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Abstract： This paper introduces how to teach the Gauss theorem of electrostatic field in the independent colleges， where the mathematica and physics of the students are weak. We propose to make use of the graphic method as far as possible， to simplify the definition of surface integrals， as well as to appropriately increase the symmetry analysis.
關鍵詞：獨立學院；靜電場高斯定理；圖示法
Key words： independent college；the Gauss Theorem of electrostatic field；graphic method
中圖分類號：O211.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）09-0193-03
1 靜電場高斯定理的教學要求與困難
大學物理是理工科必修的公共基礎課程。但由于獨立學院處于向職業教育轉型過程，許多學校的大學物理課程面臨課時減少的問題。另外高考人數逐漸減少，錄取率逐年提高。昔日的精英教育已經變成大眾教育（湖北省2016年本科錄取率達到49%[1]，全國錄取率（包括高職專科）預計超80%[2]）。獨立學院的新生基礎必然非常薄弱。如何使高考處于及格線附近的學生在較短的時間內掌握必要的物理知識，是大學物理教師必須面對的問題。本文嘗試在對大學物理中一個非常重要的章節-靜電的高斯定理進行分析，討論如何實現以上目標。
靜電的高斯定理的麥克斯韋四大電磁學方程之一[3]，結合麥克斯韋環路定理能唯一的確定電場的性質。該定理在電磁理論中非常重要，它揭示靜電磁的基本性質-有源性。對于理解整個麥克斯韋電磁理論是不可或缺的，在2006年頒布的《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》[4]中屬于A類。通過對靜電的高斯定理的學習，能加深學生對于場的物質性的理解，也能了解物理學對場的研究方法。對后期學習磁場的高斯定理也有所幫助。現有的教學中，靜電的高斯定理一般安排2個學時。在2個學時內需要教學目標我們分為3個：①準備階段（建立概念：電場線電通量（其中包含：勻強電通量、曲面電通量、閉合曲面電通量、單位法向量）電荷密度（球對稱、面對稱、柱對稱））；②靜電場高斯定理的證明階段，③應用階段（分析適用條件，對稱性分析，舉例）。要在規定學時內完成以上任務需要教師對教材非常熟悉，并且學生要較好的數學物理基礎并精神高度集中。如果在教學中其中任意一個知識點，教師處理不當或學生沒有跟上。則整節課教學效果必然大打折扣。另外該節課涉及預備的理論基礎為：矢量分析，曲面積分，庫侖定律。由于該知識點講授一般在大一下的期中之前，大部分高校的矢量分析與曲面積分沒有學習。這使靜電的高斯定理講授變得異常困難。
但是拋開理論上的繁瑣，靜電的高斯定理的幾何圖像特別清晰。如果適當的放棄理論的嚴謹性，可以使大部分基礎薄弱的學生掌握高斯定理，并能提高他們的學習信心。對于基礎好的學生，可以通過啟發式教學引導自學更加嚴謹的證明。我們認為對于不需要電磁理論的專業，這樣安排是合理的。對于電子通訊等專業，學生在大三要學習后繼課程《電磁場與電磁波》。那時學生的理論基礎也足夠來學習那門新課程。本文以下分為三個部分，第2部分討論高斯定理的預備知識講解和證明。第3部分為討論高斯定理應用講解。第4部分為討論的總結。
2 靜電場高斯定理的準備和證明
靜電場高斯定理證明一般從引入電場線的概念開始，而這個知識點是學生高中非常熟悉的，因此我們一般快速帶過。主要是復習電場線分布與場強關系，讓學生通過圖片回顧下幾種典型電荷分布的電場線。然后介紹電通量的幾何概念-“穿過曲面的電場線的數量”。這里和最終的表述不同，我們希望通過逐步的講解，深化學生對這個概念的理解。首先以勻強電場為例，引入電通量的定義式。當電場與平面垂直，面積越大，場強越強電場線越密，通量越多。因此定義Φe=N=E ┴ S。當電場與平面存在夾角，則引導學生通過投影法，或矢量分解法得到Φe=EScosθ。強調夾角與通量正負的關系為后面封閉曲面做準備。雖然處理方法普通，但我們一般在這個地方花較多時間，啟發引導學生。這樣的引入可以加深學生對通量的理解。
對于非勻強場的通量的計算，簡單的介紹思想就可以了。由于通量對應電場線數量。任意曲面的通量，可以分解為無數面積元通量之和。這里的定義涉及曲面積分，對于大一的學生來說數學基礎還無法處理或計算。我們通常以一個x-y平面上矩形區域為例介紹通量的計算。這是通常的2重積分，也是在大學物理課程中學生能計算比較復雜的非勻強場通量的問題。通過這個具體的例子，學生的理解會更加深刻。對于閉合曲面，我們規定鞒齙耐量為正，得到電通量的幾何意義：穿出曲面與穿入曲面電場線的數量差。非勻強場的通量涉及數學較多，因此以教師講解為主。對于一般的曲面積分則可以引導基礎較強的學生思考通過投影法如何寫成定積分的表達式。
靜電場的高斯定理適用條件，可以通過選擇題、判斷題來得到。順便考察學生對定理的理解。
3 靜電場的高斯定理的應用
靜電場的高斯定理的求解電場的局限性很大，講解高斯定理的應用是為加深學生對高斯定理的理解。而這里的講解也是分為①用靜電場的高斯定理求解電場條件；②對稱性分析；③具體計算。
首先是要給出高斯定理的求解電場的條件：只有存在某個高斯面過帶求場點，滿足：①電場垂直高斯面并大小不變，或者②電場與高斯面處處平行。滿足這個條件高斯定理可以簡化為ES┴=。電場的求解就可以由積分方程化簡為簡單的代數計算了。在這里要強調：S┴可以是高斯面的一部分，Qin是高斯面內的電荷。我們可以通過設問“什么樣的電荷分布滿足以上條件呢？”我們引入對稱性分析。
通常的高斯定理的應用主要是求球對稱、柱對稱、面對稱三種電荷分布下的電場。受到學時的限制，一般的教材在對稱性的分析上用的時間很少，沒有給出球對稱、柱對稱、面對稱的定義，并且電場的分布和方向一般是直接給出的[5，6]。失去了知識的內在聯系，也使學生缺少對稱性這方面的鍛煉。首先我們給出電荷球對稱、柱對稱、面對稱的定義。球對稱是指電荷分布相對某個球的任意直徑有旋轉不變性。例如：均勻帶電的球體球面滿足球對稱。柱對稱是指電荷分布相對某個軸具有旋轉不變性，并且相對軸的方向有平移不變性。例如：無限長均勻帶電的圓柱體圓柱面。面對稱是指電荷分布沿某個平面上任意方向平移不變。例如無限大均勻帶電的平面。通過這些定義提出課外思考：有沒有非均勻的帶電體滿足以上的條件，并求出電場的表達式。
由電荷對稱得到電場分布對學生來說是比較困難的。我們認為通過圖像來表達會更加容易。學生的理解也更加深刻。對于柱對稱的無線長均勻帶電直線（圖2）。由于對稱點上在待求場點的垂直電場相互抵消，合場強垂直直線。電場空間分布可以繞直線旋轉得到。因此電場大小只與距離有關。
對于球對稱和面對稱。先分析均勻帶電圓環軸線上的場強（圖3），由于對稱點上在待求場點的垂直電場相互抵消，合場沿著軸線。
球對稱或面對稱的電荷總是可以分解為無限個均勻帶電同軸圓環（圖4），合場沿著軸線。因此，球對稱電荷電場必然沿著半徑方向。電場空間分布可以通過旋轉得到，因此電場大小只與距離有關。而面對稱的電荷的電場必然垂直平面。
在具體計算場強時候，我們認為應該避免直接利用抽象的曲面積分求解。在推導過程中要強調的要點是曲面必須是閉合曲面。特別在柱對稱和面對稱中，強調高斯面應該包含柱體的底面和側面。在具體講解中另一個學生容易出現問題的地方就是高斯面包圍電荷的計算。我們在作業和考試中經常發現學生不能正確寫出球體球殼體積，因此在課堂上計算更加復雜的非均勻分布的電荷電場的求解效果也不會好。相應的問題可以留在習題課上深入討論或者作為學有余力的同學作為課外練習。
4 討論與總結
靜電場高斯定理的幾何圖像非常清晰。通過我們的講授學生基本能夠掌握定理的內容。
但是提到有源場的概念，學生又會比較迷糊。這由于學生第一次接觸靜電場是有源場的概念，我們認為很有必要說明有源場的意義加深他們的印象。通過展示圖5的電場線，我們指出有源場的概念在中學中就已經提出并要求學生給出：電場線從正電荷出發終止于負電荷，這也是靜電場高斯定理定性的描述。靜電場高斯定理定量的結果是給出，從正電荷產生或在負電荷終止的電場線的數量與電荷量成正比。我們再通過將正電荷-電場線-負電荷與水源-水流-出口類比，表明電荷是電場線的源和閭，這也是電場是有源場的含義。
在靜電場高斯定理中我們可以補充一點近代物理的知識來提高學生的興趣、擴大他們的視野。靜電場高斯定理是由庫侖定律推導而來，它們兩個本質上是源于光子的靜質量為零。與靜場類似，引力也是平方反比力。牛頓引力可以證明是滿足高斯定理，引力的源是物質的質量。現代物理認為引力子的靜質量為零。最近發現的引力波[7]波速為光速正是引力子的質量為零的要求。如果某種粒子的靜質量不為零，對應場不滿足高斯定理，場本身可以產生或吸收場線。例如：湯川秀樹當年寓言的介子[8]。
靜電場高斯定理在靜電學中與許多知識點有關聯。比如：①電場疊加原理；②靜電平衡電荷分布，電場分布；③求電容電場；④積分法求典型帶電體的電勢；⑤類比建立磁通量概念。其中①是為了分析電場對稱性以便用該定理求電場，所以在準備時，最好在前一節課就得到均勻帶電圓環和直線的電場。對于②⑤，主要是對定理的理解，通過以上的教學，學生完全可以接受。對于③④，可以作為靜電場高斯定理應用的延續。如果教學時間充足可以精講。也可以簡單的套用本節的結論來精簡課堂，例如用電場疊加原理求平行板電容電場。
我們認為勻強電場通量的計算，通量的幾何意義，以及靜電場高斯定理的幾何意義，是本節課的重點。難點是幾個應用：面積元通量求和，高斯定理求電場，高斯定理求電荷。考慮到學生的專注力與數學物理基礎較差，在本節課中應強調重點，既概念的建立。具體的應用是為了增加學生的理解。我們在給學生建立概念盡量結合圖像，并盡量用較短的詞句描述。
整個教學過程中我們用到圖示法，類比法，啟發式，討論法，將難點盡可能分多步驟解決，并繞開抽象的定義和計算。最終使大部分學生能理解并能應用靜電場高斯定理。
參考文獻：
[1]羅欣，張晨昕.今年我省本科實際錄取率約49%[N].楚天都市報，2016-8-15（2）.
