基于探究式教学的电动力学课程教学改革实践

邢琳 贺庆 张牛 尹莉

摘要本文采用探究式教学对电动力学课程的教学内容、教学方法、教学手段和考核形式进行了改革，提高了学生学习的积极性、开拓了学生的视野，培养了学生的能力，获得了较好的教学效果。

关键词 电动力学 探究式教学 教学改革 实践

中图分类号：G424文献标识码：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.29.045

Practice of Teaching Reform of Electrodynamics Course Based on Inquiry Teaching

XING Lin， HE Qing， ZHANG Niu， YIN Li

（College of Science， Zhongyuan University of Technology， Zhengzhou， Henan 450007）

AbstractThis paper uses inquiry teaching to reform the teaching content， teaching methods， teaching means and examination forms of electrodynamics course， which improves students’ learning enthusiasm， expands students’ vision， cultivates students’ ability and obtains better teaching effects.

Keywordselectrodynamics； inquiry teaching； teaching reform； practice

電动力学是应用物理学专业大三学生所学的一门专业必修考试课程。它是物理学领域的一门重要基础理论课，和理论力学、热力学与统计物理、量子力学共同构成理论物理领域的四大力学。它是一门着重研究电磁现象的课程，该课程以麦克斯韦方程组和洛伦兹力表达式为基础，系统求解各种电磁现象，并阐述蕴含的物理规律。[1，2]在学习电动力学课程的过程中，重点理解电磁现象的物理概念、物理规律及掌握各种条件下电磁现象的求解方法。通过学习电动力学，可以很好地服务于科学技术领域，解决生产实践中与电磁相关的问题。

随着高等教育的发展，教育改革进程的不断深入，国家对高校培养人的能力要求更高。为了提高学生的创新创造能力、探究思考能力、提出问题和解决问题的能力，我们通过探究式教学对电动力学课程进行了多方位的改革，有效激励了学生学习的主观能动性，磨炼了学生动手查资料的能力，提升了学生探究思考的能力，训练了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，提高了学生创新创造的能力，拓宽了学生的视野，增长了学生的见识，激发了学生关注科学前沿的兴趣，让学生切实从中获得了更多的收益。

1探究式教学在课程教学内容中的改革

电动力学是一门实用且重要的课程，其在与电磁现象相关的技术方面有着广泛的应用。为了完善学生的知识体系，扩展学生的视野，增长学生的见识，激励学生关注科学前沿的兴趣，我们对课程内容进行了一系列的挖掘和探究。

1.1探究课程间的内在联系

电动力学课程属于理论课程，其先修课程有高等数学、线性代数、数学物理方法、光学、机械波、电磁学等，其后修课程也有很多，如固体物理、量子力学、凝聚态物理、微波、光波导、光子晶体、等离子体、无线电波、激光技术、天体物理等。先修课程中的数学相关课程为电动力学提供了数学基础，先修课程中物理相关课程为电动力学提供了物理基础。同时，电动力学也为后修课程从电磁场和电磁波的角度提供了基础。通过引导学生思考和探究课程间的内在关系，可以让学生更加深刻地了解课程体系。这一探究不仅让学生由感性认识提高到理性认识，而且更重要的是完善了学生的知识体系。

1.2探究电磁理论的发展史

电动力学中电磁理论的建立经历了一个相当长的发展过程。最初的人们仅认识到静电、静磁和电流等现象，但随着工业生产的发展，人们逐渐认识到电现象和磁现象之间的内在关系，并提出了场的概念。1864年，麦克斯韦通过引入位移电流并在前人研究的基础上归纳建立了电磁理论——麦克斯韦方程组，该方程组成了电动力学中对电磁现象求解的重要理论基础。20世纪以来，人们又进一步研究了电磁场的微观性质。现在，新的生产实践将继续推动电动力学理论的发展。[1，3]

通过引导学生查资料、进一步深入探究电磁理论的漫长发展史，引导学生体会电动力学的发展和生产实践的关系。电动力学理论对生产实践有重要的指导意义，而生产实践反过来又推动了电动力学理论的发展，二者相辅相成，相互促进，共同发展。鼓励学生用辩证唯物主义和历史唯物主义的思想看待事物的发展，思考和解决生活和学习实践中遇到的困难和问题，树立正确的世界观、人生观和价值观。另外，引导学生对电磁理论发展史的探究，也有助于完善学生的知识框架，提升学生对知识的巩固和掌握。

