属于更具体的应用。

2.利用演示实验和多媒体，将抽象理论形象化

电磁学中很多概念比较抽象，比如电场和磁场，就像学生说的，看不见摸不着，理解起来很困难。授课时需要帮助学生先建立感性认识，帮助学生形成感性认识的最好方法就是演示实验和多媒体模拟。比如为了让学生建立起电场的概念，我们课堂演示了头发上摩擦过塑料棒吸引轻小纸屑，如图2这种相互作用，最后讲解电场有质量、能量，最大特性是具有叠加性。这样既让学生轻松建立起了场的概念，又为下面讲解电场叠加原理作好了铺垫。

图1 静电场和磁场对比图

图2 摩擦过空心笔吸引纸屑

又比如电磁感应，利用图3的实物演示，通过控制磁铁运动速度和方向，在用电磁铁代替磁铁，所示，分析其间两物体作用没有相互接触，让学生进行总结，既容易理解，又容易记忆。课堂演示实验要想达到预期目标，必须引导学生仔细观察和思考，其中包括几个重要细节：（1）使用哪些仪器或器材；（2）如何操作；（3）看到什么现象；（4）揭示什么物理规律。比如讲解电磁感应时，先说（或者学生来列需要的仪器）用了哪些仪器，在观察磁铁不动和运动两种情况电流计指针偏转，说明有无电流，分析产生感应电流的原因（磁铁运动或磁通量变化），再用电磁铁代替永久磁铁，并且保持静止，但是改变电磁铁中电流大小，最后让学生自己总结规律。

图3 电磁感应实物演示图：（a）永久磁铁运动；（b）电磁铁代替永久磁铁

在课堂程上使用实物演示实验能够让学生获得很好的科学研究体验，激发兴趣，培养观察和分析能力。但是实物演示用时较多，实验的不确定因素较多，一旦实验失败或者现象不明显，反而影响授课效果。实物演示还有一个缺点就是实验过程不易控制，利用多媒体辅助教学则恰好可克服这些缺点。

利用多媒体可以向学生展示大量的图片信息，增加教学信息量，节约课堂绘图时间。使用动画还可以将较快的物理过程放慢，让学生观察那哪些快速或者极快的物理过程的细节。

图4（a）是演示分子极化的动画，通过左边的按钮改变电场强度，电场越强，分子极化程度越大，这个过程是无法用实验来演示的，使用多媒体却能达到好好的效果。图4（b）演示自感，形象生动，学生很容易理解自感的基本原理。图4（c）演示电磁感应，通过演示磁铁运动和感应电流方向和大小，能清楚说明法拉第电磁感应定律。图4（d）演示电磁波的发射和传播。我们在电磁学教学中利用大量多媒体课件讲解抽象物理概念，取得很好的教学效果。

图4 电磁学教学中一些动画实例

3.改革单一的考核模式，激发学生创造力

在传统的教学模式下，理论课程的考核主要采用闭卷考试的形式，这种考核形式重点检验学生对理论知识的理解、记忆和简单运用，它很难检验学生将知识运用于实际的能力。为了改变单一考核模式的缺陷性，我们采用多样化的考核方式，每章的课后作业设置了习题、科技小制作、论文和小课题等，每项内容都折合成一定的考核成绩。由于采用了这种综合的考核方法，极大地激发了学生的学习兴趣，不仅觉得电磁学很有用，而且很乐意花功夫动手实验，制作了一些漂亮的小作品如发电机模型等。

4.结语

在长期教学实践中，学生反映电磁学公式多、难记忆，物理概念比较抽象。为了帮助学生克服这些学习上的困难，若能在教学过程中充分利用电磁场对称性整理电磁学知识结构，能够很好的让学生抓住知识主线。课堂上尽可能的使用实物演示和多媒体辅助，能够把抽象问题形象化，培养学生分析和观察能力，提高学习兴趣，而多样化的考核方式更能激发出学生的创造力。

[1] 陶力沛.电磁学教学改革探讨[J].青岛大学学报（自然科学），2001，14（2）：108-109.

[2] 单亚拿.大学物理电磁学教学改革的研究与实践[J].物理与工程，2014，（S1）：48-50.

[3] 王孙禺，曾晓萱，寇世琪.从比较中探索高等工程教育——清华大学与美国麻省理工学院的电类课程设置比较[J].清华大学教育研究，1988，（1）：44-54.

[4] 曾开富.哈佛大学与麻省理工学院学科布局的比较研究[J].清华大学教育研究，2006，（S1），43-52.

[5] 赵凯华，陈熙谋.电磁学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2011.Research on Teaching Practice and Reformation of the Teaching of Electromagnetism

CHEN Lin*, LI Yong, OU Yongkang, WANG Ying, SONG Mousheng
(School of Data Sciences, Tongren University, Tongren, Guizhou 554300, China )

The teaching methods including how to visualize abstract knowledge and cultivate students’ interest are studied in the paper. Firstly, the symmetry of electromagnetic field is analyzed to help students know clearly about the knowledge of electromagnetism and form overall knowledge framework so as to be good for understanding and memorizing. Secondly, by full use of material object demonstration and multi-media assisted teaching, the abstract concept is visualized to reform simple teaching & examination mode, stimulate learning interest and cultivate students’ ability to observe and analyze.

electromagnetism, symmetry of electromagnetic field, demonstrative experiment, multimedia-aided teaching

O441

A

1673-9639 (2016) 04-0047-03

（责任编辑 佘彦超）（责任校对 印有家 ）

2016-04-28

铜仁学院物理与电子工程学院教改项目（wdjg[2015]06）；铜仁学院教改项目（2015jkcgg-016）。

陈 琳（1974-），男，贵州铜仁人，副教授，研究方向：理论物理。李 勇（1976-），男，山东济宁人，副教授，研究方向：凝聚态物理、物质结构。欧永康（1965-），男，贵州铜仁人，高级实验师，研究方向：电子技术。

*通讯作者：陈 琳，E-mail：1162954291@qq.com。