[2]三晉直播.高招調查：2016年高考全國錄取率預計超80%[OL].http：///20160603/n452679670.shtml， 2016-06-3.
[3]郭碩鴻.電動力學[M].北京：高等教育出版社，1997，19-24.
[4]教育部高等學校非物理類專業物理基礎課程教學指導分委員會.非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求[J].物理與工程，2006（05）：1-8.
[5]馬文蔚.物理學[M].五版. 北京：高等教育出版社，2006.
[6]屠慶銘.大學物理[M].二版.北京：高等教育出版社，2006.
關鍵詞 混合—探究；教學模式；電磁學
中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：B 文章編號：1671-489X（2012）33-0103-02
1 “混合—探究”教學模式概述
“混合式”教學模式是把傳統課堂教學和數字化學習有機結合起來，充分利用課程教學資源，以學生自主學習為重要手段，實現課程內容的教學[1-2]。所謂“混合”，包括教學資源、教學環境、教學方式等的混合。教學資源來自印刷材料、光盤、錄像帶、磁帶，特別是網絡為學生提供了前所未有的學習資源支持，利用這些混合資源，學習者可以完成不同的學習任務。學生不但可以在面對面的課堂里進行學習，還可以在網絡中進行學習，比如虛擬學習社區、網上課堂、論壇等。
在信息技術平臺之上，教師可采用更多的方式，如采用PPT課件、動畫、視頻、網絡等技術手段，調動學生積極性，增強師生互動，提高教學質量。這種教學模式既能發揮課堂教學中教師的主導作用，又能體現學生的主體地位。實踐證明，在電磁學教學過程中運用混合式教學，學生的積極性、主動性得到大大提高。
“探究式”教學模式是利用適當的探究工具引導學生投入到探究過程，讓學生在主動探究中發現、提出、分析并解決問題，培養學生主動探究的意識和能力[3]。
作為大學物理課程，“探究”包括三個層面。
一是探究學科知識體系結構，增強所學知識的邏輯有序性，領會其中的物理思想和物理方法。
二是探究基本概念和基本規律。基本概念如電磁學中的理想模型、基本物理量、通量、環量等，主要區分概念的內涵和外延；基本規律如庫侖定律、畢-薩定律、安培定律、電磁感應定律等，學生可查閱有關資料，了解規律的發現建立過程，這也是一種對學生進行學科思想方法教育和熏陶的過程。
三是創新活動方面的探究。如圍繞所學知識，安排學生寫小論文，學生通過這一環節體驗找課題、查文獻、專題研究、論文寫作的全過程。
實踐表明，采用探究式教學，提高了學生的學習興趣，培養了創新意識，鍛煉了自主學習和探究的能力。
2 “混合—探究”教學模式的實施方法
電磁學是大學物理課程中內容多、難度大，而且非常重要的部分。電磁學以實驗為基礎，結構嚴謹，規律性強，應用廣泛。目前，電磁學教學多以課堂教學為主，而且偏重于理論。限于學時要求，許多內容如物理規律的發現過程、物理原理在工程實際中的應用、高新技術內容、物理實驗方法與演示等，無法在單一的課堂教學環節完成，而且電磁學包含的物理思想、物理觀點、物理方法等不能傳授給學生，難以達到物理課程的學習目的以及物理全面培養人的素質的作用。在電磁學教學中，采用“混合—探究”教學模式，充分利用課程教學資源，充分調動學生參與探究式教學，取得較好的教學效果。
2.1 科學劃分教學內容
根據課程標準中的教學內容、目標要求、重點難點，將教學知識點梳理劃分層次，對于講授討論型知識點（理論的、重點的），主要由課堂教學完成；對于自主學習型知識點（應用的、次要的），主要在課外利用教學資源進行學習來完成；對于實踐型知識點，采用課堂實驗教學和課外創新活動共同完成。
例如，對靜電場部分，將知識點劃分層次，靜電場的高斯定理、環路定理，電場強度和電勢的概念及計算，靜電場中的導體等為講授討論型，由教師課堂教學完成；靜電的危害與應用、靜電場中的電介質等為自主學習型，由學生在課后利用教學資源自學完成；靜電場的描繪等通過課堂實驗教學完成；庫侖定律的實驗驗證、靜電屏蔽等在課外創新活動中完成。
2.2 強化課前預習與課后作業
在信息技術環境下進行教學，教師要設計預習內容和課后作業，促進學生自主學習，而不能像以前那樣只留書上的幾道作業題。教師要做出規定和引導，可以提出問題，安排學生學習的途徑。如在學習“靜電場中的導體與電介質”[4]一章時，可以提出問題：靜電平衡的機理是什么？靜電平衡導體的特征有哪些？空腔導體內表面是否有電荷？孤立導體靜電平衡后，電荷分布有什么規律？什么是靜電屏蔽？對內外場靜電屏蔽有什么不同之處？等等。同時，要引導學生除了閱讀教材外，還要進入自建的、內容非常完善豐富的“大學物理教學資源庫”“大學物理網絡課程”“演示實驗教室”中，尋找相應內容自我學習。針對預習情況，采取課堂提問、小組討論等方式，檢查學生的預習情況和效果。
2.3 創建豐富的信息資源庫
“資源課堂”要求給學生創建資源型學習條件下的自主學習環境，提供信息網絡平臺和豐富的信息資源。在校園網上建立大學物理學習網站，主要包括信息中心、教學資源、試題庫、實驗指導、創新活動、師生交流等部分。
信息中心部分包括課程組成員的教學與科研情況、課程描述、課程建設規劃；教學資源部分包括課程標準、自編多媒體課件和教案、教學動畫視頻資料、電磁學學習指導、其他院校精品課程授課視頻等；試題庫部分是自編的大學物理網絡試題庫，學生可選擇不同的章節進行在線測試或按照標準試卷進行模擬測試；實驗指導部分包括實驗教學內容，外購的演示實驗；創新活動部分包括課外探究選擇題目、學生探究式學習作品，以及電磁學拓展學習資源（電磁學發展史、應用和相關的講座）；師生交流部分包括論壇、留言板，便于學生上傳下載學習資料、提出問題及解答問題。
2.4 開展探究創新活動
在大學物理學習網站上，針對課程內容設計一些開放的探究性的物理課題，學生以學習小組協作形式進行學習，拓展學生的創新思維，培養學生的創新意識和能力。
一是設計與課程內容相關的課題。這類課題幫助學生加深對基本概念、基本規律的理解，對基本知識的熟練掌握，提高其分析問題、解決問題的能力。如根據電現象和磁現象的對稱性，把電磁物理量、基本概念、電磁規律、麥克斯韋方程組、典型實例之間的對稱性進行總結對比：安培力的實質是什么？試推導安培定律；畢奧-薩伐爾定律建立的過程是怎樣的？由麥克斯韋方程組可否推導得出？等等。
二是結合鮮活現實生活的課題，把學到的電磁學知識運用到生活實踐中去，鼓勵學生多留心身邊的問題，用所學知識分析問題和創造性地解決問題。如：電磁場對人體的危害研究，手機輻射的危害及效應研究；新能源汽車的充電時間問題，移動式途中無線供電系統問題；等等。學生通過各種渠道搜集相關資料，再進行分析歸納綜合，達到對這些課題較深的研究。
三是涉及電磁學前沿的課題。這類課題適合學有余力、興趣濃厚的學生，如超導體，負折射率材料及隱身衣的原理，飛機隱身材料及其特性研究等。
2.5 建立多元評價機制
“混合—探究”模式下的學習環境復雜、資源豐富、學習活動多樣化，因此要根據不同的學習目標，對課堂學習和課外探究綜合考慮，全面評價。方法：期終試卷考試占80%，平時成績占20%；平時成績包括課堂作業、利用資源學習情況、參與網絡討論情況、課程小論文成績等。總之，應該把學生的學習成績與學習過程、學習結果相結合，自評、他評、教師評相結合，建立起多元評價機制。
3 結束語
“混合—探究”教學模式在電磁學教學中的應用，給學生提供了一種新的學習環境，充分調動了學生的學習主動性和積極性，達到學生自主學習、師生互動、探究創新的教學目的。在教學實踐中也發現一些困難或需要改進的問題，它們制約著教學的發展。如：學生上網的硬件條件和上網時間受到限制；學生上網學習情況和回答問題質量不容易監控和評判；由于混合式學習環境的復雜性和活動形式的多樣性，需要設計一套完善的評價策略；等等。在信息技術條件下開展“混合—探究”模式的教學，還有許多理論和實踐問題有待解決，要不斷研究、探索、總結和提高，努力培養新時期綜合型高素質人才。
參考文獻
[1]何克抗.從Blending Learning看教育技術理論的新發展[J].中國電化教育，2004（3）：1-6.