1.3探究物理学家的事迹

任何学科的进步都需要由无数的科学家为之付出艰辛的努力。在电动力学教材中，与电磁理论相关的物理学家有60多位。通过引导学生查资料，探究物理学家在电磁领域的杰出贡献。通过了解物理学家的生平、照片、简介、出生背景、成长过程、伟大成就及相关故事等，极大地激发了学生对物理学家的崇拜，学习他们善于思考、发现问题、解决问题的百折不挠、敬业奉献、创新精神，鼓励学生献身科学，立鸿鹄志、做奋斗者。

1.4探究电磁理论在生产实践中的应用

随着科学技术的发展，电磁场和电磁波在生产实践和科学技术领域的应用越来越广泛，比如在医疗、军事、农业、航空航天、地质勘探、电力系统、无线电波等。通过引导学生查资料，探究了电磁理论在各行各业中的应用，鼓励学生主动了解电磁知识在学科前沿研究中的动态，树立了学生的创新意识，同时引领学生了解我们国家与电磁相关的伟大成就，比如天眼工程、5G网络、北斗导航系统、航空航天等，增强了学生的民族自豪感和自信心，培养了学生的家国情怀，坚定了学生中国梦的信念，激励学生把爱国情、强国志、报国行自觉融入坚持和发展中国特色社会主义事业、建设社会主义现代化强国、实现中华民族伟大复兴的奋斗之中。

2探究式教学在课程教学方法中的改革

电动力学课程有较为抽象的物理概念与规律、有较为复杂的数学公式与推导，学生们常常望而生畏，失去学习的兴趣。为了让学生形成较为清晰的物理概念，牢固地掌握电磁场的运动规律，我们采用了多种教学方法相结合，充分调动了学生学习的主动性和积极性，培养了学生探究式学习的能力，发掘了学生的创新能力。

2.1讲授法

采用了学生讲授和教师讲授相结合、线上讲授和线下讲授相结合的教学方法。学生在线上的慕课课堂对单个知识点进行精讲，教师在线下的课堂上对课程内容进行梳理、总结。通过不同形式的讲授，学生们对电动力学课程的脉络、知识框架都有了清晰的逻辑，对物理概念的理解更加深刻、对知识的掌握也更加牢固。另外，学生通过讲授，不仅锻炼了胆量，增加了自信，而且也提高了语言表达能力，对问题的思考、探究、理解和吸收能力。

2.2讨论法

以问题为中心，开展了线上慕课平台讨论和线下课堂讨论相结合的教学方法。由于电动力学课程中所学的电磁理论知识和实际生活紧密联系，为了让学生能够对所学知识学以致用，通过引导学生深入挖掘实际生活中的一些例子和问题，让学生根据所学的物理科学研究方法，用探究的眼光去发现、分析和解决问题。通过采用以学生为中心的小组式讨论方法，引导学生从提出问题开始，激发了学生对问题探究的兴趣。这种针对性的探究和讨论，不仅提高了学生对知识的灵活运用能力，而且培养了学生的表达能力、科研思维能力，也培养了学生的科学精神和态度，更重要的是培养了学生的创新精神和创造能力。

2.3任务驱动法

给学生布置与电动力学课程相关的探究性的具体任务，采用以小组为单位和以个人为单位相结合的教学方法。通过引导学生查阅资料，探究与任务内容相关的知识，进而对相关的知识进行整理和吸收。通过任务驱动法，学生获得了课本知识以外大量的有用信息，并获得了探究的体验和感受，不仅拓宽了知识面，增长了见识，而且培养了学生独立与合作、思考与探究的学习能力。在探究任务的过程中，学生也深刻地体会到电动力学课程为工业电气化和无线电通信的发展奠定了基础，推动了人类的文明和社会的进步，同时学生也深刻地感受到电动力学课程的社会作用和社会价值，这也增强了学生的专业自信和学科自豪感。