[2]南國農.教育技術理論研究的新發展[J].電化教育研究，2010（1）：8-10.
[關鍵詞]工程電磁場原理；工程應用背景；教學方式多樣化
[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2016）07-0097-02
“工程電磁場”課程以分析各類電磁現象的基本規律和應用原理與方法為核心內容，是培養合格的電氣信息類專業本科生所應具備的知識結構的必要組成部分。[1]但是“工程電磁場”課程一直被認為是難教、難學的兩難課程，究其原因主要集中在以下幾個方面。一是課程要求學生具有堅實的矢量分析、微積分等基礎知識；二是電磁場是人類無法直觀感知的特殊形態物質，要求學生在學習和應用過程中要有較強的抽象思維和邏輯推理能力；三是經典理論內容與課時安排之間的矛盾導致目前教學方式主要以理論教學為主，缺乏經典且深入的工程實例輔助教學，導致學生學習該門課程的主動性欠缺。[2]針對以上問題本文從該課程特點出發，提出從教學內容調整、教學手段多樣化等方面激發學生興趣，提升“工程電磁場”教學效果。
一、教學內容調整
“工程電磁場”課程的前接課程為“大學物理”，與“大學物理”中的電磁學部分相比，“工程電磁場”更加重視以麥克斯韋方程為基礎的宏觀理論體系、工程中電磁問題的數學描述――邊值問題及其求解方法、電磁能量和電磁力以及電磁場與電路之間的聯系等，而大學物理中的電磁學部分內容更突出物理現象的實驗描述及其機理的微觀闡釋，兩者在電磁場麥克斯韋方程部分存在重疊。同時工程電磁場又與電類相關的工程實際聯系緊密，就電氣工程專業來講，其后續課程“電路”、“電機學”、“電力系統暫態分析”、“高電壓技術”等核心課程的基礎理論及其應用分析均基于電磁場基本原理進行。因此建議在學生已有大學物理基礎知識的背景下，對“工程電磁場”課程內容進行如下安排。
（一）適當減少靜電場內容
“工程電磁場”在教學安排上遵循先靜電場后時變場的思路，且靜電場所占比例較大，但這部分內容中基本物理量、基本性質、導體和電介質、電容等內容學生在大學物理中有所接觸，因此重點講授靜電場的邊值問題及其解的物理意義。
（二）加強時變電磁場理論和應用部分內容
“大學物理”對時變電磁場部分內容僅限于電磁感應現象和結論，而時變電磁場特別是其中的時諧電磁場在電氣工程、自動化等專業中有著廣泛的應用背景，應是此門課程的教學重點，可適當增加授課學時；在內容講解上可適當增加時變電磁場理論的具體應用和發展現狀，有助于學生理解相關概念，提升學生積極性，提高教學質量。
（三）增加工程應用背景內容
“工程電磁場”這門課程有著廣泛的工程應用背景，尤其在工程實踐、科學研究以及日常生活中。[3]對電磁現象應用背景的介紹可以提升學生學習興趣。比如結合所學內容可以討論為什么封閉的接地金屬導體可以屏蔽手機及其他電磁信號，微波爐為什么不能加熱金屬，變電站或輸電線對附近居民身體的影響等問題，使學生深刻意識到本課程的工程應用性，而提高學習積極主動性。
在具體教學過程中根據“工程電磁場”以麥克斯韋方程為核心，靜態場均為其在不同條件下的特例的特點，教學中應了解電磁場知識的總體結構，如表1所示，應突出靜電場這一基本內容和時變電磁場這一核心內容，學會對比總結，方便理解和記憶。在課程的教學過程中應適當講述散度和旋度、通量和環量的數學概念，從流體力學中流速場出發，形象化地重點闡明此概念的物理意義。因為“工程電磁場”中所涉及的四種場的基本性質都是以此概念為基礎展開的。
二、教學方法
（一）課堂以問題為基礎教學方法
“工程電磁場”這門課程在電類專業中有著廣泛的應用背景，在教學中過程中可采用基于問題的教學方法。首先根據教學內容提出與工程實踐和實際生活緊密相關的問題；針對問題引導學生思考將問題切分，并逐一介紹與子問題相關的基本理論知識；在知識匯總的同時由子問題解決方案逐步推導出所提問題的各種可能方案，并結合工程實踐數據或結論驗證提出解決方案的正確性；最后匯總與此問題相關知識體系，并擴展介紹在工程實際中的同類問題。這一過程中的難點是如何篩選具有一定理論深度并能夠吸引學生的問題，從論題中逐步展開切分成一系列與基礎知識體系對應的子問題，激發學生探究與子問題對應的教學內容，產生學習動機。[4]比如靜電場學習中可提出：雷雨天氣里的閃電是如何產生的？接閃器如何吸引雷電并如何釋放巨大的雷電能量？學習恒定電場中電流場部分內容時，可引入雷擊高壓輸電線路桿塔，雷電流在土壤中泄流導致桿塔附近魚塘中的魚大量死亡的新聞。時變電磁場內容的學習中可形象直觀地給出發電機、電動機、變壓器等時變電磁場理論的經典應用實例。通過諸如此類與工程實際、日常生活緊密結合的問題，不但可以引導學生學習工程電磁場的經典理論知識體系，并且培養學生遇到問題勤于思考，并能科學地借助相關理論分析問題，解決問題的能力。
（二）多種教學方式相結合
工程電磁場知識體系的學習需要學生具有的優秀的邏輯推導能力和抽象思維能力。教師在常規基礎內容的PPT展示基礎上，對部分重點數學推導知識進行板書推導，并對于不易理解的電磁場空間分布及時變特性進行動畫及圖形展示，如典型輸電線路、電力設備的電場強度、電場線、電位分布圖等，使學生在抽象理論知識的數學推導中對其對應的電磁場這種特殊形態物質有一個定量的形象化認識；對于時變電磁場相關知識內容，可制作精美的電磁場演示動畫，例如電磁波在空氣中傳播特性、電介質在時變電場中的動態極化特性等動畫視頻，可直觀反映電磁波傳播特點，有助于學生對抽象的基本概念的理解。
（三）數值計算軟件仿真教學
隨著計算機技術的迅猛發展和電磁場數值計算理論的逐漸成熟，實際工程中的電磁場問題均可以通過相應的軟件建模求解。電磁場數值計算軟件眾多，如：ANSYS、COMSOL、ANSOFT、HAFF等，且此類商業軟件只需學生掌握基本理論知識，通過制作簡單幾何圖形，選擇求解域控制方程、自然邊界條件、分界面的銜接條件等過程即可計算工程實際問題，結合相應的后處理即可得到直觀形象的電磁場結果。這種充分利用最新科技成果的形象化教學可以培養學生的學習興趣，使教學內容更加豐富充實，并得到理想的教學效果。
（四）作業模式的多樣化改革
課后作業是鞏固課堂知識，提升綜合應用能力，反饋學習效果并據此改進課堂授課模式的重要方式。目前，課后作業大多為課后習題，存在理論性強、難度大、與工程實際聯系不緊密等特點。部分學生由于沒有興趣或不能獨立完成，而選擇抄襲，然后向老師交差完事，并沒有起到作業應有的效果。[4]因此為提升教學效果，完善整體教學過程，應對作業的內容、形式及考核方法進行改革。
減少課后習題的布置量，增加課程報告環節，即根據其基礎知識內容對應設置多個工程應用課題，由學生分組自由選擇并協作完成。設計的工程課題主要應包括以下幾種類型：1.應用分析型，要求利用所學的電磁場知識計算分析簡單電力、電子、通訊設備產生電磁場。2.編程驗證型，要求通過C++、MATLAB等計算機語言編程實現簡單電磁場問題的數值計算，并與經典理論對比驗證。3.數值計算類，要求對實際工程中典型電磁場問題采用ANSYS、COMSOL等軟件建立模型，求解，并進行簡單分析。作業以報告論文為主課堂宣講討論為輔的形式提交，報告中應闡明解析計算、數值計算所用到的公式、原理，展示程序設計流程圖及代碼、數值計算模型，列寫詳細的分析和驗證過程及計算結果演示等內容。
三、總結
“工程電磁場”是電類專業的專業基礎課程，又是眾多相關交叉學科和新興邊緣學科發展的基礎，而該課程在目前的教學過程中呈現“教”、“學”兩難的狀態，如何提高該課程的教學效果值得探索和實踐。本文針對該課程教學中的問題及其專業基礎課的特點，在“工程電磁場”教學內容和教學方式方面初步改進措施，旨在培養學生抽象思維能力和邏輯推導能力，建立由問題出發、探尋基礎理論、不斷實踐的科學學習方法，提高電磁場教學效果。
[ 注 釋 ]
[1] 黃麟舒，柳超.疑難課程“電磁場與電磁波”中類比教學方法的探索[J].中國電力教育，2013（23）：68-70.
[2] 王士彬，張蓮，萬沛霖，等.“電磁場”課程教學內容改革的實踐[J].電氣電子教學學報，2006（5）：8-11.
關鍵詞：大學物理；學生；教學
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）43-0054-02
大學物理是一門重要的學科，更是現代自然科學的代表，是非物理專業理工科學生的一門專業基礎課。該課程所教授的基本概念、基本理論和基本方法是構成科學素養的重要組成部分[1-5]，大學物理以知識為載體，在提高學生的科學素質和認識世界方面起著非常重要的作用[3-5]。本文針對我校地方性應用型本科院校大學物理教學過程中學生學習效果差和教學質量難以提高的情況，存在部分學生的物理基礎差、學習興趣不高、學習方法不當、缺少獨立思考以及物理教學課時太少等方面的問題，在非物理專業的各理工科學生中抽取200名學生對大學物理的學習情況進行了問卷調查，為此，提出要做好大學物理與中學物理課程的銜接，通過加強微元法、物理模型教學，重視物理圖景的建立、加強物理學史教育和學習方法的引導，提升大學物理的教學質量。
一、大學物理課程存在的現狀和學生的學習現狀
通過調查，了解到非物理專業大學物理課程的教學實施現狀和學生的學習現狀：一是學時不斷減少。比如，數學教育專業由原來的開設兩學期，共144學時，均為考試課程，減為開設一學期，共54學時。二是生師比提高。由于學校增加專業設置，理工科學生人數大量增加，大學物理教師們課時數增加。三是地方性院校大多數學生的入學成績要低于普通高校的學生，學生的綜合素質、基礎知識普遍較過去學生基礎差，特別是數理基礎較薄弱。四是傳統教學模式的影響。導致不少學生認為學學物理是沒有實際用途的，在學習過程中普遍存在厭學的現象。五是我校選用的教材都是21世紀教材，或者“十一五”國家規劃教材，照搬985、211高校的教學模式。六是物理學是實驗科學，由于擴招，學校沒有配套的實驗設施，學生運用理論與實踐相結合的能力得不到鍛煉。針對這些問題，對大學物理課程的教學改革勢在必行，使大學物理教學更符合現代形勢下教育的特點，以達到我校培養適應性強的應用型、技能型人才的培養目標。
二、大學物理教學改革的措施與對策
1.重視大學課程學習方法的引導。針對學生基礎差，并且還沿襲高中物理學習方法和學習思維，學生還希望大學老師像中學老師那樣對教學內容反復講解，對習題還要求重復多次訓練。這樣，大學老師在很少的課時內是很難滿足他們的要求的，主要原因是大學生還沒有真正地適應大學教學方法。這就要求大學老師在教學中不斷地把大學物理與中學物理相聯系的知識進行對比，大學物理老師要把解決大學物理問題的基本方法“化整為零，集零成整”告訴學生，“化整為零”即是把變量化為不變量，把曲線化為直線，也就是微分。“集零成整”是用化整為零的結果相疊加，也就是積分，就得到了變量問題和曲線問題的解的結果了。比如，一點電荷在非均勻靜電場力的作用下作曲線運動，從a點到b點，計算該過程中靜電場力所作的功。先把曲線分割成無數個微元段，在每一微元段上的靜電場力變為恒力F，曲線運動變為直線運動，其位移元為dl，因此，運用中學物理的知識就可以計算其元功為dA=F·dl，整個過程的功等于所以元功之和，即A=■F·dl，把F=q0E代入，再考慮方向即可知道變力作曲線運動的功。讓學生自然地適應大學物理教學，也培養學生對知識的遷移，也能使學生很快地適應大學的教學和學習方法。
2.加強物理圖景和物理模型教學，培養學生的物理思維。嚴謹的物理過程和物理現象是學生構建物理圖景的源泉，而物理模型是由物理過程和物理現象抽象出來的能反映物理本質的簡單模型，是數和形的統一。許多學生把學習物理當成推導公式、背公式和套公式，不懂得應該怎樣對具體的物理現象和物理過程具體分析，物理圖景相當模糊，做起題來張冠李戴，或者是無從下手。其原因是由于物理圖景、物理模型不清晰，不會把一個實際的復雜的物理問題轉化成能反映物理本質的物理圖景、物理模型[3]。比如，求電場強度通量？椎e=■E·dS和利用高斯定理
求解某些帶電體的電場強度，學生就張冠李戴，什么做法都有。這是因為學生沒有建立清晰的物理圖景、物理模型，不能正確理解？椎e=■E·ds和 的物理意義，不能理解為什么高斯面的電場強度通量只與高斯面所包圍的電荷有關，與高斯面外的電荷無關，而利用高斯定理求出的電場強度又與高斯面外的電荷有關。通過調查，發現大多數學生的解題步驟為：讀題—想公式—求解。而科學的解題模式是：審題—構建物理圖景—選取研究對象—建立物理模型—分析物理過程和狀態—運用與之相關的概念和定理（定律）建立方程—求解—檢查。形成學生上述解題模式的主要原因是中學階段的“題海戰術”，而先前簡單題求解的成功經驗又強化了這一模式。所以，教好物理，關鍵的是教思路、教方法，盡量避免講授艱深和復雜的數學，突出物理本質，建構鮮明的物理圖景和物理模型。
3.探索形式多樣的教學方法，激發學生學學物理的興趣。利用課堂時間進行多種教學活動。在課堂教學中，教師采用講授、討論、習題課等多種形式的教學模式，向學生傳授物理學基礎知識和研究方法。同時通過介紹物理學史的生動事例，講物理學史其實就是講科學創新的歷史，物理學史就是創新，就是教知識、教思路、授方法，注重用這些素材對學生進行科學素質教育，培養學生的科學精神、探索精神和奉獻精神，創造非功利的驅動，傳承崇高的價值觀。培養學生“自主學習”的學習模式。大學教育與中學教育最大的不同就是教學生會學才是我們教學的主要目的，任何一門課程的學習都要經歷學會到會學的過程。具體做法是：在教學過程中，對部分內容首先提出自學要求，自學提綱，布置學生下去自學，同時要求寫出自學部分的讀書報告，讓學生通過自學掌握歸納總結知識的方法。部分難度在學生自學能力范圍以內的章節則要求學生通過查閱資料、自己歸納總結，總結出要點，下一次上課時找學生上講臺來講，或者分組討論，學生講完后老師對其優缺點進行總結、評比，以指出優點為主進行表揚，同時對其錯誤的地方進行更正，不足的地方進行補充，這樣可以讓學生深刻認識到錯誤，糾正錯誤，這樣可以檢查學生對物理學的基本概念、基本理論和基本方法是否掌握，同時培養學生自學能力、語言表達能力、表現能力、歸納總結等方面的綜合能力，學生各方面的綜合素質也得到提高，實踐證明學生的學習效果是非常好的。采用多樣化的教學輔助手段。由于我們的學生基礎較差，不能完全脫離傳統的教學方法而只用多媒體教學，大學物理可以適當采用多媒體教學與在黑板上書寫相結合的方法，使教學過程更加生動、形象，可徹底改變一支粉筆一塊黑板的傳統教學手段。
4.變革不同專業大學物理教學的理念和方法。大學物理是一門基礎課，其基本內容相對穩定，一般包括力學、熱學、電磁學、光學和近代物理等。高校里不同專業對于大學物理的要求是不同的，這就要求教師要根據不同的專業特點對原來自成體系的大學物理的教學內容進行合理地取舍、整合，形成結構性好、整體協調、專業適用性強的新型教學內容。大學物理內容的重點專業有別。根據不同的專業的要求，開展專題講座的形式進行授課，將物理學發展的新理論、新技術、新內容有機地組合在一起，給學生呈現一個系統的實用的知識體系。明確服務于專業人才培養的觀念來從事大學物理的教學工作，真正為學生的專業學習提供需要的物理知識。目前在就業競爭日益加劇的情況下，用人單位需要的是基礎知識扎實、知識面廣、人文素養高、適應性強的應用型、創新性型人才。地方性院校是人才培養培訓基地、科技研發基地、文化傳承基地、咨詢服務基地、輸送人才的基地。大學老師們應根據學校的教學現狀及不同專業不同學生存在的問題，努力做到“因材施教，專業有別，重在應用，適應模式”。
參考文獻：
[1]賀健，張慶國，陳慶東.高等院校少學時大學物理教學方法的探討[J].教法研究，2013，79（2）：78-79.