2.4自主学习法

电动力学课程中电磁理论知识在生产实践和科学技术领域都有着非常广泛的应用。教材中也新增了学科前沿的相关知识，但由于课时关系，这部分内容留给学生自主学习。同时为了紧跟学科前沿，引导学生查阅资料，自主探究学科前沿的发展，采用平时课下探究和期末线上交流相结合的教学方法。通过自主学习法，不仅培养了学生的自主学习能力和学习习惯，而且开阔了学生的视野，增长了学生的见识，同时激发了学生的梦想，树立了远大的奋斗目标，在学生的心中埋下了科学研究的种子。

3探究式教学在课程教学手段中的改革

为了巩固学生的学习内容，提高学生的学习效果，我们对课程教学手段进行了一系列的改革，采用了多样化的教学手段协助教学。其中，线上平台和线下课堂相结合的混合式教学手段，为课程探究式教学内容和探究式教学方法提供了强有力的支撑。

3.1线上平台

常用的教学手段有：（1）课前预习。引导学生充分利用线上平台课程资源，提前预习所学内容。（2）课中讨论、互动。利用线上平台，在活跃课堂气氛、吸引学生注意力、提高学生参与度的同时，实时监测学生对知识的理解和掌握程度。（3）课后讨论。在线上平台教师设置一些讨论话题或者学生自主进行讨论。（4）作业提交与互评。引入探究式教学后，拓展的知识需要学生以小组或个人为单位进行查资料，吸收消化后，整理并进行网上提交。提交的形式呈多样性，有word版或pdf版的小论文、ppt、音频、视频等。每一种提交形式的作业，学生都精心制作，可圈可点。同时对学生提交的线上作业，要求学生之间互评，达到相互学习的目的。（5）知识点的讲解与总结。对教材知识点进行分解，学生按学号进行选择，要求每一位学生对教材中的一个知识点进行讲解和总结，加深学生对知识的理解与掌握。

3.2线下课堂

常用的教学手段有：（1）传统板书。有助于学生对重难点知识和重要的公式的理解与掌握。（2）信息技术。包括ppt电子课件、问题的讨论、专家的讲座和视频等。信息技术的引入，一方面很好地辅助了教学，另一方面也有助于及时掌握学生的学习情况，拓宽视野，扩大知识面。（3）作业。课下纸质作业的练习，也是必须必要的，达到对所学内容举一反三的效果。（4）课前小测。及时把握学生对上一讲内容的掌握情况，有助于随时调节课程难易程度的讲解及进度。

总之，在整个授课的过程中，将多种教学手段相结合灵活使用。如线上线下相结合、讲授与讨论相结合、基础理论教学与学科前沿知识相结合、基本理论与科研实践训练相结合等。运用现代化的教学设备、技术和手段，充分调动学生探究式学习的自觉性，使学生更加主动积极参与课程任务的探究。在探究中学生不仅可以逐步獲得成就感，体会到科研的乐趣，而且可以逐渐提升创新意识，提高科研实践能力。

4探究式教学在课程考核方式中的改革

探究式教学引入到电动力学课程教学的整个过程后，学生们做了大量的工作。为了提高学生的积极性，对学生所做的工作都在总成绩中有所体现，为此我们对课程考核方式也进行了改革，由传统的期末一张卷子改为总成绩由平时成绩和期末成绩构成，而平时成绩又由课堂考勤、线上慕课资源的学习、线上线下的作业、线上线下的讨论和每一章的过程性考核所组成，充分保证了学生的付出都会有相应的回报，极大地提高了学生参与的积极性、学习的主动性，而这一考核方式反过来又激励学生主动学习，最终形成良性循环，达到了预期的效果。

5结束语

通过在电动力学课程中引入探究式教学，对课程的教学内容、教学方法、教学手段和考核方式进行了一系列的改革，不仅调动了学生学习的能动性，而且培养了学生主动探究的能力，同时增强了学生的爱国主义精神、科研奉献精神、不怕困难的钻研精神、善于动脑思考的创新精神和看待问题的辩证唯物主义思想等，获得了较好的教学效果。

基金项目：中原工学院校级教学改革研究与实践项目（2018-59）、（2021-78）；中原工学院应用物理学一流本科专业建设项目

参考文献

[1]郭硕鸿.电动力学（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]杨世平.电动力学[M].北京：科学出版社，2010.

[3]宋德生，李国栋.电磁学发展史（修订版）[M].南宁：广西人民出版社， 1996.