[2]韓新風，等.培養應用型人才與大學物理教學改革[J].科技信息，2009，（13）：11-12.
[3]宋存牛.如何通過大學物理教學改革提高學生創新能力[J].陜西師范大學學報：自然科學版，2002，（30）：183-184.
[4]羅興垅，羅穎.獨立學院大學物理教學研究[J].大學物理，2010，29（1）：54-56.
[5]蔣洪良，劉平.淺談應用型本科院校的大學物理教學改革[J].改革與創新，2012，（2）：109-111.
【關鍵詞】類比法；靜電場；質點平動；剛體轉動
一切物質都在不斷地運動、變化著，絕對不運動的物體是不存在的。而物理學研究的是物質運動的最基本最普遍的形式，包括機械運動、分子熱運動、電磁運動、原子和原子核內的運動等等。隨著社會的發展，在與生物學、化學、天文學等學科的相互滲透中，物理學不僅本身得到了迅速發展，同時也推動了其他學科和技術的發展，順應時展的潮流，教學應著眼于造就一大批開拓型、創新型人才，以適應科學發展的需要，而培養學生的創造性思維，有一套系統的學習方法就顯得尤為重要。
一、類比法
類比法是學習中經常采用的一種方法，它就是人們根據兩個對象之間在某些方面的相同或相似，推論出它們在其他方面也可能相同或相似的一種認識事物的思維方法。它能幫助我們從已知事物的有關理論建立假說去說明新事物；用某些已知的屬性來說明未知的屬性，可以增強說服力，使人們容易理解。類比法不是簡單的模仿，而是富有創新性的思維方法。其使用過程是選擇兩個對象或事物（可以是同類或異類），并對它們某些相同或相似的性質進行對比，從異中求同，或同中見異，從而產生新知，或得到創造性成果。因此類比法是實現創新的其中一種方法，在人們認識世界和改造世界的活動中具有重大意義。在研究問題時，我們經常會發現某些新問題有一種似曾相識的感覺。這個時候類比法就派上了用場，通過研究這種相似性，利用已知的物理規律去尋找未知的物理規律，從而發現新的結論、新的規律，創造出新的理論。許多物理上的重大科學發現，其中包括許多物理定律、公式和推論，都是運用類比法的碩果。
二、類比法的簡單應用舉例
1.靜電場類比重力場
運用類比教學法，既能激發興趣，同時又進行了科學思維和科學方法的示范，學生遇到新的概念和規律也能作類比分析，逐漸養成好的學習習慣，形成一套系統的學習方法。由于靜電場力和重力做功都與路徑無關均屬于保守力，所以二者對應的場也有很多相似之處。單純從靜電場角度去分析其性質較為復雜而重力場我們早已熟知，所以在分析靜電場性質時可以采用類比法，將靜電場類比為重力場，詳見表1。
2.庫侖定律類比萬有引力定律
任何兩個物體間都有相互吸引力，其作用力大小與它們之間距離的二次方成反比，與兩物體質量乘積成正比，表達式為F=GMm/r?；1785年法國物理學家庫侖用扭秤實驗對電荷間的相互作用力進行了定量的研究，總結出真空中庫侖定律：在真空中兩個靜止點電荷間的作用力大小與兩點電荷帶電量乘積成正比，與它們之間距離的二次方成反比，數學表達式為F=KQq/r?，我們可以發現萬有引力定律和真空中庫侖定律在形式上非常相似，K和G均為常數，萬有引力與庫侖力大小均與二者距離二次方成反比。
3.點電荷類比質點
物體的運動是復雜的，根據研究的需要，建立一個與實際情況差距不大的“理想模型”是非常必要的，點電荷和質點均是為研究問題方便而引入的抽象的物理模型。如果物體的形狀和大小對研究問題影響不大時，可以忽略其大小和形狀，用一個有質量的點來代替該物體，將這樣的抽象物理模型定義為質點；點電荷概念的引入可以類比質點，點電荷也是一種抽象的物理模型，當帶電體的幾何形狀對研究問題影響不大時，可以忽略其大小形狀及電荷分布情況，認為所有電荷都集中在一個點上，將這樣的一個抽象物理模型定義為點電荷。
4.剛體轉動類比質點平動
為研究問題方便在《力學》中引入了兩個抽象的物理模型――質點和剛體，由于質點和剛體分別研究的是平動和轉動問題，因此，看似沒有緊密聯系，但二者的運動規律卻有及其相似之處，加以比較進行應用學生接收效果會更好。
平動和轉動運動規律對比一覽表（詳見表2）。
通過以上列表可以發現二者在形式上極其相似，找到二者異同就可以更好的加以運用，在處理剛體轉動問題時類比質點平動的運動規律，就可以準確快速處理相關問題，起到事半功倍的效果。
5.磁感線類比電場線，磁通量類比電通量
磁感線和電場線都不是實際存在的曲線，均是為研究問題方便而引入的假象曲線，二者的疏密均代表相應場的強弱，曲線在某點的切線方向代表相應場在該點的強弱；磁通量和電通量也有著非常相似的地方，分別代表穿過某一個面的磁感線條數和電場線條數。
三、運用類比法教學，建立樹形網絡知識圖
在教學中，要特別重視在講授新概念時聯系舊知識，建立新舊知識網絡，在新舊知識類比中加深理解，開拓思路，對知識網絡及時進行梳理，使知識條理化。隨著教學的深入學生掌握的知識逐漸形成網絡，這里有知識的橫向的拓展，也有縱向的知識深入，學生的知識和能力就產生了質的飛躍，學生的創造性思維的發展也就寓于其中了。
四、結語
以上幾個例子是類比法在教學中的簡單應用舉例，在其他學科中也可嘗試使用此法，會起到事半功倍的效果。因此教學要適應時展的需要，就要重視學生學習方法的培養，要采取恰當的教學模式和手段，多角度、多層次地來培養學生的學習能力和創新能力。
參考文獻
[1]程守誅，江之永.普通物理學[M].高等教育出版社，1997.
關鍵詞：電磁場與電磁波；類比法；循序漸進；講義；習題
中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）21-0010-02
隨著信息時代的到來，作為通信傳輸技術基礎的電磁場理論得到越來越廣泛和深入的研究與應用。“電磁場與電磁波”是電氣、電子信息、通信等工科電子類專業的一門重要的技術基礎課，它是在大學物理電磁學的基礎上，進一步研究宏觀電磁現象的基本規律和分析方法。這不但是為了后續課程的需要，也是深入理解和分析工程實際中的電磁問題所必需掌握的基本知識，而且電磁場理論也是微波通信、衛星通信、電磁兼容和生物電磁學等高新技術的理論基礎及交叉領域新學科的生長點。[1，2]所以電類專業的學生，無論是從當前的學習出發，還是為了拓寬將來的專業面，都應該重視這門課程，學好這門課程，打好專業基礎。此外，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。[3，4]另外由于獨立學院學生普遍基礎不是很好，并且對抽象的理論課程的學習興趣不大，更加重了獨立學院重“電磁場與電磁波”課程的教學工作。
一、“電磁場與電磁波”課程特點
1.基礎知識要求多
“電磁場與電磁波”課程是以大學物理、高等數學、電路分析、數學物理方程、復變函數等為基礎，所涉及的內容很廣 。大學物理中，電磁學部分內容是“電磁場與電磁波”的物理基礎，而矢量分析、特殊函數等內容是學好“電磁場與電磁波”課程必需的數學工具，由于涉及復雜偏微分和特殊函數的計算，難度不小。因此要學好這門課程，必須熟練掌握這些基礎課程的相關概念、理論和運算等。同樣對擔任本課程教學的教師提出了較高的要求，即一方面需要有較好的物理、數學及電路知識；另一方面需要有比較全面的專業知識。同時，又需要對通信工程實際情況有較廣泛的了解。因此本課程的教學相對而言比較不易。
2.數學推導計算多
課程涉及大量的物理知識以及各種數學方法，在學習過程中如何處理數學與物理的銜接，數學方法和物理概念的聯系以及理論分析與工程應用的關系至關重要，這也是學生較難處理的問題。
3.抽象的概念多
“電磁場與電磁波”每章內容都會引入一些新的、較難理解的概念、定律。例如散度和旋度是兩個比較抽象的數學概念，學生們甚至在課程結束之后仍感到這兩個概念很抽象，不理解在電磁場與波學習中為什么始終與之打交道；靜電場中的自分布電容、互分布電容、廣義力、虛位移等；恒定磁場中的矢量磁位、標量磁位；邊值問題求解中的鏡像法、分離變量法等。這些新的概念及定律不僅抽象、難理解，而且所涉及的公式通常比較復雜，計算起來難度較大。基于以上特點，對于“電磁場與電磁波”這門課程，學生普遍認為“難學”，教師普遍感到“難教”。
二、“電磁場與電磁波”教學存在的問題
1.學習問題
由“電磁場與電磁波”課程的特點可知課程本身過于抽象，學生普遍反映難學難懂，表現為抽象的純理論和概念多，復雜的偏微分公式多，計算求解難度大，而對老師來說教好這門課也具有相當的難度。另外，在學習“電磁場與電磁波”課程過程中，學生常常難以將已經學好的數學知識和電磁場內容很好地結合。在學習“電磁場與電磁波”之前，學生一般都具備矢量場論的基本知識，但是在學習“電磁場與電磁波”的過程中卻難以將所學知識與電磁場理論融會貫通、學以致用。還有許多學生數學基礎薄弱，學習起來備感吃力。
2.教材問題
目前絕大多數教材都只強調經典的理論知識，缺乏有應用背景和緊密跟蹤最新前沿發展的內容，這樣不但導致理論與實際應用脫節，也很難激發學生的學習熱忱。特別是對基礎知識差的學生來說，一看到大量的證明和數學推導問題就失去了信心。
3.缺少實驗設備
由于資金和實驗設備的匱乏，使得大部分高校在“電磁場與電磁波”教學中缺少實驗設備，導致無法開展實驗課程。這樣原本就十分抽象的課程，完全變成了一門純理論教學的課程，也導致了學生學習中理論與實踐的脫節問題。
4.課時問題
隨著這些年的教學改革，大學生要求的總學分略有下降，而開設課程又增多的趨勢導致“電磁場理論”的教學課時被極大壓縮，由以前的80學時被壓縮到40學時，導致教學自由度受到了較大的限制。
三、提高“電磁場與電磁波”教學質量的方法
1.制訂教學大綱，確定教學內容
現有的“電磁場與電磁波”教學，大部分都是一些純理論講解的內容，而學生在學習的過程中經常問學這門課有什么用，學某一章節有什么用。看是一個簡單的問題，但作為老師一定認真思考，給學生一個滿意的答案。因為從這個問題上一方面反映了老師講課不能只是大談理論講解，另一方面也反映了現有教材在實際應用方面的缺陷。對這個問題回答的好壞直接關系到同學們學習的效果和興趣。基于以上原因和筆者多年的“電磁場與電磁波”的教學經驗，自編內部教材講義，此講義最大的特點是以通俗的語言來講解抽象的概念，以實際的例題來幫助理解重點理論，并且在每個知識點都有對應的應用實例。
由于“電磁場與電磁波”理論是人類在認識自然規律和生產實踐活動中發展起來的，在日常生活、科學研究和軍事等領域中的應用非常廣泛，例如在微波爐、磁懸浮列車、隱形轟炸機、移動電話中的應用等。這些在此講義的每一章的后面都是一個拓展知識的介紹，比如在第二章靜態電磁場的最后一節中，就針對磁懸浮列車和衛星電推進器做了詳細講解，提高了同學們的學習興趣。
2.循序漸進的教學方法
電磁場與電磁波是利用場的觀點來研究空間某一物理量的確定值問題，而矢量分析正是研究此問題的重要教學工具。應用矢量分析的方法，可以使電磁場的基本定律、公式以簡潔的形式表述出來，且與坐標的選擇無關。所以先要學習一下矢量分析的內容，包括矢量運算、三種坐標系、矢量的散度和旋度等內容。以后每個章節的教學，采用從易到難、從靜態場到時變場、從電場到磁場再到電磁場、從三維空間到四維空間的循序漸進的教學順序。
首先，從較為容易掌握的靜電磁場開始進行學習，此章節的教學應詳細地分析各種情況，其中包含對基本方程、邊值問題等理論的推導以及物理含義的分析，以及靜電能量與力的分析等，而靜磁場的講解一定要和靜電場的知識進行類比學習。這樣就為時變電磁場、電磁場波的傳播、波導等教學內容打下一個比較好的基礎。后續各章節的教學，也應注意與靜電磁場的理論進行比較。從靜止電荷產生的靜電場到研究運動的穩定電荷產生的恒定電場，然后研究電流引入的恒定磁場，隨后進行電磁感應以及時變電磁場分析，并且在時變電磁場的分析中，推測電磁波的產生。之后講解均勻平面電磁波在無界空間的傳播、反射和透射，以及導行電磁波、電磁波輻射等知識，最后進行傳輸線理論的講解。按照逐步深入方式，進行知識的擴充，使課程知識具有連貫性，學生也比較容易掌握。
3.巧妙使用類比方法
“電磁場與電磁波”課程體系中，小到一個公式，大到整個理論框架，都存在著對立統一的關系。通過這些知識點的類比，不僅使學生學到了“電磁場與電磁波”課程的精髓，也使他們體會到“電磁場與電磁波”課程體系中的對稱美。類比包含兩個方面的類比，一是課程、領域之間的橫向類比，例如與“大學物理”相關知識點的類比，“電磁場”和“流體力場”、“電磁波”和“機械橫波”的比較。由于電磁波與機械波都是橫波，都具有橫波的特性等方面的類比，水波的傳播與電磁波能的傳播的類比，電磁場與流體力場的類比等等，類比的教學策略進行更加形象直觀的傳授，啟發創造性思維。另一個則是縱向類比，譬如該課程本身的靜電場和靜磁場、靜電場和恒定電流場等的對比。這樣，既拓寬了學生的知識面，也使學生通過類比對電磁場波動函數表達式有了深刻而又直觀的理解。
4.仿真軟件在教學中的應用
對于電子信息、通信專業的學生，基本上都會使用MATLAB軟件，并且場與波的分析往往涉及復雜的繪圖和大量的計算，將MATLAB仿真技術應用到“電磁場與電磁波”實驗教學中，十分有助于將抽象的理論變成容易理解、接受的結論，這必將有助于“電磁場與電磁波”的課堂教學。[5]比如，利用MATLAB編寫的程序可以繪制三維矢量的靜態和動態分布圖，給出了均勻平面波、矩形波導的傳輸模和截止模、電流元的電場和磁場的分布圖，這將大大提高同學們的空間想象力和對這部分知識的理解能力。
5.適當的習題練習
對“電磁場與電磁波”課程的學習，不但要有正確的教和學的方法，還要有適當的習題練習。其實，習題都是針對某一知識點的實際應用而設計的，在同學們做習題的過程中一方面幫助他們理解知識點的應用，另一方面也鞏固了課堂老師所講內容。
在課堂教學中，不可能留出時間讓學生來學習題，只能有針對性地來講解有代表性的例題，做習題只讓同學們在課下做，讓同學把遇到的問題匯總起來，在集體答疑的時間來給同學們做詳細的解答。在講義中不但針對每一知識點精心設計應用實例，而且還設計了一定量的習題要求同學們完成。
此外，習題不僅僅是計算，在每一章結束后給學生出了一些思考題，讓學生自己去查找資料來完成。比如假如存在磁單極子，麥克斯韋方程的形式是什么樣的？
四、總結
本文是筆者多年來在“電磁場與電磁波”教學中的一點體會，本課程涉及的基礎知識比較多，對教師的專業課程知識的要求較高，同時需要教師密切結合本校學生的基礎、實驗設備、課時、教學大綱的制訂等實際情況進行分析。教學過程的每一個環節都需要周密思考、認真備課，注意平時在科研項目中隨時積累，在教學中隨時涉獵其他專業的知識。教師的視野開闊了，學生才能在電磁場領域的思維角度開闊一些，能夠掌握宏觀電磁場與電磁波的基本性質及基本規律，培養他們的抽象思維能力，分析解決實際問題的能力。
參考文獻：
[1]田雨波， 張貞凱.“電磁場理論”教學改革初探[J].電氣電子教學學報，2008，30（1）：11-12.
[2]王家禮，朱滿座，路宏敏.電磁場與電磁波[M].西安：西安電子科技大學出版社，2003.
[3]李波，豆根生，袁超.電磁場與電磁波課程的教學方法探索[J].河南機電高等專科學校學報，2007，15（6）：127-128.
關鍵詞:JAVA技術;FLASH;虛擬實驗
中圖分類號:G434文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)26-7454-01
Based on Java Technology Physical Virtual Experiment Design and Realization
MA Jia-lin
(Department of Computing Science, Huaiyin Institute of Technology, Huai'an 223001, China)
Abstract: In recent years, was getting more and more widespread along with the virtual experiment in the teaching application, the virtual experiment already became with the modern education technology is auxiliary the teaching the important means. This article through the example showed that several kind of models realize the technology which the teaching aspect virtual technology, and makes the analysis and the explanation to each kind of technology's good and bad points as well as the serviceability.
Key words: JAVA technology; FLASH; virtual experiment
近幾年來,隨著計算機技術、多媒體技術和網絡技術的發展,網絡教學已經滲入到教育的各個方面。虛擬實驗就是在計算機中創設一種實驗情境,讓用戶通過鼠標的點擊或拖曳操作進行虛擬的實驗。虛擬實驗實現的基礎是多媒體技術、網絡技術與虛擬儀器技術的結合。特別是虛擬儀器技術與認知模擬方法的結合使虛擬實驗具有了一定的智能化特征。虛擬技術的發展為實驗教學改革及遠程教育提供了很好的條件和技術支持,用虛擬實驗來輔助教學是現代教育技術發展的要求,它有著廣闊的前景。
本文通過實例來說明幾種典型實現教學方面虛擬實驗的技術,并對每種技術的優缺點以及適用性做出分析和說明。
1 Java技術實現虛擬實驗
虛擬實驗輔助教學不是傳統的意義上的把實驗項目制作成圖文并貌的實驗介紹,而是學生可以在電腦上進行交互式操作,實現了真正意義上的互動模擬,已達到良好的教學效果。
JAVA語言是強類型語言,JAVA的JSP和APPLET分別可以對數據、圖象進行有效的處理從而解決FLASH和ASP無法解決的問題;再次,因為JAVA語言有很強的網絡功能,尤其是Applet專用于嵌入WEB網頁,并產生特殊的頁面效果。JAVA Applet具有基本的繪畫功能、動態頁面效果、動畫和聲音的播放、交互功能的實現、窗口開發環境、網絡交流能力的實現等特點。所以對于要求有大量的圖象處理和操作交互,特別是復雜精確數據處理的這類實驗,可以進行浮點運算和字符串的各種處理,對于有這種要求的實驗,無疑應選JAVA。所以我們開發的靜電場描繪實驗主要采用JAVA Applet進行設計。下面是采用JAVA對大學物理實驗――靜電場描繪進行模擬,如圖1所示。
以下是靜電場描繪Java部分代碼:
public boolean mouseDown(Event evt, int x, int y)
//用于判斷鼠標位置,并完成不同的操作
{
if(approach == 0 && x >= 103 && x = 294 && y
{ approach++;
str = "打開開關G";
jx = 125;
jy = 285;
repaint();//如果鼠標點擊開關按鈕,完成打開電源開關
} else
if(approach == 1 && x >= 168 && x = 294 && y
{ approach++;
str = "連接接線A";
jx = 214;
jy = 210;
repaint(); //如果點擊接線柱A,就聯通A線路
} else
……(下轉第7456頁)
(上接第7454頁)
System.out.println("dian" + dian);//利用八個等勢線描繪靜電場圖
if(dian == 24)
{str = "描繪電場線";
approach++;
repaint();
}
2 Flash技術實現虛擬實驗
Flash有兩大特點,即逼真的動畫設計效果和強大的內置腳本程序 ActionScript.Flash可以制作網頁交互動畫 ,它具有基于矢量的繪圖功能 , 也可以靈活控制,管理對象,還提供 ActionScript腳本語言。Flash還具有支持交互、數據量小、效果好、不需要媒體播放器軟件之類等特性。將制作的課件和虛擬儀器 ,仿真實驗置于網頁上 ,學生可以不受時空的限制 ,隨時上網進行實驗預習和復習 ,也可以作為遠程實驗教學或選修實驗。以下是利用Flash實現光電效應的實例,圖2為儀器外觀。
3 其他虛擬實驗實現技術
3.1 VRML
VRML(Virtual Reality Modeling Language――虛擬現實建模語言)是一種用于建設虛擬三維世界的場景建模語言,具有平臺無關性,是目前Internet上基于WWW的三維互動場景制作的主流語言。用VRML制作虛擬設備有以下特點:具有3D動畫、音效、傳感器觸發、事件輸入輸出、行為控制、支持多種腳本與多重使用者等功能,能在Web上實現動態頁面,具有加強的交互功能。
3.2 3DMAX
用VRML建立復雜的三維模型是相當繁難的,而3DStudioMax因其強大的三維建模功能恰好可彌補VRML這方面的不足,并且VRML具有與3DStudioMax模型的無縫接口。因此在虛擬實驗系統的場景和儀器設備制作時,一般是先利用3DMAX制作出復雜逼真的場景,然后利用VRML語言進行位置、動作、空間背景、視點、傳感效果等設置,使虛擬實驗教學系統既具有逼真的漫游效果,又具有可交互可操作的特點。
4 總結
通過以上幾種常用實現虛擬實驗技術的比較,我們可以看出JAVA技術具有較強的數據處理能力,也便于實現web訪問;Flash技術的優點之一在于儀器界面控制和外觀設計,此外,Flash對還具有體積小,網絡傳輸速度快,嵌入web更容易等很多優點;VRML便于構建虛擬環境,3DMAX能容易構造成逼真的實驗儀器和場景。總之,每種技術都有自己的優點和不足,我們應該根據具體實驗項目的的特點選用合適的技術,才能制作出優秀的虛擬實驗。
參考文獻:
[1] 邱進冬.基于Web的虛擬現實的開發與應用[J].計算機應用研究,2003(3):92-95.
關鍵詞 教學的層次性 數學的立體性 物理教學
中圖分類號：G424 文獻標識碼：A
大學物理是工科類大學生主要科學課程之一，對于提高學生的科學素質、培養學生的創新精神和實踐能力具有重要的作用。該課程不僅是對學生進行嚴格的、系統的基本技能、科學方法、基礎的知識及技巧的訓練，更重要的是培養學生嚴謹的科學思維能力和創新精神，培養學生理論聯系實際、分析和解決實際問題的綜合能力。隨著科技進步的新趨勢和新挑戰，大學物理教學應該面對時代的發展，針對學生的不同特點，在教學內容、教學方法等方面不斷有所改革和創新。
大學物理教學的過程應引導學生從自然的現象發現其變化發展的規律，及其規律的實踐應用。其過程需要不同的認識過程、邏輯的思考、科學方法及創新精神。蘊涵著“立體感”、“層次性”。發掘出其中的內涵去激勵學生，影響他們對物理情感的體驗。這種情感的影響有可能改變他們對物理的態度與興趣，成為他們的“知己”，受用一生。
1 教學內容的層次性
從教學內容研究入手，根據認識過程的層次性，教學內容的聯系層次性，從易到難、由淺入深、由高到低、循序漸進對大學物理中各部分內容進行有機結合。根據不同的專業需求，教學內容的設置有兩種不同的體系：
分層次教學，把大學物理實驗課的教學分成實驗預備知識教學階段；基礎實驗教學階段；綜合性實驗教學階段；設計性實驗教學階段四個層次，按著每個層次教學內容的要求，采用適當的教學方法和手段。
（1）對于工程類的學生，按照物理內容的基礎性，難易程度與學生的知識水平及專業對物理的要求，依照教學內容層次，應將物理劃分為兩大部分：第一部分的內容：運動學、力對運動的影響（動力學）、自然界中兩種常見的運動（振動與波動）。（重點內容：動力學、振動與波動）。第二部分的內容：靜電場（電荷與電場）、靜磁場（運動電荷與磁場）、電磁感應、光學、熱力學（重點內容：熱力學、電磁學）。
（2）對于電子信息類的學生，根據其專業對物理的要求， 依照教學內容層次，應將物理劃分為兩大部分：第一部分的內容：運動學、力對運動的影響（動力學）、靜電場（電荷與電場）、靜磁場（運動電荷與磁場）、電磁感應（重點內容：電磁學）。第二部分的內容：振動學、波動學、光學、量子力學基礎（重點內容：振動與波動、量子力學基礎）。
2 教學過程的層次性
教學是教師施展教育的平臺，在這個平臺上，教師要在教學那種嚴謹而刻板的“氣質”中，“演活”物理深刻內涵與本質，教學不是曲高和寡的“陽春白雪”。愛因斯坦說過，興趣乃創造之母。沒能力激發興趣，可也千萬別“謀殺”了興趣。根據教學大綱的要求，教學進度的安排，學生的理解與接受的，“我們應該精心設計內容，為學生真正理解或應用這些內容提供豐富的平臺”。
分層次教學法，低起點、分層次、目標高、由淺入深、由易到難、循序漸進，按著學生的認知規律進行教學。
子彈以某一速度打入可轉動的木棒中，大部分學生認為這一自然現象過程滿足動量守恒。教師要善于抓住教學內容承載的素材來展開層次性的思維。幫助學生對物理概念的理解與定律應用；子彈可視為質點，而轉動的木棒應視為剛體。剛體可視為質點的剛性組合，這蘊含著一個質點也可組合為剛體（即質點也可視為剛體），但剛體不一定由一個質點組成（即剛體不能視為質點）。動量守恒適用于質點，而角動量守恒適用于質點。
每一章節的教學內容都有著邏輯性、層次性。教師把握內容的關聯性，像一個快樂的導游，層層深入，如數家珍，引領學生流連忘返于物理的美麗景觀里。教師講得行云流水，學生聽得不急不燥。一堂教學課下來，好似受到（下轉第132頁）（上接第115頁）了一次洗禮，身心俱悅。這應是教師追求的一種講課的氣氛。
3 教學方法與手段的立體化
教學的主要目的是知識的傳承，對象是學生，如何使學生在較短的時間內學到較豐富，較系列化的知識、方法和技能，又開拓學生的思維，激發學生的想象力，有利于培養學生的創新精神。這就要求教師在教學上更立體。因此在教學上采用靈活的教學方法，教學方法必須與教學內容相結合。
在剛體的動力學教學中可類比質點的動力學；在磁場的教學進程中可對比電場的教學進程；波動的教學內容與振動的內容密不可分。在知識的傳授過程中，建立以學生為主體，以教師為主導，根據厚基礎，強能力，高素質的培養目標，由易到難、由淺入深、由高到低、循序漸進，采用靈活的教學方法，使教學簡單明了，學生對概念的理解進一步加深，公式及應用得到進一步強化。
在應用類比教學法的同時，對比教學法也是必不可少的。不同的內容，雖有相似之處、互有聯系，但畢竟各有特點、各不相同，如不加以嚴格區別，常由于十分相似而破壞記憶的準確性。為了準確地掌握知識，應該把相似的知識進行對比，找出它們的不同點與相似之處，加深學生的印象，以強化精確的記憶。例如，在探討矢量場時，學生對旋度、方向旋度及方向旋度的極大值的理解與計算較為吃力。但學生對標量場的梯度、方向導數及方向導數的極大值的理解與計算較好。通過標量場的梯度與矢量場的旋度、方向導數與方向旋度對比，不難發現兩者之間在數學的幾何意義與的計算形式相類似，而不同之處是物理的意義與計算公式。
對比法也是物理學中常用的一種教學法，通過比較，找出不同物理規律、物理定律的共同點與差別，進一步加深學生對物理規律、物理定律的理解和掌握，同時也培養了學生分析問題、研究問題、思考問題能力。角動量和轉動動能，有的學生就習慣寫成線動量和平動動能。因此，必須講清如何從質點力學發展，推廣到剛體力學，使學生理解它們的內在聯系，并把最后得到的相似公式進行對比，找出它們本質的區別，又如，電場是有源場，而磁場是渦旋場，正是這本質的區別導致電場的規律-高斯定理和場強環流定律與磁場的規律-磁學中的高斯定理和安培環路定律的不同。
在教學中注重創新，探索研究性教學，發現式教學、問題式教學、討論式教學等教學方式，在電磁感應的內容中，動生電動勢的產生原因是洛侖茲力做功的結果，但在靜磁場的內容中，在討論洛侖茲力的特點是不做功。洛侖茲力是否做功 如何解決該問題。引導學生從不同的角度來探討。
通過教師的創新教學，來提高學生的創造能力。課堂上，多提為什么？如何做？在總結電磁場的內容時，學生了解電荷可以激發電場，運動電荷產生磁場。兩者都是電荷產生的物質，問題是這兩種物質有何關系。讓學生自己通過實踐去尋找正確的、合理的答案，培養其創造能力。
總之，在大學物理教學中，恰當地應用類多種教學方式，使學生學到的科學方法和邏輯思維方法，迅速獲得新知識；理解新、舊知識的內在聯系；更好地認識新事物的本質與特征；新知識更加鮮明、準確，舊知識更加深刻、牢固。使我們能提高課堂教學效率，取得事半功倍的效果。
參考文獻
[1] 萬勇，王春華等.物理教育研究方法[M].首都師范大學出版社，2000.12.
[2] 周昌忠.科學研究的方法[M].福建人民出版社，1983.8.
關鍵詞：案例教學；大學物理；研究；實踐
一、案例教學法概述
案例教學法指的是利用常見的現實生活場景進行模擬，給學生帶來深刻的體驗，在討論中強化學習和記憶的一種教學方式。一直以來被認為是“代表未來教育方向的一種成功教育方法”，發源于美國，后被世界各國的教育界逐漸應用和推廣。案例教學法自從引入我國以來，引起了教學領域的高度認可和重視，經過近年來的發展和改進已經逐步完善與成熟。通過案例教學來比較和學習各種實際案例的經驗，進而總結出相關知識的一般規律和結論，有利于開拓大學生的視野，幫助他們發散思維，提高課堂教學效果。案例教學法比傳統的教學方式具有更加鮮明的優勢，鼓勵大學生的獨立思維和創新能力，讓大學生通過思考、討論充分表達自己的觀點，進而總結得出案例表達的結論。這種教學方式突破了傳統教學方式中以教師為主體的教學模式，更加注重教師與學生以及學生之間的交流與互動，鼓勵大學生在教師的引導下探索和總結知識。案例教學法不但要求學生熟練地掌握專業基礎知識，還要求有一定的創新思維和實踐能力，促進大學生將理論只是轉化為解決實際案例問題的能力，全面提高大學生的綜合素質。
二、案例教學在《大學物理》教學中的實踐應用
1.建立《大學物理》案例教學庫
精心挑選和編寫案例教學庫，是將案例教學法有效應用于《大學物理》教學的首要步驟。為貼切教學需要和滿足學生學習的實際情況，在案例的挑選和編寫中必須按照典型性、適用性、貼切性的原則，緊密聯系《大學物理》的學科特點與基本理論進行案例的挑選和編寫，充分將理論教學與實踐教學相結合，逐漸豐富和完善教學案例，逐步建立起一套完善的《大學物理》案例教學庫，進而為案例教學在《大學物理》教學中的應用提供足夠的合適的案例，激發大學生的創新思維能力，提高教學質量。
2.完善以案例教學為載體的《大學物理》教研機制
第一，準備恰當的教學案例。要想充分發揮案例教學在《大學物理》教學中的應用，首要的基礎環節就是準備科學恰當的案例。教師根據《大學物理》教學的需求，選擇一個或幾個教學案例為課堂教學做準備，同時也引導學生根據案例材料了解和思考教學案例，進而通過圖書、網絡等工具來充分理解教學案例及相關問題，在熟悉教學案例后，結合所學內容和自己的理解，整理歸納出自己的觀點。
第二，以小組形式進行討論。一般在學生對教學案例經過思考和研究之后，便以小組的形式進行討論。每個討論小組分別配備有小組長和秘書來分別負責教學案例的討論和記錄，在小組討論中每個成員分別就教學案例闡述自身的觀點，在小組內部成員之間分享、補充和歸納教學案例所表達的中心思想。此外，《大學物理》教師還可以應用多媒體等方式引導和開拓大學生的思維。例如，在靜電場的高斯定理關系式教學中，教師可以通過引導學生觀察模擬的電場線以及其特點，并通過電通量的含義和關系式等教學案例，引導學生認識到高斯定理是以高等數學的基本工具來闡述閉合曲面的電場線條數（或電通量）的組織下進入班級案例的討論。
第三，班級的教學案例綜合討論。在案例教學在《大學物理》教學中的應用中的重中之重為學生在班級的教學案例綜合討論，經過激烈的小組討論之后，學生已經對案例有了充分的了解和基本的觀點認識，在課堂上教師的引導下積極發言，進一步開拓思維，通過老師的解析形成新的認識。這一環節中要求教師采用多種方法鼓勵學生發散思維進行思考，闡述自己的認識和觀點，并通過一定的理論知識引導班級案例綜合討論的方向和結果。例如，在講解光學部分的等厚干涉時，先以小組的形式組織學生進行牛頓環試驗以及劈尖干涉試驗，通過試驗體會和分析等厚干涉的特點以及干涉圖樣的不同之處，進一步通過班級的教學案例綜合討論為教師的理論教學積累了充足的背景知識。
最后，以教師為中心的評價教學階段。在案例教學的最后環節是教學的歸納、評價和教學。《大學物理》教師對學生的討論觀點進行歸納和評價，指出其中的不足，并引出正確的理論教學，不但可以幫助學生分析得知自身思維的不足之處，還在討論和教師的評價中加深學習印象，提高教學效果。
綜上所述，與傳統的教學模式相比，案例教學在《大學物理》教學中的實踐應用有著突出的優勢，可以促進大學生思維的發散，進而提高他們發現問題、解決問題的能力，有利于增強教學效果。與此同時，要提高案例教學在《大學物理》教學中的實踐應用的效果，大學物理教師不但要精心準備案例材料，有效引導學生的思維，還要在教學實踐中不斷地總結和改進，完善案例教學的應用機制，全面提高大學生的綜合素質。
參考文獻：
[1]周鳴宇，李慧.對大學物理教學創新的幾點思考及實踐[J].中國校外教育，2015
[2]辛旺.物理科研對大學物理教學的作用[J].考試周刊，2015
